Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и диаметра прутков арматуры строительных конструкций

Предложен магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и диаметра прутков арматуры железобетонных строительных конструкций. Компьютерным моделированием получено распределение намагниченности в стальном прутке и экспериментально исследовано распределение напряженности магнитного поля рас...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2017
Hauptverfasser:	Гусев, А.П., Шукевич, Я.И., Лукьянов, А.Л.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2017
Schriftenreihe:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/160175
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и диаметра прутков арматуры строительных конструкций / А.П. Гусев, Я.И. Шукевич, А.Л. Лукьянов // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2017. — № 1. — С. 5-10. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-160175
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1601752019-10-26T01:25:33Z Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и диаметра прутков арматуры строительных конструкций Гусев, А.П. Шукевич, Я.И. Лукьянов, А.Л. Научно-технический раздел Предложен магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и диаметра прутков арматуры железобетонных строительных конструкций. Компьютерным моделированием получено распределение намагниченности в стальном прутке и экспериментально исследовано распределение напряженности магнитного поля рассеяния прутка при локальном намагничивании полем постоянного магнита в зависимости от диаметра прутка и от его расстояния до магнита. Показано, что преобладающий вклад в поле рассеяния прутка при малых размерах магнита вносит продольная составляющая его намагниченности, характеризующаяся соосными противоположно направленными диполями. Предложенный метод основан на измерении напряженности магнитного поля рассеяния прутка одновременно в двух точках над поверхностью контролируемого объекта в зоне намагничивания прутка и использовании градуировочной сетки, построенной по зависимостям поля рассеяния прутка от двух определяемых параметров. Показана методика построения градуировочной сетки измерительного прибора для контроля железобетонных строительных конструкций. Запропоновано магнітний метод визначення товщини захисного шару бетону і діаметра прутків арматури залізобетонних будівельних конструкцій. Комп'ютерним моделюванням отримано розподіл намагніченості в сталевому прутку і експериментально досліджено розподіл напруженості магнітного поля розсіювання прутка при локальному намагнічуванні полем постійного магніту в залежності від діаметра прутка і від його відстані до магніту. Показано, що переважний внесок у поле розсіювання прутка при малих розмірах магніту вносить поздовжня складова його намагніченості, що характеризується співвісними протилежно спрямованими диполями. Запропонований метод грунтується на вимірюванні напруженості магнітного поля розсіювання прутка одночасно в двох точках над поверхнею контрольованого об'єкта в зоні намагнічування прутка і використанні градуювальної сітки, побудованої по залежностям поля розсіювання прутка від двох визначених параметрів. Показана методика побудови градуювальної сітки вимірювального приладу для контролю залізобетонних будівельних конструкцій. A magnetic method of determination of the thickness of protective concrete layer and diameter of rebars of concrete building structures is proposed. Computer modeling was used to obtain the distribution of magnetization in a steel rod, and distribution of intensity of magnetic scattering field of the rod at local magnetization by a constant magnet field, depending on rod diameter and its distance to the magnet, was experimentally studied. It is shown that the longitudinal component of rod magnetization, which is characterized by coaxial oppositely directed dipoles, makes a prevailing contribution into the rod scattering field at small dimensions of the magnet. The proposed method is based on measurement of intensity of the rod scattering magnetic field simultaneously in two points above the controlled object surface in the zone of rod magnetization and application of a calibration grid, plotted by the dependencies of the rod scattering field on two determined parameters. A procedure of plotting a calibration grid of measuring instrument for monitoring concrete building structures is shown. 2017 Article Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и диаметра прутков арматуры строительных конструкций / А.П. Гусев, Я.И. Шукевич, А.Л. Лукьянов // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2017. — № 1. — С. 5-10. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0235-3474 DOI: doi.org/10.15407/tdnk2017.01.01 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/160175 620.179.14 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Гусев, А.П. Шукевич, Я.И. Лукьянов, А.Л. Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и диаметра прутков арматуры строительных конструкций Техническая диагностика и неразрушающий контроль
description	Предложен магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и диаметра прутков арматуры железобетонных строительных конструкций. Компьютерным моделированием получено распределение намагниченности в стальном прутке и экспериментально исследовано распределение напряженности магнитного поля рассеяния прутка при локальном намагничивании полем постоянного магнита в зависимости от диаметра прутка и от его расстояния до магнита. Показано, что преобладающий вклад в поле рассеяния прутка при малых размерах магнита вносит продольная составляющая его намагниченности, характеризующаяся соосными противоположно направленными диполями. Предложенный метод основан на измерении напряженности магнитного поля рассеяния прутка одновременно в двух точках над поверхностью контролируемого объекта в зоне намагничивания прутка и использовании градуировочной сетки, построенной по зависимостям поля рассеяния прутка от двух определяемых параметров. Показана методика построения градуировочной сетки измерительного прибора для контроля железобетонных строительных конструкций.
