Согласно СНИП 2.03.01-84* “Бетонные и железобетонные конструкции нормы проектирования” расчет конструкций по первому предельному состоянию (по прочности и устойчивости) производится по” расчетным нагрузкам”.

Расчет по второму предельному состоянию (развитие чрезмерных деформаций от статических нагрузок) производится по “нормативным нагрузкам”.

1.1. Виды пробных нагрузок и требования к ним.

В качестве испытательных нагрузок применяются:

Þ весовые нагрузки,

Þ грузовые механизмы,

Þ особые виды нагрузок.

А) В качестве груза можно применять любые весовые нагрузки, удовлетворяющие следующим требованиям:

1. Испытательная нагрузка не должна создавать самостоятельную несущую конструкцию, т. к. в этом случае может произойти перераспределение усилий (нагрузок)

Балка, лежащая на двух опорах, загружена кирпичной кладкой с перевязкой рядов. В этом случае в нижней части кирпичной кладки образуется разгружающий свод(1)

Поэтому вместо равномерно распределенной нагрузки всей кладки на балку в пределах ее пролета будет передаваться все части кладки, находящейся ниже разгружающегося свода. Вес кладки, расположенной выше этой линии будет передаваться на опоры.

Рекомендуется осуществлять нагрузку кирпичом без перевязок швов.

2. Вес грузов должен легко определяться, чтобы можно было вести точный учет величины нагрузки (вода, кирпич, чугунные и стальные болванки).

3. Грузы должны быть транспортабельны (малоразмерные и маловесные штучные грузы; вода).

4. В условиях полевых испытаний нагрузка не должна быть гигроскопичной.

5. Испытательная нагрузка должна требовать минимального времени для загрузки и разгрузки.

Б) В качестве грузовых механизмов применяют домкраты (винтовые, гидравлические), лебедки и тали. Испытательные стенды могут быть оснащены: штучными грузами, домкратами, различными траверсами.

Недостатком домкратов является малый ход поршня, иногда при больших прогибах конструкции длины поршня не хватает для проведения испытаний.

Домкраты ДГ-200, ДГ-100, ДГ-50.

Перед каждым испытанием производится тарировка домкратов.

Особый вид нагрузок.

В) Пример: В ЛИСИ было проведено испытание перекрытия газгольдера Ленинградского коксового завода. В качестве несущей конструкции был использован купол системы Шведлера. Для испытания купола диаметром 39 м требовалась равномерная нагрузка 10 кг/м². В газгольдере было создано разрежение. Нагрузка на купол определялась как разность внешнего и внутреннего давления. Все испытание заняло 1 час.

2.2. Главнейшие схемы загружения конструкции.

Распределение нагрузки на исследуемом объекте должно отвечать схеме, по которой рассчитывалась конструкция. Однако от этого правила приходится иногда отступать, так как реальная конструкция не всегда отвечает идеальной схеме, принятой в расчете.

Пример: Многопролетная железобетонная плита, которая чаще всего рассчитывается как опирающаяся на идеальные неоседающие шарнирные опоры; в действительности опорами многопролетной плиты служат железобетонные и металлические балки, которые под нагрузкой прогибаются. Кроме того, балки с плитой составляют общую конструкцию, а при повороте опорных сечений конструкции скручиваются, создавая дополнительные моменты в этих сечениях.

А) Распределение нагрузок при испытании плит.

Плиты могут быть:

- разрезные и свободно опертые на балки;

- многопролетные неразрезные конструкции.

Рис. 4.1 Площадь загружения при испытании однопролетной разрезной плиты

Нагрузка, расположенная за сечениями b-b и g-g почти не увеличивают деформации плиты в сечении a-a.

Загружают только один пролет. В направлении, перпендикулярном к пролету. Длину загружаемой полосы принимают 1,5l с каждой стороны сечения.

Для испытания многопролетных неразрезных плит следует загрузить интересующий пролет и все остальные через один, что создает наиболее неблагоприятные условия работы конструкции.

Рис. 4.2 Схема загружения многопролетной плиты

Б) Распределение нагрузок при испытании балок.

