СТО 56947007-29.120.95.017-2009

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ ОАО "ФСК ЕЭС"

МЕТОДИКА
диагностики состояния фундаментов опор ВЛ методом неразрушающего контроля

Дата введения 2009-01-22

     Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", объекты стандартизации и общие положения при разработке и применении стандартов организаций Российской Федерации - ГОСТ Р 1.4-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Стандарты организаций. Общие положения", общие требования к построению, изложению, оформлению, содержанию и обозначению межгосударственных стандартов, правил и рекомендаций по межгосударственной стандартизации и изменений к ним - ГОСТ 1.5-2001, правила построения, изложения, оформления и обозначения национальных стандартов Российской Федерации, общие требования к их содержанию, а также правила оформления и изложения изменений к национальным стандартам Российской Федерации - ГОСТ Р 1.5-2004.

    Сведения о Методике

РАЗРАБОТАНА: ЗАО "МЕДКОМ"

ВНЕСЕНА: Департаментом систем передачи и преобразования электроэнергии, Департаментом управления активами, Дирекцией технического регулирования и экологии

УТВЕРЖДЕНА: распоряжением ОАО "ФСК ЕЭС" от 22.01.2009 N 19р с изменениями от 16.06.2010, приказ N 423.

СРОК ДЕЙСТВИЯ: с 01.02.2009

ВВЕДЕНА ВПЕРВЫЕ

     Общие положения

Настоящая Методика диагностики состояния фундаментов опор ВЛ методом неразрушающего контроля (далее по тексту: Методика)

1 Разработана на основе результатов НИОКР N МА 19 от 15.03.05 "Разработка неразрушающего метода оценки фактического состояния фундаментов опор ВЛ"*

________________

* Документ в информационных продуктах не содержится. За информацией о документе Вы можете обратиться в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

2 Настоящая Методика определяет:

- Описание метода сейсмоакустической диагностики состояния железобетонных фундаментов опор ВЛ.

- Область применения метода.

- Порядок проведения диагностики, обработки результатов измерений и общий методологический подход к определению реального состояния фундаментов.

- Описание аппаратно-программных средств для реализации метода.

- Требования к подготовке и квалификации персонала, а также трудозатраты по сейсмоакустической диагностике фундаментов опор ВЛ.

     1 Описание сейсмоакустического метода диагностики

1.1 Основные принципы сейсмоакустического метода.

Сейсмоакустический метод диагностики основан на влиянии различных дефектов конструкции фундамента на его динамические характеристики.

Динамическими характеристиками (используемыми в применяемом методе) являются резонансные частоты свободных колебаний фундамента.

Резонансные частоты зависят от скорости распространения свободных колебаний (волны) в теле фундамента и его геометрических размеров (длины пути свободных колебаний в теле фундамента).

Скорость распространения волны, в свою очередь, зависит от плотности бетона и упругих свойств железобетонной конструкции фундамента.

Разрушение фундамента (потеря прочности в результате снижения плотности бетона, появления трещин и сломов) приводят к уменьшению скорости распространения колебаний в теле фундамента.

Снижение скорости распространения волны (при неизменных геометрических размерах) приводит к изменению резонансных частот фундамента.

Измеряя резонансные частоты свободных колебаний однотипных (по конструкции и геометрическим размерам) фундаментов опор ВЛ можно выявить объекты с "измененными" прочностными характеристиками.

Сравнивая измеренные резонансные частоты с расчетными или статистическими значениями, можно определить "отклонение" частот конкретного объекта от расчетной или статистической нормы.

По величине этого "отклонения" можно определить степень разрушения фундамента (потери его несущей способности) на основе моделирования или сравнения с "отклонениями" на объектах с искусственно созданными дефектами.

1.2 Измерение динамических характеристик фундаментов опор ВЛ.

Измерение резонансных частот свободных колебаний фундаментов опор ВЛ производится по схеме, приведенной на рис.1.

Под воздействием широкополосного ударного воздействия в объекте измерений (фундаменте ВЛ) возникают свободные резонансные колебания.

Тип колебаний (продольные или поперечные волны) зависит от направления приложения ударного воздействия.

Датчики - акселерометры регистрируют колебания фундамента и преобразуют их в электрические сигналы.

Для регистрации определенного типа колебаний датчики располагаются на боковых поверхностях, либо на торцах анкерных болтов фундамента.

Сигналы от датчиков - акселерометров обрабатываются прибором КСА 2 и сохраняются в памяти прибора.

Обработка заключается в усилении, фильтрации и аналого-цифровом преобразовании сигналов от каждого датчика.

Сохранение сигналов производится в виде реакции на каждое ударное воздействие (реализация), как отдельный файл.

Дальнейшая обработка сигналов производится на ПК, с использованием программы KsaView.

Для сигналов реакций на ударные воздействия программой KsaView производится:

- усреднение по нескольким реализациям;

- спектральное преобразование Фурье.

По результатам этого преобразования определяется спектр колебаний, составляющих сигнал реакции на ударное воздействие и резонансные частоты свободных колебаний.

Примеры реакции на ударное воздействие и их спектральное преобразование приведены на рис.2 и 3.

1.3 Область применения сейсмоакустического метода для диагностики фундаментов опор ВЛ и критерии оценки состояния фундаментов.

Сейсмоакустическим методом диагностируются следующие виды дефектов конструкции железобетонных фундаментов опор ВЛ.