format	Article
author	Гусев, А.П. Шукевич, Я.И. Лукьянов, А.Л.
author_facet	Гусев, А.П. Шукевич, Я.И. Лукьянов, А.Л.
author_sort	Гусев, А.П.
title	Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и диаметра прутков арматуры строительных конструкций
title_short	Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и диаметра прутков арматуры строительных конструкций
title_full	Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и диаметра прутков арматуры строительных конструкций
title_fullStr	Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и диаметра прутков арматуры строительных конструкций
title_full_unstemmed	Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и диаметра прутков арматуры строительных конструкций
title_sort	магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и диаметра прутков арматуры строительных конструкций
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2017
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/160175
citation_txt	Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и диаметра прутков арматуры строительных конструкций / А.П. Гусев, Я.И. Шукевич, А.Л. Лукьянов // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2017. — № 1. — С. 5-10. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
work_keys_str_mv	AT gusevap magnitnyjmetodopredeleniâtolŝinyzaŝitnogosloâbetonaidiametraprutkovarmaturystroitelʹnyhkonstrukcij AT šukevičâi magnitnyjmetodopredeleniâtolŝinyzaŝitnogosloâbetonaidiametraprutkovarmaturystroitelʹnyhkonstrukcij AT lukʹânoval magnitnyjmetodopredeleniâtolŝinyzaŝitnogosloâbetonaidiametraprutkovarmaturystroitelʹnyhkonstrukcij
first_indexed	2025-07-14T12:47:48Z
last_indexed	2025-07-14T12:47:48Z
_version_	1837626576198434816
fulltext	5ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №1 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ УДК 620.179.14 https://doi.org/10.15407/tdnk2017.01.01 МАГНИТНыЙ МЕТОД ОПРЕДЕлЕНИя ТОлщИНы ЗАщИТНОГО СлОя БЕТОНА И ДИАМЕТРА ПРУТКОВ АРМАТУРы СТРОИТЕльНыХ КОНСТРУКцИЙ А. П. Гусев, Я. И. ШукевИч, А. Л. ЛукьЯнов Ин-т прикладной физики НАН Беларуси. 220072, г. Минск-72, ул. Академическая, 16. E-mail: lab1@iaph.bas-net.by Предложен магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и диаметра прутков арматуры железо- бетонных строительных конструкций. Компьютерным моделированием получено распределение намагниченности в стальном прутке и экспериментально исследовано распределение напряженности магнитного поля рассеяния прутка при локальном намагничивании полем постоянного магнита в зависимости от диаметра прутка и от его расстояния до магнита. Показано, что преобладающий вклад в поле рассеяния прутка при малых размерах магнита вносит продоль- ная составляющая его намагниченности, характеризующаяся соосными противоположно направленными диполями. Предложенный метод основан на измерении напряженности магнитного поля рассеяния прутка одновременно в двух точках над поверхностью контролируемого объекта в зоне намагничивания прутка и использовании градуировочной сетки, построенной по зависимостям поля рассеяния прутка от двух определяемых параметров. Показана методика построения градуировочной сетки измерительного прибора для контроля железобетонных строительных конструкций. Библиогр. 12, табл. 2, рис. 4. К л ю ч е в ы е с л о в а : магнитный метод контроля, защитный слой бетона, диаметр прутков арматуры В основу работы существующего магнитно- го и электромагнитного методов неразрушающе- го контроля (НК) железобетонных строительных конструкций [1–3] положен принцип воздей- ствия на контролируемый объект (КО) постоян- ным или переменным магнитным полем и изме- рения характеристик магнитного поля рассеяния прутков арматуры. Данный принцип использо- ван в ряде известных разработок для контро- ля толщины защитного слоя бетона и диаметра прутков арматуры, например: Profometer РМ- 600 [4] и РМ-630/650 [5]; Elcometer Protovale 331 [6]; Profoskope [7]; ИПА-МГ4 [8]; Rebar Locator TC100/TC110 [9] и др. Применение по назначению существующих из- мерителей сопряжено с выполнением ряда усло- вий, наиболее существенным из которых является необходимость использования проектной доку- ментации на КО для получения