Презентация на тему "Испытание зданий и сооружений"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  Кафедра Металлических конструкций и испытания сооружений Испытание зданий и сооружений к.т.н., доцент Астахов Иван Витальевич metal@spbgasu.ru

• 
  Слайд 2
  

  Лекционная часть: Обследование зданий и сооружений Работы такого вида необходимы для объективной оценки состояния строительных конструкций. Мониторинг за техническим состоянием конструкций Эти работы необходимы в том случае, если состояние конструкции может измениться в коротком интервале времени, и для своевременного принятия мер нужно организовать периодические наблюдения. Восстановление и усиление конструкций Этот вид работ необходим в том случае, если несущей способности конструкции недостаточно для восприятия действующих нагрузок. Испытание конструкций Выполняются при применении новых конструкций, а также при совершенствовании методов расчета конструкций. Практические занятия: Лабораторная работа №1 Поверка измерительных приборов Лабораторная работа №2 Испытание сварной фермы Лабораторная работа №3 Испытание внецентренно сжатой стойки Лабораторная работа №4 Исследование колебаний стальной балки Итоговая аттестация: зачет Программа курса

• 
  Слайд 3
  

  Нормативная: ГОСТ 31937-2011 "Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния" Введен в действие с 1 января 2014 года ГОСТ Р 53778-2010. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния. М. 2011 г. Отменен с 1 января 2014 года в связи с принятием и введением в действие ГОСТ 31937-2011. СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений. До введения в действие ГОСТ был одним из основных регламентирующих процедуру проведения обследования конструкций. Статус документа - действующий. Учебная: В.М. Калинин, С.Д. Соколова, А.Н. Топилин. «Обследование и испытание конструкций зданий и сооружений».М., 2005 г. А.И. Бедов В.В. Знаменский, А.И. Габитов «Оценка технического состояния, восстановление и усиление оснований строительных конструкций ЗиС» 2013 В.Г. Казачек, Н.В. Нечаев Обследование и испытание зданий и сооружений, 2012 Аистов Н.Н. «Испытание сооружений». Л.,1960 г. Рекомендуемая литература

• 
  Слайд 4
  

  Испытания строительных конструкций Краткая история 1 этап (до 1850 года) роль эксперимента по сравнению с теорией доминирующая, и инженерные расчеты больше способствовали развитию математики, нежели прикладным строительным наукам. Цель испытаний - определение несущей способности конструкций. - экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик объекта при силовом воздействии.

• 
  Слайд 5
  

  5 2 этап (1850-1900 гг). Рост промышленности и ряд других факторов стимулировали развитие методов расчета конструкций. Соответственно начал меняться и взгляд на эксперимент. Одна из целей - сопоставление фактической работы с расчетными данными. При этом в первую очередь сверялись прогибы конструкций, которые легче всего поддавались определению при помощи применяемых тогда измерительных приборов. По мере развития приборов измерения, стали определять продольные деформации с пересчетом их в напряжения. 3 этап развития (1900-1950 гг.). В связи с широким использованием новых материалов (железобетон) и конструкций возникает необходимость апробации и совершенствования методов расчета конструкций. Последнему (современному) этапу, характерно широкое использование ЭВМ и новых физических методов исследования, позволяющее проводить более точные и сложные эксперименты. Испытания, как правило, выполняют в следующих случаях: При приемке в эксплуатацию нетрадиционных и уникальных зданий и сооружений (мосты, высотные сооружения, резервуары, газгольдеры, большепролетные здания). Цель – проверка соответствия фактических показателей проектным и нормативным требованиям. Испытания строительных конструкций

• 
  Слайд 6
  

  6 2. Испытания эксплуатируемых объектов – один из способов объективной оценки технического состояния конструкций. Цели испытаний: проверка возможности продолжения нормальной эксплуатации объекта при действующих нагрузках проверка несущей способности при появлении значительных повреждений, например, после пожара и в других аналогичных случаях уточнение несущей способности при планируемом увеличении нагрузок Испытания строительных конструкций

• 
  Слайд 7
  

  7 3. Испытания серийных образцов на заводах строительных конструкций (балки, фермы, колонны). Цель - определение фактической несущей способности и других характеристик для распространения полученных результатов на всю изготовленную партию. Испытания строительных конструкций

• 
  Слайд 8
  

  4 .Научно-исследовательские испытания: при применении новых конструктивных решений при апробации методов расчета при использовании новых строительных материалов при особых условиях эксплуатации (+ -температура, влажность и пр.) Испытания строительных конструкций

