Основы методики натурных испытаний

Обследование может включать в себя этап более углубленного эк­спериментального исследования несу­щих конструкций сооружения, который проводится на заключительных стадиях обследования с целью получения более полных данных о действительной работе конструкции и её отдельных наиболее ответственных элементов и узлов. Про­ведение такого этапа дает в полном объёме характеристику напряженно-деформированного состояния конструк­ции на момент проведения обследо­вания, а также характер изменения деформаций и напряжений при прило­жении пробной нагрузки. Результаты натурных испытаний при обследовании сооружения позволяют проконтролиро­вать данные перерасчета и дать более обоснованное заключение о состоянии конструкций. Вместе с тем, круг вопросов, решаемых при проведении на­турных испытаний, не ограничивается задачами обследования. Так, целью испытаний, проводимых в заводских лабораториях, является проверка ос­новных показателей качества изготов­ления: несущей способности, устойчи­вости, трещиностойкости и деформативности конструкций. Эти испытания проводятся до полного разрушения кон­струкций.

Натурные испытания новых кон­струкций проводятся в научно-исследо­вательских лабораториях. Новизна их может определяться особенностями ар­хитектурной или конструктивной фор­мы, а также использованием новых материалов. Эти испытания являются заключительным этапом научных иссле­дований. Результаты таких испытаний имеют определяющее значение в вопросах внедрения научно-технических разработок в практику современного стро­ительства.

Велика роль натурных испытаний новых конструкций и для развития ме­тодов расчета. Экспериментальные ис­следования на натурных конструкциях являются главным критерием правиль­ности расчетной модели. В ходе таких испытаний уточняются теоретические предпосылки расчета, в теоретические формулы вводятся поправочные коэф­фициенты. Часто расчетные формулы получаются исключительно на основе экспериментальных данных. Необходи­мо отметить, что натурные и заводские испытания принципиально новых кон­струкций предполагают проведение под­готовительных работ, которые сводятся к внешнему осмотру, изучению техни­ческой документации, инструменталь­ным измерениям геометрических пара­метров конструкций и физико-меха­нических характеристик материала кон­струкции. Конструкция создается для того, чтобы быть разрушенной и поэ­тому использовать ее следует с мак­симальной эффективностью. Все мате­риальные затраты должны компенси­роваться надежной эксперименталь­ной информацией. Для этого необходи­мо установить с наивысшей точностью, что представляет собой объект до испы­таний.

С методической точки зрения натур­ные испытания различаются по трем основным признакам, характеру внеш­них воздействий, схеме объектов испы­таний и задачам, поставленным перед испытаниями.

По характеру внешних воздействий различают испытания статической или динамической нагрузкой. В первом случае сооружение загружают непод­вижными нагрузками в определенном порядке с нарастающим увеличением этих нагрузок. Динамические испытания проводятся при нагрузках, изме­няющих свои значения во времени по более сложному закону или меняю­щих в процессе испытаний свое поло­жение.

По схеме деформирования конструк­ций можно выделить следующие объек­ты натурных испытаний: линейные, плоские, пространственные.

Классифицируя виды натурных ис­пытаний, целесообразно назвать и основные задачи, которые определяют особенности проведения этих испыта­ний:

установление действительной рас­четной модели конструкции;

установление влияния дефектов на работу существующей конструкции с целью выявления необходимости её уси­ления при реконструкции или ремонте;

определение трещиностойкости, деформативности и несущей способности конструкций (натурные испытания до разрушения).

Выполнение экспериментальных ра­бот, включающих натурные испыта­ния, обычно поручаются специальным лабораториям. Иногда несложные ис­пытания могут быть выполнены силами строительных, эксплуатирующих или изготовляющих организаций.

Работы, непосредственно связанные с натурными испытаниями и выполняе­мые после обследования, состоят из:

составления технического задания;

подготовки технической документа­ции;

подготовки испытываемой конструк­ции, оборудования и приборов;

проведения испытания;

обработки результатов испытаний.

В техническую документацию вклю­чают рабочую программу испытаний, проект испытаний, расчет испытывае­мой конструкции. Рабочая программа является основным методическим доку­ментом натурных испытаний. В рабочей программе излагаются цели, задачи, дается рабочая схема испытаний, указывается величина испытательной нагрузки, приводятся схемы приложения нагрузки, размещения прибо­ров, указывается тип измерительных приборов и измерительной аппаратуры, приводится методика обработки резуль­татов испытаний, описываются мероприятия по технике безопасности.

Главной частью программы являет­ся описание объекта испытаний. Объек­тами испытаний могут оказаться один или несколько элементов конструкции, часть конструкции, конструкция в целом. Как правило, при статических испытаниях ограничиваются исследо­ванием отдельных элементов конструк­ции, для которых отмечались наиболее существенные отклонения от проекта, или предполагаются большие эксплуа­тационные нагрузки (при реконструк­ции). Необходимо также учитывать, в какой степени исследуемый объект вовлекает в деформирование другие элементы конструкции, и возможно ли неучтенное расчетом перераспределение усилий при испытаниях.

Программу составляют для получе­ния достоверных результатов испыта­ний, пригодных для сравнения с проект­ными данными, для достижения еди­нообразия в выполнении испытаний, возможности сопоставления и обобще­ния результатов испытаний конструк­ций, проведенных в разное время.

Проект испытаний содержит черте­жи всех конструкций и приспособ­лений, необходимых для закрепления нагружения конструкции; чертежи уст­ройств, предохраняющих конструкцию от полного разрушения и обеспечиваю­щих безопасность работы персонала. В проекте испытаний должны быть также приведены чертежи подмостей для обследования конструкции во время испытания, а также чертежи приспо­соблений по защите конструкций и при­боров от эксплуатационных нагрузок и воздействий.

Расчет испытываемой конструкции выполняется по результатам предвари­тельного обследования с учетом от­меченных дефектов в материале, несоот­ветствия в размерах и других отклонений от проекта. В результате расчета определяются деформации, на­пряжения, перемещения в местах уста­новки приборов. Данные расчета поз­воляют проводить сопоставление теоре­тических и экспериментальных данных на любом этапе нагружения в ходе испытаний и после их завершения.

Основной задачей натурных испы­таний, проводимых в рамках обследо­вания, является определение действи­тельных перемещений, деформаций и напряжений в элементах конструкции при загружении. В самом общем слу­чае для решения этой задачи пред­полагается проведение испытаний в три этапа: определение полных напряжений в конструкции до пробных нагружений; испытание конструкции пробной нагрузкой малой величины для уточне­ния расчетной схемы и методики рас­чета; испытание конструкции пробной нагрузкой большой величины.

В зависимости от конкретных задач натурные испытания часто проводятся в один или два этапа. Однако с методи­ческой точки зрения, если принимается решение о необходимости выполнения последнего этапа, обязательно следует предусмотреть исследования на первых двух. Испытания обследуемых конст­рукций нагрузкой сопряжены с больши­ми материальными затратами. Они тре­буют остановки производства и дороги. Вместе с тем, некоторые наиболее важ­ные детали этих испытаний, такие как величина нагрузки, схема нагружения могут быть уточнены, если воспроизве­сти предварительно менее трудоемкие два этапа исследования. Так, если опре­делить напряжения в опасных сечениях несущих элементов до нагружения и по­лучить информацию о характерных точ­ках диаграммы деформирования мате­риала, то можно определить дейст­вительный запас прочности по рассмат­риваемым сечениям. При приложении к конструкции пробной нагрузки малой величины можно уточнить расчетную схему конструкции.