информации о диаметре прутков арматуры при необходимости контроля толщины защитного слоя бетона или о толщине защитного слоя бетона при необходи- мости измерения диаметра прутков арматуры [3]. Данные условия применения существующих из- мерителей являются следствием использования однопараметровых методов измерений характери- стик магнитного потока, связанного с КО. Более полным решением проблемы получения информации об интересующих параметрах строи- тельных конструкций является разработка двухпа- раметрового метода, принцип действия которого может быть основан на измерении характеристик распределения напряженности магнитного поля рассеяния прутков арматуры над поверхностью КО. Физическим обоснованием метода может слу- жить различие зависимостей пространственно- го распределения магнитного поля прутков от их диаметра и от расположения в намагничивающем поле. С целью изучения возможности реализации двухпараметрового метода в настоящей работе выполнено исследование особенностей простран- ственного распределения напряженности магнит- ного поля рассеяния стальных прутков в связи с намагничиванием их неоднородным полем магни- та в зависимости от диаметра прутков и от рассто- яния между прутком и магнитом. Модель и методика исследования. Метод ис- следования – компьютерное моделирование и экс- периментальное исследование характеристик маг- нитного поля. Особенностью исследуемой модели является использование локального однополюс- ного намагничивания прутка, так как двухполюс- ное намагничивание – это комбинация двух одно- полюсных. Исследуемая модель, представленная на рис. 1, содержит намагничивающую систему 1 из двух постоянных магнитов и цилиндрический ферромагнитный пруток 2. Магниты расположе- ны симметрично относительно начала координат с небольшим зазором между ними, позволяющим выполнить измерения поля рассеяния вдоль осей ох и оz. Вектор намагниченности 0M  магнитов направлен в одну сторону параллельно оси оz. Пруток диаметром d расположен в плоскости yоz параллельно оси оy на расстоянии от начала коор- динат \|z\| = h.© А. П. Гусев, я. И. Шукевич, А. л. лукьянов, 2017 6 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №1 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ В общем случае характеристики магнитного поля рассеяния намагничиваемого тела опреде- ляются, как известно, параметрами намагничива- ющего поля, магнитными свойствами материала тела, его формой и расположением в намагничи- вающем поле. Для решения задачи использован метод ко- нечных элементов и программа COMSOL Multiphysics 5.1. Для вычисления распределения магнитного поля в прутке и окружающем про- странстве под действием намагничивающего поля постоянных магнитов решалась система уравне- ний Максвелла: H  = – ΔVm, ∇(μ0μ H  ) = 0, 0B H= µ µ   , (1) где H  – напряжённость магнитного поля; Vm – скалярный магнитный потенциал; B  – индукция магнитного поля; μ – магнитная проницаемость материала прутка. В качестве расчетной области пространства, внутри которой размещалась моделируемая си- стема, был взят куб с длиной ребра в пять раз большей, чем длина намагничивающей системы, что обеспечивало достаточную точность модели- рования полей. Граничным условием на внешних границах области принято условие 0nB =   , где n – вектор нормали к поверхности. Принятое в расчетах значение намагниченно- сти 0M  постоянных магнитов, входящей в соот- ношение ( )0 0B H M= µ +    , равно 950000 А/м, что является типичным для материала Nd–Fe–B. За- дача нахождения h и d по распределению напря- женности H  поля рассеяния прутка относится к классу обратных задач. Для ее решения использо- ван метод градуировки, т. е. через решения ряда прямых задач. Пруток по исследуемой модели намагничивается локально неоднородным полем 0H  постоянных магнитов, образуя в окружающем пространстве вторичное магнитное поле, характе- ристики которого определяются параметрами на- магничивающего поля, параметрами прутка и его расположением относительно намагничивающей системы. В общем виде это можно представить выражением: ( )1 0 , , , , , ,H f H d h x y z= µ   , (2) где µ – магнитная проницаемость материала прут- ка; h – расстояние от начала координат до оси прутка; d – диаметр прутка; x, y, z – координаты точки наблюдения. Для упрощения решения задачи полагаем µ = const. Исследование характеристик магнитного поля рассеяния и особенностей намагничивания прут- ков неоднородным полем магнитов выполнено в зависимости от параметров h и d. Результаты рас- четов представлены для близких к реальным зна- чениям: h = 0,04; 0,06; 0,08, и 0,1 м; d = 0,005; 0,01; 0,015 и 0,02 м. Результаты расчетов и их обсуждение. На рис. 2 представлено распределение сосной Hвн y и радиальной Hвн z составляющих напряженности внутреннего магнитного поля на оси прутка для двух значений параметров h и d при длине (вдоль оси оу) двух магнитов L = 0,16 м. Из рисунка видно, что величина составляющей Hвн y в случаях а и б существенно больше, чем со- ставляющей Hвн z. Для приведенных диаметров прутков отношение максимальных значений со- осной и радиальной составляющих находится в диапазоне 10…40, в связи с чем основные харак- теристики поля рассеяния прутка при указанном соотношении L и h определяются его продоль- ным намагничиванием. Характерной особенно- стью продольного намагничивания, как видно из графиков, является более сильное Hвн y тонкого Рис. 1. Исследуемая модель: 1 – магниты; 2 – пруток Рис. 2. Распределение продольной Hвн y и поперечной Hвн z со- ставляющих напряженности внутреннего магнитного поля на оси прутка: а – h = 0,04 м (1 – Hвн y (d = 0,005 м); 2 – Hвн y (d = = 0,02 м); 3 – Hвн z (d = 0,005 м; 0,02 м); б – h = 0,1 м (1 – Hвн y (d = = 0,005 м); 2 – Hвн y (d = 0,02м); 3 – Hвн z (d = 0,005 м; 0,02 м) 7ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №1 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ прутка в сравнении с толстым при одинаковом их расположении относительно магнитов. Это про- тиворечит тому, что при одинаковом расположе- нии прутков они находятся в одинаковом намаг- ничивающем поле и должны иметь одинаковое внутреннее из-за непрерывности тангенциальной составляющей напряженности. Данное кажуще- еся противоречие снимается, если учесть нали- чие размагничивающего фактора, определяемого в данном случае соотношением диаметра прутка и длины его намагничиваемого участка. Для тон- кого прутка отношение данных величин суще- ственно меньше, чем для толстого, в связи с чем напряженность намагничивающего поля в тол- стом прутке снижается размагничивающим полем сильнее, чем в тонком. В пользу приведенного объяснения кажущегося противоречия свидетель- ствуют также расчетные данные по составляющей Hвн z. Так как размагничивающий фактор кругло- го прутка в поперечном направлении не зависит от его диаметра, то значение размагничивающе- го поля в толстом и тонком прутках должно быть одинаковым. Данное заключение подтверждено рис. 2, где распределение поперечной составляю- щей Hвн z напряженности внутреннего поля (кри- вые 3) для тонкого и толстого прутков практиче- ски совпадают. Необходимо отметить, что использование по- нятия о размагничивающем факторе в приведен- ном варианте является весьма условным, так как строгая формулировка этого понятия относится к намагничиванию тела ограниченных размеров в однородном поле [10]. При намагничивании в не- однородном поле условия для возникновения на- магниченности материала несколько иные в связи с тем, что замкнутые внутри тела магнитные по- токи могут существенно влиять на распределение намагниченности в его объеме [11]. Составляющая Hвн y по обе стороны от точ- ки у = 0 (см. рис. 2) имеет различный знак, т. е. намагниченность прутка в этих областях харак- теризуется двумя соосными, направленными в противоположные стороны, магнитными диполя- ми. Следовательно, магнитное поле рассеяния Н, формируемое преимущественно этими диполями, будет иметь зеркальную (при используемом в ис- следуемой модели способе намагничивания) от- носительно плоскости хоz симметрию простран- ственного распределения напряженности. Кроме изложенного, следует отметить различие зависимостей распределения Hвн y от параметров h и d. Расстояние ∆уэ по оси абсцисс между экс- тремумами кривых на рис. 2, а больше, чем на рис. 2, б, т. е. с увеличением расстояния h между магнитом и прутком соосные диполи смещаются от центра в противоположные стороны. При