Экспериментальные методы и средства проведения инженерных испытаний

Целесообразно применять для этой цели (в крупных бетонных массивах) рассмотренные выше струнные тензометры, обеспечивающие в данных условиях получение наиболее надежных результатов.

Во время бетонирования важно сохранить заданную ориентацию устанавливаемых приборов, для чего тензометры крепят к легкому, но прочному каркасу арматурной проволокой. Рядом с каждой группой тензометров помещают контрольные приборы для исключения влияния изменений температуры, усадки бетона и других факторов, вносящих искажения в регистрируемые показания.

Приборы для измерения деформации (тензометры, деформометры) располагают в местах действия наибольших расчетных усилий и главных направлениях. Например, при испытании двутавровой балки на поперечный изгиб (рис. 61,б) деформации продольного направления измеряют на нижней и, если позволяет схема нагружения, на верхней гранях в середине пролета, где действует наибольший изгибающий момент, вызывающий наибольшие нормальные напряжения и соответствующие продольные деформации. Кроме того, в сечениях у опор, где возникает наибольшая поперечная сила, вызывающая касательные напряжения в середине высоты стенки, где касательные напряжения максимальны, а нормальные равны нулю, измеряют главные деформации под 45° к оси балки.

Приборы для измерения перемещений (прогибомеры, индикаторы) располагают в местах наибольших прогибов от испытательной нагрузки, а для контроля - в местах, где по расчету прогиб равен нулю. Например, при испытании балки на поперечный изгиб прогибы измеряют в середине пролета и на обеих опорах. В каждом сечении приборы ставят, как правило, с двух сторон изделия, а при большой ширине, например в плитах в середине пролета, ставят три прибора - по краям и в центре. Все приборы должны быть установлены и замаркированы в соответствии со схемой и доступны для снятия отсчетов. Возможные небольшие отклонения от схемы установки приборов, связанные с неудобствами крепления или с наличием дефектов на поверхности изделия, должны быть согласованы с руководителем испытаний и помечены на схеме с указанием фактических размеров отклонения. При испытании следят за появлением и развитием трещин на поверхности бетона. При появлении трещин наиболее характерные и крупные маркируют и наносят на схему изделия с указанием их расстояния до характерных точек. Ширину трещин измеряют мерной лупой или микроскопом на каждой ступени нагрузки с погрешностью не более 0,1 мм. При первом измерении лупу, приложенную к поверхности бетона, обводят карандашом; при последующих измерениях лупу устанавливают точно на отмеченное место. Измерения записывают в специальную ведомость с указанием номера трещины в соответствии с маркировкой на изделии и на схеме.

7. 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 5000м3 включительно - не менее 24 ч, а свыше 10000м3 - 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.

8. Обработка результатов статических испытаний

После испытаний конструкции для обработки результатов необходимы следующие документы: схема нагружения с указанием фактических стадий нагружения и возможных отклонений от программы испытаний и закрепления изделия при испытаниях; схема установки приборов; ведомости отсчетов по приборам, установленным на изделии, с указанием номеров приборов по схеме; схема расположения и ведомость измерения трещин; данные испытаний образцов для определения основных деформационных характеристик материалов или данные испытаний материалов непосредственно в изделии методами неразрушающего контроля. При обработке ведомостей отсчетов для каждой ступени нагружения вычисляют разности между данным и нулевым отсчетами. Полученные приращения деформаций пересчитывают на напряжения по средним значениям деформационных характеристик с учетом тарировочных коэффициентов. Разности отсчетов по прогибам и ширине раскрытия трещин выражают в миллиметрах. Полученные значения измеряемых величин наносят на графики зависимости этих величин от нагрузки для каждого из прогибов. Данные полученных графиков используют при анализе результатов испытаний для построения эпюр напряжений, прогибов и других зависимостей, предусмотренных программой испытаний изделия. Характерные графики нарастания прогибов балки в процессе нагружения (рис. 64) строят по данным измерения перемещений в середине пролета (прогибомер П-1) и на опорах (индикатор И-1 на левой опоре и И-2 на правой). Там же показан график прогибов среднего сечения, полученный с учетом перемещения опор, по которому производится оценка жесткости конструкции.

Графическая обработка данных измерения прогибов: а - схема расположения прогибомеров, б - графики показаний прогибомеров и индикаторов,в - график прогибов балки

Визуальное наблюдение за техническим состоянием нагружаемого объекта необходимо для регистрации всех изменений, происходимых в конструкции в ходе испытания. При этом перед началом испытаний отмечают все трещины, сколы и другие повреждения, обнаруженные в элементах нагружаемых конструкций. После приложения каждой ступени нагрузки производится повторный их осмотр для выявления как вновь появляющихся повреждений, так и степени развития уже имеющихся. Для улучшения фиксации момента появления трещин в бетоне поверхности конструкции перед испытанием покрывают жидким раствором мела или извести. Отметки на поверхности элементов осуществляют нанесением краской тонкой черты рядом с каждой трещиной (но не поверх нее); аналогично с небольшим отступлением обводят контуры сколов и других повреждений. Концы трещин отмечают поперечным штрихом, рядом с которым пишут ступень нагрузки, соответствующую отмечаемой длине трещины. Совокупность таких отметок дает наглядную картину постепенного развития повреждений по мере роста испытательной нагрузки. Трещины заканчиваются обычно тонкими ("волосными") участками, границы которых иногда с трудом просматриваются. Полезно применять в этом случае лупу. Рекомендуется также смачивать поверхности у конца трещины быстро испаряющейся жидкостью (например, ацетоном): жидкость, попавшая в трещину, испаряется несколько позже, оттеняя, таким образом, предел ее распространения. Повреждения отмечаются в специиальных ведомостях, а также (что очень целесообразно) наносятся от руки с примерным соблюдением масштаба на форматках с вычерченной на них разверткой контролируемых деталей. Аналогично должны отмечаться и расхождения в швах и соединениях, искривления и взаимные сдвиги элементов и т. п.

В процессе загружения и после окончания испытания необходима фотосъемка, особенно поврежденных мест. Снимки являются важным документальным подтверждением результатов испытания. Наличие серии таких фотографий значительно облегчает как обработку полученных данных, так и их оценку.

Литература

1. Брик А. Л., Давыдов В. Г., Савельев В. Н. Эксплуатация искусственных сооружений на железных дорогах. М.: Транспорт, 1990. 232 с.

2. Инструкция по обследованиям и испытаниям мостов и труб. ВСН 122-65. М.: Оргтрансстрой, 1966. 36 с.

3. Инструкция по определению грузоподъемности железобетонных балочных пролетных строений автодорожных мостов. ВСН 32-78. М.: Транспорт, 1979. 142 с.

4. КМК 3.06.07-96. Мосты и тpубы. «Правила обследований и испытаний», Ташкент, 1999 г.

5. Мосты и тоннели на железных дорогах. Под ред. В. О. Осипова - М.: Транспорт, 1988. - 367 с.

6. Осипов В. О., Козьмин Ю. Г., Анциперовский В. С., Кирста А. А. Содержание и реконструкция железнодорожных мостов. М., «Транспорт», 1986. - 327 с.

7. Обследование и испытание сооружений. Под ред. О. В. Лужина. - М.: Стройиздат, 1987.

8. Руководство по определению грузоподъемности железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов, 1989 г.

9. Руководство по определению грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов, 1989 г.

Размещено на Allbest.ru