2. Приказ Ростехнадзора от 22.03.2022 N 84 "Об утверждении руководства по безопасности при использовании атомной энергии "Динамический мониторинг строительных конструкций объектов использования атомной энергии" (вместе с "РБ-045-22...")

2.1. Для оценки интегральных физико-механических характеристик материала рекомендуется использование метода с возбуждением в конструкциях поверхностных упругих волн.

2.2. Метод с использованием упругих поверхностных волн акустического диапазона частот предназначен для оценки состояния материала плоских многослойных СК, допускающих установку измерительных датчиков на одной из поверхностей. Длина доступной для обследований поверхности конструкции должна быть не менее трех глубин ее зондажа.

2.3. Оценка характеристик материала проводится в три этапа:

на первом этапе определяются реакции поверхности СК на ударное импульсное воздействие;

на втором этапе теоретически моделируется реакция многослойных конструкций на ударное импульсное воздействие;

на третьем этапе проводится обработка результатов измерения и моделирования, сравнительный анализ экспериментальных и расчетных дисперсионных кривых (зависимостей скорости волны от ее длины) поверхностных волн и адаптация акустических параметров модели по критерию совпадения дисперсионных кривых методом итераций.

2.4. Блок-схема алгоритма контроля состояния многослойных конструкций приведена на рис. 2.1.

По корреляционным зависимостям между акустическими характеристиками материала конструкции (обычно скоростью продольной волны) и его прочностью оцениваются фактические прочностные характеристики материалов конструкции и их соответствие проектным значениям.

Рис. 2.1. Блок-схема алгоритма контроля состояния
многослойных конструкций

Первый этап - измерение поверхностных волн

2.5. Акустические характеристики материала СК определяются по колебаниям, инициированным импульсной ударной нагрузкой, приложенной к поверхности конструкции.

Для поверхностных волн определяются скорость их распространения при различных длинах волн, а также интенсивность затухания и наличие отражений.

2.6. Определение параметров поверхностных волн обеспечивается со следующими параметрами точности:

относительная доверительная погрешность определения интенсивности затухания волн составляет:

- 15% - при проведении относительной калибровки каналов измерения;

- 20% - без проведения относительной калибровки;

доверительная вероятность определения значения относительной доверительной погрешности равна 0,95.

2.7. Абсолютные значения упругих характеристик материала (модуля упругости или сдвига) или различных слоев СК (для многослойной конструкции) определяются по значениям скоростей продольных или поперечных волн для теоретической модели при условии обеспечения наибольшего совпадения фактически полученных и расчетных дисперсионных кривых поверхностных волн.

2.8. Прочность материала конструкции или ее отдельных слоев определяется по корреляционным зависимостям между прочностью и скоростью распространения в нем продольных волн.

2.9. При проведении измерений должны выполняться операции и применяться технические средства, требования к характеристикам которых приведены в таблице N 2.1.

Типовая схема измерений скорости поверхностной волны в конструкции приведена на рис. 2.2.

Таблица N 2.1

Операции и средства оценки состояния
строительных конструкций

Рис. 2.2. Схема измерений скорости
поверхностной волны в конструкции
(А1 - А7 - точки установки акселерометров,
ПУ1, ПУ2 - точки приложения нагрузки)

2.10. Для построения дисперсионных кривых выбирают отдельные измерительные лучи в различных частях поверхности конструкции, а для построения годографов скоростей - измерительные створы, образуемые несколькими измерительными лучами (расстановки с индексами "a" и "b" на рис. 2.2). При этом измерительные лучи располагаются на одной прямой и смещаются относительно друг друга вдоль измерительного створа на постоянный шаг.

2.11. Поверхность мест установки акселерометров подготавливают для установки датчиков, очищая от пыли, отслоившейся краски, и т.п., при необходимости просушивают и покрывают ее тонким слоем пластилина или специальной мастики.

2.12. Схема измерительного комплекса (рис. 2.3) представляет собой последовательное соединение первичных измерительных преобразователей (акселерометров), согласующих усилителей, многоканального АЦП и ПК. Один из каналов измерения отводится под акселерометр, устанавливаемый на ударном грузе для измерения момента приложения и величины импульса ударной нагрузки.

2.13. При выборе точек измерения и типа датчиков следует учитывать характер источника колебаний, интенсивность и длительность колебаний, продолжительность измерений, погрешность измерений, в том числе за счет помех природного и техногенного происхождения. Рекомендуется одновременная трехкомпонентная регистрация колебаний в каждой точке измерения.

2.14. Для возбуждения колебаний подготавливается тампер (молоток), на котором закрепляется пьезоакселерометр. Длительность ударного импульса регулируется амортизирующими прокладками, закрепленными на тампере.

2.15. Тампер представляет собой деревянный брус массой 10 - 12 кг, один из торцов которого имеет форму полусферы или снабжен сферическим наконечником из упругого материала. Акселерометр для измерения нагрузки крепится на втором торце тампера. Для возбуждения низкочастотных волн рекомендуется использовать более тяжелый тампер с мягким наконечником (поролон, пористая резина).

