Основни дефиниции, класификация на изследванията и изпитване на конструкции
Изпитването на конструкциите се разбира като набор от операции, свързани с идентифицирането и проверката на състоянието, както и на експлоатационните характеристики на изследваните строителни обекти и техните отделни елементи. Тези операции могат да бъдат разделени на следнитеосновни комплекси:
1) проучвания, включително операции за проверка на размерите, идентифициране на качеството на материалите, откриване на дефекти и изясняване на други фактори, които определят състоянието на конструкцията;
тестове, които се разбират като проверка на поведението на обекта, който се изследва, когато върху него се прилагат външни натоварвания (статични и динамични), промени в температурата и влажността на околната среда и др.
3) преизчисления за якост, деформируемост, устойчивост на пукнатини както на отделни конструкции, които са част от конструкцията, така и на целия обект като цяло, извършени въз основа на действителни данни, получени в резултат на проучване и изпитване.
Класификацията на проучванията и тестовете може да се извърши по различни критерии.
1.Класификация според целта на изследването:
а) приемо-предавателни прегледи и изпитване на завършени строителни обекти преди въвеждането им в експлоатация;
б) проучвания и изпитвания на обекти в експлоатация, както планирани, така и назначени в специални случаи, например за установяване на действителната носимоспособност на конструкцията във връзка с предстоящата й реконструкция, след авария и др.;
в) изпитване на части и елементи в производствени предприятия;
г) изследователски тестове.
2. Класификация по обекти на изследване:
а) пълномащабни проучвания и тестове, извършени върху реални обекти;
б) изпитване на отделни конструкции и техните елементи на специални инсталацииили стендове, провеждани както в лаборатории за изпитване на строителни конструкции, така и на строителни площадки и площадки;
в) тестове върху модели, които възпроизвеждат в намален мащаб или изследваната структура като цяло, или нейни отделни части.
Класификация според характера на приложеното натоварване:
Нормативни изисквания за строителни конструкции и конструкции
Следнитеизисквания са наложени на всякакви структури:
- всички конструкции, както и отделните им елементи, трябва да бъдат здрави и стабилни;
- движението на елементите не трябва да излиза извън границите поради възможността и лекотата на работа;
- не трябва да има пукнатини и повреди, които нарушават възможността за нормална работа или намаляват дълготрайността на конструкциите.
В същото време не трябва да се допускат излишни резерви както по отношение на класовете и класовете на използваните материали, така и по отношение на сеченията на отделните елементи, както и в конструктивната система на конструкцията като цяло.
Наблюденията върху състоянието на изградените сгради и конструкции, поуките от аварии и бедствия, експерименталните данни, получени в лаборатории и по време на пълномащабно изпитване на конструкции, помогнаха да се разбере, че теоретичните схеми за проектиране, приети в проекта, в една или друга степен не винаги съответстват на действителната експлоатация на издигнатите обекти.
Несъответствията, характерни за етапа на проектиране, продължават през целия живот на конструкцията, като се допълват и трансформират под въздействието на нови фактори, които възникват на различни етапи от съществуването на конструкцията.
Надеждността и издръжливостта на строителните конструкции на конструкциите се осигурява, когато напречните сечения, кръстовища, връзки са назначенипри проектиране, като се вземат предвид общите размери и действието на различни натоварвания, те имат достатъчна якост, стабилност, устойчивост на пукнатини и също така осигуряват развитието на деформации не повече от допустимите граници и необходимата устойчивост на корозия.
Обикновено не е възможно диференцирано да се вземе предвид влиянието на всеки от тези фактори върху работата на конструкциите в процеса на проектиране с голяма точност. Следователно дизайнерите изготвят структурна схема на сграда и, като използват набор от стандартни натоварвания, якостни характеристики на материалите, система от частични коефициенти на безопасност, приети в SNiP, определят проектна схема, която според тях е най-подходяща за действителната експлоатация на конструкциите. Изискванията, посочени в SNiP, параметрите непрекъснато се усъвършенстват от експериментални данни и съответно се коригират.
При оценка на състоянието и работата на съоръженията в експлоатацияе необходимо да се вземат предвид:
• обусловеност на статичните проектни схеми и възможните отклонения на изчислените от тях сили от действителното им разпределение в конструкциите на конструкциите;
• условност на прилаганите конструктивни характеристики на материалите;
• възможни отклонения на товарите от изчислените стойности;
• действителното влияние на външната среда.