• 
  Слайд 9
  

  9 Виды испытаний По методам проведения различают: разрушающие испытания – наиболее информативны - позволяют изучить работу конструкции на всех стадиях и определить разрушающее усилие. неразрушающие испытания - малоинформативны т.к. предполагается, что конструкции должны сохранить работоспособность и поэтому не доводятся до предельного состояния или тем более до разрушения По месту и условиям проведения различают: лабораторные испытания – проводят исследования отдельных конструкций, их фрагментов, элементов, узлов и соединений в натуральную величину или их моделей, изготовленных в определенном масштабе. Преимущества лабораторных испытаний: испытание конструкции на всех стадиях работы до разрушения возможно испытать большое количество образцов, что позволяет исключить влияние случайных факторов в процессе испытаний возможна корректировка конструктивных решений испытание уменьшенной модели (экономия) менее трудоемки и не препятствуют технологическим процессам. натурные испытания - максимально приближенные к реальным условиям (отсутствует масштабный фактор, реальные условия опирания и сопряжения элементов). Недостатки натурных испытаний: малоинформативны т.к. как правило, неразрушающие препятствуют технологическим процессам и требуют принятия мер безопасности смежных конструкций, сотрудников предприятия, участников испытания.

• 
  Слайд 10
  

  10 Виды испытаний По виду испытываемых конструкций: испытания специальных образцов при научно - исследовательских испытаниях испытания элементов натурных конструкций, узлов испытания моделей – сокращение затрат на испытания По виду испытательных нагрузок: Статические испытания (величина и направление которых за время испытания либо не меняется, либо это изменение настолько мало, что возникающими при этом инерционными силами можно пренебречь) Цели статических испытаний: Экспериментальная проверка конструкций на их сопротивляемость действию статических нагрузок. Оценка правильности принятых при проектировании методов расчета и конструирования. Динамические испытания (динамические нагрузки являются переменными во времени и пространстве и вызывают в конструкции колебательные движения и инерционные силы) Цель динамических испытаний – определение реакции конструкции на заданные воздействия Статические и динамические испытания отличаются друг от друга как по методике проведения, так и по применяемым средствам измерений. В зависимости от объема и цели статических испытаний устанавливаются: 1. Несущая способность, характеризуемая нагрузкой, при которой наступает потеря прочности или устойчивости объекта испытания; 2. Жесткость, характеризуемая значениями перемещений, предельными с точки зрения возможности нормальной эксплуатации объекта; 3. Трещиностойкость(в первую очередь для бетонных и железобетонных конструкций); трещины должны или вообще не появляться или раскрытие их не должно исчерпать или затруднять эксплуатацию следствие потери непроницаемости, развития коррозии и т.д.; при определении трещиностойкости устанавливают также значения нагрузки, при которой образуются трещины, допустимые по условиям эксплуатации.

• 
  Слайд 11
  

  Стендовое оборудование - в лабораторных условиях для испытания различных видов конструкций и задания различных видов воздействий Состоит из трех основных частей: 1. Стенд=силовой пол + каркас 2. Силовая установка 3. Система измерений Стойки Хребтовые балки Ригели Подкосы Анкерные болты Опоры

• 
  Слайд 12
  

  Конструкция силового пола - выполняется из железобетона толщиной от 700 до 2000 мм и снабжен так называемыми T-образными ручьями, в которые входят анкера для фиксации испытываемой конструкции. 1 - обрамляющие швеллера 2 - анкерующие стержни 3 - канал 4 - анкер 5 - траверса анкера

• 
  Слайд 13
  

  13 Пример конструкции, установленной в испытательном стенде Грузовая платформа Ферма Подкос Лежень Стойка Канал Подкос Рычаг Анкер Анкер

• 
  Слайд 14
  

  При статических испытаниях нагрузка должна прикладываться к объекту постепенно, без рывков и ударов, с тем чтобы влиянием сил инер­ции можно было бы пренебречь. Распространенные способы контролируемого нагружения: тарированными грузами (бетонные блоки, кирпичи и пр.) сыпучими материалами (песок) Способы задания равномерно распределенной нагрузки

• 
  Слайд 15
  

  15 Жидкостью (вода) Давлением сжатого воздуха (пневмокамера) Равномерно распределенная нагрузка Пьезометр Анкер Образец Пневмокамера Щит компрессор

• 
  Слайд 16
  

  16 1 Способ - подвешивание грузов Способы задания сосредоточенной нагрузки 2 способ - система распределительных устройств Рычажное устройство Конструкция Рычаг Подвес Стойка Подвесная траверса и распределительная балка Груз Конструкция Подвес Страховка Балка Траверса Опора Опора

• 
  Слайд 17
  

  17 3 Способ - система натяжных устройств (талей, лебедок, полиспастов и тал­репов) Способы задания сосредоточенной нагрузки

