Oцінка інтегральних характеристик матеріалів залізобетонних конструкцій методом поверхневої хвилі

Abstract

Основою методу оцінки інтегральних характеристик матеріалів будівельних конструкцій є параметри поверхневої хвилі акустичного діапазону частот при збудженні коливань в конструкції імпульсним навантаженням. Метод поверхневої хвилі є складним методом за теоретичними рішеннями, технікою вимірювань, способами обробки інформації, подальшою її інтерпретацією. Але така складність виправдана перевагами в отриманні інтегральних характеристик матеріалів будівельних конструкцій. Інтегральною акустичною характеристикою пласкої конструкції (плити) є швидкість поверхневої хвилі (хвилі Релея). Аналіз та порівняння форм теоретичних і експериментальних дисперсійних кривих дозволяє оцінити однорідність будівельної конструкції по товщині, а також визначити цю товщину. Для практичної побудови експериментальних дисперсійних кривих розроблений ефективний метод вимірювань фазової швидкості при імпульсному збудженні згинальних хвиль у будівельних конструкціях. Проаналізовано задачу розповсюдження пласкої гармонічної хвилі Релея на границі твердого ізотропного ідеально пружного півпростору з вакуумом, що може бути використана для визначення механічних властивостей матеріалів залізобетонних плит. Визначено хвильове число і розраховані напруження і зміщення у хвилях Лемба в будь-якій точці плити. Для побудови дисперсійних кривих був використаний математичний пакет Mathcad 13. Побудова дисперсійних кривих проходить у три етапи: для заданих значень швидкості повздовжніх і поперечних хвиль з бікубічного рівняння визначається швидкість поверхневої хвилі Релея; обирається послідовність значень змінної x, для яких відносно фазової швидкості с розв’язуються відповідні рівняння; за отриманими при виконанні попереднього етапу значеннями фазової швидкості с будується дисперсійна крива. Показано, що значення швидкості хвиль Релея має нелінійний зв’язок з механічними властивостями матеріалів плит. За швидкістю спадання дисперсійних кривих можна оцінювати величину товщини залізобетонних плит. Коефіцієнт Пуассона та щільність бетону практично не впливають на характер дисперсійних кривих. Якщо при чисельному моделюванні реальної плити деякі вхідні параметри невідомі, можна приймати їх рівними їхньому середньостатистичному значенню. Максимальне відхилення як швидкості хвиль Релея, так і інших точок дисперсійної кривої в такому разі не перевищує 4%.