НАКОПИЧЕННЯ УШКОДЖЕНЬ В ОСНОВНИХ НЕСУЧИХ КОНСТРУКЦІЯХ СПОРУД, РЕЗЕРВ ПРАЦЕЗДАТНОСТІ

Анотація

В статті наведені результати експериментальних досліджень міцності та деформативності несучих конструкцій, які виготовлені із деревини при дії статичних навантажень. У більшості великих міст України існує значна кількість споруд, які мають історичну та архітектурну цінність. Щоб зберегти ці споруди на довголіття, необхідно постійно одержувати подібну інформацію про стан їх несучих конструкцій для прийняття своєчасних рішень про підсилення, заміну, капітальний ремонт тощо.

В матеріалах будівельних конструкцій за період експлуатації зміни, які пов’язані з появою, розвитком та накопиченням ушкоджень структури. Ці ушкодження визивають субмікро- і мікротріщини, які є результатом зовнішніх механічних дій на конструкцію і тому перехід в граничний стан є результатом повільного накопичення пошкоджень. Розробивши методику реєстрації пошкоджень, можна одержати інструмент, який дозволяє не тільки контролювати поточний стан конструкції, а також прогнозувати зміни її несучої здатності в часі.

В період експлуатації проходить зміна структури матеріалів несучих конструкцій. Розвиток цього процесу складається з декількох етапів, основними з яких є: деформування міжатомних зв’язків, зародження субмікротріщин в результаті розриву макромолекул, які утворюють стінки трахеїд. Це чиниться раптово і супроводжується слабкими звуковими сигналами, які нагадують мікровибух. Взаємодія субмікротріщин приводить до їх злиття і виникнення мікротріщин, а злиття та збільшення мікротріщин – до виникнення макротріщин (магістральної тріщини), яка приводить до руйнування матеріалу. Цей динамічний процес, в залежності від величини, характеру та часу дії навантаження, може стабілізуватися в часі або, продовжуючись, привести до руйнування конструкції.

Для виявлення і реєстрації пошкоджень матеріалу не придатні механічні та електричні прилади, що застосовуються в теперішній час (індикатори, тензорезістори та інші прилади). Для цієї мети необхідно використовувати неруйнівні методи дослідження, що дозволяють вести безперервне спостереження за субмікро- та мікропроцесами, які проходять в структурі матеріалу конструкції. Такі методи оцінки залишкового ресурсу в даний час успішно застосовують тільки в авіації та на важливих енергетичних устаткуваннях (теплові, гідравлічні, атомні електростанції тощо)До теперішнього часу не існує методики обліку зміни ресурсу матеріалу в процесі експлуатації, тому що потреба для вивчення цих процесів очевидна.

Назріла необхідність всебічно дослідити питання накопичення ушкоджень в дерев’яних конструкціях при дії навантаження, та зв’язані з цим процеси зміни площі поперечного перерізу та несучої здатності і використати результати дослідження при розрахунку конструкцій. Це дає можливість знизити матеріалоємність та зробить перерізи дерев’яних конструкцій більш економічними, а також дозволяє уникнути надмірних запасів міцності.

Напрям удосконалення методики проектування та розрахунку дерев’яних конструкцій та визначення залишкового ресурсу основних дерев’яних конструкцій споруд ще не знайшли відображення в технічній літературі. В зв’язку з цим потребується його всебічне дослідження.

Для дослідження процесів накопичення ушкоджень в матеріалі конструкції був використаний метод, який не руйнує конструкцію. Це метод акустичної емісії, яка зв’язана з розповсюдженням в матеріалі пружних хвиль викликаних динамічною локальною перебудовою його структури. Сигнали акустичної емісії з’являються при виникненні мікро- і макродефектів і супроводжують увесь процес деформування матеріалу. Це дозволяє діагностувати стан конструкції, оскільки випромінювання звукових коливань можна виявити на тій стадії, коли конструкція в цілому ще залишається працездатною.