Автоматизована система експрес-діагностики луно-методом бетонних паль і стовпів у ґрунті

Размещено на http://allbest.ru

21

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

УДК 620.179.162:004.942

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

АВТОМАТИЗОВАНА СИСТЕМА ЕКСПРЕС-ДІАГНОСТИКИ БЕТОННИХ ПАЛЬ І СТОВПІВ У ґРУНТІ

Спеціальність 05.13.07 - Автоматизація технологічних процесів

Ярас Володимир Ігорович

Київ - 2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Київському національному університеті будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Городжа Анатолій Дмитрович, професор кафедри електротехніки та електроприводу Київського національного університету будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Михайленко Віктор Мефодійович, професор кафедри прикладної математики Київського національного університету будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України,

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Сисак Роман Михайлович, старший науковий співробітник відділу теоретичної електротехніки Інституту електродинаміки НАН України. Провідна установа: кафедра автоматизації хімічних виробництв Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України.

Захист відбудеться “27” квітня 2006 року о 13⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.056.01 у Київському національному університеті будівництва і архітектури за адресою: 03037, м. Київ, пр. Повітрофлотський, 31, ауд. 466.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03037, м. Київ, пр. Повітрофлотський, 31.

Автореферат розіслано “24”березня 2006 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент Цюцюра С.В.

загальна характеристика роботи

Актуальність теми. За останні декілька десятиріч будівництво практично повністю перейшло на застосування буронабивних та буроін'єкційних паль при виготовленні фундаментів під висотні споруди.

Порушення технологій і дефекти, що виникають при виробництві пальових конструкцій, можуть призвести до утворення деформацій, аварійних ситуацій та руйнувань у будинках і спорудах, що будуються, або введені в експлуатацію.

Незважаючи на те, що технології і технологічне обладнання постійно вдосконалюються, повністю виключити утворення дефектів неможливо. В цих умовах проектувальники свідомо ідуть на завищення запасів несучої здатності фундаментів. Це призводить до перевитрати матеріалів і підвищення вартості будівництва.

Для діагностики заглиблених паль найбільш прийнятним є акустичний імпульсний луно-метод з ударним збудженням пружної хвилі. Сучасні інформаційно-вимірювальні системи, які реалізують цей метод, пропонують спеціалізовані фірми Франції, США, Нідерландів, Ізраїлю. Подібні системи, які включають і останні розробки КНУБА, побудовані на базі сучасних інформаційних технологій.

Незважаючи на відносно високі можливості існуючих систем, якість і достовірність результатів обстежень до цього часу великою мірою залежить від кваліфікації і навичок оператора системи. Крім того, для даного класу апаратури процедура обстежень пальових об'єктів складається з робіт, що виконуються безпосередньо на об'єкті з подальшим аналізом результатів у лабораторії. Це затягує процес прийняття рішення.

Оскільки в умовах масового будівництва до систем контролю висувається вимога отримання результатів безпосередньо під час обстеження, або одразу після його закінчення, то розробка високомобільної системи автоматизованого тестового контролю заглиблених паль, яка дає високу точність і достовірність результатів обстежень, і не висуває підвищені вимоги до кваліфікації оператора, є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні наукові і практичні результати дисертаційної роботи отримані під час виконання комплексу робіт за програмою Держбуду України (рішення № 52 від 7.09.2001 р.) “Дослідження нової технології влаштування буроін'єкційних паль великого діаметра (більше 0,4 м) з напорним бетонуванням крізь пустотілий шнек та розробка зміни № 1 до СНиП 2.02.03. - 85 “Свайные фундаменты” та зміни № 1 до СНиП 3.02.01. - 87 “Земляные сооружения, основания и фундаменты”, а також у рамках господарських договорів з організаціями “Фундамент”, “Основа-Солсіф”, “Будмеханізація”, проектними інститутами “Київпроект”, “Київ Союздорпроект”.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є проведення теоретичних та інженерних розробок для створення високомобільної автоматизованої системи оперативного тестування паль у ґрунті та інших залізобетонних лінійних будівельних конструкцій, що дає можливість на відміну від існуючих:

- оперативно отримувати результати обстежень під час досліджень на об'єкті;

- зменшити вимоги до кваліфікації оператора при збереженні достовірності результатів і їх якості за рахунок переорієнтації деяких функцій оператора системі.

