Выбор элементов для испытания и схемы загружения

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 размещать 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, передается 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:

• 1) 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 опирания 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 изготовления для их контрольных испытаний 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 дается по результатам испытания образцов в состоянии, наиболее характерном для большинства изделий данной партии. Отбор изделий, подлежащих испытанию, производится по данным визуального осмотра и изучения технической документации. Для испытаний выбирают не менее двух изделий среднего качества. Если в партии изделий массового изготовления больше 200 шт., количество испытуемых изделий должно составлять не менее 1% от всей партии. Отобранные изделия маркируют, проводят освидетельствование с определением размеров, массы, расположения арматуры и толщины защитного слоя, проверкой технической документации и заносят результаты освидетельствования в испытательную ведомость. Подготовка к испытаниям состоит в транспортировании изделия, установке его в пресс и обеспечении подстраховки на время испытаний.

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 испытаний и позволяет укладываться в более короткие сроки при нагружении и разгрузке. В качестве отдельных примеров ниже приведены схемы испытания разрезной плиты (рис. 47), неразрезной балки (рис. 48) и полигональной фермы (рис. 49) с соответственно равномерно распределенной и сосредоточенной нагрузками. Представленные схемы испытания экономичны по трудозатратам и стоимости, удобны как для контроля за испытательной нагрузкой, так и для автоматизации испытаний.

Схема испытания монолитной разрезной плиты: а — фактическая нагрузка, в натурных условиях; б — эквивалентная распределенная нагрузка.

(I вариант испытания); в — эквивалентная сосредоточенная нагрузка (II вариант испытания) 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.

Схема испытания многопролетной 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 Распределенную нагрузку любой интенсивности можно реализовать на практике с применением: а) сыпучих материалов (песок, щебень, гравий, керамзит);

• б) мелкоштучных грузов;
• в) крупноштучных грузов;
• г) системы загружения водой;
• д) системы загружения воздухом.

Сосредоточенную нагрузку 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); 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);
• — 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.