Совершенствование ультразвуковых методов диагностирования бетонных и железобетонных элементов гидротехнических сооружений

• Автор: Штенгель, Вячеслав Гедалиевич
• Шифр специальности: 05.23.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 166 с. : ил

ГЛАВА 4 МОДЕРНИЗАЦИЯ СРЕДСТВ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ
ИЗМЕРЕНИЙ
4.1. Тиристорный генератор импульсов
4.2. Выносной усилитель ультразвуковых сигналов
4.3. Усилитель-фазоинвертор
4.4. Устройство для установки ультразвуковых преобразователей при поверхностном прозвучивании бетона конструкций
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
В 1997 году введен в действие Федеральный закон «О безопасности гидротехнических сооружений» /185/, необходимость которого была обусловлена в том числе следующими основными причинами:
- высоким уровнем опасности аварий гидротехнических сооружений (далее ГТС) для жизни и здоровья людей, большими размерами ущерба;
- данными мировой статистики о закономерном росте вероятности аварий по мере увеличения возраста ГТС, эксплуатируемого более 30-40 лет;
- экономическими трудностями современной России, приводящими к снижению затрат на эксплуатацию ГТС ниже необходимого уровня.
На территории Российской Федерации эксплуатируется более 30 ООО водохранилищ и несколько сотен накопителей промышленных стоков и отходов. Имеется около 60 крупных водохранилищ емкостью более 1 км3. На предприятиях топливно-энергетического комплекса в эксплуатации находится 350 комплексов ГТС, в том числе более 100 гидроэлектростанций, создающих и обслуживающих наиболее крупные водохранилища России. В Минтрансе России общее число ГТС, используемых для обеспечения судоходства, составляет более 700. В Минсельхозпроде России эксплуатируется более 200 ГТС преимущественно I и II классов. Аварии большей части этих сооружений могут приводить к возникновению чрезвычайных ситуаций.
На некоторых ГТС происходили такие ситуации, ряд отечественных ГТС имеют дефекты, снижающие их надежность и работоспособность. Местные разрушения и проявление старения сооружений имеются практически на каждом ГТС, находящемся в эксплуатации более 30 лет /6, 7, 8, 9, 117/. На 200 водохозяйственных объектах и 56 накопителях отходов ГТС эксплуатируются без ремонта более 50 лет и находятся в аварийном состоянии.
Оценка уровня риска аварии ГТС связана с назначением достоверных и представительных критериев безопасности сооружения, которое осуществляется, в частности, на основании данных измерений по

установленной контрольно-измерительной аппаратуре (КИА), а также по результатам визуальных наблюдений /73, 112, 118, 130, 131, 138/. Как правило, состав наблюдений и количество данных этих наблюдений недостаточны для оценки уровня безопасности сооружений. При проектировании ГТС установка КИА предусматривалась в значительной мере с целью контроля состояния сооружений в период строительства и первых лет эксплуатации. Схема размещения и номенклатура КИА, остающейся на эксплуатационный период, определялись без ориентирования на использование в качестве базы критериев безопасности /143/. Действие КИА не может охватить все сооружения ГЭС. В последние годы снизились возможности гидротехнических служб в обеспечении качественного надзора за ГТС. Вышла из строя большая часть закладной контрольно-измерительной аппаратуры, основу которой составляют струнные измерительные преобразователи (на плотинах Братской и Усть-Илимской ГЭС до 50%, на Чиркейской ГЭС до 25% датчиков находятся в неработоспособном состоянии). Кроме того, закладная КИА не дает возможность проводить контроль в полном объеме.
В сложившейся ситуации дальнейшая эксплуатация сооружений вызывает серьезные опасения, нашедшие отражение в Приказе по РАО «ЕЭС России» /128/. Соответственно, повышается роль оперативного и объективного определения фактического состояния строительных конструкций с помощью инструментальных методов контроля для оценки надежности, долговечности и ремонтопригодности сооружений. В объеме инструментального контроля и обследования максимальную долю занимают методы неразрушающего контроля (МИК), позволяющие получить реальные физико-механические и структурные характеристики бетона непосредственно в сооружениях и оценить их изменение во времени и от воздействия различных внешних факторов.
Неразрушающие методы контроля применительно к эксплуатирующимся сооружениям обладают рядом положительных свойств:
- позволяют проводить многократные испытания одного и того же позволяют проводить многократные испытания одного и того же элемента,

поверхности контролируемой конструкции наносится такая же сетка. В процессе испытаний преобразователи устанавливают в точки пересечения разметочных линий - узлы.
Обычно на контролируемую поверхность наносится разметочная сетка с крупной ячейкой от 0,35x0,35м до 1,0x1,0 м в зависимости от размеров общей контролируемой поверхности и сечения конструкций /145/. Затем на втором этапе в местах, где имеются значительные отклонения акустических характеристик, для определения границ участков с нарушенной структурой проводятся повторные измерения по узлам более частых сеток с размером ячеек 50x50 или 100x100 мм.
Однако таким образом сложно оценить прочность бетона как материала, определяемую в бездефектной зоне и выделить границы информационного акустического параметра, разделяющие по своей величине различные уровни дефектности конструкции.
Для этой цели предлагается использовать метод анализа гистограмм. Рекомендуется для полного анализа выполнить не менее 100 измерений (N>100), определяется число интервалов К.
К = 5-^10 ^ N (2.1)
Затем с учетом отбрасывания нехарактерных величин информационного акустического параметра определяется диапазон полученных измерений -размах выборки
Л = (2.2)
Определяется ширина интервалов, на которые разбивают измерения
е1 = МК (2.3)
с округлением полученного значения определяют границы интервалов.
Разбивают все измерения на интервалы и определяют количество измерений, попавших в каждый интервал - частоту п.
В заключение можно построить график-гистограмму зависимости частоты п от интервалов, по внешнему виду наглядно демонстрирующий