hrvatski

Detekcija oštećenja u armiranobetonskim konstrukcijama elastičnim valovima

U svrhu procjene stanja armiranobetonskih konstrukcija neophodno je primjenjivati pouzdane i efikasne nerazorne metode ispitivanja kojima je moguće pronaći i karakterizirati različite vrste oštećenja, poput raslojavanja, pukotina i šupljina. Impact-echo (IE) je akustična nerazorna metoda koja se temelji na refleksijama tranzijentnih elastičnih valova na oštećenim područjima elemenata konstrukcije u svrhu određivanja njihovog stanja. Elastični valovi frekvencija do oko 90 kHz se u materijal uvode mehaničkim putem, elastičnim udarcem male energije, korištenjem male čelične kuglice te se mjeri dinamički odaziv. Poznato je da IE metoda ima određena ograničenja s obzirom na veličinu i dubinu oštećenja koja je moguće otkriti, međutim ne postoje dobro ustanovljeni kriteriji koji kvantificiraju mogućnosti detekcije. Stoga su ciljevi ovoga rada točnije određivanje granice detekcije oštećenja u armiranobetonskim (AB) konstrukcijama IE metodom i uspostava statističkog modela za predviđanje vjerojatnosti detekcije oštećenja s obzirom na njihov tip, veličinu i dubinu. Granice detekcije ovise prvenstveno o frekvencijskom opsegu elastičnih valova uvedenih u ispitivani materijal te o jačini i trajanju udaraca koji nisu definirani. Zbog toga je konstruiran uređaj kojim se automatski generiraju udarci ponovljivog kontaktnog vremena i kontaktne sile. Dokazano je da se uređajem za automatsku primjenu udarca dobivaju kraća kontaktna vremena, znatno bolje ponovljivosti, u odnosu na mjerenja provedena ručnim udaranjem. Ovo je rezultiralo proširenjem granica detekcije s obzirom na dubinu oštećenja s Dmin = 4, 4 cm (ručna pobuda) na Dmin = 3, 2 cm (automatska pobuda). Za provođenje eksperimentalnih istraživanja, a na osnovi postojećih saznanja o granicama detekcije, projektiran je i izrađen armiranobetonski eksperimentalni poligon koji se sastoji od dviju eksperimentalnih ploča. Ploča br. 1 sadržava ugrađene šupljine različitih promjera smještene na različitim dubinama, a ploča br. 2. simulirana „realna oštećenja“ slična onima kakva se javljaju u armiranobetonskim konstrukcijama. (raslojavanja, mjesta segregiranoga betona i mjesta loše ugrađenog betona). Na poligonu su provedena opsežna eksperimentalna istraživanja korištenjem standardnog IE uređaja, poboljšanog uređajem za automatsku primjenu udarca vlastite konstrukcije. Pored toga korišten je i Laserski Dopplerov vibrometar (LDV) kao alternativni bezkontaktni detektor elastičnih valova. Mjerenja odziva na šupljinama eksperimentalne ploče br. 1 analizirana su upotrebom standardne FFT metode i alternativnih metoda spektralne analize: metode spektrograma, Welchove metode i Yule-Walkerove metode. Rezultati su analizirani s obzirom na frekvencije i na intenzitete odziva (parametrarska studija). Navedene analize provedene su za dva načela detekcije - detekciju na osnovi refleksija oštećenja te za detekciju na osnovi savojnih vibracija sloja betona iznad šupljina. Korištenjem rezultata mjerenja izrađen je model detekcije (POD model) koji se zasniva na određivanju intenziteta šuma i intenziteta odziva na pojedinim šupljinama. Na osnovi POD modela precizno su određene granice detekcije s obzirom na promjer i dubinu oštećenja. Rezultati POD modela dali su šire granice detekcije ukoliko se mjereni signal prevodi u frekvencijsko područje Yule-Walkerovom metodom u odnosu na standardnu FFT metodu. Yule-Walkerova metoda dala je prosječnu granicu detekcije oštećenja po dubini Dmin = 4, 8 cm, i prosječnu granicu detekcije po promjeru dmin = 8 cm. Utvrđeno je i da granica detekcije ima kompleksniju ovisnost o dubini i promjeru oštećenja no što se do sada smatralo. Na rezultate mjerenja na eksperimentalnoj ploči br. 2 koja sadrži simulirana “realna” oštećenja primijenjen je dobiveni POD model. Rezultatima mjerenja „realnih oštećenja“ pokazano je da je za uspješnu interperetaciju rezultata mjerenja bitno poznavati prag detekcije. Postavljanjem praga detekcije na utvrđenu razinu omogućen je prikaz oštećenja uz 95 %-tnu vjerojatnost. Na taj su način uspješno prezentirana sva realna oštećenja u eksperimentalnom poligonu (raslojavanja, šupljine nejednolike dubine i mjesta segregiranog betona). Pokazano je da se kao komplementarni alat analize može koristiti i mjerenje prigušenja signala. Primjenom POD modela na rezultate mjerenja LDV-om, dobivene su uže granice detekcije nego kod korištenja akcelerometra. Utvrđeno je da se LDV-om ne može mjeriti debljina eksperimentalne ploče jer su odzivi ispod nivoa šuma. Područje detekcije LDV-om s obzirom na dubinu oštećenja je od Dmin = 7, 5 cm do Dmax = 15 cm, a s obzirom na promjer oštećenja od dmin = 9, 5 cm. Naposljetku, prikazani su rezultati istraživanja mogućnosti detekcije LDV-a kao alternativnog bezkontaktnog detektora elastičnih valova. Rezultati mjerenja LDV-om su analizirani primjenom iste metodologije kao kod standardne IE metode te je izrađen POD model i za mjerenja LDV-om. Utvrđeno je da kod LDV-a šum najvećim dijelom potječe od karakteristika uređaja. Unatoč dobivenim lošijim rezultatima u odnosu na mjerenja akcelerometrom, predlaže se korištenje LDV-a za detekciju raslojavanja na načelu savojnih vibracija, te šupljina na srednjoj dubini na načelu refleksija.

Akustične metode; nerazorne metode; metoda udarca i odjeka; granice detekcije; model vjerojatnosti detekcije; oštećenja armiranobetonskih konstrukcija; elastični valovi

nije evidentirano