книги из ГПНТБ / Аронов Р.И. Испытание сооружений учеб. пособие

§ 3. Основные работы, выполняемые в процессе испытания

3-1. Установка приборов и подготовка к наблюдениям

Измерительные приборы должны быть закреплены на испыты­ ваемой конструкции заблаговременно для обеспечения стабильно­ сти их показаний *, а также защищены от внешних воздействий и случайных повреждений.

Перед длительными испытаниями наблюдение за показаниями установленных приборов целесообразно провести в течение суток до загружения для выявления (и учета в дальнейшем) изменений их показаний при суточных колебаниях температуры.

Поверхности нагружаемых конструкций в зонах возможного по­ явления трещин белятся для облегчения наблюдений во время ис­ пытаний. Существующие повреждения отмечаются как на объекте, так и в соответствующих ведомостях (если это уже не было сдела­ но ранее в процессе предварительного освидетельствования). Ря­ дом с установленными приборами в порядке последовательности взятия отсчетов краской наносят их номер. Проверяется удобство доступа как ас приборам, так и к элементам конструкций, подлежа­ щих наблюдению, достаточность их' освещения и т. д. Проверяется выполнение всех требуемых мер по технике безопасности.

3-2. Предварительное загружение

Предварительное загружение является начальным контрольным этапом испытания. На этом этапе проверяют: готовность и надле­ жащее действие всех подготовленных приспособлений, в первую очередь нагрузочных; надежность крепления и правильность пока­ заний установленных приборов, а также окончательно отрабатыва­ ют намеченный процесс проведения испытания.

Интенсивность предварительного загружения принимают обыч­ но равной первой ступени нагрузки, предусмотренной программой испытания.

Выявленные во время загружения неудовлетворительно рабо­ тающие приборы подлежат исправлению или замене. При этом может быть два случая.

Случай 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

мый «дрейф нуля». У прогибомеров это связано с постепенной вытяжкой прово­ локи и обмятиями в креплениях; у наклеенных тензорезисторов — с твердением клея и т. д.

120

снятия предварительной нагрузки вернуться к своим первоначаль­ ным значениям.

Невозвращение показаний может быть результатом:

1) так называемой обкатки*, т. е. небольшого вполне допусти­ мого смещения «нуля» прибора при первом цикле загружения. При­ бор как бы прирабатывается к объекту и при следующих циклах дает надежные показания;

2) дефектной установки (которая должна быть исправлена) или неудовлетворительного состояния самого прибора, подлежаще­ го замене.

Случай 2. Исследуемый объект нагружается впервые. При пер­ вом загружении сооружений и отдельных конструкций возможно появление остаточных перемещений и деформаций, обусловленных обмятием соединений и мест опирания, осадками нагружаемых опор, взаимными смещениями элементов и т. д. 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 их показаний как при приложении первой нагрузки, так и при по­ степенном ее снятии.

3-3. Запись показаний приборов

Непременным условием является максимально возможное, со­ блюдение одновременности записи по всем установленным прибо­ рам. Наилучшим образом это требование обеспечивается при ав­ томатической регистрации показаний.

При обычной записи число приборов, поручаемых каждому на­ блюдателю, должно быть по возможности небольшим. После запи­ си показаний по всем приборам рекомендуется делать повторный отсчет по первому из них. Разность двух последовательных показа­ ний дает важную для оценки результатов характеристику интен­ сивности развития пластических деформаций после каждой ступе­ ни нагружения.

Помимо записи показаний приборов, должны тщательно отме­ чаться: 1) время записи и 2) условия проведения испытания (дан­ ные об изменениях температуры и других атмосферных факторов, случайные толчки и удары, воспринимаемые исследуемыми конст­ рукциями и т. д.), которые могут быть использованы при оценке по­ лучаемых результатов.

3-4. Наблюдения за состоянием нагружаемого объекта

Пере^ началом испытаний отмечают все трещины, сколы и дру­ гие повреждения, обнаруженные в элементах нагружаемых конст­

* Термин «обкатка» прибора заимствован из мостоиспытательной практики, где обкаткой называют первый (пробный) пропуск подвижной нагрузки по мосту перед его испытанием.

