Рисунок 30 - Индикатор
advertisement
Министерство образования и науки Республики Казахстан Павлодарский Государственный Университет им. С.Торайгырова Кафедра Промышленное и гражданское строительство Курс лекций По дисциплине "Обследование, испытание и реконструкция зданий и сооружений" Часть I «Обследование и испытание сооружений» Для специальностей: 430140 "Промышленное, гражданское строительство и городское хозяйство" 0313 "Профессиональное обучение и труд" 554330 "Строительство" Павлодар 3 Утверждаю Проректор по УР _________В.П.Шеломенцева «_____»____________2003г. Составитель: канд.техн.наук, доцент ЕльмуратовС.К. Кафедра «Промышленное и гражданское строительство» Курс лекций утвержден на заседании кафедры «___» __________2003г протокол № Зав. кафедрой ________________ С.К.Ельмуратов Одобрено учебно-методическим советом института «___»_______ 200_ г. протокол № Председатель УМС ________Н.С. Дудак СОГЛАСОВАНО Директор ИСТиМ _________М.К. Кудерин «___»______200 г. Одобрено УМО Начальник УМО __________Г.А.Амбарников «___»______200 г. Н/К отдел МКОАД _________ Г.С. Баяхметова «___»______200 г 4 ББК 38.7я73 УДК 624.001.4(075.8) Е 56 Рецензент: кандидат технических наук, доцент В.А. Козионов Ельмуратов С.К. Е 56 Часть I «Обследование и испытание сооружений» По дисциплине "Обследование, испытание и реконструкция зданий и сооружений" Курс лекций. – Павлодар 2003-92с.: ил.36 ББК 38.7я73 Ельмуратов С.К., 2002 Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, 5 1 Краткий очерк и анализ крушений инженерных сооружений Испытание сооружений – дисциплина о методах проведения испытаний зданий и сооружений, отдельных конструкций, их элементов как натурных, так и на моделях. Методы испытаний основываются на положениях науки о прочности. В основу современных методов испытаний легли достижения в области ядерной физики, сопротивления материалов, строительной механики, теории упругости и пластичности. При расчете строительных конструкций по предельным состояниям исходят из того, что за время нормальной эксплуатации сооружения ни одно из предельных состояний не должно наступать. И все же крушения сооружений происходят и довольно часто /1, 2, 3, 4, 5/. Анализ ряда крупных обрушений в строительстве, происшедших за последние 30 лет, показал, что одна из основных причин аварий – низкое качество строительно-монтажных работ. Значительное число обрушений произошло вследствие нарушения требований при изготовлении и монтаже строительных конструкций: ослабление сечений элементов конструкций, замены стали на более низкую по прочностным характеристикам. К обрушению приводило также утяжеление конструкций при устройстве покрытий, изменение расчетной схемы работы обрушений выполнения произошло работ по конструкций при из-за монтаже. Много неудовлетворительного возведению монолитного качества бетона и железобетона. Значительное число аварий каменных конструкций произошло вследствие нарушений правил возведения зданий в 6 зимнее время, произвольного снижения марок кирпича и раствора и т.д. Изучение причин аварий, их анализ позволяет лучше понять закономерности в работе конструкций, зданий и сооружений, привлечь внимание ученых, проектировщиков и строителей к недостаткам проектных решений, устранение которых должно предупредить аварии и тем самым обеспечить надежность работы сооружений. Выход из строя или «отказ» строительной конструкции – событие, после которого становится невозможной, нормальная эксплуатация здания или сооружения без проведения восстановительных работ. По мнению многих авторов, ошибки инженерно-технических сооружений – работников проектировании, на всех этапах изготовлении, создания монтаже и эксплуатации возникают в среднем с одинаковой частотой, чуть больше из-за ошибок при монтаже. Действующими нормами и правилами на проектирование, изготовление и монтаж конструкций, а также государственными стандартами на применяемые материалы определяется нормативная надежность нормативная конструкций. Возможны надежность случаи, конструкций когда может именно оказаться недостаточной. Нормативная надежность зависит от общего уровня наших знаний и регламентированного качества строительных материалов. стропильной Так, например, фермы в произошло прокатном обрушение цехе сварной Магнитогорского металлургического комбината (21 мая 1957г.). При своем падении ферма увлекла вниз прогоны и часть железобетонных плит. Обрушение фермы произошло внезапно, только от действия собственного веса покрытия. Обрушение фермы началось в месте 7 крепления ее к колонне наружного ряда. В верхнем узле произошел отрыв фасонки от опорной планки, в нижнем – отрыв уголков пояса от фасонки. Анализ аварии показал: при строительстве фермы изготавливались на месте, причем сечения из уголков 150х150х16 были заменены составными сечениями из уголков 100х100х10, швеллера №14, полос 170х14, т.е. использован был наличный металл; освидетельствование упавших конструкций показало, что сварены они были электродами с меловым покрытием (типа Э34) и в швах было выявлено большое количество трещин, действительные размеры швов колебались от 3-х до 10мм при проектном катете 12мм. В наплавленном металле было много пор, шлаковых включений; анализ показал недостаток строительных ферм с нисходящим (растянутым) опорным раскосом. Всякая строительная авария является тяжелым, чрезвычайным происшествием. Многие аварии сопровождаются человеческими жертвами. Поэтому каждая авария должна быть тщательно расследована - выяснены ее обстоятельства и причины, установлены виновные. Крайне важно установить причины аварии, чтобы можно было исключить их повторение в дальнейшем. Опыт показывает, что вследствие неправильно установленной или невыявленной причины авария повторяется. Примером может служить обрушение покрытия печного корпуса Куйбышевского цементного завода (г. Жигулевск), происшедшее 26 июля 1959г. Выполненный Гипроцементом проект стальных конструкций покрытия предусматривал свободное опирание ферм на колонны, в действительности они были 8 выполнены с соединением верхних поясов на средних опорах на 4-х болтах (рисунок 1). Причины аварии расследовали две комиссии – совнархоза и Госстроя СССР. Первая комиссия считала, что причиной аварии было перераспределение усилий в элементах фермы, вызванное соединением ферм между собой. Ферма становилась неразрезной. Комиссия Госстроя считала, что причиной аварии явилось разрушение консоли ж/бетонной колонны, на которую опиралась ферма. Эта консоль оказалась сколотой на расстоянии 15см от торца и в сколотой части не имела арматуры в виду неправильного армирования. Как показали дальнейшие события, ни одна из 2-х комиссий не установила истинной причины аварии на цементном заводе. Рисунок 1 - Схема фермы Вторая авария произошла 16 сентября 1960г. на том же участке перекрытия, после его полного восстановления. На этот раз перекрытие обрушилось на большей площади 6*21*7=880м² (в 1959г. -550 м²). Комиссия, расследовавшая вторую аварию, сформулировала причину аварии эксплуатации следующим цементных образом: печей 9 несоблюдение (износились правил теплообменные устройства, вследствие чего при форсированном ходе печей неизбежно было усиленное выделение пыли) и правил эксплуатации кровли, где сказано, что допустимая толщина слоя пыли не должна превышать 3см. Фактический слой пыли достигал местами 70-80 см, а после прошедших дождей удельный вес пыли достигал на отдельных участках 16-17кН/м3. Этот случай эксплуатационников, может а быть для поучительным строителей больший для интерес представляет авария, происшедшая 13 июля 1962г. при монтаже конструкций покрытия цеха холодного проката Череповецкого металлургического комбината. Цех пролетом 30м перекрывался стальными двускатными стропильными фермами с шагом 12м. На фермы опирались крупноразмерные ж/бетонные плиты 1,5*12м и вертикальный фонарь шириной 12м. Причиной аварии явилась перегрузка строительной фермы по одной из осей тяжестью ж/бетонных плит вследствие грубого нарушения последовательности монтажа плит, указанного в проекте производства работ (ППР). Согласно ППР монтаж плит фонаря должен производиться только после укладки и приварки плит на обоих участках ферм от края к середине. Из-за грубого нарушения порядка монтажа оказалась недопустимо большая свободная длина верхнего пояса фермы. В результате он потерял устойчивость (рисунок 2), выпучился из плоскости, Радикальной и сама мерой ферма потеряла предупреждения несущую способность. аварий, аналогичных описанной, явилось введение постоянных распорок по верхним поясам строительных ферм, обеспечивающих устойчивость верхнего пояса ферм в процессе монтажа. 10 Рисунок 2 - Участок покрытия Рассмотрим еще один случай, когда авария произошла также в процессе монтажа десятиэтажного каркасного здания высотой 41м (рисунок 3). Рисунок 3 - План здания При строительстве произошло обрушение здания, когда оно было смонтировано почти полностью. Осмотр разрушенных конструкций показал, что в целом ряде случаев сварка стыков 11 ригелей не была выполнена. Стыки колонн выполнены частично. Заполнение раствором стыков ригелей с колоннами произведено в основном только до 3-го этажа. Многие узлы сопряжения плит были несваренными. Замоноличивание плит не производилось. К кладке стен здания выше 1-го этажа не приступали. Обрушение стен каркаса произошло в продольном направлении. Здание в плане 21х56.6м. Каркас разрушился полностью. Как показал поперечном поверочный направлении расчет, была жесткость достаточной. каркаса в Жесткость в продольном направлении обеспечивалась за счет жесткости узлов сопряжения плит с ригелями, а также кирпичными стенами здания. В этом случае устойчивость здания определялась бы конструктивными связями между стенами и перекрытиями. Разрушение каркаса произошло от действия ветровой нагрузки. Целым остался подвальный этаж, где кирпичные стены были выложены полностью и все стыки сварены и замоноличены. Проверка качества материалов конструкций каркаса и изделий показала, что из 201 колонны показали снижение прочности 21 колонна (10-15% от проектной). Остальные материалы и сварка соответствовали заданной по проекту прочности. Таким образом, аварийное состояние каркаса создавалось в результате неблагоприятного сочетания следующих обстоятельств: - к моменту обрушения узлы перекрытий не были замоноличены, каркас здания находился в состоянии неустойчивого равновесия; - не были своевременно возведены наружные кирпичные стены, которые могли бы обеспечить устойчивость каркаса в 12 продольном направлении даже при не полностью замоноличенных стыках. В Лондоне 1968г. вследствие взрыва частично разрушилось 24этажное крупнопанельное здание. Взрыв произошел на 18-ом этаже. Процесс разрушения распространился далее вниз до самого основания. В плане разрушению подверглось примерно четверть здания. С точки зрения строительства, существенным может быть два момента: