Ещё один архив по мостам и строительству / 8 семестр / обслуживание / 129 Обследование и испытание сооружений

Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Мосты и тоннели»

А.С. Мацкевич В.Ю. Олляк

ОБСЛЕДОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ СООРУЖЕНИЙ

Учебно-методическое пособие к лабораторным работам для студентов

специальности 1-70 03 02 «Мосты, транспортные тоннели и метрополитены»

М и н с к 2 0 0 6

Вв е д е н и е

Ктранспортным сооружениям на дорогах относятся мосты, путе­ проводы, виадуки, трубы и другие приравненные к ним сооружения.

Основной задачей службы эксплуатации этих сооружений явля­ ется безопасный пропуск по ним транспортных средств в период установленного времени, поэтому в процессе эксплуатации необхо­ димо своевременно предупреждать возникновение в них дефектов и повреждений, выявлять их и устранять.

Дефекты и повреждения, которые влияют на работу по первой группе предельных состояний, нарушающие эксплуатацию соору­ жения, относятся к опасным и подлежат исправлению в первую очередь. К ним относятся: подмывы опор, разрушения отдельных элементов опор, разрушения рабочих элементов пролетных строе­ ний и другие повреждения, ведущие к потере несущей способности. Большую роль в выявлении этих дефектов и повреждений играют проводимые обследования, так как транспортные сооружения на дорогах представляют собой достаточно сложные инженерные сис­ темы, состоящие из большого числа элементов, работающих в ус­ ловиях сложных напряженно-деформированных состояний и обра­ зующих пространственные конструкции.

Несмотря на существенное развитие вычислительной техники и строительной механики, иногда без испытаний этих сооружений не обойтись, так как в конструкциях Moiyr быть случайные отклоне­ ния прочностных характеристик материалов, а также отклонения параметров действительного сооружения от расчетной схемы.

Спомощью испытаний решаются три основные задачи:

1) определение прочностных и деформативных свойств конст­ рукционных материалов и выявление характера внешнего воздейст­ вия на конструкцию;

2)сопоставление расчетных схем строительных конструкций, усилий и перемещений, определяемых расчетным путем, с соответ­ ствующими усилиями и перемещениями, возникающими в реаль­ ной конструкции или ее модели;

3)идентификация расчетных моделей, связаннная с результатами проведенных исследований и последующим синтезом расчетных схем.

3

Поэтому основной задачей испытаний сооружений является ус­ тановление соответствия между реальным поведением конструкции и ее расчетной схемой.

Испытания проводятся как на реальных объектах, так и в лабора­ торных условиях на моделях.

1.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1.Основные эксплуатационные качества транспортного сооружения (моста, путепровода и т.п.)

Состояние мостов как технических систем оценивается эксплуа­ тационными характеристиками: грузоподъемностью, пропускной способностью, надежностью и долговечностью. Эти характеристи­ ки со временем изменяются вследствие физического и морального износа материалов, отдельных конструкций и всей системы в це­ лом, в связи с чем требуется их периодический ремонт, усиление или реконструкция.

Грузоподъемность моста - это предельная нагрузка, которую можно пропускать по мосту, не нарушая условий прочности, устой­ чивости, выносливости, жесткости, трещиностойкости, и которая связана с предельными усилиями в расчетных сечениях, весовыми и геометрическими параметрами пропускаемых транспортных средств, составом движения в транспортном потоке. Мера грузоподъемности определяется допустимым классом К эталонной нагрузки, которую можно пропустить по мосту [1]. В качестве эталонной принимается нагрузка, заложенная в нормы проектирования [2].

В нормах проектирования воздействие временных подвижных на­ грузок, проходящих в составе колонн по каждой полосе движения, нор­ мируется воздействием нагрузки АК в виде двухосной тележки с осе­ вым давлением К ■9,8 кН и распределенной нагрузки v = К ■0,98 кН/м, где К - нормативный класс нагрузки, принимаемый равным К = 11.