Для досягнення мети були поставлені такі задачі:

- розробити модель, що імітує процеси збудження хвилі стиску, її проходження і затухання у тілі конструкції, а також взаємодії з дефектом;

- розробити алгоритми і методики реєстрації, обробки, аналізу хвильових процесів, а також оперативного прийняття рішень про кондиційність конструкцій;

- розробити технічні засоби і програмне забезпечення автоматизованої системи експрес-діагностики паль (конструкцій).

Об'єктом дослідження є стрижневі будівельні конструкції, тобто відкриті та заглиблені бетонні та залізобетонні палі.

Предметом дослідження є хвильові процеси у залізобетонних палях при ударному збудженні з боку вільного торця.

Методи дослідження - математичне моделювання хвильових процесів з використанням чисельних методів; дослідження теорії сигналів; експериментальні дослідження ударних імпульсів та хвильових процесів у стрижньових будівельних конструкціях.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Вперше запропоновано метод автоматизованого прийняття рішення щодо кондиційності будівельної конструкції шляхом зіставлення натурних сигналограм хвильового процесу з еталонною моделлю.

2. Розроблена еталонна модель сигналограм хвильових процесів, що полягає в побудові обвідної відлунь, отриманих чисельним інтеґруванням xвильвого рівняння для стрижньової системи.

3. Запропоновано інформаційне забезпечення щодо функціонування автоматизованої системи діагностики залізобетонних паль, яке дозволяє проводити експрес-контроль якості у польових умовах.

4. Вперше для неруйнівного контролю будівельних конструкцій запропоновано метод підсилення корисного луно-сигналу шляхом просторової фільтрації з використанням кількох вимірювальних каналів.

Достовірність результатів дослідження підтверджується збіжністю результатів численого моделювання з даними натурних експериментів.

Практичне значення одержаних результатів. Результати теоретичних досліджень були використані при розробці і виготовленні автоматизованої системи тестового контролю залізобетонних лінійних будівельних конструкцій КСДК-3.3. Система успішно пройшла польові випробування та метрологічну атестацію, про що отримане Свідоцтво УкрЦСМ № 361-22 від 29.12.1999 р.

За допомогою системи обстежувалися пальові об'єкти Києва, Дніпропетровська, Запоріжжя, а також палі під опори прольотних конструкцій моста через р. Каму біля м. Сороч'ї Гори (Росія).

Система використовувалась для обстеження дослідних паль при виконанні програми робіт (Держбуду України) по підготовці змін і доповнень до діючих нормативних документів (СНиП 2.02.03. - 85 і СНиП 3.02.01. - 87).

Особистий внесок здобувача в отриманні наукових результатів полягає в тому, що наукові положення, які складають суть дисертації, сформульовані і вирішені ним самостійно. В публікаціях, підготовлених у співавторстві, дисертантові належать: в [2] - обґрунтування вибору багатоканальної системи вводу інформації; в [3] - одержання аналітичного виразу для поглиненої потужності імпульсу; в [4] - одержання вирішувальної функції багатоканальної системи вводу інформації; в [5] - класифікація можливих дефектів буроін'єкційних паль та загальна структура системи контролю. автоматизований контроль залізобетонний паль

Апробація результатів дисертації. Матеріали роботи доповідались і обговорювались під час Міжнародної науково-технічної конференції “Техническая диагностика и неразрушающий контроль” (Харків, ХТУРЕ, 1998 р.); 57-ї (1997 р.), 58-ї (1998 р.), 59-ї (1999 р.), 60-ї (2000 р.), 61-ї (2001 р.), 62-ї (2002 р.), 63-ї (2003 р.), 64-ї (2004 р.), 65-ї (2005 р.), науково-практичної конференції професорсько-викладацького складу Київського національного університету будівництва і архітектури.

Публікації. Основні результати дисертації опубліковано в 7 друкованих працях, 6 з них - у виданнях за переліком та вимогами ВАК.

Структура та обсяг дисертації. Робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків та додатків. Вона викладена на 193 сторінках і містить 102 сторінки основного тексту, 58 рисунків, список використаних джерел із 141 найменувань на 16 сторінках та додатки на 26 сторінках.

основний зміст

У вступі обґрунтувано актуальність теми, показано зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами, сформульовано мету і задачі дослідження, вказано на об'єкт та предмет дослідження, викладено наукову новизну, наведені дані про практичне значення одержаних результатів, апробацію та публікації.