первый – это наибольшее изучение вентиляционных характеристик здания, второй – расчет несущих элементов здания на действие кратковременных взрывных нагрузок с использованием запаса прочности за пределами упругости материала. То есть здания, где есть вероятность таких нагрузок как взрывные, должны быть запроектированы так, чтобы удаление какого-либо несущего элемента не вело к полному разрушению и было ограничено только пределами данного этажа, пролета. Вернемся вновь к авариям зданий в процессе их возведения. Так 5 сентября 1966г. произошло обрушение двух стальных строительных ферм ангара, непосредственно после их установки и временного закрепления расчалками. Размеры ангара в плане 45х48м. Высота наибольшая в коньке 17,3м. Несущие конструкции стальные, шаг фермы 12м, пролет 44,5м. Рисунок 4 - Поперечная рама 13 Фермы опираются на колонны сверху, шарнирно (рисунок 4). При разработке чертежей КМД и изготовлении стальных конструкций Тойтепинским заводом МК были заменены сечения некоторых элементов строительных ферм, но в сторону увеличения их площади. Монтаж стальных конструкций ввиду их небольшого объема выполнялся не по ППР, а по технологической записке, составленной и утвержденной монтажным управлением. Монтаж производился башенным краном БК СМ-7,5-5. Авария произошла при следующих обстоятельствах. С утра был начат монтаж строительных ферм ангара; первой была установлена ферма по оси К и закреплена тремя парами расчалок, затем ферма по оси Ж (соседняя) и также закреплена. После этого было начато соединение их поперечными фермами связей. Первой устанавливали ферму связей в коньке. При заводке ее между строительными фермами главная ферма по оси Ж неожиданно потеряла устойчивость и стала падать. Во время падения ею были перебиты две расчалки, раскреплявшие ферму по оси К, в результате обе фермы обрушились. Осмотром установлено, что обе фермы практически не имели разрывов элементов и сварных соединений, но получили значительные деформации верхних поясов. За исключением 2-х перебитых, остальные расчалки остались целыми. Согласно технологической записке расчалки должны были выполняться из стальных канатов диаметром 15,5мм. Фактически для двух расчалок в четверти пролета фермы ( в оборванных) по оси К были взяты канаты диаметром 8,7мм. Кроме того, боковые расчалки натягивались вручную и степень их натяжения неизвестна. Эти два отклонения и явились причиной аварии. Недостаточная степень натяжения расчалок привела к тому, что ферма не была надежно 14 закреплена и вышла из плоскости, а малый диаметр расчалок не позволил удержать ее в этом положении, и она рухнула, вызвав общее обрушение ферм. Авария показала необходимость разработки указаний по правильному конструированию, расчету и устройству временных раскреплений строительных конструкций расчалками и неукоснительных соблюдению требований к монтажу. Поучительной с точки зрения соблюдения правил производства работ, является авария моста под конвейеры на углеобогатительной фабрике Карагандинского металлургического завода (КМК). Мост соединял главный корпус углефабрики с перегрузочной станцией и опирался, кроме двух крайних точек на три промежуточные опоры (рисунок 5). Монтаж производился Карагандинским монтажным управлением Коксохиммонтаж. Рисунок 5 - Схема моста углефабрики Авария произошла 1 декабря 1964г. в период завершения монтажных работ. Расследованием установлено, что при строительстве моста были допущены серьезные нарушения правил производства работ: фундаменты под опоры были сданы под монтаж конструкций без обратной засыпки их грунтом; строительные работы 15 велись без сдачи-приемки стальных конструкций по техническому акту, не была сделана подливка башмаков стоек опор, кровля второго пролета была загружена значительным количеством строительных материалов (пачками асбошифера, бетоном для стяжки и т.д.). Обрушилось первоначально пролетное строение именно второго пролета, а затем третьего и четвертого. В обрушенных конструкциях второго пролета было выявлено несколько отрывов элементов решетки от фасонок из-за плохой сварки. Это и явилось первопричиной аварии. Нарушения правил сдачи-приемки и др. способствовали распространению аварии на три пролета. Другая авария произошла тоже на КМК, на углефабрике 29 января 1965г. Произошло обрушение пролетного строения транспортной галереи между двумя перегрузочными станциями. Элементы главных ферм имели коробчатое сечение. Обрушение произошло вследствие разрыва нижнего пояса одной из главных ферм около середины пролета. Причиной обрушения конструкций явилось хрупкое разрушение металла (36°С) уголков (200х200х16мм) из-за неудовлетворительного качества металла, низкого качества сварных швов в местах разрывов и наличия концентраторов напряжений в стыках при принятой конструкции узлов ферм (приварка вертикальных листов сечения поясов встык к фасонкам). Грубые нарушения правил производства работ приводили не раз к разрушению таких ответственных сооружений как мосты. Так в мае 1963г. произошло обрушение пролетного строения сборного железобетонного моста длиной 205,8м. Мост состоит из шести сборных предварительно напряженных железобетонных пролетных строений по 33м каждое, по шесть балок в каждом. Опоры моста 16 монолитные, бутобетонные, на высоком свайном ростверке с железобетонными сваями по 24 сваи на опору. Авария моста произошла из-за обрушения опоры № 3, повлекшего за собой обрушение двух пролетных строений, опирающихся на эту опору. На основании анализа проектной и исполнительной документации, непосредственного обследования обрушения моста и опроса строителей, комиссия установила следующее. Обрушение опоры № 3 и двух пролетных строений вызвано полным разрушением бетона ростверка этой опоры. Разрушение бетона ростверка произошло в результате нарушения при строительстве моста технических требований по укладке бетона в ростверке и отступлении от проекта моста. На основании анализа проектной и исполнительной документации, непосредственного обследования обрушения моста и опроса строителей комиссия установила следующее. Обрушение опоры №3 двух пролетных строений вызвано полным разрушением бетона ростверка этой опоры. Разрушение бетона ростверка произошло в результате нарушения при строительстве моста технических требований по укладке бетона в ростверке и отступлении от проекта моста. Нарушению технических требований по производству робот на строительстве моста способствовало отсутствие надлежащего контроля и авторского надзора со стороны проектной организации во время строительства опор моста. Некачественная, с длительными перерывами и малыми порциями укладка слоя подводного бетона привело к вымыванию цементного молока из бетонной массы во время ее укладки. 17 Разрушение бетона было ускорено ударами льда об опору при ледоходе 1963 года. В 1970г. в г.Мельбурне (Австралия) произошло обрушение пролетного строения строящегося моста. Общая длина моста вместе с эстакадными участками 2600 м. Центральное пролетное строение представляет собой пятипролетную конструкцию, три центральных пролета, которые поддерживаются вантами, закрепленными на пилонах (рисунок 6). Рисунок 6 - Участок моста Все ванты расположены в одной плоскости. Консольные выступы, располагающиеся по длине конструкции через 3.2м, позволяют увеличить общую ширину пролетного строения поверху до 37м. Выбор способа монтажа боковых пролетных строений положил начало цепи событий, приведших к катастрофе. В контракте на строительство, как это часто бывает, не был определен способ монтажа конструкций. Было принято решение изготовить две монтажные секции пролетного строения непосредственно на земле. Ширина секции 18,5м равна половине ширины пролетного строения, а длина 112м равна пролету. По окончании сборки монтажная секция поднималась до отметки верха опоры и перемещалась по вспомогательным балкам в поперечном направлении. Затем две 18 монтажные секции должны были соединяться на болтах. Для успешного проведения выбранного способа монтажа необходимо: почти полное совпадение продольного очертания одной монтажной секции с продольным опиранием стыкуемой монтажной секции; существенное увеличение жесткости верхнего пояса, т.к. пролет работает уже как разрезная балка. Изгибающий момент в середине пролета во втором случае увеличатся в три раза (рисунок 7). Кроме того, искусственное прижатие секций друг к другу с помощью болтов вследствие косого изгиба привело к появлению прогибов в середине пролета в горизонтальной плоскости до 30мм. Для увеличения жесткости верхнего пояса использовали швеллер высотой 150мм. Для регулирования усилий в опорной части сборки пролета в проектном положении использовалась система гидравлических домкратов. Во время постановки и затяжки болтов центрального болтового соединения было замечено выпучивание соединительных болтов конструкции (одна секция начала разрушаться). В отчете комиссии указывается, что причины аварии объясняются неправильными действиями специалистов и организации, возводивших мосты. Рисунок 7 - Схемы балок 19 На стадии монтажа не была обеспечена безопасность работы конструкции. Кроме того, сам способ монтажа мог быть успешно осуществлен только при тщательном выполнении и большом внимании со стороны строительной и контролирующей организации. Если коснуться аварий мостов, то их биография очень большая /3/. Одна из первых аварий произошла в 1852г. когда рухнул мост Ларош-Бернар (Франция), имевший пролет 196м. Мост вскоре был восстановлен и снова обрушился в 1871г. Спустя два года обрушился мост через реку Огайо у города Уиллинг. Следующие крупные катастрофы произошли в 1864г. и 1889г. с висячими мостами через реку Ниагару. Пролеты мостов составляли соответственно 320 и 386 м. Летом 1940г. было закончено строительство Такомского моста, имевшего третий в мире пролет по тем временам (854м). Мост был построен очень узким (11,9м) из-за слабой интенсивности движения. Полотно моста было подвешено на двух стальных канатах, диаметром 46 см каждый, со стрелой провеса 70,7м. Сразу после постройки моста обнаружилась его большая чувствительность к действию ветра, вызывавшего колебания моста с амплитудами до полутора метров. Были предприняты меры по устранению этого недостатка (демпферы на пилонах и дополнительные связи), но это не смогло предотвратить катастрофу, которая произошла 7 ноября 1940 г. По счастливой (для ученых) случайности аварию удалось запечатлеть на кинопленке. Крушение Такомского моста привлекло огромное внимание исследователей. Впоследствии было сделано несколько попыток связать разрушение Такомского моста с явлением классического флаттера конструкции. Однако общее признание получило другое объяснение, связанное с особым аэродинамическим 20 эффектом. Если в потоке воздуха (жидкости) находится плохо обтекаемое препятствие то за ним образуется вихревой след, причем, вихри сбегают с определенной периодичностью, зависящей от формы и размеров конструкций и скорости потока. Значительные колебания упругих конструкций, связанные со срывом вихрей, называются срывным флаттером. Срывному флаттеру подвержены лопасти воздушных винтов и лопасти турбомашин при достаточно больших углах атаки, а также некоторые инженерные сооружения, находящиеся в вихревом потоке, - висячие мосты, надземные трубопроводы, транспортные галереи, конструкции башенного типа и т.