ЛЕКЦИЯ 15. Статические испытания несущих конструкций зданий и сооружений

В зависимости от объема и цели испытаний устанавливаются:

1)  несущая способность, характеризуемая нагрузкой, при которой наступает потеря прочности или устойчивости объекта испытания;

2) жесткость, характеризуемая значениями перемещений, предельными с точки зрения возможности нормальной эксплуатации объекта;

3) трещиностойкость (в первую очередь для бетонных и железобетонных конструкций); трещины должны или вообще не появляться или раскрытие их не должно исчерпать или затруднять эксплуатацию следствие потери непроницаемости, развития коррозии и т.д.; при определении трещиностойкости устанавливают также значения нагрузки, при которой образуются трещины, допустимые по условиям эксплуатации.

Задачи испытаний

В настоящее время существуют четыре разновидности испытаний; приемочные испытания, испытания эксплуатируемых объектов, испытания конструкций и деталей при их серийном производстве, научно-исследовательские испытания.

1.   При приемочных испытаниях (при передаче законченных сооружений в эксплуатацию и промежуточных приемках в процессе строительства) проверяются состояние объекта и соответствие показателей его работоспособности проектным и нормативным требованиям.

2. Испытания уже эксплуатируемых сооружений проводятся:

•   для проверки возможности продолжения нормальной службы объекта под эксплуатационной нагрузкой;

Рекомендуемые материалы

• для проверки эксплуатационной надежности объекта при появлении значительных повреждений, например, после пожара и в других аналогичных случаях, ставящих под сомнение работоспособность сооружения;

• для выяснения возможности повышения эксплуатационной нагрузки при реконструкции объекта или изменении характера его использования.

3.   Испытания конструкций и деталей при их серийном изготовлении выполняются путем выборочных испытаний отдельных образцов (продукции) с доведением до разрушения. Задачей испытаний в данном случае является установление фактической несущей способности и
других характеристик испытываемых образцов либо продукции с распространением полученных результатов на всю изготовленную партию.

4.  Научно-исследовательские испытания и испытания опытных объектов проводятся:

•    при применении новых конструктивных решений и при апробации новых методов расчета;

• при использовании новых строительных материалов с характе­ристиками, требующими проверки под действием нагрузки;

• при особых режимах эксплуатации, например в полярных или субтропических условиях, под действием волн и морской воды и т.д. Такие испытания могут производиться непосредственно в натуре или лаборатор­ным путем с искусственным обеспечением необходимого режима.

Выбор элементов для испытания

При приложении нагрузки к сооружению в работу вовлекаются все его конструктивные элементы или лишь отдельные их совокупности, бли­жайшие к месту загружения. Так, нагрузка, приложенная к проезжей части моста в любом месте по длине его пролета, обусловливает появление внут­ренних сил во всех элементах поясов и решетки несущих ферм; не включа­ются в работу лишь отдельные так называемые «нулевые» стержни. При испытаниях подобного рода сооружений нескольких положений нагрузки бывает достаточно для обеспечения интенсивной работы всех главнейших элементов. Задача выбора элементов при назначении программы испытаний сводится в данном случае к решению вопроса, где именно целесообразнее размешать измерительные приборы для оценки работоспособности и со­стояния сооружения в целом.

С иным положением приходится иметь дело в большинстве объек­тов промышленного и гражданского строительства, составленных обычно из многочисленных однотипных элементов в определенном их сочетании. Так, например, в многоэтажном промышленном здании каркасного типа нагрузка, приложенная на небольшом участке какого-либо из перекрытий, передастся на фундаменты через ближайшие ригели и колонны; колонны и ригели, удаленные на несколько пролетов от места загружения, почти не вовлекаются в работу. Слабо или совсем не деформируются примыкающие ненагруженные плиты того же перекрытия, и практически совершенно не работают перекрытия других этажей.

При исследованиях подобного рода сооружений выбор элементов для испытания связан непосредственно с выбором места приложения на­грузки. При этом руководствуются следующими соображениями:

I) количество загружаемых элементов должно быть минимальным, во избежание чрезмерных затрат времени и средств, необходимых для про­ведения статических испытаний;

2} испытаниями должны быть охвачены все основные виды несу­щих элементов исследуемой конструкции; в первую очередь испытывают элементы, работающие наиболее интенсивно, и элементы с обнаруженными в них дефектами и повреждениями, надлежащая работоспособность кото­рых сомнительна;

3) отбирают элементы с возможно более четкой схемой статиче­ского опирання и закрепления; при прочих равных условиях желательно выбирать элементы, свободные от дополнительных связей с примыкающими частями сооружения, которые могут вносить трудноучитываемые иска­жения в работу исследуемых элементов.