• 
  Слайд 18
  

  4 способ - Гидравлические домкраты- широко используются при испытаниях конструкций, приводятся в действие от ручных или электрических насосных станций и чаще всего передают нагрузку непосредственно на конструкцию. Способы задания сосредоточенной нагрузки

• 
  Слайд 19
  

  Способы измерения перемещений 1 Способ - геодезическими методами (удаленно)

• 
  Слайд 20
  

  20 2 Способ - механическими приборами (индикаторы, прогибомеры). Способы измерения перемещений

• 
  Слайд 21
  

  ПрогибомерАистова-Овчинникова - 6ПАО Используется 3 шкалы : 0,01 мм, 1 мм и 1 см)

• 
  Слайд 22
  

  ПрогибомерМаксимова ПМ 1 шкала (0,01 мм) и счетчик оборотов (1 оборот- 1 мм).

• 
  Слайд 23
  

  Деформации: тензорезисторы (удаленно) механическими приборами (индикаторы, прогибомеры). Системы измерения деформаций

• 
  Слайд 24
  

  Для определения напряжений измеряют продольные деформации (удлинение, укорочение) и используя закон Гука находят напряжения.       Продольные деформации можно определить с помощью устройств называемых тензометрами. По принципу действия тензометры бывают двух типов: механические (Гуггенбергера, Аистова) электрические тензорезисторы сопротивления. Механические тензометры больше пригодны для измерений в лабораторных условиях или при выполнении единичных измерений, а тензорезиситоры эффективны при большом количестве измерений и в случае необходимости наблюдать удаленно. Функционально тензометры состоят из трех основных частей: устройств, воспринимающих деформации устройств, передающих и увеличивающих деформации устройств для снятия отсчёта или регистрации показаний Системы измерения напряженно-деформированного состояния

• 
  Слайд 25
  

  Механические тензометры - Гуггенбергера В рабочем положении опирается подвижной и неподвижной опорой на поверхность исследуемого элемента. Деформации элемента через подвижную опору и систему рычагов передаются на измерительное устройство. Цена деления прибора 0,001 мм=1 микрон. Расстояние между подвижной и неподвижной опорой – база прибора.

• 
  Слайд 26
  

  В рабочем положении опирается неподвижной опорой подвижной призмой на поверхность исследуемого элемента. Основным измерительным устройством приборя является микрометрический винт. Цена деления прибора 0,001 мм=1 микрон. Расстояние между подвижной и неподвижной опорой – база прибора. По сравнению с тензометром Гугенбергера, тензометр Аистова обладает более широким диапазоном измерения. Механические тензометры - Аистова

• 
  Слайд 27
  

  Электрические тензорезисторы сопротивления Тензорезисторыпредставляют собой чувствительный элемент в виде петлеобразной проволоки или фольги, наклеенной на бумажную основу. К концам проволоки припаяны выводы из более толстой проволоки – для подключения в сеть. Сверху резистор покрыт защитным лаком. Тензорезистор наклеивается на конструкцию и, при загружении деформируется вместе с ней, при этом проволока меняет свое поперечное сечение и длину, а также одновременно меняется электрическое сопротивление проволоки.

• 
  Слайд 28
  

  Тензометрическая станция Для преобразования данных тензодатчиков необходима тензометрическая станция. Основные параметры тензостанций: количество каналов (датчиков) питание (напряжение возможность автономной работы) передача данных на ПК (USB, Wi-Fi)

• 
  Слайд 29
  

  Разработать схему расположения датчиков на конструкции (элементе) (в местах максимальных напряжений и по главным осям) и определить количество датчиков. Подобрать тип тензодатчиков в зависимости от материала конструкции для стали база менее 20 мм, для ЖБК и ДК база 50-70 мм. 3. Выбрать тензометрическую станцию 4. Установить тензодатчики разметка и подготовка поверхности – зачистить до металлического блеска (сталь) обезжирить поверхность уайт-спиритом или ацетоном наклеить тензорезисторы на циакриновый клей (контакт) Подключить тензодатчики в тензометрическую сеть по схеме, которая состоит из следующих элементов: тензодатчики (рабочие и один компенсационный). Для учета температурных деформаций в схеме предусматривают компенсационный датчик, который наклеивается на тот-же материал конструкций, но находящийся в спокойном состоянии. Некоторые модели тензодатчиков (самокомпенсированные) сами учитывают изменение температуры. коса или шлейф (для соединения датчиков с тензостанцией). тензометрическая станция + ПК Снять начальные показания и вести наблюдения. Организация тензометрических измерений

• 
  Слайд 30
  

  Организация тензометрических измерений

• 
  Слайд 31
  

  Системы измерения усилий Динамометры: электрические (на основе тензорезисторов) механические По направлению работы – растяжение или сжатие