п. Как теперь установлено, причиной обрушения Такомского моста явился именно срывной флаттер. Анализ аварий конструкций, зданий и сооружений позволяет установить основные причины аварий: дефекты и низкое качество строительно-монтажных работ, отступление от проектов при возведении зданий и сооружений и их элементов, нарушение элементарных правил монтажа и условий обеспеченности жесткости и устойчивости конструкций при проектировании и в процессе их возведения, применение материалов и конструкций недостаточной прочности, замена материалов и конструкций или их частей без санкции проектных организаций, недостатки проектных решений в совокупности с дефектами производства работ, перегрузка несущих конструкций в процессе эксплуатации, отсутствие надежных средств и методов антикоррозионной защиты. В ряде случаев, также одной из причин аварии некоторых является конструкций недостаточная под изученность нагрузкой, работы дефектность, неполноценность инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий оснований. 21 Изучение закономерность причин в аварий работе позволяет конструкций, лучше каркасов, изучить различных сооружений, обнаружить недостатки в их проектировании. Все это в целом должно предупредить аварии и обеспечить надежность и долговечность зданий и сооружений. 2 Освидетельствование зданий и сооружений Выявление и проверка состояний и работоспособности конструкций или сооружений и отдельных элементов состоят из следующих основных этапов: 1) освидетельствование, включающее операции по проверке размеров, состоянию материалов в конструкциях, дефектности и других факторов; 2) испытание динамической конструкций нагрузкой, сооружения другими статической внешними и факторами, характерными для данного объекта; 3) при необходимости перерасчет конструкций сооружения с учетом изменений в условиях работы сооружения. Остановимся подробнее на первом этапе испытания зданий и сооружений - освидетельствовании. 2.1 Классификация освидетельствования и его этапы. Освидетельствование сооружений может классифицироваться по следующим основным признакам /2/. 1. Классификация по цели исследования: а) приемочные освидетельствования и испытания законченных строительных объектов перед сдачей их в эксплуатацию; 22 6) освидетельствование и испытание объектов, находящихся в эксплуатации; в) испытание конструкций и их элементов на заводах (заводские испытания); г) научно-исследовательские испытания. 2. Классификация по объектам исследования: а) научные испытания на реальных объектах; б) стендовые испытания отдельных конструкций в лабораториях, на полигонах строительных площадок; в) испытания на моделях. 3. Классификация по характеру приложенной нагрузки: а) статические испытания; б) динамические испытания. Внешняя нагрузка в реальных условиях работы чаще всего бывает комплексная, состоящая из статических и динамических нагрузок. Этапы освидетельствования зависят от поставленных задач и состоят из следующих операций: 1) ознакомление с документацией; 2) осмотр объекта; 3) проверка генеральных размеров конструкций и сооружений; 4) регистрация трещин, смещений узлов и опор; 5) проверка качества материала в сооружении, контроль состояния стыков и соединений. Ознакомление освидетельствовании с документацией зданий, проводится предназначенных к сдаче при в эксплуатацию или зданий, находящихся в эксплуатации. В том и другом случае необходимо ознакомиться с проектной и строительно- 23 монтажной документацией. Особое внимание обратить на изменения проектных решений, на акты скрытых работ. При освидетельствовании зданий, находящихся в эксплуатации, должны быть изучены акты передачи в эксплуатацию, документы о реконструкции, ремонтах и т.п. Осмотр сооружения начинается с установления соответствия между предъявленной документацией и реальным сооружением. Производится детальный осмотр элементов сооружения, начиная с наиболее ответственных. Особое внимание уделяется соединениям, опорным узлам, связям, устанавливается наличие ослаблений сечений подрезами, коррозией, сколами, пропилами и т.п. Отмечается наличие осадок опор и взаимных смещений элементов каркаса. По результатам предварительного осмотра намечается план дальнейших работ по освидетельствованию объекта. Проверка геометрических размеров включает обмер здания по осям, проверку длины пролетов, высоты колонн, их вертикальность. Проверяются размеры сечений конструктивных элементов и их очертание. В тех случаях, когда это невозможно сделать впрямую, например в частично замоноличенных конструкциях, определение размеров можно производить с помощью неразрушающих методов контроля. В частности, могут быть использованы методы ультразвуковой дефектоскопии (метод отражения ультразвука). Регистрация трещин и смещений узлов. Сведения об осадках и взаимных смешениях могут быть выявлены при осмотре сооружения. Кроме того, эти сведения могут быть у службы надзора за зданиями, если оно находится в эксплуатации. Необходимо помнить, что при осадках опор в стене здания появляются трещины. По характеру трещин можно дать предварительную оценку деформации здания. 24 После этого необходимо установить причину, вызвавшую осадку опор или смещение узлов элементов, и дать предварительную оценку деформации здания. После этого необходимо установить причину, вызвавшую осадку опор или смещение узлов элементов, и дать рекомендации по их предотвращению. Трещины должны проверяться на дальнейшее раскрытие замерами, гипсовыми маяками (при росте трещин гипсовый маяк лопается), нанесением меток и т.п. Главным в этом процессе является установление причины появления трещин и способы их устранения. 2.2 Проверка качества материалов в конструкциях. Проверка качества материалов в конструкциях проводится с целью: а) определения физико-механических характеристик; б) обнаружения дефектов в материалах и соединениях; в) измерения размеров (толщин) для конструкций доступных для измерения лишь с одной стороны; г) проверки химического состава и структуру материалов; Оценка качества материалов в конструкциях может быть произведена способами, которые можно подразделять на три основные группы: 1) способы, связанные с извлечением образцов, что приводит к нарушению сплошности материала; 2) оценка прочности по поверхностным свойствам материала, при которой на поверхности изделия остаются вмятины или сколы; 3) неразрушающие методы оценки прочности и контроля качества изделий. При применении способов связанных с извлечением образцов из материала необходимо учитывать, что сечение конструкции при этом ослабляется. Сечение элемента или конструкции после взятия 25 образца необходимо восстановить. Извлечение бетонных образцов лучше всего производить высверливанием бетонных цилиндров с помощью алмазных коронок. Кроме того, могут быть использованы стальные диски и ленточные плиты для вырезки кубиков. Образовавшиеся при этом пустоты необходимо замонолитить бетоном соответствующей марки на безусадочном цементе. При извлечении образцов из металлических конструкций пользуются огневой резкой. Возможно, применение электроэрозионной резки (импульсами электрического тока). Вырезки в конструкции также должны быть заполнены вваркой соответствующих вставок с усилением их в случае необходимости накладками. Извлечение образцов в деревянных конструкциях нецелесообразно ввиду большой ортотропности материала. Нарушение сплошности в этом случае ведет к разрыву волокон, что резко снижает прочностные характеристики конструкции. Даже усиление конструкции вставками и накладками не может гарантировать в деревянных конструкциях восстановления сплошности материала. Участок должен быть защищен от попадания влаги и антисептирован. Примеры испытания древесины на срез, и бетона на срез и отрыв достаточно подробно изложены в работе /5/. Остановимся подробнее на оценке прочности материала по его поверхностным свойствам. Эти способы отличаются простотой и доступностью и дают достаточно хорошее совпадение. Оценка прочности бетона по его поверхностным свойствам может производиться методом ударного отпечатка, упругого отскока бойка, вдавливания штампа, объемом лунки при выстреле в бетон, скалывания и отрыва бетона. Методы, основанные на приборах механического действия, основаны на корреляционной связи между 26 измеряемыми параметрами и пределом прочности бетона при сжатии. К приборам механического действия относятся комплексный прибор КМ, эталонный молоток Кашкарова, прибор типа ХПС, прибор типа ГПНВ-5 и другие. Комплексный прибор типа КМ имеет два сменных ударника (стержневой и шариковый). При стержневом ударнике определяют величину отскока, а по ней прочность бетона по тарировочным кривым. При шариковом ударнике прочность определяют по диаметру отпечатка. Недостатком прибора является то, что со временем упругие свойства пружины меняются. Более перспективным в этом смысле является эталонный молоток (рисунок 8), оснащенный эталонными стержнями из гладкой арматурной стали длиной 150мм, диаметром 10мм. 1-корпус; 2-пружина; 3-стакан с отверстиями для шарика 4 и эталонного стержня 5; 6-металлическая рукоятка; 7-головка. Рисунок 8 - Эталонный молоток При ударе молотком по поверхности испытываемой конструкции одновременно получается два отпечатка; один на бетонной поверхности (dδ), второй на эталонном стержне (dэ). 27 Отношение этих диаметров не зависит от силы удара. На поверхности конструкции наносится серия ударов, после каждого удара эталонный стержень сдвигают на 10мм. После использования одной образующей стержень можно повернуть на 90º относительно его оси. Таким образом, на одном стержне получаем 4 ряда отпечатков. Для каждой серии отпечатков вычисляют отдельно сумму всех отпечатков на бетоне и стержне и находят dδ/dэ. Затем по тарировочному графику находят прочность бетона /6/. Портативный прибор типа ХПС ударного действия с двумя заданными энергиями удара 500 и 125 Н/см имеет ударную часть, снабженную шариком диаметром 10мм. Ударник вдвигается в прибор, вдавливанием его, увлекает за собой боек, сжимающий ударную пружину. При освобождении бойка он наносит удар по бортику ударного стержня. Шарик на конце стержня вдавливается в поверхность испытываемого среднеарифметического значения изделия. По величине диаметра лунки, пользуясь тарировочной кривой, находится прочность бетона. Портативным гидравлическим пресс-насосом ГПМВ-5 вдавливают стальные шарики, размещенные в выдвижных ножках статической силой 5кН. По средним значениям диаметров отпечатков с помощью тарировочной кривой определяют предел прочности бетона в конструкции. Твердость металла определяют, пользуясь соответствующими шкалами Бринелля, Роквелла, Виккерса путем вдавливания стального шарика или алмаза или измеряя упругий отскок по Шору. Наибольшее применение в области строительства получил прибор Польди (рисунок 9) ударного действия. 