121

рукций. После приложения каждой ступени нагрузки производится повторный их осмотр для выявления как вновь появляющихся по­ вреждений, так и степени развития уже имеющихся.

Отметки на поверхности элементов осуществляют нанесением краской тонкой черты рядом с каждой трещиной (но не поверх нее); аналогично, с небольшим отступлением, обводят контуры ско­ лов и других повреждений. Концы трещин отмечают поперечным штрихом, рядом о которым пишут ступень нагрузки, соответствую­ щей отмечаемой длине трещины. Совокупность таких отметок дает натлядную 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 быстроиспа­ ряющейся жидкостью (например, ацетоном): жидкость,, попавшая в трещину, ис­ паряется несколько позже, оттеняя, таким образом, предел ее распространения.

Повреждения отмечаются в специальных ведомостях, а также (что очень целесообразно) наносятся от руки с примерным соблю­ дением масштаба на форматках с вычерченной на них разверткой контролируемых деталей. Аналогично должны отмечаться и рас­ хождения в швах и соединениях, искривления и взаимные сдвиги элементов и т. д.

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

§ 4. Техника безопасности при испытаниях статической нагрузкой

4-1. Предохранительные устройства

Для обеспечения безопасности при приложении и выдержива­ нии нагрузки должны быть приняты меры на случай разрушения или потери устойчивости испытываемой конструкции. Для этой це­ ли под нагружаемым объектом устраивают леса, устанавливают стойки и т. д., не касающиеся испытываемой конструкции и не ме­ шающие ее деформации под нагрузкой *. Эти предохранительные устройства должны быть достаточно прочны и устойчивы, чтобы полностью воспринять на себя вес нагружаемой конструкции в слу­ чае исчерпания ее несущей способности.

* При испытаниях отдельных фрагментов конструкций для предохранения их от потери устойчивости могут применяться крепления, воспроизводящие связи, существующие между рассматриваемыми элементами и прочими частями конст­ рукции в законченных сооружениях. "

122

ГЛАВА VI

О Б Р А Б О Т К А Р Е З У Л Ь Т А Т О В С Т А Т И Ч Е С К И Х И С П Ы Т А Н И Й

§ 1. Графическая обработка

Первым этапом обработки является тщательный контроль до­ стоверности полученных экспериментальных данных. Различного ро­ да отклонения в правильности хода приборов (переломы графиков, резкие «выпады» отдельных точек и т. д.) оценивают при этом с точки зрения возможности их появления по условиям работы кон­ струкции и сравнивают с одновременно отмеченными показаниями других приборов, а также записями в журналах испытаний.

В ряде случаев отклонения показаний приборов, совпадающие с моментами образования трещин в нагружаемых конструкциях, сдвигами элементов и т. д., могут быть объяснены влиянием этих

перемещений. Изменения его показаний вносят поэтому как поправ­ ки при вычерчивании графика 3, который и принимается в качестве исходного для дальнейшей обработки *.

124

Примеры построения графиков. На рис. 83 показана совмещен­ ная схема «время — нагрузка — деформация». Эта схема дает на­ глядное представление как о режиме приложения, выдерживания и снятия нагрузки, так и о соответствующих деформациях и разви­ тии их во времени.

Рис. 83. Совмещенный график «время — нагрузка— деформа­ ция»:

I - нагружение; II — выдерживание под нагрузкой; /// — разгрузка;

IV — наблюдения после снятия нагрузки

Другой характерный при­ мер приведен на рис. 84, где показан график осадок. По оси абсцисс отложены значения нагрузки, по оси ординат — из­ меренные перемещения (отло- „ женные в данном случае вниз). | Вертикальные отрезки графика, соответствующие выдержи- і. ванию нагрузки, расшифровы- ^ вают рядом на вспомогатель­ ных кривых «осадка — время».

Рис. 84. .График измерения осадок:

ция»; 2 и 3 — возрастание деформации по

времени при выдерживании приложенных ступеней нагрузки

§ 2. Обработка результатов измерения перемещений

2-1. Подсчеты прогибов при загружении простой балки

уде у 1 и уз — осадки в опорных сечениях, а г/г— перемещение сред­ него сечения.