У першому розділі детально систематизовано основні дефекти, що виникають у пальових конструкціях різного виконання. Огляд проведено стосовно трьох основних типів бетонних і залізобетонних паль, а саме: забивних, буронабивних буроін'єкційних (SFA) паль. Проаналізовано методи обстеження залізобетонних паль, опор тощо, при цьому встановлено: метод колонкового буріння заглиблених паль використовується винятково рідко через велику вартість та низьку достовірність; метод гама- і ультразвукового каротажу має достатню достовірність, але з причини високої вартості його застосовують тільки у відповідальних і великогабаритних конструкціях типу опор мостів, фундаментів башт тощо; акустичні часові методи наскрізного і поверхневого прозвучування широко застосовуються для контролю відкритих будівельних виробів і конструкцій, у тому числі забивних паль перед зануренням.

Проанотовані основні теоретичні засади, на яких базуються дані методи. Описані принципи дії та шляхи вдосконалення приладів. Перераховані методи принципово не здатні виявити більшість типових дефектів в заглиблених палях. для масового контролю заглиблених паль єдино придатним є акустичний луно-метод. За достовірністю він займає проміжну позицію між методами буріння і каротажу та має найнижчу вартість при великих обсягах робіт. Тому луно-метод є найбільш перспективним методом для впровадження на будівельних об'єктах.

Луно-метод на частотах ультразвуку 0.5...10 МГц широко застосовується для дефектоскопії виробів із дрібноструктурних матеріалів - металів, пластмас, кераміки, композитів тощо. Для дослідження конструкцій із залізобетонних конструкцій випускаються прилади, що використовують частоти порядку 25...100 кГц. У цьому діапазоні, застосовуючи навіть потужні генератори ультрахвильових імпульсів, зафіксувати відбиту хвилю при обстеженнях конструкцій довше 5...6 м практично неможливо.

Для дефектоскопії залізобетонних паль пропонується удосконалити видозмінений луно-метод. Він полягає в ударному збудженні хвилі стиску з вільного торця палі. За кордоном метод одержав назву Impact-Echo. Частотна область хвильових процесів при цьому виді генерації становить 0,5...5 кГц. В іншому метод мало відрізняється від класичного. У будівельній галузі представлено декілька фірм, що пропонують Impact-Echo апаратуру для дефектоскопії залізобетонних паль. Серед них можна виділити фірми Pile Dynamics Inc., США; CEBTP, Франція; Piletest Ltd, Ізраїль; НДЛ ДАКІС, КНУБА, Україна.

Певні недоліки сучасної серії приладів для неруйнівного контролю залізобетонних паль луно-методом з ударним збудженням пружної хвилі обумовили необхідність проведення подальших теоретичних та інженерних розробок. Крім того, збільшення обсягів будівництва викликало зростання обсягів робіт щодо обстеження пальових фундаментів. Це, в свою чергу, разом із деякими іншими об'єктивними та суб'єктивними факторами зумовило необхідність створення автоматизованої системи експрес-діагностики паль.

Другий розділ. Задачі, що поставлені у роботі, вирішуються за допомогою математичної моделі хвильових процесів у стрижньовій бетонній конструкції, яка повинна враховувати геометричні параметри об'єкта контролю, умови збудження зондуючого впливу, поглинання енергії пружної хвилі матеріалом палі і оточуючим середовищем, перешарування останнього ґрунтами з різними акустичними властивостями.

При побудові хвильової моделі відкритої і зануреної стрижньової конструкції прийняті такі допущення: механічні процеси у бетонній конструкції описуються відповідно до однієї з моделей в'язко-пружного середовища; стрижньова залізобетонна конструкція представляється у вигляді однорідного стрижня, так що при збудженні з одного торця розповсюджується тільки поздовжня хвиля; пружна хвиля у відкритій палі загасає тільки за рахунок поглинання ії енергії матеріалом і взаємодії з дефектом; вплив ґрунту на загасання хвилі в заглибленій палі враховується збільшенням диссипативної складової, що присутня у моделі в'язко-пружного середовища.

Відповідно до першого припущення, залізобетонний стрижень було змодельовано у вигляді набору комірок Максвелла (рис. 1).