При отборе образцов серийного изготовлении для их контрольных испытании исходят из следующего. Для суждения о качестве изделий рас­сматриваемой партии должны быть испытаны наилучшие и наихудшие об­разцы. Отбор их для статических испытаний производится на основании осмотра, контроля неразрушающими методами и предварительной вибра­ционной проверки. Усредненная оценка дастся по результатам испытания образцов в состоянии, наиболее характерном для большинства изделий данной партии.

Выбор схемы загружения

Нагрузочная схема уточняется одновременно с выбором элементов для испытания, поскольку эти задачи взаимосвязаны.

Выбранная схема распределения нагрузок должна обеспечить по­явление в исследуемых элементах необходимых напряжений и деформаций, достаточных для выявления определяемых характеристик, но при этом сле­дует учитывать имеющиеся реальные возможности (наличие определенных видов загрузочных приспособлений) и стоимость испытания. Последнее очень существенно, поскольку уменьшение требуемой нагрузки упрощает и удешевляет процесс проведения испытании и позволяет укладываться в более короткие сроки при нагружении и разгрузке.

В качестве отдельных примеров ниже приведены схемы испытания разрезной плиты (рис. 1), неразрезной балки (рис. 2) и полигональной фермы (рис. 3) с соответственно равномерно распределенной и сосредо­точенной нагрузками.

                                             а

                                             б

                                               в

Рис. 1. Схема испытания монолитной разрезной плиты: а - фактическая нагрузка, в натурных условиях; б - эквивалентная распределенная нагрузка (I вариант испытания); а - эквивалентная сосредоточенная нагрузка (II вариант испытания)

Рис. 2. Схема испытания многопролётной неразрезной балки: а - схема балки; б - линия влияния изгибающего момента при нагружении балки в полевых условиях; в, г - эквивалентное загружение пяти и трех пролетов распределенной нагрузкой; д, е - эквивалентное загружение сосредоточенной на­грузкой трех и одного пролета

Рис. 3. Схема испытания полигональной фермы: а, б, а - фактическое загружение в натурных условиях;  г, д, е - эквивалентное загружение фермы сосредоточенной нагрузкой по нижнему поясу

    Нагрузка и ее разновидности при статических испытаниях

При статических испытаниях нагрузка должна прикладываться к объекту постепенно, без рывков и ударов, с тем чтобы влиянием сил инер­ции можно было бы пренебречь. Нагрузки и нагрузочные устройства долж­ны удовлетворять следующим основным требованиям:

•  давать возможность четкого определения усилий в испытуемом объекте;

• быть по возможности транспортабельными и не требовать значительной затраты времени для их приложения и снятия;

• при испытаниях с длительной выдержкой должна быть обеспече­на стабильность нагрузок, т. е. ее постоянство во времени.

На практике все нагрузки при статических испытаниях можно ус­ловно разделить на распределенные и сосредоточенные.

Распределенную нагрузку любой интенсивности можно реализо­вать на практике на основе применения:

а)           сыпучих материалов (песок, щебень, гравий, керамзит);

б)мелкоштучных грузов;

в)           крупноштучных грузов;

г)           системы загружения водой;

д)системы загружения воздухом.

Сосредоточенную нагружу можно обеспечить в полевых и в ла­бораторных условиях на основе использования:

а) подвешивания грузов;

б) системы распределительных устройств;

в) системы натяжных устройств (талей, лебедок, полиспастов и тал­репов);

г) гидравлических и винтовых домкратов.

При этом, в зависимости от задач испытаний (заводские испыта­ния, приемочные, эксплуатационные, аварийные) и вида конструкции, ис­пытательная нагрузка по величине может быть:

• частью нормативной нагрузки (при уточнении расчетной модели несущего элемента);

"16 Постановка задачи анализа объектов с сосредоточенными параметрами" - тут тоже много полезного для Вас.

• полной временной нагрузкой в одном из сочетаний (испытания конструкций I и II категорий трещиностойкости для проверки условий их наступления);

• суммой нормативной временной нагрузки и веса недостающих частей здания (испытания в период возведения здания);

•   расчетной временной нагрузкой (приемочные испытания уни­кальных конструкций особого назначения);

• больше расчетной (приемочные испытания с нагрузкой, большей проектной);

• разрушающей (заводские испытания серийно выпускаемой кон­струкции).

Схема загружения конструкции должна обеспечить возникновение в исследуемых элементах необходимых напряжений и деформаций. Однако при этом следует учитывать реальные возможности и планируемую стои­мость испытаний. Стоимость, трудоемкость и продолжительность испыта­ний могут быть существенно уменьшены при расположении нагрузки соб­ственно на сооружении.