28 По ударному отпечатку на конструкции (d) и на эталонном бруске (dэт), зная его твердость, по формуле определяют твердость металла HB HB ЭТ 2 D D 2 d эт D D d 2 2 , (2.1) где D - диаметр шарика. Удар наносят молотком по ударному стержню. 1-исследуемый материал; 2-стальной шарик; 3-ударный стержень; 4-обойма прибора; 5-эталонный брусок. Рисунок 9 - Схема прибора Польди Определение прочности и марки металла производится с помощью соответствующих таблиц. Прибор Польди дает лишь ориентировочную характеристику прочности металла, он очень полезен для ускоренной проверки материала, а также при отбраковке поступающих заготовок. Косвенный метод оценки металла нашел широкое применение при освидетельствовании благодаря своей простоте и удобству в работе. 29 сооружений Оценка прочности древесины. Применяется метод ударных отпечатков А.Х. Певцова. При этом о прочности древесины судят по диаметру вмятины, на поверхности конструкции при падении стального шарика с высоты 50см (рисунок10). 1-испытуемый элемент; 2-натянутая нить; 3-стальной шарик перед испытанием; 4-шарик в момент удара. Рисунок 10 - Оценка прочности древесины ударом шарика по вертикальной поверхности Диаметры отпечатков фиксируются с помощью белой и копировальной бумаги. Для оценки прочности древесины пользуются, экспериментальными кривыми, построенными для различных сортов дерева. 30 Методы неразрушающих испытаний 3 Одной из главных причин, снижающих качество продукции, являются скрытые дефекты. Большая часть отказов изделий в начальный период их эксплуатации связана с проявлением скрытых дефектов производства. Этими же дефектами вызваны многие отказы и на более поздних этапах работы конструкций. Поэтому в повышении, надежности работы конструкций важная роль принадлежит неразрушающим методам контроля - дефектоскопии. За последние два десятилетия физика и техника неразрушающего контроля сделала большой скачок вперед, и благодаря этому дефектоскопия направлений стала одним из наиболее быстро развивающихся прикладной науки, для которого характерно использование новейших достижений теории и экспериментальной техники. Развитие дефектоскопии сопровождается бурным ростом потока новой научной информации и специализацией по узким темам и направлениям. Перспективным является комплексное использование традиционных и новых методов дефектоскопии, рациональное сочетание разрушающих и не разрушающих испытаний. Рассмотрим некоторые методы неразрушающего контроля изделий, основанные на достижениях современной физики. 3.1 Акустические методы исследования материалов. Акустические методы относятся к группе неразрушающих и имеют большую разновидность /7,8,9,10/. Они основаны на использовании характеристик колебательных процессов при распространении в исследуемом материале упругих волн и их измерении электронными способами. К акустическим методам 31 обычно относятся: ультразвуковой импульсный, фазовый, резонансный и ударный методы. Ультразвуковой импульсный метод, основанный на использовании механических колебаний высокой частоты (более 20 кГц) и измерений скорости их распространения в исследуемом материале. Для возбуждения ультразвуковых волн и измерения времени их прохождения применяется специальная аппаратура. Генератор высокочастотных импульсов посылает импульсы на излучатель, преобразующий электрические импульсы в механические волны, которые проходят через бетон и попадают на приемник. В приемнике эти колебания преобразуются в электрические импульсы и попадают в усилитель, а затем на индикатор электронно-лучевой трубки. Скорость импульсов определяют по формуле, (1м/с) =103*l/t, (3.1) где l - база прозвучивания (толщина изделия), мм; t- время распространения. Прозвучивание может осуществляться по двум схемам. Метод прямого прозвучивания приведен на риcунке 11,а, когда источник ультразвука и приемник расположены по разные стороны от изделия. Часть ультразвуковых волн, встречая дефект, не попадает на приемник. В тех случаях, когда к изделию невозможно подойти с противоположных сторон (большие массивные изделия, частично замоноличенные конструкции и т.п.), пользуются методом отражения ультразвука. Метод предусматривает более изменение чувствителен, двух 32 параметров чем первый, одновременно амплитуды отраженного сигнала и времени его прохождения. Время прохождения сигнала может измеряться с помощью импульсных частот - модулированных систем. Для обеспечения надежного акустического контакта на мембрану преобразователя и поверхность бетона в месте прозвучивания наносится тонкий слой технического вазелина или другого вязкого смазочного вещества. а - прямое прозвучивание; б - метод отражения; I – изделие; 2 – излучатель; 3 - приемник ультразвука; 4 - усилитель 5 – устройство фиксирующее время; 6 – электронно-лучевая трубка; 7 - хронизатор; 8 –генератор. Рисунок 11 - Схема прозвучивания Ультразвуковой импульсный метод позволяет определить прочностные характеристики бетона V E *, К где Е – модуль упругости материала; ρ - его плотность; К- коэффициент, зависящий от вида конструкций: 33 (3.2) для стержневых систем К=1; для пластин и других тонкостенных конструкций K для трехмерных массивов K 1 ; 1 2 1 ; 1 * 1 2 Здесь μ – коэффициент Пуассона. Эти же методы прозвучивания легли в основу ультразвуковой дефектоскопии. При прозвучивании ультразвуковые волны, встречая дефекты (пустоты, расслоения, трещины), попадают на приемник в измененном виде, что фиксируется приборами. Резонансный метод позволяет по частоте собственных колебаний и ширине резонансного амплитудного пика определить динамический модуль упругости и логарифмический декремент затухания. Динамический модуль упругости (в МПа) вычисляют по частоте собственных изгибных колебаний /7/ E g 0,00789 * c * l 4 * f n2 * 1 , r2 (3.3) где l – длина элемента; с – коэффициент, зависящий от характеристик сечения; fn – собственная частота изгибных колебаний; ρ – плотность материала; r– радиус инерции сечения элемента. При продольных колебаниях E g 0,4 * l 2 * f n2 , 34 (3.4) где fn – частота продольных колебаний. Модуль сдвига определяют по частоте крутильных колебаний G 0.4 * k * l 2 * f k2 * , (3.5) Динамический коэффициент определяют по формуле g 0.5 * E g / G g 2 (3.6) Резонансный метод дефектоскопии применяется для контроля толщины при одностороннем к ним доступе, а также для выявления в изделии трещин и расслоений. При прохождении ультразвуковых колебаний, дойдя до границы раздела, отражаются от нее и снова попадают на преобразователь. В случае если частота ультразвуковых колебаний совпадает с собственной частотой испытуемого изделия, возникает резонанс, по характеру которого и судят о наличии дефекта. При наличии дефекта резонанс возникает не на собственной частоте изделия. На характер зависимости между прочностью бетона и скоростью распространения в нем ультразвука влияют различные факторы, и, прежде всего следующие: вид крупного заполнителя, его крупность, пористость и процентное содержание в единице объема исследуемого объекта; соотношение расхода заполнителей к расходу цемента, а также вид цемента и его активность; технологии изготовления железобетонных элементов (способ приготовления и уплотнения бетонной смеси, принятого режима твердения, влажности батона); наличие арматуры в испытуемой конструкции, 35 т.к. скорость звука в металле, больше, чем в бетоне, и другие факторы. В связи с этим и аппаратура, применяемая для ультразвуковых испытаний бетона, несколько отличается от аппаратуры для испытаний металла. Главная причина, породившая его различие, заключается в затухании ультразвука, которая в бетоне и металле происходит по-разному, различие также и в средней величине неоднородности, в акустических сопротивлениях. Подробные сведения о приборах для акустических испытаний можно найти в работе /10/. 3.2 Методы, использующие ионизирующие излучения. В строительной практике для исследования состояния материалов и конструкций получили распространение методы, основанные на использовании ионизирующих излучений, таких как рентгеновское, гамма-излучение, нейтроны. Наиболее широкое практическое применение при испытаниях строительных конструкций ионизирующими излучениями получили гамма-лучи, которые представляют электромагнитные колебания высокой частоты (f = 1020 Гц) с энергией в диапазоне (0,5+16)х10-13 Дж, что обеспечивает их большую проникающую способность. Основными характеристиками источников гамма-излучений является энергия квантов, период полураспада и активность. Энергия квантов электромагнитного излучения измеряется в электрон-вольтах (эВ). Электрон-вольт - это энергия, приобретаемая, электроном в результате прохождения разности потенциалов в I вольт. Энергия γизлучений может быть определена из выражения E h * h*c , J 36 (3.7) где h – постоянная Планка; ν – частота волнового движения; с – скорость распространения γ квантов (с=3*10м/сек); J – длина волны. Радиоактивный распад – самопроизвольный процесс, характеризуемый количеством радиоактивного вещества, которое остается не разделившимся спустя некоторое время и выражается зависимостью Nt N0 e st , (3.8) где N – количество не распавшихся ядер вещества; N0– начальное количество ядер вещества; s– постоянная распада (s=0.693/Т); t – время; Т – период полураспада. Период полураспада радиоактивного вещества характеризуется временем, в течение которого распадается половина радиоактивных ядер данного вещества и выражается зависимостью Т=0.693/s. Активность источников γ–излучений характеризуется скоростью радиоактивного распада в единицу времени и определяется из выражения α=s*N. С течением времени активность меняется по экспоненциальному закону 0 * e 0.693*t T 37 (3.9) Активность измеряется скоростью распада в секундах. Скорость распада не зависит от давления, температуры окружающей среды и даже химического состава соединения, в которое входит радиоактивный элемент. Рассмотрим практическое применение радиометрических методов при исследовании изделий и материалов. Определение Наиболее объемной массы распространенными строительных источниками материалов. γ–излучения, применяемыми в строительстве, является радиоактивный кобальт С060 (Е=1,25Мэв, Т=5,3года) и радиоактивный цезий Сs137 (Е=0,662Мэв, Т=33года). Применение указанных радиоактивных изотопов обусловлено главным образом тем, что испускаемые ими γ – кванты обладают такой энергией, при которой наиболее вероятным процессом их взаимодействия с легкими элементами являются процессы комптоновского комптоновского рассеяния рассеяния. γ–квантов прямо Интенсивность пропорциональна количеству