Проведение статических испытаний

Подготовительные работы. Высокая трудоемкость, стоимость, а в отдельных случаях и невозможность повторения испытаний при статических загружениях требуют тщательной разработки программы испытаний, которые в значительной степени предопределяют как эффективность всей предстоящей работы, так и надежность всех данных, получаемых в результате испытания. Перед началом испытаний должна быть проведена необходимая подготовка: смонтированы нагрузочные приспособления и подготовлена нагрузка; установлены подмости и ограждения; обеспечено, если это вызывается условиями испытаний, дополнительное освещение мест установки приборов; согласованы перерывы в эксплуатации исследуемого объекта и т. д.

Перед началом испытаний необходимо провести предварительные подсчеты. Уточняется требуемая испытательная нагрузка, и определяются соответствующие этой нагрузке значения перемещений, деформаций, напряжений и усилий, возникающих в исследуемых элементах конструкций. Такие подсчеты являются продолжением перерасчетов, выполняемых по результатам освидетельствования, и производятся с учетом всех выявленных при этом отступлений от проекта, уточненных характеристик материала, обнаруженных ослаблений и т. д. В сооружениях с неявно выраженной расчетной схемой, допускающей выбор нескольких возможных вариантов, предварительные подсчеты должны быть выполнены по всем этим схемам.

Сравнение с результатами испытаний позволяет в дальнейшем выбрать из них схему, наиболее близкую к действительной работе сооружения. Аналогично поступают в отношении модуля упругости и других характеристик материала, если до начала испытания значения их не могут быть надежно определены. Эти подсчеты ведутся в пределах возможных диапазонов с дальнейшим уточнением фактических значений по результатам испытаний.

Испытания конструкций следует проводить при положительной температуре воздуха при прочности бетона на сжатие не менее 90% от прочности, соответствующей классу бетона по прочности на сжатие и устанавливаемой согласно действующим стандартам. Конструкции, хранившиеся при отрицательной температуре или поступившие на испытания непосредственно после термовлажностной обработки, предварительно выдерживают не менее 1 сут в помещении при температуре не ниже 15єС.

Схемы опирания и нагружения изделий. Схему нагружения конструкций при разработке проектной документации необходимо выбирать так, чтобы она соответствовала условиям работы конструкции в стадии эксплуатации и чтобы при испытании конструкций по этой схеме достигалось контролируемое предельное состояние. Если при одной схеме нагружения конструкции нельзя проконтролировать все предельные состояния, то следует предусматривать, испытания двух и более конструкций по разным схемам нагружения.

Конструкции следует испытывать в том положении, в котором они будут эксплуатироваться. При проведении испытаний конструкций в горизонтальном положении силами, направленными горизонтально, конструкция должна быть уложена на часто расположенные шаровые подвижные опоры, исключающие изгиб конструкции в вертикальной плоскости от собственной массы. Размещение опор при испытании конструкций должно соответствовать схеме опирания, принятой при расчете этих конструкций. Балки, фермы, балочные плиты и настилы, рассчитанные как однопролетные свободно опертые конструкции, следует опирать на две шарнирные опоры, причем одна из опор должна допускать свободное перемещение конструкции вдоль ее оси. При передаче сосредоточенной нагрузки с помощью распределительных балок последние должны опираться на испытываемую конструкцию не более чем в двух местах, причем одна из опор должна иметь возможность свободного перемещения вдоль распределительной балки.

Действительная схема опирания или закрепления элементов отличается от расчетной. Например, балка перекрытия, опирающаяся одинаково на обе колонны (рис. 50, а), уложена на подливку из цементного раствора. При расчете же предлагалось, что одна опора 1 шарнирно-подвижная, другая 2 — шарнирно-неподвижная (рис. 50, б). Цель испытания изделия — проверка расчетных предположений, которые обеспечивают дополнительный запас прочности. Поэтому при испытании специально устраивают шарнирные опоры (или другие закрепления изделий), соответствующие проектным. Примеры шарнирных опор показаны на рис. 50.

