Статические и динамические испытания мостов

Испытания мостовых конструкций позволяют проверить каче­ство расчета, проектирования, изготовления и монтажа конст­рукций, оценить фактическую грузоподъемность и жесткость со­оружения, а также влияние на эти характеристики дефектов и повреждений.

По целям, объемам и методам проведения натурные испыта­ния можно подразделить на два основных вида:

• приемочные испытания новых или реконструированных со­
оружений;

• испытания эксплуатируемых конструкций.

Целью приемочных испытаний является оценка возможности введения моста в эксплуатацию под проектные нагрузки. Она мо­жет быть получена при сопоставлении реального и расчетного его напряженно-деформированного состояния. До приемочных испы­таний обязательно проводятся обследования в полном объеме.

Испытания моста имеет право проводить только специализи­рованная организация, имеющая соответствующую лицензию, квалифицированных специалистов и необходимые средства изме­рений.

Наиболее чувствительными к воздействию нагрузок от авто­транспортных средств и пешеходов являются пролетные строения. Для опор, особенно массивных, доля временных нагрузок в сум­марном воздействии, как правило, существенно ниже, хотя в от­дельных случаях горизонтальные тормозные силы могут иниции­ровать в нижних сечениях так называемых анкерных опор мостов с неразрезными пролетными строениями заметные растягиваю­щие напряжения.

Поэтому должно проводиться более подробное изучение на­пряженно-деформированного состояния следующих конструктив­ных элементов:

• продольные несущие элементы, в том числе балки ребристых
пролетных строений, главные балки или фермы стальных и стале-
железобетонных пролетных строений, стенки пролетных строений
коробчатого сечения;

• железобетонная плита сталежелезобетонных и ортотропная
плита стальных пролетных строений с точки зрения включения
их в работу главных балок; плита или балки проезжей части при
их работе на местную нагрузку;

• стойки мостов эстакадного типа, высокие опоры виадуков.

Может возникнуть необходимость проверки работы и других элементов, оценки фактических коэффициентов трения в опор­ных частях и т. п.

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.

Для разрезных пролетных строений обычно исследуются сече­ния в середине пролета, для 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 и характерные 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 симметрию в расположении испытательной нагрузки и приборов. Это значительно повышает надежность интегральной оценки ре­зультатов измерений.

Измерения напряжений осуществляют с помощью специаль­ных приборов — тензометров, которые могут быть механически­ми, электрическими или электронными. Из механических тензо­метров наибольшее распространение получили приборы рычаж­ного типа с масштабом 1:1 000 (рис. 26.1).

Напряжения определяют по данным измерения деформаций на определенной базе с использованием известного закона Гука по формуле

„ = Е, = Е± (26.2,

где о — напряжение, кгс/см²; Е — модуль упругости материала; А — измеренная деформация; 5 — база прибора; М — масштаб шкалы измерений.

Во всех случаях точность измерений деформаций составляет примерно 1 мкм.

Основными приборами для измерения прогибов конструкций мостов служат прогибомеры Н. Н. Максимова (рис. 26.2), шкив 2 которых вращается на оси / и жестко соединен с диском 6, име­ющим зубчатое зацепление с шестеренкой 5, связанной со стрел­кой 4. Цена деления на шкале 0,1 мм. Каждый оборот диска соот­ветствует 10 см измеряемого перемещения. Прогибомеры должны иметь проволочную связь с землей или какой-либо неподвижной

ГТТ1\

а б

Рис. 26.1. Схема работы (а) и конструкция (б) механического двухры-

чажного тензометра:

1 — неподвижная ножка; 2 — подвижная ножка; 3 — стрелка; 4 — рычаг первого рода; 5 — коромысло; а — малое плечо рычага 4; А — большое плечо рычага; п — перемещение стрелки по шкале; 5 — база прибора; Д5 — измеряемая дефор­мация

точкой. Если ожидаемые прогибы больше 10 см, целесообразно для их измерения использовать геодезические инструменты.

В качестве испытательной нагрузки, как правило, используют груженые автосамосвалы типа КамАЗ с полной массой 20 т. Коли­чество автомобилей и их расположение на мосту определяется рас­четом и приводится в программе испытаний.