электронов nэ в единице объема вещества, которое в свою очередь, прямо пропорционально плотности ρ (или объемной массе γ) вещества nэ N 0 * z * , A (3.10) где N0=6.02х1023 - число Авогадро; z — число электронов в данном атоме (порядковый номер элемента); А - атомный вес. Для большинства химических элементов, слагающих строительные материалы, величина z/А - постоянная и равна 1/2. Отсюда величина линейного коэффициента 38 комптоновского рассеяния σ (σ=σк*пэ) определяется главным образом объемной массой (плотностью) материла и не зависит от его химического состава. Это обстоятельство является фундаментальной физической предпосылкой использования гамма излучения для определения объемной массы вещества. Практически для определения объемной массы материала могут быть использованы два метода: метод, основанный на регистрации интенсивности, прошедшей через слой поглотителя гамма-излучения (гамма-абсорбционный метод) и метод, основанный на регистрации интенсивности рассеянного материала гамма-излучения (метод рассеяния). При методом измерении возможны объемной массы следующие гамма-абсорбционным геометрические схемы просвечивания: 1-бесконечная геометрия, когда источник γ-квантов и детектор находятся в объеме исследуемого материала (рисунок 12,а), геометрические размеры которого не оказывают влияния на результаты измерений; 2 - полубесконечная геометрия (рисунок 12, 6), когда источник излучения погружен в объем материала, а детектор расположен на его поверхности; 3 – барьерная геометрия (рисунок 12, в), когда источник излучения и детектор находятся с противоположных сторон слоя материала конечной толщины. Рисунок 12 - Схемы просвечивания материала 39 Просвечивание материала может осуществляться узким пучком, когда на детектор не попадают рассеянные γ – кванты, и широким пучком, когда на детектор попадают не только прямое, но и рассеянное γ–излучение. моноэнергетического Поглощение гамма-излучения узкого пучка материалом описывается экспоненциальной зависимостью J J 0 e r 0 (3.11) где J0 - регистрируемая детектором интенсивность при отсутствии поглотителя; J - регистрируемая интенсивность после прохождения излучения через слой поглотителя толщиной r; μ- массовый коэффициент поглощения, зависящий от энергии источника излучения и состава исследуемого материала, имеющего (объемную массу γ0 ) плотность ρ. Из (12) можно определить объемную массу материала 0 ln J 0 ln J 0r (3.12) При просвечивании материала широким пучком γ-излучения зависимость (12) примет вид J J 0 e r B 0 40 (3.13) где В - фактор накопления, учитывающий вклад рассеянного γизлучения в общую регистрируемую интенсивность. Фактор накопления является функцией энергии источника γквантов, углового распределения излучения в исследуемой среде, геометрии источника, атомного номера и толщины просвечиваемого слоя, а так же взаимного расположения источника и детектора. 1-корпус датчика, 2-детектор; 3-регистрирующий прибор; 4источник излучения; 5-защитный экран; 6-ручка датчика. Рисунок 13 - Схема регистрации рассеянного излучения Метод рассеяния основан на регистрации активности рассеянного γ-излучения. При этом детектор расположен с той же стороны, что и источник γ-квантов (рисунок 13). Метод применяется в тех случаях, когда невозможно применить гамма-абсорбционный, т.е. если доступ к объекту возможен только с одной стороны. Например, при определении объемной массы материала наружных стен сооружений, крупноразмерных бетонных и железобетонных покрытий и т.п. 41 Метод рассеяния является более перспективным, хотя зависимость объемной массы от различных факторов в этом случае является более сложной. J p ( E0 , z, , R) (3.14) где Jp- регистрируемая интенсивность рассеянного излучения; Е0 - энергия источника γ-излучения; z -эффективный атомный номер среды; γ объемная масса среды; R - расстояние между центрами источника и детектора (база прибора). Для регистрации ядерных излучений применяются ионизационные камеры (токовые и импульсные), пропорциональные счетчики, счетчики Гейгера-Мюллера, сцинтилляционные счетчики, полупроводниковые детекторы. Наиболее широкое применение в приборах, служащих для контроля объемной массы строительных материалов нашли газоразрядные счетчики Гейгера-Мюллера и сцинтилляционные счетчики. Эффективность регистрации γ- излучений счетчиками Гейгера-Мюллера не превышает 1% от числа падающих на счетчик γ - квантов. Достоинствами является то, что они требуют; сравнительно невысокого напряжения (350-450 В), а амплитуда импульсов, вырабатываемых ими, может измеряться целыми вольтами, что значительно упрощает их эксплуатацию в полевых испытаниях. Отличительной особенностью сцинтилляционных счетчиков являйся их высокая эффективность, достигающая нескольких 42 десятков процентов, и большая разрешающая способность, благодаря: чему применение их при измерении гамма-излучения является весьма перспективным. Нейтронные методы контроля влажности строительных материалов. Контроль влажности осуществляется при помощи источников быстрых нейтронов. При взаимодействии с веществом нейтроны сталкиваются с ядрами атомов и теряют свою кинетическую энергию. Потеря энергии будет тем больше, чем меньше атомный вес элемента. Поэтому максимальное замедление нейтронов будет при столкновении их с ядрами водорода. При столкновении их с ядрами водорода быстрые нейтроны с энергией в несколько миллионов электрон-вольт превращаются в медленные (тепловые) нейтроны с энергией 0,025 эВ. Таким образом, регистрируя количество медленных нейтронов, получаемых в результате облучения материала быстрыми нейтронами, можно с достаточной точностью определить содержание водорода, а, следовательно, и воды в исследуемом материале. Получение нейтронов обычно осуществляется путем облучения бериллиевых мишеней потоком γ- частиц. Происходит следующая реакция Be9 C 12 n Период полураспада препарата и (3.15) энергии нейтронов, возникающих при этой реакции, зависит от материала мишени и типа излучателя. В качестве последнего используется Соответственно различают P0210 , Ra226 , Pu239 . поллоний-бериллиевые, 43 радий- бериллиевые и плутоний-бериллиевые источники. При регистрации медленных нейтронов пропорциональные и используются сцинтиляционные ионизационные счетчики камеры, и счетчики, основанные на методе радиоактивных индикаторов. Гамма-дефектоскопия применяется для обнаружении дефектов в материалах - изделиях, для определения положения и диаметра арматуры в железобетонных конструкциях, контроля качества сварных швов, в толщинометрии и т.п. В комплект гамма-аппаратов входят радиационная головка с источником излучения и штатив для ее установки, а аппараты с дистанционным управлением дополнительно комплектуются пультом управления. С помощью пульта управления производится дистанционное перемещение источника в рабочее положение и открытие затвора радиационной головки. Световое сигнальное устройство на пульте управления дефектоскопа указывает положение источника излучения в любой момент времени. Дефектоскопия просвечиванием сварных сварных соединений швов производится гамма-излучением. Регистрируя степень его поглощения на различных участках шва, выявляют дефекты шва. На пленке дефекты шва будут фиксироваться в виде темных полос и пятен в зависимости от их вида и природы возникновения, для регистрации гамма-излучения при дефектоскопии сварных соединений ксерорадиографический излучение позволяет используются и рентгенографический, флуорископический просвечивать сталь методы. толщиной до Гамма0,2м. Применение газоразрядных и сцинтилляционных детекторов для регистрации гамма-излучения повышает чувствительность метода дефектоскопии. 44 Дефектоскопия строительных материалов и конструкций с использованием гамма-излучения в зависимости от условий просвечивания производится одним из двух способов, применяемых при определении объемной массы материала, т.е. гамма- абсорбционный метод и метод рассеяния (гамма-гамма метод). Методика гамма-дефектоскопии материалов и конструкций принципиально не отличается от методики дефектоскопии сварных соединений. При дефектоскопии пластмасс и древесины, имеющих малые значения объемных масс, целесообразно применять источники гамма-излучения с низкой энергией, что позволяет повысить чувствительность метода (например, барий - 1ЗЗ и тулий -170). Определение положения и размеров арматуры в железобетонных конструкциях производится также просвечиванием изделий гаммаизлучением. Для регистрации гамма-излучения при просвечивании используют фотоплёнку, и газоразрядные или сцинтилляционные счетчики. Для определения пространственного положения арматурных стержней в конструкции делают два снимка в разных плоскостях. Арматурные стержни на снимке будут в виде светлых полос. 3.3 Магнитные и электромагнитные методы испытаний. Магнитные методы контроля основаны на регистрации магнитных полей, образующихся в зоне дефекта ферромагнитных изделий после их намагничивания. Различные дефекты в намагниченном металле вызывают искажение магнитных силовых линий. Эти искажения появляются вследствие того, что раковины, трещины, поры, включения и другие дефекты в металле обладают иными магнитными свойствами, чем окружающий их металл. 45 Одним из магнитных методов обнаружения дефектов в намагниченном металле является магнитно-порошковый метод. Сущность его заключается в том, что наличие дефекта в металле выявляется по магнитному полю рассеивания ферромагнитных частиц (порошка) вокруг дефекта. При наличии дефекта по его контуру образуются порошковые рисунки. Этот метод контроля является простым и достаточно надежным для обнаружения дефектов. В качестве магнитных порошков используется измельченный ферромагнит, обладающий высокой магнитной проницаемостью, получаемой из отходов стали. Перед нанесением порошков поверхность испытуемого материала очищают от окалины и ржавчины путем обработки ее пескоструйным аппаратом, проволочной щеткой или методом шлифования. В настоящее время для контроля методом магнитного порошка используются магнитные дефектоскопы типа ДМП-3 (передвижной), ПМД-ЗМ, УМДЭ-2500 и другие. Электромагнитные методы контроля, подразделяют на магнитографический, магнитно-индукционный и метод феррозонов. Магнитографический метод получил широкое распространение при контроле качества сварных швов (трещины, непровары, газовые поры, шлаковые включения). Метод позволяет не только выявлять потоки рассеяния, возникающие вокруг дефектов, но и фиксировать их с помощью ферромагнитной ленты. Для контроля качества сварных швов может быть использован магнитографический дефектоскоп МГК-1. Для выявления дефектов в сварных швах могут быть использованы магнитно-индукционные методы, основанные на том, что потоки рассеяния от дефекта возбуждают э.д.