• 
  Слайд 32
  

  Гидравлические и механические испытательные машины - позволяют проводить испытание на растяжение, сжатие и изгиб Насосная станция с пультом управления Шкала силоизмерителя Гидроцилиндр Траверса Винтовые опоры траверсы База База верхняя перемещаемая опора

• 
  Слайд 33
  

  Планирование эксперимента До проведения испытаний обязательно составляется программа испытаний– основной методический документ, в котором излагаются цели и методика испытаний, включая план, порядок проведения, а также используемая аппаратура. Программа испытаний, как правило включает: 1. Характеристика объекта испытания, цели и задачи исследования 2. Рабочие чертежи испытываемой конструкции. 3. Чертежи испытательного стенда. 4. Выбор схемы опирания– необходимо создать такие условия опиранияконструкций, которые бы соответствовали фактическим (шарнирно-подвижная, шарнирно-неподвижная, заделка) 5. Выбор схемы загружения конструкции: при испытании серийных образцов – соответствие фактической при приемочных испытаниях – наихудшая схема загружения при научно-исследовательских испытаниях должно достигаться то предельное состояние, которое подлежит изучению 6. Поверочные расчеты испытываемой конструкции с определением: величины предельной (разрушающей) нагрузкиP величины нагрузку, при которой начнется нелинейная работа или развитие трещин ожидаемых перемещений в точках измерения 7. Методика нагружения испытываемой конструкции: Чем меньше шаг, тем чаще в процессе нагружения могут быть взяты отсчеты по приборам. Графики исследуемых харак­теристик строятся поэтому более четко (по большему числу точек), это осо­бенно существенно при наличии нелинейной зависимости между нагрузкой и исследуемой характеристикой; с другой стороны, с уменьшением ступе­ней нагрузки возрастает их общее чисто, что делает процесс испытания более длительным и трудоемким. Учитывая эти положения, в каждом конкретном случае приходится находить оптимальное решение. (0,01÷0,05)Р – начальное нагружение - необходимо для включения конструкции (вытяжка тяг, зазоры в опорах и пр.) и приборов в работу (0,1÷0,2)Р – основной шаг нагрузки

• 
  Слайд 34
  

  Подготовительные работы Отбор образцов, маркировка и разметка образцов Освидетельствование образцов: детальные обмерные работы (геометрическая схема, пролет длина, высота, размеры сечений); измерение начальных искривлений; выявление дефектов и повреждений, которые могут оказать влияние на результаты: для ЖБК – трещины, сколы, нарушение параметров армирования для каменных конструкций – продольные и поперечные трещины, дефекты кладки для МК – дефекты соединений, местные погнутости для ДК – дефекты соединений, пороки определение фактических свойств материалов неразрушающими или разрушающими методами 3. Установка и закрепление конструкции в стенде. 4. Установка измерительной аппаратуры (наклейка тензорезисторов, установка прогибомеров) 5. Установка силовой аппаратуры 6. Начальное нагружение- необходимо для включение конструкции (вытяжка тяг, зазоры в опорах и пр.) и приборов в работу и принимается 1-5% от испытательной нагрузки 7. Проверка работоспособности установки - трехкратным загружением/разгрузкой (20-25% от расчетной) – при нестабильной работе – отладка (замена) приборов.

• 
  Слайд 35
  

  Снятие показаний при начальной нагрузке – нулевой отчет. 2. Пошаговое нагружение- выдержка - снятие показаний приборов (одновременно) - предварительная обработка результатов для определения момента наступления нелинейных деформаций. 3. Уменьшение шага нагрузки с наступлением нелинейной работы материала. Снятие показаний после стабилизации перемещений и деформаций. Время выдержки после каждой ступени нагружения зависит от материала конструкции: МК – 15-30 минут ЖБК – 12-24 часа ДК – 12 часов и более Если после выдержки деформации не стабилизируются, то необходимо увеличить время выдержки до их затухания. Важным фактором является контроль за постоянством усилий, прикладываемых к конструкции на каждом шаге. При нагружении гидравлическим способом требуется подкачка. 4. Регистрация предельной нагрузки. Резкий рост всех компонент деформаций. 5. Фиксация перемещений и углов закручивания при запредельных режимах работы. 6. Разгрузка образца. Проведение испытаний

• 
  Слайд 36
  

  На каждом шаге нагрузки проводится визуальное наблюдение за состоянием конструкции, фото и видеосъемка. После окончания испытания выполняется статистическая обработка результатов и составляется отчет, содержащий: текстовую часть (описание и численные результаты); графическую часть ( эпюры прогибов по длине элемента, эпюры напряжений в поперечном сечении; график – нагрузка-прогиб). Оформление результатов