15. Распределение нагрузок при испытании арок и сводов.

Для тонкостенной арки и свода нагрузка прикладывается симметрично в средней части арки на протяжении 1/3 от длины. В результате получаются наибольшие величины прогибов в замковой части арки.

16. Испытание зданий особыми нагрузками.

Данные испытания осуществляются с помощью весовых грузов

1) Имитация горизонтальной силы от торможения тележки мостового крана;

2) Имитация откоса ветра при помощи двух подвесных платформ, передающих усилия в 4 точки колонн.

17. 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.

Распределенную нагрузку любой интенсивности можно реализо­вать на практике на основе применения:

а) сыпучих материалов (песок, щебень, гравий, керамзит);

б) мелкоштучных грузов (гири, металлические отливки, кирпич, каменные блоки);

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 и тал­репов);

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.

Р ис. 2 3. Схема приложения нагрузок к нижнему поясу фермы

Рас. 2.4. Схема рычажной передачи

Подвешивание грузов является са­мым простым способом создания сосре­доточенных нагрузок, причем его пре­имуществом по сравнению с другими способами является то, что при под­веске грузов действующее усилие не зависит от прогибов испытуемой кон­струкции. Однако этот способ являет­ся достаточно громоздким. На рис. 2.3 представлена схема приложе­ния сосредоточенных нагрузок к нижне­му поясу фермы 1 при помощи под­весок 2. На грузовые площадки 3 укладываются штучные грузы. Пред­ставленная схема приложения нагрузок хотя и часто применяется на прак­тике, но не является удовлетворитель­ной с точки зрения обеспечения мероприятий техники безопасности, так как экспериментаторы вынуждены непосредственно находиться под нагру­жаемой фермой 1. Учитывая отме­ченное обстоятельство, нагрузку на гру­зовую платформу 1 целесообразно передавать через рычажное приспособ­ление 2 (рис. 2.4). Упор 4 служит для ограничения передачи нагрузки при больших прогибах фермы. При этом способе передачи нагрузок требу­ется большее количество штучных грузов 3, чем для создания нагрузки в рассмотренном примере.

Возможно также сооружение под испытуемой фермой временных под­мостей, которые выполняют двойную функцию. Они предохраняют испытате­лей от возможных аварий и, кроме того, являются устройствами, позво­ляющими крепить к ним измеритель­ные приборы. Аналогично прикладыва­ется сосредоточенная нагрузка и к верх­ним узлам ферм. При проектировании устройств для крепежа подвесок следует обратить внимание на недо­пустимость ослабления узлов испыту­емой фермы и на необходимость при­нятия мероприятий, исключающих мест­ное повреждение металлоконструкций.

При использовании натяжных при­способлений отпадают трудоемкие ра­боты по взвешиванию и перемещению грузов; направление прикладываемых усилий может быть произвольным; требуемые устройства компактны, легко вписываются в технологическую схему цеха и их использование не вызывает затруднений в стесненных условиях; возможна автоматизация регулирова­ния значении нагрузок, для этого может быть включен динамометр с тензорезисторными преобразователями.

П ри испытании конструкций на полигонах, в лабораториях широко используются для создания сосредото­ченных силовых воздействий домкраты. К преимуществам использования дом­кратов относится их малогабаритность, простота создания и регулирования нагрузки, возможность приложения нагрузки по любым направлениям. В практике испытаний применяют гид­равлические домкраты с групповой насосной установкой с электрическим или ручным (при малых нагрузках) приводами. Использование групповой насосной установки обеспечивает мяг­кое нагружение конструкции.

Рис 2.6. Схема приложения сосредоточенной нагрузки

Существуют различные типы дом­кратов, создающие нагрузки до 1000 кН и имеющие ход поршня от 100 до 315 мм. Усилие, создаваемое домкратом, определяется по показанию техническо­го манометра класса не ниже 2,5, измеряющего давление с точностью до +-2,5%. Перед испытаниями все манометры поверяются по образцовому контрольному манометру класса 0,2. Каждый домкрат вместе с насосной станцией и гидросистемой подлежит обязательной поверке с помощью эта­лонных динамометров или на испыта­тельных прессах.