этом величина изменения расстояния ∆уэ не зависит от диаметра прутка, в то время как значение \|Hвн y\| за- висит от двух параметров h и d. Так как характер поля рассеяния прутка опре- деляется его намагниченностью, то полученные особенности зависимости Hвн от параметров h и d должны быть справедливы и для поля рассеяния. С целью проверки результатов расчета выпол- нены экспериментальные исследования распре- деления напряженности магнитного поля рассея- ния прутков арматуры в области пространства при z ≥ 0. При этом расположение магнитов и прут- ков соответствует рис. 1. Измерения выполнены на автоматизированной установке с программным управлением. Значения диаметра прутков d в экс- перименте изменялись в пределах 4…22 мм, рас- стояние h от оси прутка до центра магнитов – в диапазоне 20…60 мм. Значения напряженности поля рассеяния прутков определялись по разности результатов двух измерений: измерение поля маг- нитов в отсутствие прутка и измерение суммарно- го поля при наличии прутка. Результаты эксперимента и их обсуждение. На рис. 3 представлено распределение по оси ох со- ставляющей Hх(x, d, h) напряженности магнитного поля рассеяния прутков различного диаметра, рас- полагавшихся на двух расстояниях h от намагни- чивающей системы: а – 29 мм, б и в – 40 мм. При этом в случаях а и б пруток находится в поле двух магнитов, в случае в – в поле шести таких же маг- нитов, расположенных вдоль оси ОУ. Длина на- магничивающей системы в этом случае больше в три раза по сравнению с вариантами а и б. Как видно из рис. 3, графики функции Hх(x, d, h) по форме подобны: при х = 0 во всех случаях Нх = 0, с удалением от точки х = 0 значения \|Нх\| возрастают и проходят через экстремумы, далее уменьшаются. Подобие графиков определяет- ся одинаковой формой намагничиваемого тела в представленных вариантах и одинаковой его ори- ентацией относительно намагничивающей систе- мы. Кроме подобия графиков на рис. 3, видны и различия между ними, связанные с зависимостью Нх от параметров h и d. Расположение экстремаль- ных точек хэ на оси абсцисс, в которых Нх имеет экстремум, в каждом варианте не зависит от зна- чения d (в пределах погрешности эксперимента), но зависит от h, что видно при сравнении вари- антов а и б, в которых расстояния h равны 29 и 40 мм соответственно. Это значит, что распре- деление напряженности поля рассеяния прутка определяется лишь его положением в поле магни- тов, чем подтверждаются выводы на основе рас- четных данных по внутреннему полю в прутке. Аналогичное смещение экстремумов Нх от цен- тра намагниченной области имеется не только при увеличении h, но и при увеличении длины L на- магничивающей системы. 8 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №1 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ Сравнивая графики на рис. 3, б и в, полученные для различной длины L намагничивающей систе- мы, видим, что максимальное значение \|Нх\| в ва- рианте в меньше, чем в варианте б. Уменьшение напряженности H  магнитного поля рассеяния прутка при увеличении количества магнитов не соответствует увеличению напряженности 0H  намагничивающего поля. Данное несоответствие связано с тем, что изменение составляющих HOz и HOy при увеличении L различным образом вли- яет на намагниченность прутка. С увеличением составляющей HOz растет и составляющая \|Hвн z\| внутреннего поля, а также происходит увеличе- ние намагничиваемого этой составляющей объе- ма металла в области между соосными диполями. Увеличение вследствие этого напряженности поля рассеяния прутка не является столь существен- ным в сравнении с изменениями H  под влиянием Hвн y из-за большого размагничивающего факто- ра прутка в поперечном направлении. Изменения составляющей Hвн y при увеличении L характери- зуются некоторым ростом напряженности и про- порциональным росту L увеличением расстояния между соосными диполями. Последнее приводит к существенному снижению напряженности поля рассеяния в области между диполями, что и на- блюдается на графиках рис. 3, б, в. Из выполненного анализа расчетных и экспери- ментальных данных следует возможность опре- деления толщины защитного слоя бетона же- лезобетонных конструкций по распределению напряженности