При крайних положениях приборов, симметрично смещенных внутрь пролета (см. рис. 77, б),

I' между сдвинутыми прогибомерами. Путем аналогичных вычисле­ ний определяют соответствующее значение f' и при несимметричном расположении приборов по пролету балки.

Переход от f' к полному значению прогиба f производится с учетом очертания упругой линии изогнутой балки. В таблице приве­ дены данные соответствующего пересчета, исходя из теоретическо­ го очертания упругой линии для двух практически важных случаев: сплошной равномерно распределенной нагрузки и сосредоточенно­ го груза, приложенного по середине пролета. Расположение прибо­

где коэффициент к зависит от отношения а/1 (см. таблицу).

Т а б л и ц а

Значения переходного коэффициента к

126

Данные таблицы подсчитаны для балок постоянного сечения. Аналогичным путем могут быть получены значения переходных коэффициентов и при других схемах загружения, для балок пере­ менного сечения и при произвольном (несимметричном) располо­ жении прогибомеров по длине пролета.

2-2. Определение опорных моментов и изгибной жесткости балок по измеренным прогибам и углам наклона

На рис. 85, а показана балка постоянного сечения с располо­ женной по ее пролету нагрузкой любого вида, обозначаемой далее индексом «Р». На балку действуют также опорные моменты МА и Мв, значения которых чаще всего (например, в ригелях рам, в не­ разрезных балках и т. д.) неизвестны и должны быть определены экспериментальным путем. Будем считать, что уточнению подле­ жит также фактическое значение изгибной жесткости балки ЕІ.

Для определения трех неизвестных (МА, Мв и Е) необходима установка и взятие отсчетов по трем приборам, например измерение прогиба f в каком-либо промежуточном сечении балки и определе­

показаниям приборов a, ß и f в уравнения і(19) и решая эту систему уравнений, находим искомые МА, Мв и ЕІ *.

При возможности осадки опор (рис. 85, в) прогибомеры, кроме установленного в пролете, должны быть помещены и в опорных се­ чениях А и В. Подсчет прогиба f (за вычетом осадки опор) рас-

для перехода от найденных значений деформаций к соответствующим им напря­ жениям.

смотрен выше. Угол у, определяющий наклон балки, вызванный неравномерностью осадок, находится из соотношения

.(20).

где ув и уа — измеренные осадки опорных сечений.

Для нахождения углов а и р отсчет по левому клинометру, как видно из рис. 85, б, должен быть уменьшен, а по правому увеличен на у.

Если установка приборов в опорных сечениях невозможна, то их смещают внутрь пролета.

На рис. 85, г показана результирующая эпюра моментов для рассматриваемой балки. Если считать, что концевые прогибомеры и клинометры поставлены в сечениях I и //, удаленных на расстоя­ ния а и Ь соответственно от левой и правой опор, то необходимые подсчеты могут быть проведены в следующем порядке:

1)по 'полученным данным определяют условно «опорные» мо­ менты Моп1 и Л40Пп для балки с пролетом I', равным расстоянию между сечениями I и II, в предположении воздействия на эту бал­ ку той части заданной нагрузки, которая приложена по длине Г. Одновременно определяют и значение жесткости ЕІ;

2)теоретически подсчитывают изгибающие моменты МР1 и МРп

всечениях I и II для простой балки пролетом I при действии на нее

всей заданной нагрузки Р, «о при отсутствии опорных моментов; 3) вводя вспомогательные обозначения

(21)

из геометрических соотношений по рис. 85, д окончательно находим

■МА = М1 + {М1- М п ) у \

2-3. Подсчеты при измерении перемещений в двух направлениях

При испытаниях ряда конструкций (рамных, арочных и т. д.) приходится считаться с одновременным развитием как вертикаль­ ных, так и горизонтальных перемещений.

На рис. 86, а в качестве примера показано несимметрично за­ груженное арочное перекрытие. Допустим, что участок AB этой арки в результате деформаций переместился в новое положение А'В'. Измеренные 'горизонтальные перемещения концевых 'сечений А и В этого участка (отнесенные к центрам тяжести сечений) обо­

129