Воздействие временной подвижной нагрузки, пропускаемой оди­ ночным порядком, моделируется воздействием четырехосной те­ лежки (схема НК-80) с осевым давлением К / 4 ■9,8 кН при норма­ тивном классе К = 80 [1].

Допускаемый класс грузоподъемности моста определяется клас­ сом наиболее слабого несущего элемента [3].

4

Пропускная способность моста - это способность сооружения пропускать определенное количество транспортных средств в едини­ цу времени. Она определяется габаритом ездового полотна, допус­ каемой скоростью движения, погодно-климатическими факторами.

Скорость движения зависит от ровности покрытия, коэффициента сцепления, продольного уклона, расположения трассы в плане, интен­ сивности движения на участке дороги. Пропускная способность моста должна соответствовать категории дороги.При существенном превы­ шении интенсивности движения на участке дороги над допустимой интенсивностью движения по ездовому полотну моста требуется ре­ конструкция моста с целью уширения габарита ездового полотна.

Надежность транспортного сооружения определяется безотказной работой в течение установленного срока службы в условиях нормальной эксплуатации, т.е, при соответствии пропускной способности и грузо­ подъемности характеристикам транспортного потока, который непре­ рывно изменяет свои параметры (интенсивность, состав движения) и имеет прямую связь с технической категорией дороги. Под нормальной эксплуатацией подразумевается эксплуатация сооружения под норма­ тивными нагрузками с проведением комплекса технических мероприя­ тий по поддержанию конструкций в работоспособном состоянии.

Долговечность транспортного сооружения - это период вре­ мени с начала эксплуатации, включающий обслуживание и ре­ монт, в течение которого прогнозируется сохранение проектной грузоподъемности без недопустимого снижения надежности. Важнейшим свойством долговечности является способность эле­ ментов сооружения и сооружения в целом сопротивляться небла­ гоприятному воздействию окружающей среды, обусловленному погодно-климатическими и техническими факторами, а также интенсивностью воздействия транспортных нагрузок [1].

При эксплуатации дорог должна проводиться периодическая оценка эксплуатационных характеристик транспортных сооруже­ ний. При их изменении требуется проведение детального обследо­ вания сооружений с формированием исходных данных, по которым будет принято решение о выполнении того или иного вида работ с возможным изменением режима пропуска нагрузок. Под обследо­ ванием мостов и труб подразумевается комплекс работ по сбору , обработке и систематизации данных о техническом состоянии этих сооружений, а также их анализу и оценке.

5

Обследование проводят:

1)перед испытаниями сооружений;

2)перед вводом их в эксплуатацию;

3)периодически во время эксплуатации с целью проверки тех­ нического состояния сооружений.

После обработки и анализа полученных материалов результаты обследования оформляют в виде актов, заключений, отчетов.

Обследование сооружения состоит из трех основных этапов:

1)первоначальное ознакомление с проектной документацией, рабочими и исполнительными чертежами, актами на скрытые рабо­ ты с составлением плана обследования сооружения;

2)визуальный и инструментальный осмотр сооружения (диагности­ ка); установление соответствия проекту; выявление внешних дефектов (трещин, протечек, разрушений защитного слоя в железобетонных эле­ ментах, коррозии металлических элементов, прогибов элементов), опре­ деление состояния стыковых соединений и т.д. с составлением ведомо­ сти дефектов со схемами их расположения, фотографиями и пояснения­ ми; проведение комплекса исследований неразрушающими методами;

3)анализ состояния сооружения с определением грузоподъемно­ сти и прогнозированием долговечности, а также с разработкой ре­ комендаций по режиму пропуска нагрузок, содержанию и ремонту.

Вся процедура обследования сооружения должна выполняться в соответствии с блок-схемой [3], приведенной на рис. 1.1.

При необходимости получения дополнительных данных по со­ оружению проводятся испытания под нагрузкой, основная задача которых заключается в установлении соответствия между реальным поведением конструкции и ее расчетной схемой. Испытания могут проводиться как в лабораторных, так и в реальных условиях, как на моделях, так и на действующих сооружениях.

