Применение инфракрасной термографии для оценки остаточного напряжения в грунтовых анкерах при техническом обслуживании

Научные отчеты, том 13, номер статьи: 36 (2023) Цитировать эту статью

775 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Определение целостности грунтовых анкеров имеет важное значение для проверки их пригодности для поддержания структуры грунта. Однако испытание на отрыв, которое обычно используется для этой цели, имеет ограничения при его применении к всем установленным наземным анкерам. Целью данного исследования является оценка возможности использования инфракрасной термографии для измерения остаточного напряжения в грунтовых анкерах в качестве бесконтактного метода, позволяющего избежать недостатков существующих методов. Предварительный эксперимент проводится для определения точной излучательной способности испытуемых материалов. Применяются как пассивные, так и активные методы, являющиеся типичными методами инфракрасной термографии. В масштабном эксперименте в пассивном методе измерения использованы инфракрасные изображения четырех установленных нитей с нарастающим напряжением в диапазоне 0–400 кПа с интервалом 100 кПа. В случае активного метода те же самые диапазоны напряжений применяются к нагретой головке анкера с помощью машины UTM. Результаты пассивного метода показывают, что температура увеличивалась и уменьшалась в зависимости от этапов нагрузки и разгрузки. Значения индекса скорости охлаждения выводятся на основе результатов активного метода, а надежное поведение наблюдается через 10 и 15 минут. Количество пикселей с огромными изменениями температуры также менялось на этапе загрузки как в пассивном, так и в активном методе. Это исследование показывает, что инфракрасная термография является подходящим альтернативным методом оценки остаточного напряжения в грунтовых анкерах как тип бесконтактного метода.

Грунтовые анкеры обеспечивают высокую несущую способность для стабилизации структуры грунта в конструкциях на склонах, и необходимы регулярные проверки для оценки характеристик изнашивающихся и стареющих анкеров1,2. Испытание на отрыв обычно используется для оценки остаточного напряжения анкеров3,4, при котором головка анкера вытягивается с помощью гидравлического домкрата, однако этот метод имеет ограничения в применении, поскольку он дорог и требует много времени5. Невозможно исследовать все анкеры, построенные на одной и той же площадке, и поэтому остаточное напряжение обычно оценивается только в нескольких анкерах посредством выборочных испытаний. Был предложен неразрушающий метод оценки производительности достаточного количества анкеров. Зима и Рука6 попытались проверить характеристики напряжения в грунтовых анкерах разной фиксированной длины на основе передачи энергии, генерируемой направленной волной, при этом передача энергии вызвана геометрическим параметром между сухожилием и окружающим телом анкера. Тамракар и др.7 использовали ультразвуковые волны для определения остаточного напряжения в грунтовых анкерах, а также определяли форму волны и максимальную амплитуду на поверхности несущих пластин. Обобщенная связь между растягивающим напряжением и измеренным значением была предложена посредством лабораторных и полевых экспериментов. Рефлектометрия в частотной области также была выбрана для характеристики анкерного стержня, заглубленного в бетон под землей, и этот метод также предоставляет информацию о поврежденном месте для технического обслуживания8. Предлагаемый способ также является громоздким в отношении достижения контакта датчика с головкой анкера. Таким образом, необходимо развивать бесконтактные формы методов технического обслуживания. В этом исследовании оценивается применение инфракрасной термографии в качестве метода технического обслуживания для оценки уровня напряжения в грунтовых анкерах.

Инфракрасная термография (ИРТ) изначально использовалась в военных целях9,10, а в последнее время стала использоваться в инженерной сфере для определения характеристик и дефектов объектов11,12,13,14,15,16,17,18. Тепло, выделяемое объектом, зависит от излучения, конвекции и проводимости, и среди них излучение оказывает наибольшее влияние на диффузию тепловой энергии19,20,21. Тепловая энергия излучается всеми объектами с температурным режимом выше −273 °С (0 К) на длинах волн в диапазоне 0,7–1000 мкм. ИРТ используется для измерения тепловой энергии, излучаемой объектом в заданных условиях, а термографический метод делится на активные, гибридные и пассивные методы экспериментов и анализа22. Активный метод измеряет температуру объекта в состоянии нагрева или охлаждения через искусственный источник тепла, а пассивный метод определяет распределение температуры объекта без использования дополнительного источника тепла. Следовательно, активный метод является методом количественного анализа, и характеристики объекта можно понять путем относительного сравнения измеренных величин. При пассивном методе качественный анализ проводится после предварительного распознавания аномального состояния, соответствующего температуре23,24,25. В этой статье делается попытка разработать полезный метод оценки эффективности наземных анкеров и рассматриваются как активные, так и пассивные методы.