Действующие нормы регламентируют величину испытательной нагрузки в пределах 70... 100 % от нормативной временной верти­кальной нагрузки, взятой с динамическим коэффициентом.

Минимальный размер испытательной нагрузки при приемо­чных испытаниях необходим для выявления скрытых дефектов из­готовления и монтажа, которые не удалось обнаружить или на­дежно оценить в процессе обследования.

Кроме того, минимальные значения испытательной нагрузки устанавливаются также из соображений получения результатов измерений необходимой точности. В больших железобетонных мо­стах это особо важно, поскольку доля временной нагрузки на них невелика, а измеряемые при испытаниях напряжения малы.

Рис. 26.2. Схема работы (а) и конструкция (б) прогибомера Максимова:

1 — ось; 2 — шкив; 3 — шкала; 4 — стрелка; 5 — шестеренка; 6 — диск с зубчатой нарезкой; 7 — проволока с грузом Р

Чрезмерная величина испытательной нагрузки опасна самыми тяжелыми последствиями для исследуемого сооружения.

Особенности испытаний эксплуатируемых мостов. Нижняя гра­ница величины испытательной нагрузки при таких испытаниях находится на уровне 40...50 % от величины нормативной нагруз­ки, поскольку возможные дефекты, проявляющиеся под воздей­ствием временной нагрузки за достаточно длительный срок эксп­луатации, уже должны были проявиться; необходимая величина испытательной нагрузки определяется только чувствительностью измерительных приборов.

Кроме определения напряженно-деформированного состоя­ния конструкций, которое с обоснованными сокращениями по­вторяет схему приемочных испытаний, для эксплуатируемых мостов может возникнуть необходимость различных частных про­верок.

Динамические испытания. Основная цель динамических испы­таний при приемке новых или реконструированных мостов — проверка соответствия фактических значений проектных характе­ристик требованиям норм. Нормативными документами регламен­тируются две динамические характеристики пролетных строений:

• динамический коэффициент, учитывающий возможное пре­
вышение динамического воздействия подвижных нагрузок по срав­
нению со статическим;

• периоды собственных колебаний пролетных строений без на­
грузки.

Динамические испытания заключаются в пропуске по мосту с различными скоростями по наезженной колее проезжей части од­ного или расположенных в один ряд двух груженых автомобилей. Для имитации неровностей часть проездов осуществляется через порожек в виде досок высотой 30...50 мм, положенных поперек моста над приборами, регистрирующими колебания пролетного строения.

При проезде по мосту автомобиля и некоторое время после съезда его с моста записываются диаграммы прогибов или напря­жений в его несущих элементах. На рис. 26.3 приведена в качестве примера диаграмма прогибов пролетного строения с момента въез­да нагрузки до момента прекращения собственных колебаний. Обработка этих диаграмм позволяет определить фактические зна­чения динамических коэффициентов и периодов собственных ко­лебаний. Динамический коэффициент определяется по диаграмме как отношение максимального динамического прогиба к средней его величине (статической) в этой точке диаграммы.

В последние годы в связи с бурным развитием электронной техники и компьютеров созданы и успешно применяются компь­ютерно-измерительные системы (КИС), включающие в себя элек­тронные средства измерений, кабельные и радиокоммуникации, компьютеры с программным обеспечением для обработки резуль­татов измерений.

Важным итогом проведенных испытаний является получение конструктивных коэффициентов к, определяемых как отношение измеренных (5_ИЗМ) и полученных расчетным путем (^„р) значе­ний прогибов или напряжений:

Л

Рис. 26.3. Пример записанной диаграммы прогибов:

Т_с, Т_ъ — периоды собственных и вынужденных колебаний; В, С — участки вы­нужденных и собственных колебаний; О — запись отметчика времени; П — за­пись моментов входа нагрузки на пролетное строение и схода него; Л — средняя

линия прогибограммы

к = ^. (26.3)

Если к < 1, то конструкция работает в пределах, установлен­ных проектом. Чем меньше величина к, тем больше запас прочно­сти конструкции.

Если к > 1, то работа сооружения не соответствует расчетным предпосылкам, что требует тщательного анализа и выявления причин такой ситуации.

Конструктивные коэффициенты надо определять для наиболее нагруженных сечений при самом неблагоприятном для данного сечения расположении нагрузки.

Дата добавления: 2015-08-17