4.6.1. Статические испытания

Как показывает опыт, для оценки соответствия работы сооружения принятым в проекте расчетным предпосылкам достаточно при испытаниях получить в характерных сечениях элементов эпюры нормальных напряжений по высоте сечения и измерить прогибы. При этом большое значение имеет рациональный выбор мест измерений и расположения испытательной нагрузки.

При исследовании работы продольных несущих элементов необходимо решать одновременно две задачи:

- измерить напряжения в наиболее нагруженной балке (ферме);

- получить картину поперечного распределения усилий от автомобильной нагрузки между всеми несущими плоскостями;

- измерить прогибы в середине пролета.

В разрезных пролетных строениях напряжения измеряются в середине пролета, в неразрезных – в середине пролета и над опорами. Для сложных систем, таких как арочные, рамные, вантовые и висячие мосты, необходимо в первую очередь исследовать наиболее напряженные сечения, используя для этого предварительный расчетный анализ.

В поперечном сечении места установки приборов и расположение испытательной нагрузки надо определять таким образом, чтобы иметь полную картину распределения нагрузки между несущими продольными элементами. При этом весьма полезно использовать прямую и зеркальную симметрию в расположении испытательной нагрузки и приборов. Это значительно повышает надежность интегральной оценки результатов измерений. Примеры расстановки измерительных приборов в сечениях пролетных строений приведены на рис.4.1.

Для правильной оценки пространственной работы пролетного строения под нагрузкой необходимо оценить степень включения плиты проезжей части в работу продольных несущих элементов.

Степень включения плиты проезжей части в работу главных балок (ферм) в сталежелезобетонных пролетных строениях исследуют путем измерения под воздействием испытательной нагрузки продольных относительных деформаций не менее чем в трех точках по высоте сечения - по нижнему и верхнему поясам стальных балок и по низу железобетонной плиты проезжей части. При этом совместная работа балок и плиты оценивается по следующим двум признакам.

Во-первых, эпюра относительных деформаций должна быть близкой к прямолинейной и не иметь скачка в зоне сопряжения металлической балки и железобетонной плиты. Это следует из упругого характера работы на испытательную нагрузку и гипотезы плоских сечений.

Во-вторых, включение железобетонной плиты можно оценить по положению нейтральной оси, а также по соответствию измеренных напряжений в плите и металлической балке расчетным величинам.

Кроме того, инструментальной проверкой совместности работы главных балок и плиты служит измерение смещения плиты относительно верхнего пояса. Отсутствие смещения говорит о совместной работе этих элементов. Наличие такого смещения свидетельствует о проскальзывании плиты относительно балки и, следовательно, о нарушении совместности их работы.

Свидетельством совместной или раздельной работы балки и плиты на изгиб служит также величина прогиба под нагрузкой. Если величина прогиба заметно больше теоретического значения, значит плита и балка могут не составлять единой конструкции, что потребует более подробного изучения по описанным выше признакам.

В стальных конструкциях степень включения ортотропной плиты в работу главных балок на изгиб исследуется экспериментально путем построения поперечной эпюры нормальных напряжений в ее ребрах (определение так называемого «редукционного коэффициента»).

Поскольку элементы, работающие в поперечном направлении, практически всегда имеют схему в виде балки (плиты), заделанной по обоим концам, для оценки их напряженного состояния необходимо измерить напряжения в середине этих элементов и вблизи заделок. Это позволит получить эпюру изгибающих моментов, оценить степень защемления поперечного элемента по концам. При этом надо расположить местную нагрузку над исследуемым элементом наиболее невыгодным образом.

Испытательная нагрузка должна подбираться таким образом, чтобы усилия от нее в наиболее нагруженных элементах составляли не более 100% и не менее 70% от соответствующих усилий, вызываемых нормативной подвижной нагрузкой, взятой с динамическим коэффициентом. Максимальный предел установлен из условия недопущения повреждений конструкций от испытательной нагрузки, минимальный – для выявления возможных дефектов, которые трудно или невозможно зафиксировать при осмотре.

Испытательная нагрузка формируется в виде колонн по возможности однотипных автомобилей, одинаково нагруженных. Чаще других используются автосамосвалы КамАЗ-55111 полной массой 20т или КамАЗ-65115 полной массой 25т (рис.4.2).

Для сокращения числа испытательных автомобилей их следует располагать компактно над участком линии (поверхности) влияния с наибольшими ординатами. (рис.4.3). В поперечном направлении колонны автомобилей целесообразно расставлять, имея ввиду возможность использовать симметрию сечения пролетного строения, о чем говорилось выше. Пример расстановки испытательной нагрузки на пролетном строении моста в поперечном направлении показан на рис. 4.4. Компактное расположение испытательной нагрузки в зоне наибольших ординат поверхности влияния позволяет даже при испытаниях уникальных мостов обходиться относительно небольшим количеством испытательных автомобилей (рис. 4.5).

Помимо статических испытаний для больших мостов весьма эффективным является построение экспериментальных поверхностей или линий влияния. Это достигается путем медленного прокатывания по мосту, возможно, с остановками, компактной группы груженых автомобилей (от одного до четырех) вдоль нескольких продольных сечений пролетных строений с измерением интересующих напряжений или прогибов. Сопоставление экспериментальных и теоретических поверхностей или линий влияния позволяет судить о фактической пространственной работе пролетного строения. Пример такого сопоставления приведен на рис. 4.6.

Построение экспериментальной линии влияния является наиболее рациональным, а иногда и единственно возможным способом оценки работы пешеходных мостов, поскольку не всегда возможно провести их испытания под нагрузками, близкими к нормативным.