Статья:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ СТАЛИ НЕРАЗРУШАЮЩИМИ МЕТОДАМИ КОНТРОЛЯ ПРИ ОБСЛЕДОВАНИИ КОНСТРУКЦИЙ

Конференция: X Студенческая международная заочная научно-практическая конференция «Молодежный научный форум: технические и математические науки»

Секция: 1. Архитектура, Строительство

Выходные данные
Дроков А.В. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ СТАЛИ НЕРАЗРУШАЮЩИМИ МЕТОДАМИ КОНТРОЛЯ ПРИ ОБСЛЕДОВАНИИ КОНСТРУКЦИЙ // Молодежный научный форум: Технические и математические науки: электр. сб. ст. по мат. X междунар. студ. науч.-практ. конф. № 3(10). URL: https://nauchforum.ru/archive/MNF_social/3(10).pdf (дата обращения: 23.08.2019)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 2 голоса
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ СТАЛИ НЕРАЗРУШАЮЩИМИ МЕТОДАМИ КОНТРОЛЯ ПРИ ОБСЛЕДОВАНИИ КОНСТРУКЦИЙ

Дроков Алексей Викторович
студент Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, Северо-Кавказского филиала, РФ, г. Минеральные Воды
Капленко Ольга Александровна
научный руководитель, канд. техн. наук, доц. Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, Северо-Кавказского филиала, РФ, г. Минеральные Воды

 

 

В настоящее время всё большее распространение при проведении обследований конструкций зданий и сооружений получают методы неразрушающего контроля. Приборы, использующие данные методы, позволяют получить характеристики свойств без забора необходимого материала для изготовления образцов и их испытаний в лабораторных условиях. Вырез материалов из конструкции, особенно находящейся в эксплуатации, сопряжен с определенными трудностями. И не всегда удается сделать это корректным образом, не причинив конструкции существенного вреда. Поэтому применение передовых методов неразрушающего контроля является экономически целесообразным, снижающим сроки и затраты на проведение обследования.

Определение фактических прочностных характеристик металлических конструкций возможно методом замера твёрдости.

В процессе обследования металлоконструкций зданий и сооружений достаточную надёжность в температурном режиме до минус пяти градусов Цельсия показал портативный комбинированный твердомер МЕТ-УД, предназначенный для контроля твёрдости металлов и сплавов по стандартизованным в России шкалам [1, с. 78]. Аппараты подобного действия типов ТЭМП-2 и ТЭМП-4 также широко применяются в процессе обследований металлоконструкций.

Практика применения подобного рода приборов при натурном освидетельствовании конструкций показала, что температура окружающей среды вносит существенные коррективы в работу с ними. Необходимо их содержание в теплом месте, так как прибор отказывает в работе при относительно низких температурах. Наличие дополнительных элементов питания продлевает его работоспособность.

В настоящее время стальные конструкции широко применяются в несущих элементах различных зданиях и сооружениях. Для поддержания нормальных условий эксплуатации и технического состояния работы конструкций в течение всего срока эксплуатации необходимо контролировать и обследовать здания и сооружения.

Большую роль данные о состоянии работы конструкций имеют при реконструкции и реставрации зданий и сооружений. Данные позволяют сократить расход металла на усиление и правильно рассчитать нагрузки, которые конструкция может воспринимать. Одним из основных параметров металлических конструкций, определяющим работоспособность является прочность материала.

Основным методом определения прочности металла в конструкциях зданий и сооружений является отбор проб и их испытание на растяжение по ГОСТ 1497-84* «Металлы. Методы испытания на растяжение». Этот способ отличается тем, что полученное в результате значение прочности наиболее точное. Основными недостатками этого метода являются ослабление элементов при отборе проб, очень высокая трудоемкость отбора и дальнейшее восстановление элемента.

Связь между прочностью металла и его твердостью достаточно известна, а соотношение между данными параметрами сталей указано в ГОСТ 22761-77 «Метод измерения твердости по Бринеллю переносными твердомерами статического действия». В различных источниках приводятся разные аналитические зависимости. Так в СТО 22-04-02 «Руководство по отбору микропроб, проб и определению механических свойств сталей в металлических конструкциях неразрушающим методом» указана формула:

                                                  (1)

При этом зависимость рассматриваемых параметров, указанная в справочнике Морозова А.С., Ремнева В.В., Тонких Г.П. «Организация и проведение обследования технического состояния строительных конструкций зданий и сооружений», имеет вид:

                                          (2)

где К = 0,34 при НВ<175 и К = 0,36 при НВ>175.

Результаты значений прочности, полученные по этим зависимостям, имеют существенные отличия и иногда значительно отличаются от истинной прочности испытываемого элемента. Например, в результате одного из проведенных авторами исследований на профиле металлопроката из стали Ст3сп, были получены значения твердости и прочности, представленные в таблице 1.

Таблица 1.

Значения твердости и прочности профиля металлопроката из стали Ст3сп


Значение твердости


Прочность полученная пересчетом по эмпирическим зависимостям и таблицам


Прочность

по данным

сертификата


Прочность по данным испытания на разрыв по ГОСТ [1]


по ГОСТ


по СТО


 по справочнику


141,1


493


451


471


480


512,5

 

Как видно из данных, приведенных в таблице 1, определенные косвенным методом значения прочности имеют различия до 9 % при разном способе пересчета и отличаются от истинного значения предела прочности на величину до 13 %.