Комірки являють собою набір зосереджених мас, з'єднаних між собою елементами пружності і в'язкості з модулем пружності Е і коефіцієнтом загасання коливань С_m відповідно.

Поздовжні коливання в тілі однорідного стрижня з урахуванням пружної та в'язкої складових описуються рівнянням

, 0 < x < l, t > 0, (1)

де u - переміщення перерізу при коливанняx вздовж x; t - час;

- швидкість поширення пружної xвилі у матеріалі стрижня;

- щільність матеріалу; l - довжина стрижня.

Початкові умови:

 (2)

Гранична умова для верхнього кінця стрижня (x =0) визначається як

, (3)

де u_l(t) - переміщення верхнього кінця стрижня як функції часу.

Для виконання цієї умови у роботі моделюється імпульс ударного збудження. Згідно з Ю.В. Ланге останній можна представити у вигляді:

, (4)

де , (5)

де u_m - максимальне переміщення поверхні у зоні контакту;

k - коефіцієнт асиметрії;

T - повна тривалість ударного імпульсу.

Залежність (4) дозволяє представити імпульси з будь-яким ступенем асиметрії, а також з достатньою точністю відтворити ударний вплив на конструкцію.

Для ідентифікації параметрів u_m, k, T моделі ударного імпульсу були проведені натурні експерименти, у процесі яких реєструвалися параметри удару.

Для нижнього кінця відкритого стрижня (x=l) гранична умова записується у вигляді:

 (6)

де u_r(t) - переміщення нижнього кінця стрижня.

Для палі, що знаходиться в ґрунті, нижній її кінець при своїx коливанняx взаємодіє з ґрунтом, віддаючи останньому частину своєї енергії. Будемо вважати, що опір рухові нижнього кінця палі пропорційний його переміщенню, тобто

, (7)

де - коефіцієнт пропорційності, який залежить від форми палі, зокрема, від площі її поперечного перерізу та від властивості руxу.

Для чисельної реалізації моделі використовується явна різницева схема:

(8)

де s, v - номери кроків за x та t; h, ф - розміри кроків відповідно;

m - число відрізків, на які розбивається стрижень по довжині для розраxунку.

Розроблено програмне забезпечення (ПЗ), яке дозволяє проводити комп'ютерне моделювання хвильових процесів у відкритих та заглиблених у ґрунт залізобетонних палях при ударному збудженні і таких вхідних даних: довжина конструкції; наявність дефекту, його координата по довжині та площа; показник загасання хвилі у матеріалі палі; показник загасання хвилі за рахунок випромінювання у оточуючий ґрунт; параметри зондуючого імпульсу тощо.

На основі цього початкового стану та при заданиx граничниx умоваx послідовно крок за кроком чисельено розв'язується диференціальне рівняння (1); графічний інтерфейс ПЗ забезпечує необхідну візуалізацію розв'язку.

На рис. 2, а показано розрахована сигналограма хвильового процесу в заглибленій 15-метровій палі з дефектом (послаблення площі перерізу 20%), що знаходиться на глибині 10 м для швидкості (рис. 2, а) і прискорення (рис. 2, б) переміщення торця палі.

Рис. 2. Розраховані сигналограми хвильового процесу:

1 - зондуючий імпульс; 2 - луно-сигнал від протилежного торця палі; 3 - луно-сигнал від дефекту

Під час проведених польових досліджень експериментально встановлена адекватність розробленої моделі хвильовим процесам, що розповсюджуються у палі в результаті ударного збудження.

У дисертації запропоновано метод адаптивного формування еталонної моделі сигналограми хвильового процесу, що забезпечує функцію оперативного відбраковування некондиційних бетонних та залізобетонних паль. Полягає він у такому:

а) задаються апріорні дані про пальовий об'єкт, що обстежується, а саме - геометричні параметри паль; механічні властивості бетону; поглинаючі властивості шарів ґрунту, що оточують конструкції; максимально допустимий дефект, що дозволено проектувальником;

б) моделювання в одній координатній площині декількох сигналограм хвильових процесів у палі зі зміщеними з певним кроком координатами допустимого дефекту і побудова обвідної максимумів відлунь від цих дефектів (рис. 3).