магнитного поля рассеяния прут- ков арматуры без использования информации об их диаметре из проектной документации. Однако необходимость выполнения измерений простран- ственного распределения магнитного поля при обследовании строительных конструкций зданий и сооружений является непростой задачей. С целью упрощения данной задачи и рассмотре- ния возможности реализации двухпараметрового метода (одновременного определения h и d) для градуировки измерительного прибора можно ис- пользовать метод сеток, основанный на различии зависимостей поля рассеяния H  от параметров h и d. В этом случае, при заданном источнике на- магничивающего поля и выбранной точке опре- деления напряженности магнитного поля прутка, неизвестными в формуле (2) остаются два пара- метра – h и d. Очевидно, что для определения этих параметров необходимо, по меньшей мере, два вза- имосвязанных уравнения, в которых неизвестными выступают указанные параметры. Систему из двух уравнений обеспечивают результаты расчетов (или измерений) значений H  в двух точках пространства в области намагниченного участка прутка. В общем виде система уравнений будет иметь вид: ( )1 0 1 1 1, , , , , ,H f H d h x y z=   µ , (3) ( )2 0 2 2 2, , , , , ,H f H d h x y z=   µ . Условие выбора координат точек: значения на- пряженности магнитного поля в этих точках должны различаться 1 2( )H H≠   , а напряженность поля – достаточна для измерений. Метод построения градуировочной сетки для определения диаметра прутка и расстояния до магнита. Магнитное поле рассеяния H  намагни- ченного прутка является суммарным полей рассе- Рис. 3. Распределение составляющей Нх напряженности маг- нитного поля прутков по оси ох при различных значениях h (а – 29; б – 40; в – 40 мм) и следующих диаметрах прутков: 1 – 4; 2 – 6,5; 3 – 11,4; 4 – 16; 5 – 22 мм 9ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №1 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ яния всех его частей, соотношение составляющих xM  , yM  и zM  намагниченности в которых изме- няется в зависимости от параметров h и d различ- ным образом, следствием чего является различие зависимостей 1H  и 2H  от h и d. Иллюстрацией данного положения могут служить численные данные значений Hz (табл. 1), полученные расчета- ми в точках 1 (x = y = z = 0) и 2 (x = 0,05 м, y = z = 0), представленные в табл. 1. Из таблицы видно, что значение zH при из- менении h от 0,04 до 0,1 м изменяется в точке 1 примерно в 15,5 раза, а в точке 2 – в среднем в 6,3 раза; при изменении d от 5 до 20 мм значение Hz в точке 1 изменяется в среднем в 3,85 раза, в точке 2 – в среднем в 3,4 раза. При этом с увели- чением h величина Hz уменьшается, с увеличе- нием d возрастает. На основе результатов, приве- денных в табл. 1, можно построить зависимость 1 2( )H f H=   . В графическом представлении каждая строчка таблицы образует линию, вдоль которой изменя- ется d, но сохраняется неизменным значение h. Таких линий четыре, каждая будет соответство- вать своему значению h. линии, образованные па- рой соседних столбцов, соответствуют постоян- ному значению d при переменном h. Таких линий также будет четыре и каждая будет соответство- вать определенному значению d. Очевидно, что линии первой серии (имеющие известные значе- ния h) будут пересекаться с линиями второй серии (имеющими известные значения d), образуя сет- ку с четырехугольными ячейками. Таким образом, точки пересечения линий являются узлами сетки, в которых известны значения H1, H2, d и h. Сле- довательно, полученная сетка является аналогом градуировочной кривой при решении однопараме- тровых задач. Такую градуировочную сетку [12] можно построить как теоретически по расчетной модели, так и экспериментально, используя набор эталонных образцов. С помощью проградуиро- ванного подобным образом прибора, измеряюще- го величины H1 и H2 в двух выбранных точках, не составляет труда определить искомые параметры d и h исследуемого объекта. В качестве примера практического построе- ния градуировочной сетки по образцам прутков в табл. 2 приведены экспериментальные значения Hz для построения ячейки. ячейка, представлен- ная на рис. 4, построена в координатной системе 1 2( )H f H=   . На рисунке