с., которая 46 усиливается, преобразуется в звуковые сигналы либо подается на самопишущие или осциллографические устройства. Контроль напряжений в арматуре основан на том, что при деформациях ферромагнитных материалов под воздействием внешних сил изменяются их магнитные свойства. Для каждого контролируемого материала устанавливается зависимость между его магнитной проницаемостью и изменением напряжения 0 (3.16) 0 f где - изменение напряжения; 0 - изменение магнитной проницаемости под действием напряжений; пропорциональности, f-коэффициент связывающий магнитострикционные свойства материала и интенсивность магнитного поля. Для измерения напряжений используется прибор типа ИМП, для которого предварительно строят тарировочный график зависимости между приращением напряжений, вычисленными показаниями тензометра и изменением магнитной индукции. Определение толщины защитного слоя бетона в железобетонных конструкциях может осуществляться прибором, принцип действия которого основан на изменении магнитного поля параллельных магнитов, при приближении их к арматуре конструкции. Прибор состоит из корпуса (рисунок 14), внутри которого расположены два магнита призматической 47 формы и один подковообразный магнит-рамка. При отсутствии арматуры рамка прибора находится в равновесии. При этом точка 0 с нулевой напряженностью магнитного поля находится в центре. При приближении прибора к арматуре напряженность магнитного поля меняется, и точка 0 перемещается по направлению к арматуре. Восстанавливая равновесие сил, рамка поворачивается на определенный угол. По величине этого угла можно определить расстояния до арматуры. I магниты, 2 - рамка, 3 - арматура, 4 - железобетонное изделие Рисунок 14 - Схема определения толщины защитного слоя бетона 3.4 Методы оптической голографии и когерентной оптики. В 1947г. английский ученый (венгр по происхождению) Деннис Габор открыл принцип реконструкции волнового фронта и обосновал, таким образом, способ непосредственного считывания всей оптической информации, т.е. амплитуды и фазы волны, по двухмерной записи /2/. 48 Иными словами Д. Табор открыл способ записи трехмерных предметов на двухмерной среде. Он же ввел понятие голографии. В качестве объекта «транспаранта» он использовал изображение, в котором были только прозрачные и непрозрачные места без плавных переходов оптической плотности. Сквозь прозрачные места проходил когерентный фон. Зарегистрированная таким образом интерференционная картина получила название голограммы. Вторая стадия географического процесса заключается в следующем. После экспонирования фотопластинку проявляют и удаляют. Благодаря дифракции света на интерференционной структуре, зарегистрированной фотопластинкой, на месте предмета появляется его изображение. В последующие пятнадцать лет в голографии заметных изменений нет. И только в 1962г. работа Ю.Н. Денисюка внесла существенный вклад в ее дальнейшее развитие. В классическом методе Габора опорный и когерентный фон направлялись на фотопластинку с одной стороны. Денисюк предложил направлять интерферирующие пучки навстречу друг другу. В этом случае появилась возможность регистрировать голограмму непрозрачных отражающих предметов. Наибольшего развития голография достигла в результате применения в качестве источника света лазера, обладающего большой интенсивностью с высокой когерентностью излучения. Заслуга в применении лазера принадлежит американским учёным С. Лейту и Ю. Упантниексу. Кроме применения лазера они усовершенствовали метод Габора путем использования для записи и реконструкции части голограммы, находящийся вне оси системы. Таким образом, удалось пространственно разделить оба изображения и когерентный фон. Еще 49 одним усовершенствованием этих ученых явилось применение рассеянного света. голографируемым Помещая транспарантом, матовую они пластинку добились перед равномерного освещения, не нарушая при этом когерентности света. При реконструкции изображение объекта наблюдается на светлом фоне. Голографический процесс. Голография существенно отличается от принципов линзового формирования изображений. Как отмечалось выше, в голографии регистрируются амплитуда и фаза всей рассеиваемой поверхностью объекта волны на некотором расстоянии от него, причем регистрируется таким образом, что эти же амплитуда и фаза могу быть воссозданы в любой момент времени. 2 3 4 5 1 7 6 1 (а) - Регистрация голограммы; (б) - восстановление изображения с голограммы; 1-лазер; 2-опорный пучок; 3-объект; 4- фотографйческая пластина; 5-освещающий; 6–голограмма; 7–мнимое изображение. Рисунок 15 50 На рисунке 15,а изображена схема простого устройства для регистрации голограммы освещенного объекта (полого цилиндра). Рассеиваемый объектом свет попадает на фотопластинку расположенную, на некотором произвольном расстоянии от объекта. Сам по себе этот свет произвел бы только однородное засвечивание эмульсии, но перед регистрацией, он смешивается с порцией света, идущего непосредственно от лазера. Две волны, одна из которых имеет сложное распределение фазы и амплитуды, а другая однородное, интерферируя, образуют периодическую картину темных и светлых полос, которая регистрируется фотографической эмульсией в виде голограммы. Изображение восстанавливается голограммой при освещении ее прямым излучением от лазера, т.е. опорным пучком (рисунок 15, б). Если наблюдатель смотрит сквозь голограмму, то ему кажется, что он видит исходный объект на месте, несмотря на то, что объект уже убран. Это изображение объекта называется мнимым, но изображение является в полной мере трехмерным. Измерение деформации. На рисунке 15,6 мы получили при освещении опорным пучком лазера изображение объекта. Если сам объект при этом не трогать, то изображение точно накладывается на него. Предположим теперь, что объект слегка сдвинется или деформируется. Тогда мы увидим, что поверхность объекта покроется интерференционными полосами. Количество и расположение полос, зависит от величины и формы деформации. Это один способ ("живой") измерения малых деформаций. Другая методика заключается в съемках голограммы до, и после деформации восстановления (дважды объект экспонированная (мнимый), голограмма). тоже будет После покрыт интерференционными полосами ("замороженные" полосы). Анализ 51 показывает, что по сравнению с измерением обычными приборами для контроля напряжений голографическая интерферометрия более удобна для регистрации выпучивания или разбухания поверхности, но не ее растяжения. Дефектоскопия с использованием топографической интерферометрии позволяет обнаружить очень малые дефекты. Например, в 1969г. Бастерс провел ряд испытаний тонких металлических мембран, используемый в датчиках давления. В случае нагружения такой мембраны очень малым давлением выпучивание поверхности оказывается однородным. Если регистрируются дважды экспонированные голограммы «замороженных» полос, последние образуют при восстановлении симметричную контурную картину полос (рисунок 16,а). Однако если в материале мембраны имеется некоторая «слабая» область или дефект, то это проявляется в виде нарушения контурной картины. а - качественная мембрана; б - мембрана с дефектом Рисунок 16 - Интерференционные полосы на мембране под действием давления 52 Голографическая интерферометрия оказывается также удобным методом измерения малых пластических деформаций. В 1969г. Бредфорд /9/ исследовал процесс "восстановления" формы, ряда пластических материалов после того, как в них образовалась выемка, например, в результате удара по ним или давления. Промежуток времени, в течение которого продолжается процесс восстановления формы, оказался неожиданно большим. Перспективным является идея использования голографически зарегистрированного изображения в качестве оптического шаблона. Например, изображение "эталонного" образца можно было бы сравнить по форме с серийно выпускаемыми изделиями. При возникновении интерференционной картины можно говорить о несоответствии образца эталону и, кроме того, оценить это несоответствие как качественно, так и количественно. Но; если поверхности изделия не являются очень гладкими, эта методика не может применяться, поскольку индивидуальные точности велики по сравнению с длиной волны света и не совпадают у двух рассматриваемых поверхностей. Поэтому метод целесообразно применять для контроля изготовления изделий большой точности и чистоты обработки. 4 Испытание конструкций статистической нагрузкой Испытание строительных конструкций статистической нагрузкой по своему назначению можно разбить на четыре направления: 1) приемочные испытания; 2) испытания эксплуатируемых сооружений; 53 3) испытание конструкции и элементов при серийном изготовлении; 4) научно-исследовательские испытания. Приемочные испытания проводятся при передаче законченных сооружений в эксплуатацию и промежуточных приемках в процессе строительства. Проверяются состояние объекта и соответствие показателей его работы проектным и нормативным требованиям. Конструкции эксплуатируемых зданий испытываются с целью проверки возможности их дальнейшей эксплуатации. Такие испытания проводятся по плану, а также после реконструкции здания или при появлении различных повреждений, влияющих на несущую способность каркаса сооружения. Испытания серийно выпускаемых элементов и конструкций проводятся с целью установления фактической несущей способности и других характеристик конструкций. При этом испытуемые образцы доводят до разрушения. По результатам выборочных испытаний судят обо всей партии конструкций. И, наконец, научно-исследовательские испытания проводятся с целью проверить или дать оценку теории, испытать новый тип конструкций, новые материалы, проверить новые режимы работы и т.д. 4.1 Виды испытательных нагрузок и предъявляемые к ним требования. В качестве испытательных нагрузок применяются: весовые, действующие на конструкцию непосредственно своим весом; нагрузки с применением рычажных приспособлений; усилия, создаваемые различными механизмами. К испытательным нагрузкам требования: 54 предъявляются следующие 1) нагрузки, применяемые при испытаниях, не должны образовывать самонесущие своды, т.к. в этом случае искажается схема передачи нагрузки на конструкцию, как по величине, так и по характеру; 2) вес грузов должен легко определяться, чтобы можно было вести точный учет величины нагрузки; 3) грузы должны быть транспортабельны; 4) при испытаниях на открытом месте не рекомендуется применять гигроскопичных грузов, т.