Мосты испытывают:

1)при приемке новых сооружений с опытными и впервые при­ мененными конструкциями в эксплуатацию с целью установления

их действительной грузоподъемности;

2)после реконструкции или усилениядля оценки их эффективности;

3)в процессе эксплуатации для выяснения изменений в работе

конструкции; 4) для уточнения расчетов и с целью проведения научно-ис­

следовательских работ.

6

Рис. 1 Л. Блок-схема обследования сооружения

По характеру внешнего силового воздействия на сооружение различают два вида испытаний: статические и динамические.

Статические испытания проводятся с целью изучения напря­ женно-деформированного состояния конструкций под действием статических нагрузок, величина и направление которых в процессе испытания не меняются.

Динамические испытания имеют целью изучение напряженнодеформированного состояния конструкций, возникшего под дейст­ вием динамических нагрузок, переменных во времени и простран­ стве и вызывающих в конструкции колебательные движения и инерционные силы. Динамические нагрузки могут быть ударного, импульсного и вибрационного типов.

Роль обследования и испытания сооружений с использованием современной аппаратуры чрезвычайно велика, так как выявляется детальная информация о состоянии отдельных элементов и конст­ рукции в целом.

1.2. Определение усилий от временных нагрузок в пролетном строении моста с дефектами

Усилия от временных нагрузок в пролетном строении моста с дефектами определяют как расчетным путем, так и эксперимен­ тально-теоретическими методами с учетом действующих норм [2].

Расчетный метод применяют при возможности вычисления дейст­ вительной жесткости главных несущих элементов пролетного строе­ ния и возможном выборе конкретной расчетной схемы при наличии разрушений отдельных связей в его пространственной системе.

Экспериментально-теоретические методы используют в случаях, когда дефекты пролетного строения и его элементов не могут быть учтены расчетным путем.

При экспериментально-теоретическом методе определения уси­ лий в главных балках пролетного строения используют поперечные линии влияния характерных деформаций в средних сечениях глав­ ных балок, полученные по результатам испытания моста.

Результатом обработки этих данных являются ординаты линии влияния коэффициентов поперечного распределения усилий в сере­ дине пролета главных балок [4].

8

1.3. Статические испытания

Статические испытания пролетного строения являются обяза­ тельными в двух случаях: при отсутствии достоверных данных по армированию главных несущих элементов и при нарушениях связей между ними и другими несущими элементами.

При проведении статических испытаний необходимо произвести: оценку возможности безаварийного испытания пролетного строе­ ния по состоянию его несущих элементов; назначение контроли­ руемых сечений; подбор испытательной нагрузки.

Основную информацию получают при изучении технической документации, натурном освидетельствовании сооружения и про­ ведении расчетов по предварительному определению грузоподъем­ ности его несущих элементов.

Статические испытания реального пролетного строения прово­ дятся в 2 этапа:

1. Построение натурных поперечных линий влияния коэффициен­ тов распределения изгибающих моментов между главными несущими элементами (балками), необходимых для определения коэффициентов поперечной установки от временных подвижных нагрузок.

2. Оценка работы несущих элементов при контрольных загружениях и предварительно установленных классов грузоподъемности контролируемых сечений несущих элементов по результатам испы­ таний нагрузками, эквивалентными нормативным.

Подбор испытательной нагрузки производят расчетным путем. При этом усилия от этой нагрузки во всех несущих элементах должны быть не больше допустимых усилий, определенных исходя из условия прочности, а в середине пролета главных балок - не ме­ нее 60 % от величины допустимого момента для 1-го этапа и не ме­ нее 80 % - для 2-го этапа испытаний [3].

Допустимое усилие для 2-го этапа испытаний должно быть скор­ ректировано с учетом результатов испытаний 1-го этапа [3].

Перед началом испытаний следует:

1) отработать схемы загружений и схемы расстановки приборов, регистрирующих перемещении и деформации в контролируемых сечени­ ях; подготовить бланки журнала наблюдений за показаниями приборов; 2) определить весовые и геометрические параметры испытательной

нагрузки (общий вес, давление на каждую ось, базу, ширину колей);

9