Схема загружения балки выбирается в зависимости от конструкции заполнения между балками, учитывая разрезность или неразрезность самой балки.

1. Однопролетная балка с опертыми на нее плитами. При испытании таких балок испытательную нагрузку помещают на плитах, лежащих справа и слева от рассматриваемой балки (1 - 1).

2. Однопролетная балка, с опертыми на нее неразрезными плитами. Загружают пролеты слева и справа от испытуемой балки и остальные пролеты через один.

3. Промежуточными опорами неразрезной балки являются главные балки.

Загружают плиты, примыкающие с двух сторон к балке "ab" в пролете и остальные через одну, а также две боковые плиты балки в пролете "cd". определяют наибольший прогиб.

4. Промежуточными опорами балки a'b'c'd' являются колонны. Для определения наибольшего прогиба загружаем плиты, прилегающие к балке c'd' с двух сторон (горизонтальная штриховка).

В) Распределение нагрузок при испытании прогонов (продольные балки).

Однопролетные прогоны загружаются на всем протяжении как однопролетные балки.

При испытании многопролетных прогонов (рис.4.3) загружается испытываемый пролет (DE) и еще два пролета AC и FB, т.е. как это требуется теоретически.

Если прогон имеет более пяти пролетов, то следующие пролеты не загружаются, так как практически загрузка следующих пролетов не увеличивает прогиба в пролете DE.

Балки, поддерживаемые прогоном, загружаются на протяжении 2^х пролетов по обе стороны от прогона (штриховка на рис. 4.3).

Г) Распределение нагрузок при испытании стоек и колонн (рис. 4.4)..

Рис. 4.4 Распределение нагрузок при испытании стоек и колонн.

Для получения максимальной продольной силы загружение производится (колоны Е).

Тогда Мх = О, N - Nmax.

Для получения наибольшего изгибающего момента, действующего на колонну "Е", по направлению У следует загрузить трехпролетную балку, проходящую через колонну "Е", в пролетах, примыкающих к стенам.

Д) Распределение нагрузок при испытании ферм (рис. 4.5).

Схемы загружения зависят от задач испытания.

Рис. 4.5 Распределение нагрузок при испытании ферм.

a) При разрезных прогонах, которые не могут перераспределять усилия между фермами загружают как два прилегающих с обеих сторон пролета.

b) При неразрезных прогонах - два прилегающих и далее через один.

c) Для получения максимальных значений продольных сил в панелях верхних и нижних поясов фермы, для получения максимальных значений деформаций всей фермы необходимо загрузить весь пролет фермы как постоянной, так и временной нагрузкой.

d) При определении максимальной продольной силы в элементах решетки схемы загружения зависят от очертания фермы.

Если точка пересечения направлений поясов не выходит за пределы пролета (треугольная ферма), максимальное значение продольных сил в элементах решетки получается при загружении всего пролета фермы временной и постоянной нагрузкой.

Если эта точка выходит за пределы пролета (б, в, г), то в некоторых элементах максимум продольной силы получается при загружении половины пролета фермы. Обычно ферма загружается так: сначала левый полупролет (б); затем правый - получают схему загружения по всему пролету (в); после этого другой полупролет (г).

Е) Распределение нагрузок при испытании арок и сводов (рис. 4.6).

Арки и своды при симметричной и односторонней нагрузках деформируются по разному. Испытания проводятся по следующей схеме: нагрузка справа на всем пролете, и слева. Тонкостенные арки и своды загружают еще симметрично в средней части на протяжении 1/3 пролета, что дает возможность получить прогиб замкового сечения большей величины, чем при полном загружении.

Рис. 4.6 Распределение нагрузок при испытании арок и сводов.

Ж) Некоторые особые нагрузки.

Рис. 4.7 Имитация горизонтальной силы от торможения тележки мостового крана. Нагружение осуществляется с помощью весовых нагрузок или лебедки.

Рис. 4.8 Имитация отсоса ветра, передающегося через ригели фахверка в четырех точках, с помощью двух подвесных платформ. Нагружение осуществляется с помощью весовых грузов.