Цель и задачи испытаний статической нагрузкой. Отбор конструкций для испытаний

Испытания строительных конструкций статической на­грузкой— ответственное, трудоемкое и дорогостоящее ин­женерное мероприятие. Проведение испытаний поручается сотрудникам специализированных лабораторий научно-исследовательских институтов, строительных трестов или кафедр вузов.

Перед испытаниями составляется техническое задание, в котором указываются их цель и задачи. Задачами стати­ческих испытаний, как правило, является определение прочности, жесткости и трещиностойкости.

Испытаниям предшествуют работы подготовительного периода: изготовление и отбор испытываемых конструкций, освидетельствование, разработка рабочей программы и методики испытаний, подготовка технической докумен­тации.

К работам заключительного периода относятся: инструк­таж по технике безопасности, установка конструкции, на­грузочных приспособлений и измерительных приборов, загружение и снятие отсчетов по приборам, разгрузка конструкции, осмотр конструкции, обработка результатов испытаний, оценка результатов испытаний.

Конструкции, изготовленные для испытаний, называют опытными. Натурные испытания опытных конструкций слу­жат для проверки качества проектирования. Они позволяют установить степень соответствия действительной работы конструкции расчетным предпосылкам с учетом особенно­стей технологии изготовления. Количество испытываемых конструкций зависит от того, преследуют испытания исследовательские или практические цели, и от полученных результатов.

При изготовлении опытных конструкций заранее преду­сматривают размещение необходимых приспособлений для крепления измерительных приборов, производят отбор об­разцов материалов для определения их физико-механиче­ских характеристик. Добиваются точного соответствия кон­струкции проекту. Тщательно контролируют все технологи­ческие операции.

Для текущего контроля качества серийно выпускаемых конструкций из партии отбираются образцы, предназначен­ные для испытания нагружением. Под партией понимают продукцию, выпускаемую по единой технологии без дли­тельного перерыва.

Испытания сборных железобетонных конструкций про­изводятся на основании ГОСТ 8829. Перед тем, как приступить к массовому изготовлению, испытывается не менее двух изделий из партии. В дальнейшем при изме­нении конструкции, материалов или технологии изготовле­ния от каждой партии испытывается 1 % изделий (но не менее двух образцов).

Отобранные образцы маркируются, комплектуется тех­ническая документация, характеризующая использованные материалы и указывающая соответствие конструкции про­екту, соблюдение принятой технологии изготовления.

Выбору испытываемой конструкции предшествует из­учение проектов и конструкций в натуре с привлечением данных об особенностях их эксплуатации. На осно­вании анализа материалов обследования намечают объект испытания и методику, которая бы позволила наиболее пол­но реализовать намеченные цели и задачи.

Конструкции, изготовленные или выбранные для испы­таний, подлежат освидетельствованию.

Освидетельствование заключается в изучении докумен­тации, измерении размеров сечении отдельных элементов и сопоставлении их с проектными, тщательном осмотре по­верхности конструкции с целью обнаружения дефектов,, контроле качества материалов, узловых сопряжений и сты­ковых соединений.

К изучаемой документации относятся статический рас­чет и рабочие чертежи конструкции, акты на скрытые ра­боты, журналы работ, данные об эксплуатации и другие материалы. Контрольными замерами проверяется геометрическая схема конструкции, пролет, длина, высота, строи­тельный подъем, наличие искривлений и размеры сечений отдельных элементов. Возможные отклонения от геометри­ческой схемы проверяют по точкам, где намечается уста­новка прогибомеров, путем нивелирования или визирования с помощью теодолита. Наружный осмотр производится визуално и с помощью линз, микроскопов, ультразвуковой и другой аппаратуры. Цель осмотра — обнаружение трещин и дефектов, проверка состояния узловых сопряжений, сты­ков и швов, анкеровки закладных деталей, качества сварных соединений и клеевых швов и т. д. Фактические свойства материалов определяются путем отбора и последующего испытания образцов разрушающими или неразрушающими методами.

Расхождения между проектными решениями и фактиче­ским исполнением, а также выявленные дефекты указыва­ются в акте освидетельствования и в дефектной ведомости. Дефекты и трещины отмечаются на поверхности кон­струкции тушью или краской и фотографируются. В про­цессе испытаний за ними ведется наблюдение.