к. при увеличении влажности атмосферы такие грузы могут значительно увеличить нагрузку на конструкцию. В качестве испытательных нагрузок могут применяться любые подручные грузы, если они отвечают требованиям. В полевых условиях удобно применять песок в определенной таре, емкости с водой, бетонные блоки и кирпичи различных размеров. Преимуществом перечисленных грузов является то, что легко определить их вес, а главное - дешевизна. Основным недостатком весовых грузов является то, что их применение требует много времени и труда. В тех случаях, когда небольшими грузами требуется создать большие усилия, удобно применять рычажные приспособления. Рычажные приспособления могут иметь различную схему передачи выгрузки (рисунок 17) в зависимости от постановки задачи, но все основаны на одном принципе - увеличении создаваемого усилия в конструкции за счет удлинения рычага. Например, в случае сжатия конструкции (рисунок 17, б), если принять соотношения b/f=4, то в испытуемой стойке развивается усилие 5P при весе испытательного груза равном P. Испытательные нагрузки 55 а - на изгиб; б - на сжатие; 1 – конструкция; 2 – стойка; 3 горизонтальный рычаг; 4 - груз. Рисунок 17 - Схемы испытания конструкций удобнее заменять различными силовыми механизмами, такими как гидравлические и винтовые домкраты, лебедки, различные натяжные приспособления, прессы и т.п. Возможно совместное применение силовых механизмов и рычажных приспособлений. Очень часто при создании равномерно распределенной нагрузки применяется сжатый воздух и надувные приспособления, но это чаще применяется при испытаниях в лабораторных или заводских условиях. Для измерения создаваемых усилий чаще всего применяются технические манометры класса точности + - 2,5%. Применяются образцовые динамометры, снабженные индикатором. 4.2 Выбор схемы загружения. Плиты при испытаниях загружаются в зависимости от граничных условий. При испытании разрезной (статически определимой) плиты загружается только испытуемая плита в пределах заданного пролета. Причем, по длине плита загружается на величину полтора пролета в обе стороны от исследуемого сечения, т.е. на длину трех пролетов. 56 При неразрезной схеме многопролетной плиты нагрузку располагают на испытуемом пролете АВ, а также по обе стороны от испытуемого участка через пролет (рисунок 18,а). В неразрезных конструкциях (статистически неопределимых) происходит значительное перераспределение усилий. Рисунок 18 - Схемы загружения плит При этом пролетные моменты уменьшаются, а схема деформации такова, что загружение пролета разгружает соседние. Поэтому при испытаниях загружают не соседние, а через пролет. С другой стороны, наибольший изгибающий момент в реальных неразрезных плитах при равномерном их загружении возникает в крайнем пролете. Поэтому целесообразно испытать плиту крайнего пролета, загрузив искомый пролет АВ и еще один через пролет (рисунок 18, б). Балки испытываются в зависимости от граничных условий и гибкости по нескольким схемам загружения. Рассмотрим однопролетную балку, которую можно считать жесткой по сравнению с заполнителем (плитами) между балками. Если заполнитель между балками разрезной конструкции, т.е. свободно опертые плиты, то достаточно загрузить два пролета вдоль испытуемой балки АВ (рисунок 19,а). Если конструкция заполнителя 57 неразрезная, то необходимо догрузить еще два пролета в обе стороны от балки АВ через пролет (рисунок 19, б). Рисунок 19 - Схемы загружения балок При гибких балках и жесткой плите целесообразно загружать по три пролета плит с двух сторон от испытуемой балки (рисунок 19, в). В этом случае плиты работают совместно и прогиб любой из них вызывает деформацию прилегающей плиты, т.к. балки гибкие. Многопролетные разрезные балки загружаются на тех участках, в которых требуется определить деформацию. Например, если требуется определить прогиб в пролете, то загружается только пролет (вдоль балки). В поперечном направлении загружение будет по схемам (рисунок 19). Рисунок 20 - Схема загружения неразрезных балок 58 При испытании многопролетных неразрезных балок выбор схемы загружения определяется устройством опор. Так для неразрезной балки АВСД, опирающейся на прогоны, загружается два прилегающих участка в пролете, где определяется прогиб и догружается еще два участка - через пролет в обе стороны (рисунок 20) от искомого АВ. Кроме того, загружается пролет СД. Производят необходимые замеры. После этого догружаются два свободных пролета против испытуемой балки АВ. В случае если балка опирается на колонны, то загружение производят - только против испытуемого участка, например GH в балке EFGH. Причем загружение производится, в той же последовательности как было для участка АВ. Только в этом случае не догружаем пролет EF (рисунок 20). Арки и своды загружают как по симметричной, так и по односторонней схеме для получения наибольшей деформации разного знака в различных участках конструкций. При испытании загружают половину арки (рисунок 21, а) и выдерживают конструкцию до тех пор, пока деформации не перестанут расти. Делают необходимые замеры и загружают вторую половину арки (рисунок 21, б). После выдержки вновь производят замер. Затем снимают нагрузку с той части, которая загружалась первой (рисунок 21, в). После снятия замеров нагрузку убирают. В разгруженном состоянии арки выдерживают и так же производят замеры. Рисунок 21 - Схема загружения арок 59 При испытаниях тонкостенных арок и сводов дополнительно производят испытание на симметричное загружение центральной части на величину одной трети пролета. Фермы могут воспринимать нагрузку по верхнему и нижнему поясу. При этом загружение производится по двум схемам. При испытании стержней поясов ферма загружается по всему пролету. При испытании стержней решетки схема загружения зависит от очертания поясов фермы. Если пересечение верхнего и нижнего поясов лежит в пределах фермы, то загружение будет также по всему пролету. Если же пояса пересекаются за пределами фермы, то загружение происходит в три этапа, и на каждом этапе производятся замеры, т.е. также как при испытании арок (рисунок 21). 4.3 Измерительные приборы. Приборы, применяемые при статических испытаниях, подробно описаны в литературе /5, 7, 8, 12, 13, 14/. Рассмотрим только основные, наиболее широко применяемые в строительной практике. Ко всем приборам, применяемым при испытаниях конструкций, предъявляются следующие основные требования: а) достаточная точность, соответствующая чувствительности прибора; б) простота и надежность конструкции; в) широта диапазона измерений без уменьшения точности; г) отсутствие или сведение к минимуму мертвых ходов; д) удобство и простота чтения шкалы; е) простота и надежность установки приборов перед работой; ж) небольшие размеры и малый вес. По назначению приборы для статических испытаний можно разделить на пять основных типов, служащих для измерения: 60 1. перемещений; 2. местных линейных деформаций; 3. углов поворота; 4. взаимных сдвигов прилегающих элементов; 5. усилий и давлений. Прогибомеры служат для измерения перемещений отдельных точек конструкций сооружения. По характеру работы и конструктивному решению прогибомеры можно подразделить на контактные (индикаторы или мессуры) и с проволочной связью (прогимомеры Максимова, Емельянова, Аистова). Индикаторы (мессуры) часового типа применяются для измерения небольших по величине деформаций. Они просты в обращении и при установке, обладают высокой точностью (0,01 мм), могут использоваться в составе других приборов. Недостатком является небольшой диапазон измерений (до 0,01 м). Наибольшее применение в строительной практике нашли приборы системы Максимова и Аистова с проволочной связью, имеющие неограниченный диапазон измерений. Более совершенным является прогибомер Аистова-Овчинникова ПАО-6. Точность измерения деформаций прибором Максимова - 0,03 мм. Недостатком этого прибора является наличие «мертвого хода» при изменении направления вращения шестеренок. У прогибомера ПАО-6 этот недостаток отсутствует. Прогибомер Аистова позволяет одновременно на трех шкалах оценивать перемещение со следующей точностью: на первой - до 1 см (полный поворот 10 см), на второй - до 1 мм (полный поворот 10 мм), на третьей - до 0,01 мм (полный поворот 1 мм). Прогибомеры с проволочной связью обеспечивают 61 достаточно высокую точность и практически неограниченный диапазон измерения перемещений. Перемещение точки испытуемой конструкции по показанию прогибомеров и индикаторов определяется по формуле ( N1 N 2 )mk , (4.1) где N1, N2 - начальный и конечный отсчеты по шкале прибора; m - цена деления; k - поправочный коэффициент, принимаемый по паспорту прибора. Тензометры служат для измерения местных линейных деформаций, например, при растяжении или сжатии элемента конструкции. Наибольшее распространение в практике испытаний получили струнные, механические и электромеханические тензометры. При длительных испытаниях могут применяться струнные тензометры. Принцип действия этих приборов основан на зависимости частоты собственных колебаний натянутой струны f от напряжения в ней f 1 21 (4.2) , где 1 - длина струны (база прибора); - плотность материала струны. При деформации конструкции изменяется по закону 62 напряжение, струны 4l 2 f 22 f12 (4.3) Тогда относительная деформация 4l 2 2 f 2 f12 E E , (4.4) где f1, f2 - последовательно замеренные частоты собственных колебаний струны до и после приложения нагрузки к конструкции. К механическим тензометрам относится тензометр Гугенбергера с точностью измерения 0.001мм. В его кинематической схеме применена двойная рычажная система, образованная подвижным рычагом и стрелкой, соединенными между собой. Обладая высокой точностью, тензометр Гугенбергера имеет и недостатки: легкую повреждаемость, невозможность применения в дождливую и ветреную погоду при полевых испытаниях. Электромеханические тензометры Аистова ТА-2 и ТА-6 в верхней части устройство, металлического которое микрометрического приложения срабатывает винта нагрузки корпуса к с верхней конструкции имеют от сигнальное соприкосновения частью верхняя рычага. После часть рычага перемещается на величину l . Вращая лимб до появления звукового сигнала берем по нему повторный отсчет С2. Относительная деформация по тензометрам Гугенбергера и Аистова определяется по формуле l 0.01C2 C1 k, l l 63 (4.5) где к - поперечный коэффициент приборов. Тензометры Аистова просты, удобны для установки и надежны в работе. Недостатком изменениям внешней можно считать среды, чувствительность недостаточный к диапазон чувствительности, который лежит в пределах упругой деформации. Тензорезисторы предназначены для дистанционных измерений деформаций. Принцип действия тензорезистора основан на свойстве проводников или полупроводников изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от деформации. В этих приборах различают две основные части: тензорезистор, воспринимающий деформации исследуемого элемента, и регистрирующее устройство, соединенное с тензорезистором в одну цепь. Основной характеристикой тензорезистора является его коэффициент тензочувствительности k где R R - R R , l l относительное (4.6) изменение электрического сопротивления в цепи; l l -относительная деформация исследуемого элемента конструкции; l - длина (база) прибора. Для изготовления тензорезисторов используют обычно сплавы меди и никеля (константа, элинвар и др.). При испытаниях используют проволочные, фольговые тензорезисторы. 