Слева — схемы опирания балки на двух опорах: а — в натуре, б — при испытании; 1 — подвижная опора, 2 — неподвижная опора. Справа — конструкция шарнирных опор: а — подвижных, б — неподвижных; 1 — каток, 2 — нижняя пластина, 3 — бетон, 4 — сварной шов, 5 — стальной уголок Расстояния между опорами назначают с учетом действительного опирания изделия. Например, в балке (рис. 50) испытательный пролет равен проектному расстоянию между центрами площадок опирания балки на колонну. Если при проектировании изделие рассчитано как консоль (рис. 51), то при испытании со стороны заделки устраивают закрепление в виде двух шарнирно-неподвижных опор, расположенных вблизи заделываемого конца.

Конструкция опирается на нижнюю опору 3 и поддерживается верхней анкерной опорой 1, прикрепленной тягами 4 к силовому полу 5.

Испытание плит и панелей, работающих в двух направлениях, при проектировании которых предполагалось опирание по четырем сторонам или углам, проводят с опиранием на шаровые и катковые опоры, установленные, как показано на схеме рис. 51, б, в. При этом должна обеспечиваться возможность поворота конструкций на опорах и свободное горизонтальное смещение трех опорных точек относительно четвертой неподвижной. В качестве подвижных опор следует применять стальные катки или шары диаметром не менее 50 мм, свободно укладываемые между двумя стальными прокладками. Конструкция должна опираться на стальные плиты, симметрично расположенные относительно оси опирания. Площадь стальных плит должна соответствовать площади опирания, принятой в проектной документации; при этом длину плит принимают равной наименьшей длине опирания, измеряемой вдоль пролета, а толщину — не менее 1/6 длины плиты. Опирание конструкции на стальные плиты должно осуществляться через выравнивающий слой раствора, прочность которого должна составлять не менее 50% прочности бетона конструкции. Схемы испытания ферм показаны на рис. 52.

Схема испытания: консольной балки (а):

1, 3 — опоры, 2 — грузы, 4 — тяга, 5 — силовой пол, l — проектная длина заделки; плит, опертых по контуру (б) и по углам (в): 1 — шаровая опора, 2 — каток, 3 — плита, 4 — шар При испытании на сжатие колонн и стеновых панелей усилия передают через распределительные балки с помощью катковых шарниров. Смещение катков относительно оси колонны или срединной плоскости панели должно быть равно расчетному эксцентриситету (при внецентренном сжатии). При центральном сжатии нагрузка передается через шаровые шарниры.

Схемы размещения опор и нагружения ферм: 1 — ферма; 2 — домкраты; 3 — поперечные траверсы; 4 — продольные траверсы; 5 — тяги; 6 — опорные катки; 7 — стойки; 8 — башмаки; 9 — прогибомеры для определения прогибов; 10 — прогибомеры для измерения удлинения нижнего пояса; 11 — индикаторы для измерения осадки опор; 12 — индикаторы для измерения смещения концов арматуры Как правило, изделия испытывают в том положении, в котором они будут находиться в сооружении. Если испытание проводится на оборудовании, передающем горизонтальные усилия, а в сооружении изделие нагружается вертикально, допускается соответствующий поворот изделия на 90° и испытание его горизонтальной нагрузкой. Возможны случаи передачи нагрузки снизу вверх, тогда как в натуре нагрузка действует сверху вниз. При этом изделие поворачивают на 180°. Во всех случаях поворот должен совершаться так, чтобы изменение направления нагрузки от собственного веса не вызывало появления трещин в изделии. Обычно поворот осуществляют кантованием, а при подъеме и установке в испытательное положение применяют монтажные балки (траверсы), на которые изделие опирается по всей длине.

Способы нагружения изделий. Изделия можно нагружать гидравлическими домкратами и в специальных испытательных машинах. Испытание плит, настилов, панелей и других конструкций равномерно распределенной нагрузкой осуществляют сжатым воздухом, накачиваемым в резиновые баллоны или штучными грузами, в качестве которых обычно используют металлические или бетонные блоки, укладываемые на поверхность изделия в один или несколько ярусов (рис. 53), баки с водой, ящики с сыпучими материалами.