линия A–B соответствует значению h = 0,12 м, линия C–D – значению h = 0,05 м. ли- ния A–C соответствует значению d1, линия B–D – значению d2. Если в процессе контроля по из- меренным значениям H1 и H2 точка на графике попадает в данную ячейку, то для определения значения d исследуемого образца можно исполь- зовать линию A–B или C–D, и для определения h – линии A–C или B–D. выводы Показано, что зависимости как распределения напряженности внутреннего магнитного поля по длине прутка при намагничивании его постоян- ным магнитом, так и распределения напряженно- сти поля рассеяния от величин d и h имеют раз- личный характер: распределение напряженности поля определяется положением прутка и не зави- сит от его диаметра. Для одновременного опре- деления значений величин h и d показана воз- можность применения двухпараметрового метода, основанного на измерении напряженности магнит- Т а б л и ц а 1 . Расчетная зависимость от параметров d и h составляющей Hz напряженности поля рассеяния (А/м) в точках 1 и 2 Расстояние от начала координат h, м Диаметр прутка d, мм 5 10 15 20 Hz1 Hz2 Hz1 Hz2 Hz1 Hz2 Hz1 Hz2 0,04 5466 1719 11578 3405 16443 4507 21948 5436 0,06 1930 956 4037 1973 5747 2694 7347 3307 0,08 775 486 1636 1017 2254 1422 2932 1775 0,10 350 250 747 537 1057 748 1332 940 Т а б л и ц а 2 . Зависимость от параметров d и h состав- ляющей Hz напряженности поля рассеяния (А/м) в двух точках: 1 – х = 0,02 м, у = z = 0; 2 – х = 0,06 м, у = z = 0 h, м d1 = 12 мм d2 = 16 мм H1 H2 H1 H2 0,05 3434 1309 3735 1740 0,12 176 134 197 151 Рис. 4. ячейка градуировочной сетки 10 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №1 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ ного поля рассеяния в двух точках пространства в зоне намагничивания прутка. Полученные особен- ности распределения поля в зависимости от вели- чин d и h, а также от размеров магнита могут быть использованы для оптимизации намагничивающей системы и измерительной схемы применительно к конкретным условиям контроля параметров армиро- вания железобетонных конструкций. список литературы 1. ГОСТ 22904–93. Конструкции железобетонные. Магнит- ный метод определения толщины защитного слоя бетона и расположения арматуры. 2. EN 1520:2011. Prefabricated reinforced components of lightweight aggregate concrete with open structure with structural or non-structural reinforcement. 3. Улыбин А. В. Методы контроля параметров армирования железобетонных конструкций // Инженерно-строитель- ный журнал. – 2012. – №1(27). – С. 4–13. 4. http://www.proceq.com/ru/produkcija/kontrol-betona/lokator- sterzhnei-armatury-v-betone/profometer-pm-600.html 5. http://www.proceq.com/ru/produkcija/kontrol-betona/ lokator-s terzhnei-armatury-v-betone/profometer- pm-630-650.html 6. h t tp : / /www.e lcometer.com/ images /s tor ies /PDFs/ InstructionBooks/331_b.pdf 7. http://www.proceq.com/ru/produkcija/kontrol-betona/ lokator-sterzhnei-armatury-v-betone/profoscope.html?pqr=5 8. http://www.stroypribor.com/produkt/catalog/naprarm/ 9. http://www.tgindt.com/products/concrete-testing-gauge/ time-tc100-tc110-rebar-locator.html 10. Аркадьев В. К. Магнитные коэффициенты формы, ве- щества и тела // Избранные труды. – М.: Изд. АН СССР, 1961. – 332 с. 11. Гусев А. П. Модели магнитных зарядов и потоков в зада- че дефектоскопии с локальным намагничиванием // Де- фектоскопия. – 2014. – № 6. – С. 46–53. 12. Магнитный метод контроля толщины слабомагнитных двухсторонних покрытий по немагнитному основанию / А. А. лухвич и др. // Дефектоскопия. – 2009. – № 7. – С. 75–82. References 1. GOST 22904–93. Konstruktsii zhelezobetonnye. Magnitny metod opredeleniya tolshchiny zashchitnogo sloya betona i raspolozheniya armatury. [in Russian]. 2. EN 1520:2011. Prefabricated reinforced components of lightweight aggregate concrete with open structure with structural or non-structural reinforcement. 