Рис. 3. Обвідна максимумів відлунь для 15-метрової палі від дефекту (послаблення площі перерізу 20%), що зміщується з кроком 0,2 м

Дана функція також закладена у ПЗ. Рис. 3 демонструє обвідну, що сформована для 15-метрової палі відлуннями від дефекту 20% перерізу, що зміщується з кроком 0,2 м. У процесі обстежень паль на об'єкті, одержана обвідна накладається на кожну сигналограму. Вихід відлуння за межі обвідної є критерієм відбраковки паль.

Третій розділ присвячено розробці апаратно-програмного забезпечення автоматизованої системи експрес-діагностики бетонних паль луно-методом.

Досвід розробок та експлуатації попередніх поколінь апаратури на пальових об'єктах показав, що досить відповідальним завданням попередньої обробки зареєстрованих хвильових процесів є виділення “корисних” луно-сигналів із випадкових конструкційних та електричних завад. При цьому рівень останніх може значно перевищувати рівень корисних сигналів, що включають зондуючий імпульс і луно-сигнали від дефектів і протилежного торця конструкції. Електричні завади - власні шуми акустичних датчиків та електронних каналів перетворення сигналу. Конструкційні завади формуються в результаті ударного впливу на об'єкт контролю, при якому крім поздовжньої хвилі виникають одночасно ще кілька типів хвиль, що накладаються на корисні сигнали. Для палі, укладеної у ростверк, додатково спостерігається загасаючий процес багаторазових перевідбиттів у масиві ростверку. Якщо електричні завади вилучаються за рахунок частотної фільтрації та шляхом порівняння сигналів від повторних зондувнь при незмінних точках збудження і прийому, то позбутися конструкційного шуму набагато складніше. Його енергетичний спектр з високою точністю збігається з енергетичним спектром корисного сигналу. Сигнал, відбитий від дефекту або стрибка поперечного перерізу, формується тим же зондуючим імпульсом, тому його виділення із структурного шуму за допомогою лінійних частотних фільтрів виявляється неможливим.

У роботі для придушення конструкційних завад, що виникають при обстеженні будівельних конструкцій запропоновано і обґрунтовано використання декількох вимірювальних каналів і просторової фільтрації.

Вона полягає у багатоканальній реєстрації і когерентному підсумовуванні хвильових процесів від кількох датчиків, що випадковим чином розташовані у зоні прийому. У результаті сумарні корисні сигнали збільшуються в N разів, де N - кількість каналів, а конструкційний шум збільшиться тільки в разів.

На основі розроблених методів, алгоритмів, програм створено автоматизовану систему експрес-діагностики бетонних паль, що одержала назву КСДК-3.3 (далі КСДК). Структурними складовими системи є:

- персональний комп'ютер (ПК) класу notebook зі спеціально розробленим програмним забезпеченням, що реалізує функції адаптивного формування еталонної моделі сигналограм хвильових процесів; реєстрації, обробки, аналізу натурних хвильових процесів; оперативного прийняття рішень про кондиційність конструкцій, що обстежуються.

- датчики акустичних сигналів - акселерометри або сейсмодатчики;

- пристрій КВІ-3.3 для попередньої обробки аналогових сигналів, їхнього аналого-цифрового перетворення, проміжного накопичення у власній пам'яті й передачі в персональний комп'ютер.

КСДК розроблялася як високомобільний переносний комплекс, призначений для роботи в польових умовах у широкому діапазоні кліматичних умов і при мінімумі обслуговуючого персоналу.

КСДК задовольняє таким умовам:

- можливість нанесення ударного впливу з нормованою або ненормованою (залежно від умов експерименту) енергією;

- обробка інформації в часовій, амплітудній і частотній областях;

- можливість автоматизованого одержання рішення про кондиційність об'єктів контролю;

- сумісність блоків первинної обробки сигналів з будь-яким PC -сумісним комп'ютером.

У розділі розглянуто розроблену автором програму метрологічної атестації. Експериментальне визначення похибок КСДК-3.3 при атестації і наступні перевірки виконуються за такими показниками:

- одержання амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) аналогових каналів;

- вимір часових інтервалів;

- вимір швидкості поширення пружної поздовжної хвилі в залізобетонних і кам'яних конструкціях;

- вимір загасання пружної хвилі в матеріалі конструкції;

- вимір лінійних розмірів конструкцій;

- вимір відстаней від точки збудження пружної хвилі до відбивачів.

