Способы нагружения образцов. Грузы и испытательное оборудование

 

При испытаниях нагрузка создается грузами, рычажны­ми установками, грузовыми механизмами н сжатым воз­духом.

Для загружения используют штучные и специальные грузы, сыпучие материалы, емкости, наполненные водой. Предпочтение следует отдавать гирям, металлическим от­ливкам, поковкам, бетонным и железобетонным блокам, а при наличии непротекаемых емкостей воде. Перед испы­таниями все крупные, грузы взвешиваются и маркируются. Длина штучных грузов не должна превышать 1/б пролета испытываемой конструкции. Зазоры между грузами по всей высоте должны быть не менее 50 мм, чтобы из них не образовались самонесущие своды.

Допускаемая погрешность нагрузки, принятой для испытаний, +-5 % контрольной нагрузки.

Сыпучие материалы (песок, гравий, щебень, руда) за­гружают в ящики без дна, установленные поверх конструкциии. Вдоль пролета балочных конструкций размещают не менее двух ящиков, а для конструкций, работающих в двух направлениях,— не менее четырех. Зазоры между ящиками должны быть не менее 0,1 пролета конструкции и не менее 250 мм. При полевых испытаниях применять гигро­скопические материалы не рекомендуется. Для снижения трудоемкости испытаний и уменьшения количества штуч­ных грузов используют рычажные устройства и приспособ­ления с соотношением плеч от 1:2 до 1:10. Во избежание появления горизонтальной составляющей приложенного усилия после каждого этапа загружения рычаг должен быть приведен в горизонтальное положение.

К грузовым механизмам относятся испытательные прес­сы и машины, гидравлические и винтовые домкраты, тали, полиспасты и лебедки.

Испытательными прессами и машинами оборудуются лаборатории для испытания строительных материалов и конструкций. Для проведения статических испытаний на сжатие, поперечный и продольный изгиб стандартных об­разцов, деталей, узлов и строительных конструкций отече­ственной промышленностью выпускаются следующие прес­сы: П-1000, П-500, П-200 и П-125 универ­сальные испытательные машины для проведения статиче­ских и динамических испытаний: МУП-200, МУП-100, МУП-20; универсальные машины для статических испытаний на растяжение, сжатие, изгиб и загиб: УММ-200, Р-100, Р-50, Р-20, Р-10, Р-5, Р-0,5, МР-0,5-1, РМУ-0,05-1; прессы для проведения стати­ческих испытаний стандартных образцов строительных ма­териалов: П-500, П-250, П-125, П-50, П-10, П-5, П-2.

Однако возможности прессового оборудования для испы­тания строительных конструкций весьма ограничены. Наи­более удобными грузовыми механизмами для этой цели являются гидравлические домкраты с различным ходом поршня.

Усилие, развиваемое гидравлическим домкратом, равно давлению в цилиндре, взятому с учетом сопротивления на преодоление сил трения, умноженному на площадь поршня. Домкраты серии ДГ-100М и ДГ-200М работают по принци­пу удвоения силы благодаря специальной конструкции ци­линдра.

Для работы с гидравлическими домкратами используют насосные станции с ручным приводом НСР-400, НСР-400М или с электрическим приводом НСП-400, НСП-400М. На­сосная станция может обслуживать одновременно несколько дом­кратов. Усилие, развиваемое домкратом, определяется по показанию технического манометра класса не ниже 2,5, из­меряющего давление с точностью до +2,5 %. Гидравличе­ские домкраты и манометры выбираются с таким условием, чтобы обеспечить передачу на испытываемую конструкцию заданных усилий на каждом этапе загружения при соблю­дении необходимой точности. Перед испытаниями все мано­метры поверяются по образцовому контрольному маномет­ру класса 0,2. Каждый домкрат вместе с насосной станцией и всей гидросистемой также подлежит обязательной повер­ке с помощью образцовых динамометров или на испыта­тельных прессах. Грузоподъемная сила домкрата не должна превышать более чем в 2-2,5 раза теоретическую разрушающую нагрузку для конструкции, ход поршня дол­жен быть достаточным для доведения ее до разрушения. Если прогиб конструкции превышает ход поршня, произво­дят перестановку домкрата с введением металлических распорок или применяют специальные домкраты с перехватом поршня упорной гайкой, позволяющие в процессе испыта­ния совершать, без перестановки до трех перехватов. Винтовые домкраты, тали, полиспасты и лебедки при испытаниях конструкций применяют обычно в тех случаях, когда необходимо создавать небольшие усилия, например имитирующее поперечное усилие от торможения мостового крана при испытании колонны.

Для испытания в полевых условиях применяют простей­шие и сборно-разборные инвентарные стенды, в заводских и лабораторных условиях — стенды с использованием сжа­того воздуха, домкратные установки, стационарные, меха­низированные и автоматизированные стенды.

Простейшие стенды имеют две или четыре опоры, выпол­ненные из кирпича, бетона или сборных железобетонных элементов. Между несущими опорами устраива­ются страховочные для фиксации конструкции в случае внезапного обрушения. К числу простейших можно отнести стенды для испытания конструкций в горизонтальном поло­жении.

Рис.6.6. Простейший стенд:

1 — испытываемая конструкция; 2 — опора; 3 — грузы;

4 — стра­ховочные опоры; 5 — подкладки

 

Плиты, панели, настилы и другие плоские конструкции можно испытывать на стендах с использованием сжатого воздуха (рис. 6.7).