При проведении испытаний кон­струкций создаются стационарные или временные стенды. В простейшем слу­чае стенд представляет собой совокуп­ность опор и опорных устройств, на которых располагается испытуемое из­делие. Временные сборно-разборные стенды представляют собой, как прави­ло, металлические фермы, причем кон­струкция и силовое оборудование устанавливаются так, что они образуют замкнутую систему, не передающую нагрузку на то основание, на которое опирается сборно-разборная ферма.

Р ис 2 9. Схемы приложение распределенных нагрузок

При нагружении отдельных кон­струкций необходимо предусматривать мероприятия, которые препятствуют потере устойчивости заданного положения объекта. Существует много способов приложения распределенной нагрузки. Наиболее универсальный прием связан с использованием штуч­ных грузов. На рис. 2.9 представле­ны схемы создания нагрузки на балку 2 путем установки кирпичных или бетонных столбиков 1 (схема а) и металлических грузов (схема б). При испытании балок (рис. 2.10,2), имею­щих малую ширину пояса 3, исполь­зуется дополнительное устройство в ви­де вспомогательной балки 5, которая одновременно обеспечивает устойчи­вость положения испытуемого объекта. При использовании штучных грузов 4 можно создавать нагрузки, действую­щие по произвольному закону изме­нения по длине конструкции, распо­ложенной на опорах 1. Однако такой способ загружения является достаточ­но громоздким.

Ширина каждого столбика не долж­на превышать 1/6 пролета испытуемой конструкции, между столбиками должен быть зазор не менее 50 мм, что исключает возможность сопри­косновения верхних кромок столбиков при изгибе конструкции.

Р ис 2 11 Схема загружения конструкции водой

При загружении конструкций с го­ризонтальной поверхностью (рис. 2.11,5) можно использовать воду 2. Для этого устраивается легкое ограж­дение У, на поверхность конструкции укладываются защитные полотнища из брезента 5, а затем помещается емкость из водонепроницаемого материала 4. Этот способ обладает существенными достоинствами: возможность точного определения значений нагрузок по вы­соте столба воды, плавность загрузки и разгрузки, соблюдение заданного ско­ростного режима загрузки и разгрузки. Загрузка осуществляется подачей воды из водопроводной сети, а разгрузка — откачкой воды насосами или с помощью сифона. Недостаток данного способа заключается в том, что использовать его можно лишь при положительной температуре.

Равномерно распределенную нагруз­ку можно создать, используя давле­ние воздуха. Для этого на поверхность конструкции укладываются воздухоне­проницаемые мешки, помещенные в за­щитные брезентовые чехлы. Над мешка­ми создается жесткий навес, а затем с помощью сжатого воздуха в меш­ках обеспечивается необходимое дав­ление.

Р ис 2 12. Схема приложения сосредоточенных сил

При испытании сосудов применение сжатого воздуха запрещено, так как в случае разрушения сос'уда возможно разрушение окружающих конструкций и гибель людей. Допускается использо­вать сжатый воздух в том случае, ког­да испытания проводятся в замкнутых боксах.

Распределенная нагрузка может также имитироваться по схеме сосре­доточенных нагрузок. При 10%-ной погрешности по моментам в середине пролета при равномерно распределен­ной нагрузке она может быть замене­на тремя силами. Обеспечение 5%-ной погрешности требует приложения 4 сосредоточенных сил по длине пролета. Число необходимых сил существенно снижается, если считать их приложен­ными на некотором малом конечном участке.

Для имитации распределенной на­грузки (рис. 2.12) для балки (а) и плиты (б) системой сосредоточенных сил можно воспользоваться передачей усилий с помощью ряда рычагов.