Режим испытания и назначение величины испытательной нагрузки

При выборе режима испытания устанавливают: 1) требуемую интенсивность нагружения; 2) ступени приложения и снятия нагрузки; 3) продолжительность ее выдерживания на испытываемом объекте. Если сооружения или конструкциипосле испытания должны быть переданы в эксплуатацию, то испытание не должно ухудшать их состояния. В процессе приложения и выдерживания нагрузки в испытываемом объекте не должны развиваться остаточные деформации и, тем более, нарушения сплошности, которые в обычных условиях эксплуатации не могли бы появиться.

Максимальная испытательная нагрузка, поэтому не должна выходить за установленный предел. Обычно за этот предел принимается расчетная нагрузка в наиневыгоднейшем ее положении, за исключением тех случаев, когда приложение испытательной нагрузки, превышающей расчетную, предусмотрено соответствующими техническими условиями. В качестве примера можно привести правила приемки стальных вертикальных цилиндрических резервуаров для нефти и нефтепродуктов. Емкости, проверяемые на прочность, должны быть заполнены водой до расчетной отметки, а избыточное давление воздуха и вакуум в так называемом «газовом пространстве» резервуара (над залитой жидкостью) должны превышать проектные: избыточное давление на 25%, а вакуум, в зависимости от типа резервуаров, на 25…50%.

При испытаниях опытных объектов, передача которых в эксплуатацию не предусматривается, указанные выше ограничения отпадают, и максимум нагрузки назначается в зависимости от поставленной задачи. Если целью испытания является определение несущей способности или исследование условий появления местных повреждений (трещин, сколов и т. п.), то значения максимальной нагрузки уточняют непосредственно в процессе эксперимента в соответствии с его полученными промежуточными результатами. Однако до начала испытания этот максимум должен быть оценен ориентировочно для подсчета требуемой нагрузки. Последняя должна браться «с запасом» — во избежание задержек в ходе испытания в случае ее недостаточности.

Испытание железобетонных изделий серийного изготовления и отбор контрольных образцов проводятся следующим образом. При проверке на прочность контрольная нагрузка принимается равной расчетной, умноженной на коэффициент, численные значения которого берутся от 1,4 до 2,0 в зависимости от типа конструкции, вида примененного бетона и характера ожидаемого разрушения. При проверке на жесткость контрольная нагрузка принимается равнойнормативной в наиневыгоднейшем ее положении. При проверке на трещиностойкость — для изделий первой категории трещиностойкости нагрузка берётся равной 1,05 от расчетной, а для второй категории — 1,05 от нормативной.

Ступени нагружения. При их назначении исходят из того, что, с одной стороны, чем меньше каждая ступень, тем чаще в процессе нагружения могут быть взяты отсчеты по приборам. Графики исследуемых характеристик строятся, поэтому более четко (по большему числу точек), это особенно существенно при наличии нелинейной зависимости между нагрузкой и исследуемой характеристикой; с другой стороны, с уменьшением ступеней нагрузки возрастает их общее число, что делает процесс испытания более длительным и трудоемким. Учитывая эти положения, в каждом конкретном случае приходится находить оптимальное решение. Так, например, для контрольных испытаний образцов железобетонных изделий серийного изготовления соблюдаются следующие условия:

• — при проверке прочности конструкции ступени («доли») нагрузки не должны превосходить 10% от ее контрольного (т. е. максимального) значения;
• — при проверке жесткости конструкции ступени должны быть не более 20% от соответствующей контрольной;
• — при проверке трещиностойкости элемента после приложения нагрузки, равной 90% от соответствующей контрольной, каждая последующая доля загружения, вплоть до момента появления трещин в конструкции, должна составлять не более 5% контрольной.

Для облегчения обработки результатов испытаний последовательные ступени нагрузки должны быть по возможности одинаковыми. Начальную ступень нагружения конструкции следует брать небольшой (порядка 5%, но не более 10% от ожидаемой максимальной нагрузки), поскольку в начале формирования приложения усилий часть их идет на обмятие подкладок в опорах и под нагрузочными приспособлениями, вытяжку тяг и т. д. Для уменьшения этих потерь прибегают к повторным приложениям и снятиям начальной ступени нагружения. Такие повторные нагрузки полезны также и для проверки возвращения «на нуль» показаний установленных приборов.

При использовании подвижной нагрузки для той же цели делают пробные обкатки.

Разгрузка. Ступени разгрузки конструкции полезно брать такими же, как и ступени нагружения. Этим существенно облегчается сравнение «прямых» и «обратных» ходов показаний приборов. Однако для ускорения процесса испытания нередко приходится прибегать к сокращению числа ступеней разгрузки. Их следует тогда брать кратными ступеням нагружения, с тем, чтобы совпадение соответствующих точек прямого и обратного ходов все же сохранялось.