3. Ulybin A.V. Inspection methods of reinforcement parameters of concrete structures // Magazine of Civil Engineering. – 2012. – №1 (27). P. 4–13. http://engstroy.spbstu.ru/eng/ index_2012_01/ulybin.html 4. http://www.proceq.com/ru/produkcija/kontrol-betona/lokator- sterzhnei-armatury-v-betone/profometer-pm-600.html 5. http://www.proceq.com/ru/produkcija/kontrol-betona/lokator- sterzhnei-armatury-v-betone/profometer-pm-630-650.html 6. h t tp : / /www.e lcometer.com/ images /s tor ies /PDFs/ InstructionBooks/331_b.pdf 7. http://www.proceq.com/ru/produkcija/kontrol-betona/ lokator-sterzhnei-armatury-v-betone/profoscope.html?pqr=5 8. http://www.stroypribor.com/produkt/catalog/naprarm/ 9. http://www.tgindt.com/products/concrete-testing-gauge/ time-tc100-tc110-rebar-locator.html 10. Arkadyev V. K. Magnitnye koeffitsiyenty formy, veshchestva i tela // Izbrannye trudy. – M.: Izd. AN SSSR, 1961. – 332 s. [in Russian]. 11. Gusev A. P. Models of Magnetic Charges and Fluxes in the Problem of Flaw Detection with Local Magnetization // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2014. – №6. – P. 343–349. 12. A Magnetic Method for Testing the Thickness of Two-Sided Weakly Magnetic Coatings by a Nonmagnetic Base / A. A. Lukhvich et al. // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2009. – №7. – P. 502-508 О. П. ГУСєВ, я. І. ШУКЕВИЧ, А. л. лУК'яНОВ Інститут прикладної фізики НАН Білорусі. 220072, м. Мінськ-72, вул. Академічна, 16. E-mail: lab1@iaph.bas-net.by МАГНІТНИЙ МЕТОД ВИЗНАЧЕННя ТОВщИНИ ЗАХИСНОГО ШАРУ БЕТОНУ І ДІАМЕТРА ПРУТКІВ АРМАТУРИ БУДІВЕльНИХ КОНСТРУКцІЙ Запропоновано магнітний метод визначення товщини захис- ного шару бетону і діаметра прутків арматури залізобетонних будівельних конструкцій. Комп'ютерним моделюванням от- римано розподіл намагніченості в сталевому прутку і експе- риментально досліджено розподіл напруженості магнітного поля розсіювання прутка при локальному намагнічуванні по- лем постійного магніту в залежності від діаметра прутка і від його відстані до магніту. Показано, що переважний внесок у поле розсіювання прутка при малих розмірах магніту вносить поздовжня складова його намагніченості, що характеризуєть- ся співвісними протилежно спрямованими диполями. Запро- понований метод грунтується на вимірюванні напруженості магнітного поля розсіювання прутка одночасно в двох точках над поверхнею контрольованого об'єкта в зоні намагнічування прутка і використанні градуювальної сітки, побудованої по залежностям поля розсіювання прутка від двох визначених параметрів. Показана методика побудови градуювальної сіт- ки вимірювального приладу для контролю залізобетонних бу- дівельних конструкцій. Бібліогр. 12, табл. 2, рис. 4. Ключові слова: магнітний метод контролю, захисний шар бетону, діаметр прутків арматури A. P. GUSEV, Ya. I. ShUKEVICh, A. L. LUKYANOV Institute of Applied Physics of the National Academy of Sciences of Belarus. 220072, Minsk, str. Academic, 16. E-mail: lab1@iaph.bas-net.by MAGNETIC METhOD FOR DETERMINATION OF ThE ThICKNESS OF PROTECTIVE CONCRETE LAYER AND DIAMETER OF REBARS OF BUILDING STRUCTURES A magnetic method of determination of the thickness of protective concrete layer and diameter of rebars of concrete building structures is proposed. Computer modeling was used to obtain the distribution of magnetization in a steel rod, and distribution of intensity of magnetic scattering field of the rod at local magnetization by a constant magnet field, depending on rod diameter and its distance to the magnet, was experimentally studied. It is shown that the longitudinal component of rod magnetization, which is characterized by coaxial oppositely directed dipoles, makes a prevailing contribution into the rod scattering field at small dimensions of the magnet. The proposed method is based on measurement of intensity of the rod scattering magnetic field simultaneously in two points above the controlled object surface in the zone of rod magnetization and application of a calibration grid, plotted by the dependencies of the rod scattering field on two determined parameters. A procedure of plotting a calibration grid of measuring instrument for monitoring concrete building structures is shown. 12 References, 2 Tables, 4 Figures. Keywords: magnetic control method, protective layer of concrete, rebar diameter Поступила в редакцию 12.12.2016

Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и диаметра прутков арматуры строительных конструкций

Institution

Ähnliche Einträge