Известны исследования различных ученых, таких как, М.С. Дрозд «Определение механических свойств металла без разрушения», В.М. Хомич «Экспериментальное исследование взаимосвязи предела текучести и некоторых чисел твердости строительных сталей» и другие, направленные на уточнение и анализ зависимости «твердость-прочность». Однако большинство исследований основано на измерении твердости в лабораторных условиях по отобранным образцам, что приведет к ослаблению элемента конструкции.

Помимо вышеуказанного, в литературе отсутствуют методические указания по применению методов неразрушающего контроля твердости в полевых условиях (на строительной площадке или в эксплуатируемом здании). Нет рекомендаций по учету влияния на результат измерения факторов, возникающих при проведении измерений. К данным факторам в первом приближении относят:

·     расположение участка измерения;

·     толщина испытываемого элемента;

·     качество обработки испытываемой поверхности;

·     напряженно-деформированное состояние элемента;

·     наличие и величина остаточных напряжений;

·     марка стали.

Имеется большое количество приборов неразрушающего метода контроля твердости, позволяющих выполнять измерения в полевых условиях. К таким приборам относятся: TH-130, TH-132, TH 134, TH140B, TH150, TH160, TH170.

Основные методы, применяемые в них — это ультразвуковой и динамический. В динамическом методе определяется косвенная характеристика — отношение скорости при ударе и отскоке индентора. В ультразвуковом методе измеряемым параметром является частота колебаний индентора, при его внедрении в образец на определенную глубину под действием постоянного усилия. Значения косвенных характеристик в дальнейшем переводятся в число твердости [2, с. 376].

В лаборатории СКФ БГТУ им. В.Г. Шухова были произведены экспериментальные исследования на образцах из прокатных профилей различного поперечного сечения, выполненных из различных марок стали.

Для определения твердости металла в ходе исследований использован прибор TH-160 (динамический метод).

В работе исследовалось влияние на результаты измерений вида обработки поверхности исследуемого объекта. Обработка поверхности при применении портативных твердомеров является обязательным условием, а от качества ее выполнения во многом будет зависеть точность результата измерения. Для реализации эксперимента, поверхность образцов была обработана несколькими различными способами:

1.  Зачистка от окрасочного слоя;

2.  Зачистка от слоя окалины;

3.  Шлифовка поверхности шлифовальными кругами различной зернистости.

Последний вид обработки исследовался более детально для изучения влияния зернистости шлифовальных кругов и шероховатости обработанной поверхности на результаты измерений.

На рисунке 1 представлены графики результатов измерений твердости динамическим методом при различных видах обработки. Наглядно представлен разброс значений, характеризующий измерения при различных условиях.

 

Рисунок 1. График значений твердости при различной обработке поверхности

В результате исследований установлено, что подготовка поверхности оказывает существенное влияние на погрешность измерений твердости. В результате коэффициент вариации в первом и во втором испытаниях составил 18,7 % и 27,5 %. Выявленный разброс данных не допустим для выполнения исследований. Шлифовка поверхности перед выполнением измерений является обязательным условием для применения портативных твердомеров.

Выявлено, что зернистость шлифовальных кругов (от Z-40 до Z-120) практически не оказывает влияния на дисперсию значений. Коэффициент вариации при обработке составляет 3,6…5,2 %. При этом шероховатость обработанной поверхности, по данным анализа, составила 0,38…1,87 мкм, что является допустимым для применения динамического и ультразвукового методов.

В результате испытания динамическим методом было выявлено, что результат измерений в упругой зоне профиля (край полки, середина стенки) в три-четыре раза ниже, чем в не упругой (зоны сопряжения стенки с полкой). В результате испытаний ультразвуковым методом выявлено, что значения твердости изменяются по всему сечению профиля не существенно.

По результатам выполненных исследований сформулированы следующие выводы:

1.  Выполнение обработки поверхности образца шлифовкой является обязательным условием для проведения измерений. При этом зернистость шлифовальных кругов в определенном диапазоне не оказывает существенного влияния на погрешность измерений.

2.  Меньшей погрешностью характеризуются измерения, выполняемые в наиболее жесткой части сечения профилей — в зоне стыка полки и стенки. Влияние данного фактора при использовании ультразвукового метода практически отсутствует.

3.  Значение прочности стали близкое к истинному значению получено по пересчету твердости по таблице ГОСТ 22761-77. «Метод измерения твердости по Бринеллю переносными твердомерами статического действия».

4.  Близость участка измерения к сварному шву оказывает значительное влияние на погрешность измерений. Повышенная твердость в зоне сварного шва сохраняется в зоне приблизительно равной трем ширинам шва.

 

Список литературы:
1.    Гуляев А.П. Металловедение: Учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1986. — 544 с.
2.    Соколов В.А. Определение категорий технического состояния строительных конструкций зданий и сооружений с использованием вероятностных методов распознавания / В.А. Соколов // «Предотвращение аварий зданий и сооружений»: сборник научных трудов IV Международной конференции. — № 9. — М., 2010. — С. 375—387.