Рис. 2.3. Схема измерительного комплекса
(А1 - Аn, Аy - пьезоэлектрические акселерометры,
АВК1 - АВКn - антивибрационные кабели,
У1 - Уn - согласующие усилители,
ПУ - предусилитель)

Второй этап - математическое моделирование

2.16. Для случаев, когда исследуемая конструкция может рассматриваться как однородное полупространство или однородная плита, акустические характеристики материала конструкции определяются следующим образом:

для полупространства скорость поверхностной волны равна скорости Релеевской волны;

дисперсионная кривая поверхностных (изгибных) волн в плите с заданной скоростью Релеевской волны в ее материале VR и толщине плиты строится путем решения аналитического уравнения вида:

, (1)

где

H - толщина плиты;

- длина изгибной волны;

- коэффициент Пуассона;

Vu - фазовая скорость изгибной волны.

2.17. Математическое моделирование реакции многослойной конструкции на ударное импульсное воздействие основано на интегрировании определяющей системы уравнений численным методом в плоской постановке.

Третий этап - обработка результатов испытаний

2.18. Обработку результатов испытаний рекомендуется проводить с использованием ПК. Исходные реализации волновых процессов разделяются в ПК на монохроматические пучки с помощью группы полосовых фильтров. Для выделенных пучков монохроматических волн определяют время распространения волны последовательно для всех точек измерения. Время определяют по максимумам волны или по пересечениям кривой колебаний с нулевой линией.

По каждому отсчету времени распространения монохроматического пучка волны определяют фазовую скорость распространения волны:

V = L / t, (2)

где

L - длина отрезка, на котором определяется скорость между точками измерения, м;

t - время пробега этого отрезка поверхностной волной, с.

Длина волны равна:

где T - период колебаний в пучке монохроматической волны, сек.

2.19. Для построения дисперсионных кривых на участке измерительного луча длиной не менее четырех шагов расстановки акселерометров каждый монохроматический пучок волны обрабатывается для получения нескольких отсчетов времени пробега волны от начала до конца участка. Затем для каждого случая вычисляют скорость и длину волны. Полученный таким образом массив данных "скорость - длина волны" фильтруют до получения плавной дисперсионной кривой.

Скоростной разрез по длине измерительного створа определяется по среднему времени пробега волной расстояния между каждой парой точек измерения в измерительном луче для всех расстановок в обоих направлениях распространения волны, что позволяет вычислить скорость волны и ее длину. Весь диапазон полученных длин волн разделяется на 2 - 3 участка, где вычисляется средняя скорость волны и строятся графики изменения скорости волны по длине створа.

Пример 2. Создание выделенного пучка монохроматической волны

На рис. 2.4 приведен пример исходной реализации и выделенного пучка монохроматической волны с наложенными линиями годографов времен пробега волны.

а)

б)

Рис. 2.4. Пример исходной реализации (а)
и выделенного пучка монохроматической волны (б)

2.20. Результаты обработки волновых процессов реакции конструкции на ударное импульсное воздействие используются при определении акустических характеристик материалов СК путем сравнения дисперсионных кривых поверхностных волн, полученных по экспериментальным и расчетным теоретическим реакциям на ударное импульсное воздействие.

2.21. Параметры (геометрические и акустические) модели многослойных СК подбираются методом итераций и с учетом результатов обследования другими методами до достижения наилучшего совпадения теоретической и экспериментальной дисперсионных кривых.

2.22. Упругие характеристики материалов СК определяются по акустическим характеристикам различных слоев СК, полученным в математической модели в результате ее адаптации с учетом информации о свойствах материала конструкции (плотности, коэффициенте Пуассона и т.д.) по формулам:

где

VS, VR, VP - скорости, соответственно, поперечной, Релеевской и продольной волн, м/с;

Ed - модуль упругости бетона, Па;

Gd - модуль сдвига бетона, Па;

- плотность бетона, кг/м3;

- динамический коэффициент Пуассона.

2.23. Прочность материала конструкции определяют по корреляционным зависимостям между прочностью материала и скоростью распространения продольной упругой волны в нем.

2.24. По результатам испытаний с помощью поверхностных волн рекомендуется приводить следующие данные:

годографы скоростей поверхностных волн различных типов;

дисперсионные кривые волн на наиболее характерных измерительных лучах;

основные акустические характеристики материала конструкции;

скорости продольных и поперечных волн на различных участках поверхности конструкции;

соответствующие им модули упругости и сдвига материала;

прочность материала конструкции на различных участках ее поверхности.

2.25. Для определения прочности бетона рекомендуется использовать тарировочную кривую, представленную на рис. 2.5, а для определения прочности кирпичной кладки - использовать данные таблицы N 2.1.

Рис. 2.5. Тарировочная кривая для оценки прочности бетона

Таблица N 2.1

Качественная классификация прочности кирпичной кладки
по скоростям сейсмоакустического диапазона

Характеристика кладки	Нормативная прочность кладки на сжатие (.Rн, МПа)	Скорость продольной волны сейсмоакустического диапазона частот (Vp, м/с)
Очень прочная	4 - 5	> 3 000
Прочная	3 - 4	2 000 - 3 000
Пониженной прочности	2 - 3	1 500 - 2 000
Низкой прочности	1,5 - 2	1 000 - 1 500
Слабой прочности	1 - 1,5	500 - 1 000
Очень слабой прочности	0,5 - 1	500