При повторных (циклических) загружениях конструкции нагрузка после каждого цикла должна сниматься не полностью, а доводиться до уровня первой (начальной) ступени. Этим обеспечивается необходимая жесткость испытания, поскольку все нагрузочные устройства остаются включенными. При полной же разгрузке конструкции не исключена возможность небольших перекосов и смещений нагрузочных устройств, что затрудняет сопоставление получаемых результатов. Для выяснения закономерности приращения перемещений и деформаций после приложения нагрузки обычно бывает достаточна выдержка: для металлических конструкций — от 15 до З0 мин; железобетонных конструкций — около 24 ч; деревянных конструкций — от 12 ч до нескольких суток. Если перемещения и деформации в конструкции при постоянной нагрузке в указанные выше сроки не затухают, то время ее выдерживания удлиняется. Если замедления нарастания перемещений и деформаций не наблюдается, то испытываемый объект является негодным для эксплуатации в заданных условиях.

Для выборочных испытаний образцов железобетонных изделий серийного изготовления предусматривают обязательную выдержку:

• — при контрольных загружениях на жесткость и трещиностойкость — не менее 30 мин;
• — после каждой промежуточной ступени загружения — не менее 10 мин.

Указания о длительности выдержки испытательной нагрузки имеются в ряде стандартов и нормативных документов. Так, например, при приемке стальных вертикальных цилиндрических резервуаров выдерживание их под гидростатическим давлением осуществляется для емкостей до 5000 м³ включительно — не менее 24 ч, а свыше 10 000м3 — не менее 72 ч.

Работы, выполняемые в процессе испытания. В ходе натурных и лабораторных испытаний строительных объектов или конструкций в обязательном порядке выполняется:

• — предварительное загружение испытываемого объекта;
• — квалифицированная запись показаний приборов;
• — визуальное наблюдение за техническим состоянием испытываемого объекта;
• — строгое соблюдение правил техники безопасности при производстве статических испытаний обследуемого объекта.

Предварительное загружение конструкции является начальным, контрольным, этапом испытания. На этом этапе проверяют:

• — готовность и надлежащее действие всех подготовленных приспособлений, в первую очередь нагрузочных;
• — надежность крепления конструкции и правильность показаний установленных приборов;
• — окончательно отрабатывают намеченный процесс проведения испытания.

Интенсивность предварительного загружения конструкции принимают обычно равной первой ступени нагрузки, предусмотренной программой испытания.

Выявленные во время загружения неудовлетворительно работающие приборы подлежат исправлению или замене. При этом может быть два случая.

• 1. Исследуется объект, неоднократно подвергавшийся действию внешней нагрузки. В этом случае нет оснований ожидать сколько-нибудь заметного изменения его состояния в результате еще одного загружения перед началом испытаний. Показания всех установленных приборов должны были бы, следовательно, после предварительной нагрузки вернуться к своим первоначальным значениям. Невозвращение показаний может быть результатом:
  • — так называемой обкатки, т. е. небольшого вполне допустимого смещения «нуля» прибора при первом цикле загружения. Прибор как бы прирабатывается к объекту и при следующих циклах дает надежные показания;
  • — дефектной установки (которая должна быть исправлена) или неудовлетворительного состояния самого прибора, подлежащего замене.
• 2. Исследуемый объект нагружается впервые. При первом нагружении сооружений и отдельных конструкций возможно появление остаточных перемещений и деформаций, обусловленных обмятием соединений и мест опирания, осадками нагружаемых опор, взаимными смещениями элементов и т. п. Невозвращение приборов на нуль после снятия первой нагрузки не может при этом рассматриваться как показатель дефектности их установки.

Для выявления неудовлетворительно работающих приборов в данном случае требуется внимательное наблюдение за изменением показаний, как при приложении первой нагрузки, так и при постепенном ее снятии.

Запись показаний приборов должна производиться по возможности одновременно по всем установленным на конструкции приборам. Наилучшим образом это требование обеспечивается при автоматической регистрации показаний. При обычной записи число приборов, поручаемых каждому наблюдателю, должно быть по возможности небольшим. После записи показаний по всем приборам рекомендуется делать повторный отсчет по первому из них. Разность двух последовательных показаний дает важную для оценки результатов характеристику интенсивности развития пластических деформаций после каждой ступени нагружения. Помимо записи показаний приборов должны тщательно отмечаться время записи и условия проведения испытания (данные об изменениях температуры и других атмосферных факторов, случайные толчки и удары, воспринимаемые исследуемыми конструкциями, и т. п.), которые могут быть использованы при оценке получаемых результатов.