Для испытания балок, ферм и других конструкций про­летом до 18 м используют сборно-разборные инвентарные

 

Рис. 6.7. Схема испытания плиты сжа­тым воздухом:

1 — испытываемая конструкция; 2 — пневмптический баллон; 3 — упорный щит с ограничи­телями; 4 — поперечина; 5 — тяги; 6— продоль­ные балки;

7— поперечные опорные балки; 8—фундамент

стенды, собираемые из набора элементов различной длины, в виде двух ферм, между которыми помещают испытывае­мую конструкцию (рис. 6.8). Раскосы крепят к фасонкам нижнего пояса стенда в зависимости от пролета ис­пытываемой конструкции. Нагрузочными устройствами служат гидравлические домкраты.

Рис. 6.8. Схема сборно-разборного стенда:

1 — раскосы; 2 — гидравлические домкраты; 3 — испытываемая конструкция;

4 — верхний пояс фермы; 5 — нижний пояс фермы

 

В качестве стенда для испытания стеновых панелей или объемных элементом крупнопанельных зданий служат металлические опорные балки, соединенные тяжами (рис.6.9).

Рис. 6.9. Схема испытания объемного блока:

1 — объемный блок; 2 — тяжи; 3 — о порные балки;

4 — раскрепляющие балки; 5 — гидрав­лические домкраты;

6 — прокладки; 7 — пере­ставные бетонные опоры

При необходимости передачи на испытываемую кон­струкцию вертикальной и горизонтальной нагрузок приме­няют домкратные установки.

Стационарные стенды состоят из силовой железобетон­ной плиты с ручьями для установки металлических тяжей, воспринимающих усилия от гидравлических домкратов, комплекта траверс, опор и страховочных приспособлений (рис. 6.10).

Рис. 6.10. Схема испытания на стационарном стенде:

1 — испытываемая конструкция; 2 — траверсы; 3 — гидравлический домкрат;

4 — поперечные балки; 5— тяжи; 6 — силовая железо­бетонная плита

 

Проведение испытаний.

Испытания проводятся при положительной температуре воздуха. Уточнив фактические физико-механические свойства материалов разрушающими или неразрушающими методами, на подготовленную к испытаниям конструкцию устанавливают измерительные приборы. Зарисовывают схему их расположения, указывают их привязку и записывают и журнал наблюдений начальные отсчеты. Руководитель испытаний проводит подробный инструктаж всех участников испытаний по технике безопасности с обязательной отметкой в журнале.

Опытные конструкции рекомендуется выдерживать в те­чение суток для наблюдения за влиянием температуры на показания приборов. При необходимости устанавливают температурные поправки. Работоспособность измерительных приборов проверяют пробным загружением двумя первыми ступенями нагрузки с последующей разгрузкой. Если обнаружены отклонения в показаниях приборов, их регулируют, переставляют или заменяют новыми.

Нагружение конструкции ведут ступенями в соответствии с рабочей программой. После каждой ступени загружения конструкцию выдерживают под нагрузкой не менее 10— 15 мин для стабилизации деформации. В это время производят тщательный осмотр поверхности конструкции, фиксируют появление трещин, измеряют их ширину и снимают отсчеты по приборам.

После приложения контрольной нагрузки при проверке жесткости продолжительность выдержки увеличивают до 30 мин, а опытную конструкцию выдерживают под нагруз­кой от 12 ч (для железобетонных) до нескольких суток (деревянные конструкции). Если деформации не затухают, продолжительность выдержки возрастает. Разгрузку ведут такими же ступенями, которые были приняты при загружении. В разгруженном состоянии конструкция должна находиться не менее полуторного срока пребывания под контрольной нагрузкой. Остаточный прогиб для опытных железобетонных конструкций не должен превышать 1/3 полного измеренного прогиба от контрольной нагрузки при проверке жесткости.

Во второй стадии испытаний конструкции нагружение ведется также ступенями. При испытании опытных железобетонных конструкции после достижения полуторной нормативной нагрузке дальнейшее нагружение ведут вдвое меньшими ступенями, а продолжительность выдержки увеличивают так, чтобы она составляла не менее 30 мин. Это дает возможность проследить за характером развития трещин и более точно установить разрушающую нагрузку. Если для отдельных сечений конструкции невыгодна частичная загрузка (односторонняя, через пролет и т. д.) или ее комбинации, конструкцию доводят до разрушения нагрузкой, расположенной на части пролета.

Для контрольных испытаний железобетонных изделий, у которых в стадии эксплуатации не допускаются трещины, после приложения нагрузки, равной 90 % контрольной при проверке трещиностойкости, каждая последующая ступень должна составлять не более 5 % контрольной нагрузки. Появившиеся трещины фиксируют на конструкции и нуме­руют, а в журнале наблюдений записывают их ширину. Ши­рина раскрытия трещин, нормальных к продольной оси эле­мента измеряется па уровне нижнего ряда продольной арматуры микроскопами с ценой деления не более 0,1 мм (рис.6.11). Ширину наклон­ных трещин измеряют в ме­сте их наибольшего раскры­тия.

Результаты отсчетов по приборам на каждом этапе загружения рекомендуется записывать в журнал наблю­дений дважды: в начале и в конце выдержки нагрузки. В случае перестановки при­бора показания записывают­ся в виде дроби: в числите­ле — значение до перестанов­ки, в знаменателе — после перестановки.

 

Рис.6.11. Измерение микроскопом ширины раскрытия трещины:

1-трещина; 2-деления на шкале прибора.

 

После испытания в не­которых случаях производят отбор образцов для опреде­ления физико-механических характеристик материалов.

Эксплуатируемые конструкции в зданиях и сооружениях при испытаниях до разрушения не доводят. Испытательная нагрузка назначается такой, чтобы можно было замерить в характерных сочетаниях напряжения и деформации и сравнить их с теоретическими значениями. О результатах испытания составляется акт, в котором приводятся данные о материале испытываемой конструкции, об ее изготовлении и освидетельствовании, даются схемы испытания и установ­ки измерительных приборов, анализ результатов испытаний и выводы.