- Снижение и потеря несущей способности конструкции фундамента в надземной (верхней) части из-за ослабления крепления закладных анкерных болтов в теле фундамента.

- Снижение и потеря несущей способности конструкции фундамента в надземной (верхней) части из-за потери прочности бетона.

- Снижение и потеря несущей способности конструкции фундамента из-за разрушений в подземной части (потеря прочности бетона и слом в районе технологического отверстия).

1.3.1 Диагностика ослабления крепления закладных анкерных болтов в верхней части фундамента.

Определяющей причиной потери несущей способности анкерного крепления фундамента является ослабление крепления (расшатывание) закладных анкерных болтов в теле фундамента из-за потери прочности бетона.

Диагностика состояния анкерного крепления фундамента производится на основе анализа изменений спектра резонансных частот собственных колебаний закладных анкерных болтов.

Ослабление крепления (расшатывание) закладных анкерных болтов в теле фундамента приводит к "развалу" первого резонансного пика на два дополнительных резонансных пика в спектре свободных колебаний анкеров. По мере потери прочности бетона в надземной части фундамента и "расшатывания" закладных анкерных болтов "левый" резонансный пик будет иметь более явное проявление и смещаться в низкочастотную область спектра. "Правый" резонансный пик (по мере ослабления крепления болта в теле фундамента) будет стремиться к частоте свободных колебаний незакрепленного болта. Пример изменения динамических характеристик закладных анкерных болтов, при различной степени разрушения надземной части фундамента типа Ф5-2, приведен на рис.4. Степень разрушения верхней части фундамента, соответствующая приведенным на графике характеристикам, показана на рис.5.

В прочном бетоне частота 1 тона колебаний анкера длиной 35 см составляет около 6000 Гц.

При ослаблении бетона вокруг анкера в спектре колебаний образуются 2 пика:

- частота одного растет по мере ослабления бетона, достигая частоты около 7200 Гц, затем стабилизируется;

- другой пик имеет более низкую частоту, которая тем ниже, чем хуже состояние бетона и состояние арматуры, к которой закреплен анкер.

Для оценки состояния анкерного крепления фундаментов опор ВЛ используется следующая классификация:

- "Исправное" состояние - частота 1 тона колебаний анкера составляет около 6000 Гц

- "Удовлетворительное" состояние бетона вокруг анкеров - при частоте 1 пика выше 5000 Гц.

- "Неисправное" состояние - при частоте 1 пика выше 4000 Гц.

- "Аварийное" состояние - частота 1 пика ниже 4000 Гц.

Абсолютные значения частоты 1 резонансного пика приведены для наиболее часто используемых фундаментов с анкерами длиной 35 см (типа Ф5-n).

Для анкерных фундаментов другого типа абсолютные значения частоты 1 резонансного пика (при "Исправном" состоянии) определяется статистическим путем. Последующая градация состояния производится в процентах снижения этой частоты, аналогично приведенной классификации.

1.3.2 Диагностика состояния надземной части фундамента.

Определяющей причиной потери несущей способности фундамента в надземной части является снижение прочности бетона из-за его разрушения.

Диагностика состояния надземной части фундамента производится на основе анализа частоты 1 тона резонансных колебаний поперечного сечения фундамента в различных по высоте фундамента сечениях.

В прочном бетоне эта частота не меняется по высоте фундамента и составляет 4400-4600 Гц для фундамента сечением 0,40,4 м. Спектры свободных колебаний для 4-х измерительных сечений с шагом 0,1 м приведены на рис.6. При анализе необходимо учитывать, что в верхней части фундамента (в слое толщиной 10-15 см) возникает головная волна, частота колебаний которой ниже основной частоты на 10-16%. Причем эти колебания возникают только в случае, если удар наносится примерно в средней части по высоте указанного слоя. При ударах ниже этого слоя этот резонансный пик не наблюдается. Появление этого пика может быть связано с более низкими жесткостными характеристиками железобетона в верхней части фундамента.

На поврежденном фундаменте частота 1 тона резонансных колебаний снижается. На рис.7 приведены спектры реализации в двух сечениях по высоте разрушенного фундамента на 5 см и 15 см ниже границы явно выраженных разрушений фундамента.

На рис.9 приведены примеры спектров резонансных колебаний поперечного сечения фундамента. По мере удаления измерительного сечения от зоны разрушений бетона частота колебаний в нём растет, что позволяет оценить состояние бетона фундамента с оценкой его изменения по высоте фундамента.

Для оценки состояния бетона в верхней (надземной) части фундамента используется следующая классификация:

- "Исправное" - бетон соответствует марке 400, частота основного тона поперечного резонанса 4400-4600 Гц;

- "Удовлетворительное" - бетон соответствует марке 300 и выше, частота основного тона поперечного резонанса больше 4000 Гц;

- "Неисправное" - бетон соответствует марке 150200, частота поперечного резонанса 35004000 Гц;

- "Аварийное" - частота поперечного резонанса ниже 3500 Гц или соответствующий резонансный пик не выделяется из-за сильных разрушений бетона.

Абсолютные значения частоты 1 резонансного пика приведены для наиболее часто используемых фундаментов с поперечным сечением 4040 см.

Для анкерных фундаментов другого типа абсолютные значения частоты 1 резонансного пика "Исправное" состояние определяется расчетным или статистическим путем. Последующая градация состояния производится в процентах снижения этой частоты, аналогично приведенной классификации.

1.3.3 Диагностика состояния подземной части фундамента.