Програму було затверджено Українським державним науково-виробничим центром стандартизації, метрології та сертифікації (УкрЦСМ) 17. 12. 1999р. КСДК-3.3 витримала метрологічну атестацію за всіма показниками програми атестації, про що одержано Свідоцтво УкрЦСМ № 361-22 від 29.12.1999 р.

Четвертий розділ присвячено натурним випробуванням системи в умовах будівельних майданчиків та результатам її дослідно-промислової експлуатації. Для верифікації розробленої числової моделі, на об'єкті фірми ЗАТ “Фундамент” (житловий масив Позняки, м. Київ) було проведене дослідження розповсюдження пружних хвиль по довжині заглибленої залізобетонної палі. В одну з паль були введені три акустичних датчики на позначки 1,5, 2,5, і 5 м з метою порівняти дійсні сигнали від датчикив, що установлені на різних глибинах, з розрахунковими сигналами з урахуванням загасання.

У дисертації наведено моделі хвильових процесів, а також сигналограми обстежень. Порівняльний аналіз зареєстрованих і розрахункових сигналів наведений у табл. 1.

Максимальна похибка змодельованих сигналів по амплітуді імпульсу відносно тих, що одержані експериментально, складає 5,7%.

Таблиця 1

Позначка, з якої знято сигнал, м	1,5	2,5	5
Розрахунковий рівень сигналу, мВ	89,1	67,2	34,9
Рівень сигналу, що зареестровано, мВ	85	64	32
Відносна похибка, %	4,6	4,9	5,7

Під час виконання комплексу робіт за програмою Держбуду України обстежувалися дві спеціально вироблені 7-метрові палі (кондиційна і дефектна). З розрахунковими сигналами порівнювалися дійсні луно-сигнали від протилежного торця кондиційної конструкції і від штучного дефекту другої палі. Відносна похибка на кондиційній конструкції склала 6,4%. При роботі з дефектною палею цей показник склав 13,2%, оскільки на останній були присутні ще два незначних дефекти, котрі додатково розсіяли енергію хвилі. Дані дослідження підтверджують адекватність розроблених моделей хвильовим процесам, що розповсюджуються у палі в результаті ударного збудження. Достовірність методу підсилення корисного луно-сигналу шляхом просторової фільтрації перевірялася на буронабивних палях довжиною 19 м і діаметром 0,6 м. Наведені у дисертації хвильові процеси підтверджують справедливість запропонованого рішення.

Результати масового автоматизованого тестування паль подано на прикладі будівельного об'єкта на перетині вул. Тростянецької та Харківського шосе м. Києва. Чотириста сорок паль діаметром 0,63 м і довжиною 16 м обстежувалися у п'ять етапів упродовж їх виробництва. Під час обстежень першої серії з 30 паль було виявлено 4 конструкції з дефектом, що перевищував заданий поріг 20%. Після виготовлення решти 390 конструкцій обстеженнями виявлено тільки одну дефектну палю. Даний приклад крім підтвердження практичної цінності та ефективності розробленої системи свідчить про підвищення якості виробництва за наявності контролю прихованих робіт.

висновки

Виконані дослідження, розроблені моделі, схемотехнічні рішення, алгоритми і комп'ютерні програми вирішують важливу науково-практичну задачу створення конкурентноспроможної та ефективної апаратури автоматизованого неруйнівного контролю заглиблених залізобетонних паль і дозволяють сформулювати такі основні висновки, що визначають наукову новизну і практичну цінність дисертаційної роботи.

1. На основі аналізу потреб виробництва і стану проблеми обґрунтована необхідність створення автоматизованої системи, що забезпечує експрес-діагностику залізобетонних паль і стовпів у ґрунті, оскільки використання існуючих спеціалізованих систем неруйнівного контролю затримує процес прийняття рішення про кондиційність конструкцій, що неприпустимо у нинішніх умовах масового будівництва.

2. Розроблена числова модель сигналограм хвильових процесів, що ґрунтується на інтегруванні xвильвого рівняння з урахуванням геометричних параметрів палі, ґрунтових умов будівельного об'єкта, характеру і форми зондуючого впливу, типу вимірювального перетворювача і координат його розташування. Модель дозволяє імітувати на сигналограмах відлуння від дефектів із заданим кроком. Польові випробування підтвердили адекватність розроблених моделей реальним хвильовим процесам, що розповсюджуються у палі в результаті ударного збудження.