Оценявайте влиянието на целия комплекс от тези фактори само чрез експериментално изследване на материали и конструкции.
Конвенционални дизайнерски схеми
Проектната схема на конструкцията се задава на базата на проектната схема, като се стреми да осигури възможно най-пълно съвпадение на проектните сили със силите, които ще възникнат в пълномащабната конструкция.
Тъй като може да бъде трудно да се задоволят различно в проектната схема всички работни условия на конструкцията, някои от вторичнитеФакторите обикновено не се вземат предвид, т.е. те заместват действителната работа на конструкциите с опростена "идеализирана проектна схема - например при изчисления на стоманобетонни рамки с твърди възли за вертикално натоварване, напречната греда се изчислява като огъващ елемент, а действието на надлъжната сила и хоризонталното изместване на възлите се пренебрегват.
Или при изчисляване на стоманени ферми се приема, че връзката на решетъчните елементи с хордите в равнината на фермата е шарнирна, докато в точките на закрепване на прътите към клиновете се образуват твърди възли и следователно възникват моменти на огъване, които причиняват допълнителни напрежения в клиновете, както и огъване на прътите в близост до възлите. Изчислението, като се вземат предвид тези допълнителни усилия, е сложно и отнема много време. Следователно твърдостта на възлите се пренебрегва. Приетото предположение намалява носещата способност на фермите, поради което липсата на проектна схема се компенсира с конструктивни методи.
Когато греда с един участък се поддържа върху тухлена стена, диаграмата на напрежението в носещата част се приема за правоъгълна или триъгълна, въпреки че в действителност има по-сложна форма. В резултат на тези предположения, изчислената дължина на обхвата се променя.
Различни предположения са неизбежни във всякакви дизайнерски схеми. Важно е правилно да се прецени тяхното въздействие върху проектните сили: дали те са в ущърб на надеждността на конструкцията или не в каква степен.
Конвенционалност на конструктивните характеристики на строителните материали
Всички изчисления на строителни конструкции се извършват в съответствие с нормативните и проектни характеристики, регулирани от SNiP.
Нормативните стойности на съпротивлението на материалите се коригират от коефициентите на надеждност на материалите, като се вземат предвид коефициентите на условията на работа. Счита се, че конструкцията е в гранично състояние при достигане на тези условни характеристики.(стрес, напрежение). Докато оценката на състоянието на конструкцията в натура се извършва според действителните натоварвания, якост и деформации. Следователно има несъответствие между проектната схема и реалната работа на конструкцията, което води до подценяване на претоварването на конструкцията или обратното, до нейното „фиктивно“ претоварване.
В реалните материали винаги има повърхностни и вътрешни пукнатини, пори, нехомогенности и други дефекти. В резултат на наличието на дефекти, якостта на материалите може да бъде по-малка от проектната якост. Особено опасни са повърхностните дефекти с остри ъгли, по краищата на които под действието на външни сили върху тялото възниква концентрация на напрежения - образува се вторично поле на напрежение.
Разрушаването започва, когато напрежението в нивата на концентрация на напрежение се доближи до физическата (теоретична или идеална) якост на материала:
крайно напрежение
Наличието на дефекти в реалните условия на експлоатация на конструкциите води до намаляване на якостта до техническото ниво, което се използва на практика. Това е стотици, а понякога дори хиляди пъти по-малко от физическата сила. Например якостта на опън на бетона не надвишава, т.е. по-малко от Rtheor поне 600 пъти. Неправилната грижа за материала, като бетон, може да доведе до повишено напукване и допълнителна загуба на сила.
Анизотропията на материала също оказва значително влияние върху здравината на материала. Например в дървото силата по протежение и напречно на влакната е различна и това се взема предвид при изчисленията, а разликата в якостта на бетона по протежение и напречно на посоката на уплътняване по време на вибрации или в метала по протежение и напречно на валцувания продукт не се взема предвид при изчисленията. Условността на проектните характеристики се дължи и на нехомогенността на работата на композитните секции. Такиваелементите винаги имат несъвършенства, произтичащи от неточности в производството на части, дефекти в точките на свързване, разнородност на използваните материали, недостатъчни връзки между елементите и т.н., които водят до вътрешни смени, които изкривяват схематичната картина на разпределението на силите, приета от проекта. В тези случаи теоретичните изчисления се оказват неефективни и за оценка на отклоненията от изчислените характеристики се провеждат полеви тестове.