К дефектам бетонных и железобетонных конст­рукций относятся трещины, изъяны поверхности, отколы бетона, пустоты, недостаточная толщина защитного слоя, отступления от проектных размеров, промасливание и пропитка бетона производственными жидкостями, корро­зия бетона и арматуры. Сложнее обнаружить скрытые де­фекты, которые возникают вследствие нарушения техноло­гии изготовления, неверного размещения арматурных стер­жней, необоснованной замены арматуры, несоблюдения контролируемого напряжения арматуры в предварительно напряженных конструкциях.

К дефектам каменных и армокаменных конструкций от­носятся низкое качество кладки, продольные и поперечные трещины, расслоения и пластические деформации, отсутствие распределительных железобетонных подушек в мес­тах приложения сосредоточенных нагрузок, неудовлетвори­тельное сопряжение со смежными конструкциями, наличие скрытых дефектов, коррозионных, грибковых поражений и появление сырости.

При освидетельствовании металлических конструкций особое внимание обращают на качество сварных, клепаных и болтовых соединений. Дефекты сварных швов подразде­ляются на внешние и внутренние. К внешним относятся дефекты несоответствия формы и размеров сварных швов, подрезы, наплывы, поры и трещины, а также остаточные деформации и коробление изделий. К внутренним дефектам относятся непровары, внутренние трещины, поры и шлако­вые включения, низкие механические свойства наплавлен­ного металла. Для обнаружения дефектов сварных швов производят их рассверливание конической фрезой и приме­няют неразрушающие методы контроля (рентгеновские, радиозотопные, ультразвуковые и др.). Заклепочные соеди­нения проверяют простукиванием молотком. При этом выявляют подчеканенные, перекошенные и пережженные заклепки. Кроме этого, тщательно осматривают опорные узлы и связи, контролируют напряжение в предварительно напряженных элементах. Особое внимание обращают на наличие коррозионных повреждений.

К дефектам деревянных конструкций относятся есте­ственные пороки и повреждения, возникающие при эксплу­атации конструкций (трещины от усушки, разбухание, ко­робление, гниение и поражение насекомыми). В клееных деревянных конструкциях проверяют целостность клеевых швов и стыковых соединений, а также состояние опорных частей и узловых сопряжений.

Таким образом, освидетельствование дает возможность установить наиболее слабые узлы и элементы конструкции, отличить повреждения, имевшие место еще до приложения нагрузки, от тех, которые возникнут на определенном этапе загружения конструкции.

 

Программа испытаний

Испытание опытных конструкций производится на основании рабочей программы, в которую включаются: мето­дика испытании, рабочие чертежи конструкции и испыта­тельного стенда, схемы опирания конструкции и приложе­ния внешней нагрузки, порядок и этапы загружения и разгрузки, данные о нормативной, расчетной и контрольной нагрузках, теоретических нагрузках трещинообразования, мероприятия по технике безопасности.

В методике испытаний делается выбор измерительных приборов, рассматриваются статическая схема испытывае­мой конструкции и размещение измерительных приборов, определение испытательных нагрузок и очередность их при­ложения. В статической схеме отражаются условия опирания и закрепления конструкции при испытании. Схема загружения должна наиболее полно отражать условия работы конструкции в стадии эксплуатации при наиболее невыгодных сочетаниях нагрузок. При испытании по вы­бранной схеме должно достигаться то предельное состоя­ние, которое подлежит изучению. Обычно конструкции ис­пытывают в том положении, в котором они работают в сооружении. Однако ГОСТ 8829 допускает поворачивать конструкцию на 90 или 180° при условии, что при этом не появляются трещины.

В случае отсутствия на опорах специальных закладных частей железобетонные и деревянные конструкции опирают на металлические плиты, которые укладывают симметрич­но оси опоры. Шарнирно-подвижная опора осуществляется и виде стального катка или шара, уложенного между дву­мя плитами (рис. 6.1, а), в виде ножевой опоры, опираю­щейся на два катка (рис. 6.1,б), или в виде качающейся стойки, подвески с шарнирами на концах и листового шарнира.