3. Запропонований метод адаптивного формування еталонної моделі сигналограми хвильового процесу, що ґрунтується на побудові обвідної максимумів відлунь від уявних дефектів, ініційованих з певним кроком по довжині конструкції, дає можливість оперативно відбракувати некондиційні бетонні та залізобетонні палі.

4. Для підсилення корисних луно-сигналів на фоні паразитних конструкційних завад, які виникають під час обстежень, запропоновано метод просторової фільтрації, що полягає у когерентному підсумовуванні хвильових процесів, зареєстрованих від кількох вимірювальних каналів.

5. Розроблено автоматизовану систему тестового контролю залізобетонних паль КСДК-3.3, яка дозволяє оперативно отримувати достовірні результати діагностики залізобетонних паль безпосередньо на об'єкті. Проведено метрологічну атестацію системи, про що отримано відповідне свідоцтво УкрЦСМ.

6. У процесі дослідно-промислової експлуатації системи було обстежено близько десяти тисяч паль на багатьох будівельних об'єктах, що підтверджує практичну цінність та ефективність результатів, одержаних в дисертаційній роботі.

список опублікованих праць за темою дисертації

1. Ярас В.И. Регистрация сигналов при работе акустическими методами диагностики и неразрушающего контроля // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. - 1997. - № 1. - С. 77-78.

2. Ярас В.И., Трощинский Б. О. Обнаружение полезных сигналов при эходефектоскопии железобетонных свай // Сб. науч. тр. междунар. науч. - техн. конф. - Харьк. гос. техн. универ. радиоэлектроники. - 1998. - С. 179-183.

3. Городжа А.Д., Ярас В.І., Трощiнський Б. О. Дослідження загасання пружних хвиль у луно-дефектоскопії залізобетонних паль // Основи і фундаменти: Міжвідомч. науково-техн.журн. К.: КНУБА, 1999. Вип. 25. С. 90-95.

4. Городжа А.Д., Ярас В.И. Обработка сигналов в информационно - измерительной системе эхо-дефектоскопии находящихся в грунте железобетонных свай // Техніка будівництва: Міжвідомч. науково-техн.журн. - Вип. 6. - КНУБА. - 1999. - С. 85-88.

5. Городжа А.Д., Трощинский Б. А., Помешкин П.В., Ярас В.И. Перспективная технология устройства свайных фундаментов и компьютерная система контроля технологических параметров их изготовления // Гірничі, будівельні, дорожні та меліоративні машини: Всеукр. зб. наук. праць. К.: КНУБА, 1999. Вип. 54. С. 67-71.

6. Ярас В.И. Моделирование зондирующего сигнала в информационно-измерительной системе эхо-дефектоскопии находящихся в грунте железобетонных свай // Техніка будівництва: Міжвідомч. науково-техн.журн. К.: КНУБА, 2000. Вип. 8. С. 40-44.

7. Ярас В.І. Моделювання хвильових процесів у системі автоматизованого тестування залізобетонних паль // Гірничі, будівельні, дорожні та меліоративні машини: Всеукр. зб. наук. праць. К.: КНУБА, 2005. Вип. 63. С. 89-93.

Анотація

Ярас В.І. Автоматизована система експрес-діагностики луно-методом бетонних паль і стовпів у ґрунті. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 - Автоматизація технологічних процесів. - Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, 2006. В дисертаційній роботі розв'язується науково-технічна задача створення конкурентноспроможної та ефективної апаратури автоматизованого неруйнівного контролю заґлиблених залізобетонних паль. Сформульовано новий підхід до створення автоматизованої системи дефектоскопії залізобетонних паль, що дозволяє проводити експрес-діагностику якості у польових умовах. Запропоновано новий метод автоматизованого прийняття рішень про кондиційність будівельних конструкцій на основі порівняння сигналограм хвильових процесів, отриманих під час обстежень, з еталонною моделлю. Обґрунтовано новий підхід до формування еталонної моделі сигналограм хвильових процесів, що полягає в побудові обвідної відлунь, отриманих чисельним інтеґруванням xвильвого рівняння для стрижньової системи. Вперше для неруйнівного контролю будівельних конструкцій запропоновано метод підсилення корисного луно-сигналу шляхом просторової фільтрації з використанням кількох вимірювальних каналів. Розроблено автоматизовану систему тестового контролю залізобетонних паль КСДК-3.3, проведено її метрологічну атестацію, про що отримано відповідне свідоцтво УкрЦСМ. Практична цінність дисертаційної роботи підтверджена дослідно-промисловою експлуатацією системи на багатьох будівельних об'єктах.