Испытание штучными грузами: 1 — опорный блок, 2 — пластина, 3 — шарнирная опора, 4 — изделие, 5 — штучные грузы, 6 — индикатор, 7 — прогибомер Самый распространенный способ нагружения железобетонных конструкций — применение гидравлических домкратов в специальных испытательных стендах и установках, рис. 56−58. Иногда стенды конструируют в виде П-образных стальных рам, стойки которых заделаны в силовой пол (рис. 54). Домкраты 2устанавливают между ригелем 1 рамы и распределительными балками 3, которые опираются на испытуемое изделие 4. При испытаниях применяют домкраты грузоподъемностью до 200 т, рассчитанные на давление около 40 МПа. Гидравлический домкрат (рис. 55), состоит из цилиндра 3 с днищем 1, плунжера 2, поршня 7 с трубчатым штоком 8 и опорной плитой 5. Масло подается под давлением через штуцер 4 в нижнюю полость 9, а затем через шток 8 в верхнюю полость 6. Под действием давления масла плунжер перемещается относительно поршня и цилиндра, которые остаются неподвижными.

Рамный стенд:

1 — ригель, 2 — домкрат, 3 — нагрузочная траверса, 4 — конструкция.

Гидравлический домкрат: 1 — днище, 2 — плунжер, 3 — цилиндр, 4 — штуцер, 5 — опорная плита, 6, 9 — полости, 7 — поршень, 8 — шток Для нагнетания масла применяют насосные станции с ручным или электрифицированным приводом, оборудованные манометрами для измерения давления. На силовой пол — важнейшую часть испытательных стендов — опирается исследуемое изделие, и в него заделываются анкерные элементы (стойки) рамы стенда. Плиты силового пола (рис. 59) изготовляют из железобетона толщиной до 2 м с армированием в трех направлениях стальными стержнями и с усилением мест заделки анкерных элементов прокатными уголками 3 и швеллерами.

Схема стенда для испытаний балочных элементов двумя сосредоточенными грузами: 1 — опоры стенда; 2 — стальные пластинки; 3 — каток; 4 — испытываемая конструкция; 5 — распределительная траверса; 6 — гидравлический домкрат; 7 — поперечная траверса; 8 — заанкеренная стойка; 9 — анкерные траверсы; 10 — анкерные болты; 11 — стальной шар; 12 — штырь Если позволяют габаритные размеры изделия и требуемое усилие, испытания проводят на гидравлических прессах, устанавливаемых в лабораторном зале. Выпускаемые промышленностью прессы ИПС (ПММ) (табл. 1) позволяют испытывать колонны и панели высотой до 6 м на сжатие усилием до 2…10 МН. Форма нижней плиты прессов удлиненная, что дает возможность проводить испытания балок пролетом до 1,5…4,5 м на изгиб усилием до половины от максимального усилия при сжатии.

Схема нагружения конструкции при помощи рычажного устройства:

1 — опора конструкции; 2 — стальные пластинки; 3 — испытываемая конструкция; 4 — каток; 5 — распределительная траверса; 6 — клиновой шарнир; 7 — рычаг; 8 — стойка; 9 — анкерная траверса; 10 — грузовая платформа.

Схема стенда для испытаний плит сжатым воздухом.

1 — опора; 2 — каток; 3 — подача сжатого воздуха; 4 — верхний ростверк; 5 — поперечная рaма; 6 — испытываемая конструкция; 7 — анкерная траверса; 8 — стальные пластинки; 9 — воздухонепроницаемая камера.

Силовая плита:

1 — анкерная щель; 2 — цементный пол; 3 — уголки; 4 — бетон; 5 — гравийнопесчаная подушка.

Пример испытаний железобетонной тавровой балки в испытательном стенде приведен на рис. 60. При испытании на стендах с нагружением гидравлическими домкратами сначала закрепляют стойки рам в силовой плите и устанавливают на силовой пол нижние шарнирные опоры и распределительную плиту. Затем транспортируют испытуемое изделие к стенду, помещают его на распределительную плиту, на подливку из раствора и раскрепляют оттяжками. На установленном изделии укрепляют на растворе верхнюю распределительную плиту, размещают верхние шарнирные опоры и верхнюю распределительную балку и раскрепляют их оттяжками. На ригеле укрепляют траверсу так, чтобы между ней и распределительной балкой помещались домкраты. Далее устанавливают домкраты, к которым подключают насосную станцию. Вокруг стенда ставят защитное ограждение. Перед пробным включением домкратов проверяют правильность установки изделия по схеме испытаний.