Шарнирно-неподвижные опоры допускают свободный попорот, но препятствуют продольному перемещению конструкций. Такие опоры осуществляют в виде катка или шара, уложенного в гнезде металлических

 

 

Рис. 6.1. Виды опор:

а, б — шарнирно-подвижные; в, г, д — шарнирно -иеподвижпые;

1 — каток или шар; 2— стальные пластины;

3 — катки; 4 — уголок; 5 — бетон;

в — пластина с гнездом; 7 — сварной шов

 

пластин (рис. 6.1, в), катка или шара, приваренного к пластине (рис. 6.1, д), а также в виде ножевой опоры (рис. 6.1, г). Диаметры точеных катков составляют 50—100 мм, диамет­ры шаров — 30—50 мм.

Балочные конструкции (рис. 6.2) при испытаниях опи­рают на две опоры, одна из которых (шарнирно-подвижная)

 

Рис. 6.2. Схема испытания балоч­ной конструкции:

1 — подвижная опора; 2 — испытываемая конструкция;

3 — неподвижная опора; 4 —распределительная балка

 

 

Рис. 6.3. Схема испытания

консоли:1 —анкерная тяга; 2 — нижняя опора; 3 — верхняя опора;

4 —испытываемая конструкция

 

допускает свободное перемещение конструкции вдоль ее оси, вторая (шарнирно-неподвижная) — свободный поворот в плоскости конструкции. Консольные конструкции испытываются по схеме, приведенной на рис. 6.3. Расстояние а (см. рис. 6.2. ) от центра шарнирной опоры до конца кон­струкции должно быть равно половине расчетной длины опирания. Для консоли, загруженной равномерно распреде­ленной нагрузкой (рис. 6.3 .), , где — минимальная проектная длина защемления консоли. Плиты, работающие и двух направлениях, испытывают по схеме (рис. 6.4), предусматривающей возможность переме­щения и поворота в этих направлениях. В ребристых пли­тах шириной более 1,5 м продольные ребра у опор закреп­ляются для предотвращения их поворота в поперечном направлении (рис. 6.5). Затяжка имитирует приварку про­дольных ребер смонтированной плиты на опорах к заклад­ным деталям стропильной конструкции.

Измерительные приборы устанавливают в тех точках, перемещения и деформации которых наиболее полно харак­теризуют работу конструкции. Прогибы измеряют в сере­дине и в четвертях пролета, а иногда и более часто. Например, при испытании фермы — под каждым узлом нижнего пояса. Определяют осадку опор, а в железобетонных конструкциях еще и возможное проскальзывание арма­туры в зоне анкеровки.

Тензометры и тензорезисторы располагают в тех сече­ниях, в которых определяют деформации волокон, чтобы по ним установить напряжения. Обычно это расчетные, наи­более напряженные сечения. Однако в них должны отсут­ствовать концентраторы напряжений. Приборы для изме­рения деформаций желательно ставить симметрично по обеим сторонам конструкции, чтобы дублировать их показания и исключить влияние случайных факторов. Количе­ство приборов зависит от характера и целей испытаний.

Рис.6.4. Схемы опирания плиты:

а - по четырем углам; б — по контуру; 1 — неподвижная опора;

2 — каток; 3 — шар; 4 — испытываемая плита

 

Рис. 6.5. Опирание ребристой плиты:

1 — испытываемая плита; 2 — сварной шов; 3 — каток;

4 — затяжка из швеллера; 5 — шар '

 

При этом следует стремиться к наиболее целесообразной схеме расстановки приборов, используя их в минимальном количестве.

Оценку прочности, жесткости и трещиностойкости желе­зобетонных конструкций производят на основании сравне­ния опытных и контрольных нагрузок. Прочность оценивают по контрольной разрушающей нагрузке, которая равна рас­четной нагрузке с учетом собственного веса конструкции, умноженной на коэффициент С. Значение коэффициента С зависит от характера раз­рушения и вида бетона.

Контрольная нагрузка при проверке жесткости равна расчетной нагрузке, при которой вычислены прогибы кон­струкции. Контрольная нагрузка, соответствующая началу трещинообразования, принимается в зависимости от катего­рии трещиностойкости конструкции (коэффициент перегрузки n больше либо равно1).

Нагрузку прикладывают ступенями, каждая из которых не должна превышать 10 % контрольной нагрузки при про­верке прочности и трещиностойкости и 20 % контрольной нагрузки при проверке жесткости конструкции. Продолжи­тельность выдержки нагрузки на каждой ступени загружения не менее 10 мин, а после приложения контрольной на­грузки при проверке жесткости — не менее 30 мин.