Ключові слова: автоматизована система, діагностика, луно-метод, залізобетонна паля.

АННОТАЦИЯ

Ярас В.И. Автоматизированная система экспресс-диагностики эхо-методом бетонных свай и столбов в грунте. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов. - Киевский национальный университет строительства и архитектуры, Киев, 2006.

На основе анализа потребностей производства и состояния проблемы обоснована необходимость создания автоматизированной системы, которая обеспечивает экспресс-диагностику железобетонных свай и столбов в грунте, поскольку использование существующих специализированных систем неразрушающего контроля затягивает процесс принятия решения о кондиционности конструкций, а это недопустимо в нынешних условиях массового строительства.

Задача решена при помощи предложенного автором метода адаптивного формирования эталонной модели сигналограммы волнового процесса, который основан на построении огибающей максимумов эхо-сигналов от предполагаемых дефектов, инициированных с определенным шагом по длине конструкции. Разработана числовая модель сигналограмм волновых процессов в основе которой - численное интегрирование волнового уравнения в среде Максвелла, с учетом геометрических параметров сваи, грунтовых условий строительного объекта, характера и формы зондирующего воздействия, типа измерительного преобразователя и координат его расположения. Модель позволяет имитировать на сигналограмах эхо-сигналы от дефектов с заданным шагом. Полевые испытания подтвердили адекватность разработанных моделей волновым процессам, которые распространяются в свае в результате ударного возбуждения. Для усиления полезных эхо-сигналов на фоне паразитных конструкционных помех, возникающих во время обследований, предложен метод пространственной фильтрации, который основан на когерентном суммировании волновых процессов, зарегистрированных от нескольких измерительных каналов.

Результаты работы использованы при разработке системы экспресс-диагностики КСДК-3.3. Система представляет собой мобильный переносной комплекс, состоящий из акустических датчиков; устройства КВИ-3.3 для предварительной обработки аналоговых сигналов, их аналого-цифрового преобразования, промежуточного накопления в собственной памяти и передаче в персональный компьютер; персонального компьютера класса Notebook; специально разработанного программного обеспечения. Система предназначена для работы в полевых условиях в широком диапазоне климатических условий и при минимуме обслуживающего персонала. Программное обеспечение системы отвечает за ввод сигналов волновых процессов, цифровую обработку зарегистрированной информации, автоматизированную разбраковку обследуемых свай. Проанализированы основные виды погрешностей, которые возникают при измерении, регистрации и обработке результатов. Проведена метрологическая аттестация системы, получено соответствующее свидетельство УкрЦСМ.

Опытно-промышленная эксплуатация системы на ряде строительных объектов подтвердила практическую ценность и эффективность диссертационной работы.

Ключевые слова: автоматизированная система, диагностика, эхо-метод, железобетонная свая.

ANNOTATION

Yaras V.I. Automated Express-Diagnostics System for concrete piles and poles in ground. - Manuscript

The dissertation on competition of Candidate of Technical Science academic degree in speciality No.05.13.07 - Automation of Technological Processes. - Kyiv National University of Construction and Architecture, Kyiv, 2006.

This dissertational work solves the scientific and technical problem in creation of competitive and effective equipment for automated non-destructive control of deepened reinforced concrete piles. The author formulates new approach to creation of the automated system of defectoscopy of reinforced concrete piles which allows carrying out the express-diagnostics of quality in field conditions; proposes a new method of the automated decision-making in quality of building constructions on the basis of comparison of the wave process records received during investigation with reference model; proves the new approach to formation of reference model of the waveform records which consists in construction of echo-signals envelope, received by numerical integration of the wave equation for framework. For the first time in non-destructive control of building structures it is offered the method of strengthening of useful echo-signal by means of spatial filtering with use of several measuring channels. Product: it was developed an automated system for express-diagnostics of reinforced piles: CSCD-3.3. The system passed metrological attestation and was certified by UkrMetrTestStandard. Practical value of the study is confirmed by experimental-industrial operation of the system on a number of construction projects.

Keywords: automated system, diagnostics, echo-method, reinforced (iron-) concrete pile.

Размещено на Allbest.ru

...