64 и полупроводниковые Проволочные представляют петлевые собой тензорезисторы проволочную (рисунок зигзагообразную 22,а) решетку, выполненную из тонкой проволоки наклеенной на бумажную или пленочную основу. Проволочным петлевым тензорезисторам свойственна поперечная чувствительность, обусловленная наличием закруглений, соединяющих прямые участки решетки. Это снижает осевую тензочувствительность. Более чувствительными в этом смысле являются беспетлевые тензорезисторы перемычками. (рисунок 22,6) Благодаря с низкоомными отсутствию медными поперечной тензочувствительности и лучших условий передачи деформации база их может быть уменьшена до 2-3 м. а - петлевой; б - беспетлевой; 1-тензочувствительная проволока; 2- подложка; 3-выводные контакты; 4 - низкоомные перемычки. Рисунок 22 - Проволочные тензорезисторы 65 В настоящее время большое распространение получили фольговые тензорезисторы, имеющие решетку из тонких полосок фольги толщиной 3-10мк, которую наносят на пленку из синтетической смолы или на бумагу, пропитанную клеем (рисунок 23,а). Решетку фольговых тензорезисторов изготавливают фотолитографическим способом. Наличие низкоомных перемычек также как в беспетлевых тензорезисторах, а также плоское сечение снижают поперечную тензочувствительность. а-фольговый; б - полупроводниковый; 1-тензочувствительные элементы; 2-подложка; 3-выводные контакты; 4 -низкоомные перемычки. Рисунок 23 – Тензорезисторы Полупроводниковые тензорезисторы (рисунок 23,6) применяются в упругих элементах различных измерительных приборов, например динамометров, прогибомеров и других, где большое значение имеет высокая чувствительность. К недостаткам полупроводниковых тензорезисторов относятся малая прочность и 66 гибкость, повышенная чувствительность к внешним факторам, например к изменению температуры. Клинометры служат для измерения угловых перемещений. Различают клинометры с уровнем, маятниковые и рычажные. Клинометр с уровнем представляет собой прибор, снабженный уровнем и жестко крепящийся на конструкцию (рисунок 24). При деформации поворота конструкции прибор так же поворачивается. При этом пузырёк смещается. Поворотом винта, имеющего угловую тарировку; выводят пузырек в начальное положение и берут отсчет, соответствующий углу поворота конструкции. 1-уровень; 2-винт; 3-пружина. Рисунок 24 - Уровневый клинометр Маятниковый клинометр Аистова показан на рисунке 25. При повороте конструкции, а, следовательно, и клинометра на какой-то угол маятник отклоняется от вертикали сеть размыкается и прекращается сигнал (звонок или лампочка). Поворотом винта, 67 который; также имеет угловую тарировку, снова замыкаем цепь. При появлении сигнала берем отсчет угла поворота . Рисунок 25 - Маятниковый клинометр Рычажные клинометры представляют собой позволяющие определить угол поворота приспособления конструкции по перемещению двух точек. Перемещения определяются с помощью прогибомеров. Угол поворота определяется по зависимости между углом и сторонами прямоугольного треугольника. Рисунок 26 - Схема измерения сдвигов 68 Сдвигомеры служат для определения взаимных сдвигов прилегающих друг к другу элементов. На базе тензометра ТА-2 разработан тензометр-сдвигомер Аистова ТСА /1/, позволяющий замерить деформации сдвига. Взаимный сдвиг элементов можно замерять и с помощью обычного индикатора (рисунок 26), который закреплён на одном из элементов (П) и находится в контакте с жесткой планкой, закрепленной на другом элементе. Динамометры позволяют непосредственно измерять усилия и напряжения в элементах конструкции. Наиболее распространёнными из них являются динамометры основанные на механическом принципе действия, с упругими элементами соединёнными с указателем на шкале. В последнее время нашли широкое применение электромеханические динамометры с тензорезисторами. По назначению динамометры можно подразделить на арматурные (АД) для измерения усилий в арматуре, грунтовые (ГД) для измерения контактных напряжений на границе фундамента с основанием и бетонные (БД) для измерения сжимающих напряжений в бетоне. 5 Испытание конструкций динамической нагрузкой При испытании конструкций динамической нагрузкой ставятся следующие задачи: 1) определение влияния динамической нагрузки на прочность, жесткость и выносливость конструкции; 2) определение влияния динамической нагрузки на условия нормальной эксплуатации зданий и сооружений; 69 3) выяснение физиологического воздействия колебаний на людей; 4) изучение поведение конструкций под действием динамической нагрузки в особых условиях, например при низких температурах и другие. В связи с этим определяются различные параметры: динамические характеристики конструкций (частота, амплитуда, форма колебаний, коэффициент затухания); параметры динамической эксплуатационной нагрузки (направление, величину, частоту и характер) и другие параметры. К динамическим относятся нагрузки, изменяющие свою величину, направление или место приложения на конструкции. Они бывают следующих основных видов: 1. Неподвижная периодическая нагрузка, меняющая свою величину и частоту. Например, различные станки, двигатели, компрессоры, вибромашины и другие стационарные установки. 2. Подвижная нагрузка, меняющая свое положение на конструкции. Такая нагрузка действует на конструкции моста при движении транспорта, а также передается на подкрановые балки, колонны от мостового крана. 3. Ударная нагрузка, действующая мгновенно в какой-либо точке испытываемого объекта. Создается падающими телами, копрами, молотами, механизмами ударного действия. 4. Импульсная (кратковременная) характеризуемая малым промежутком времени воздействия. Например, действие взрывной волны. 5. Сейсмическая, проявляющаяся в виде беспорядочных движений почвы, толчков и ударов при землетрясениях. 70 6. Ветровая нагрузка, вызванная пульсацией скоростного напора. Воздействует на высотные сооружения, мачты, башни, высокие дымовые трубы. Перечисленные нагрузки могут действовать на сооружение и совместно. Все виды динамических нагрузок вызывают в сооружениях и конструкциях вибрации. Большинство наблюдаемых на практике колебаний - гармонические, которые точно или приближенно происходят косинусоидальному законам. по Эти синусоидальному колебания или изображаются графически виброграммой. 5.1 Свободные колебания конструкции. Свободными или собственными называются колебания, которые совершает конструкция за счет внутренних упругих сил, после того как она была выведена из состояния равновесия силой, которая тут же устранена. Свободные колебания с течением времени затухают (рисунок 27). Рисунок 27 - Виброграмма затухающих колебаний 71 Затухание происходит вследствие того, что часть энергии непрерывно затрачивается на преодоление различных сопротивлений как внутренних, так и внешних. Пользуясь виброграммой можно определить амплитуды постепенно затухающих колебаний (а1, а2,….., аn), период колебаний – Т, частоту f = 1/Т. Период колебаний конструкции под действием сосредоточенного груза без учета собственного веса выражается формулой T 2 Q m , 2 kg k (5.1) где m - масса груза Q; k - коэффициент жесткости, численно равный величине груза, вызывающего единичную деформацию элемента. Величина к – зависит от вида элемента и от характера его деформации. Для однопролетного стержня под действием осевого усилия k EF l (5.2) Для однопролетной статически определимой балки, нагруженной силой в середине пролета k 4bEJ l3 Если же балка защемлена по двум краям, то 72 (5.3) k 192 EJ l3 (5.4) Для консольной балки с грузом на конце k 3EJ l3 (5.5) Частота колебаний равна 1 1 T 2 f k m (5.6) Если учесть собственный вес балки, период колебаний увеличивается, так как к массе прибавится приведенная масса испытываемого объекта. Для балки это будет иметь вид T 2 f 1 2T m mпр.б k , k m mпр.б (5.7) Приведенная масса балки сосредоточенная в той же точке, что и масса груза Q, будет равна для однопролетной определимой балки с грузом посередине пролета 73 статически mпр.б 17 Fl 0.5mб , 135 g (5.8) где mб - масса балки. Для той же балки с защемленными краями mпр.б 0.375 G 0.375mб g (5.9) Наконец для консольной балки с грузом на конце mпр.б 0.25 G 0.25mб g (5.10) Формулы для определения Т и f остаются верными и в том случае, когда груз Q=0 и балка колеблется только под действием собственного веса. 5.2 Вынужденные колебания конструкций. Вынужденными называются колебания, вызываемые внешней динамической нагрузкой при ее непрерывном действии. В случае постоянной величины возмущающей силы и частоты виброграмма имеет постоянно повторяющуюся форму с одним значением амплитуды (рисунок 28). Вынужденные колебания могут возникнуть от действия нескольких внешних возмущающих сил. В этом случае виброграмма будет более сложной, состоящей из суммы нескольких простых. При совпадении частот колебаний собственных и вынужденных 74 Рисунок 28 - Виброграмма гармонических колебаний происходит резкое увеличение амплитуды колебаний. Это явление в технике называется резонансом (РИСУНОК 29). При резонансе возникают не допустимые с точки зрения нормальной работы конструкций перемещения и деформации. Так как частота возмущающей силы растет от нуля до заданной величины, то, в первую очередь, она проходит значение низшей собственной частоты колебаний конструкции. Поэтому низшая частота собственных колебаний конструкций привлекает более пристальное внимание исследователей. Рисунок 29 - Виброграмма резонанса 75 Если внешняя нагрузка прекращает своё действие, то происходит затухание (рисунок 27). Затухание гармонических колебаний характеризуется амплитудами. Степень зависимостью затухания между колебаний смежными характеризуется логарифмическим декрементом колебаний T ln ak , ak 1 (5.11) откуда коэффициент затухания, характеризующий скорость затухания колебаний, равен Для a 1 ln k , T ak 1 практических целей (5.12) определяют среднее значение коэффициента затухания αср, разбив виброграмму на несколько волн. ср 1 a ln k , mT ak m (5.13) где m - число волн (циклов) на участке nТ; ак, ак+m- первая и последняя амплитуды на этом участке. 5.3 Контрольно-измерительные приборы. Динамические испытания конструкции отличаются от статических тем, что величина и направление нагрузки в процессе испытаний меняются во времени. Приборы для динамических испытаний можно подразделить на две основные группы: контактные и дистанционные. 76 К контактным относятся механические и оптические приборы. Дистанционные приборы состоят из первичных устанавливаемых на конструкции и вторичных записывающих сигналы от первичных и находящихся на определенном расстоянии /7/. К числу простейших механических приборов, которые могут применяться для регистрации амплитуды колебаний, относится индикатор часового типа. Его закрепляют на неподвижной опоре вблизи колеблющейся конструкции, а подвижным стержнем упирают в конструкцию так, чтобы перемещение стержня совпадало с направлением колебаний (рисунок 30). Можно индикатор помещать и на колеблющуюся конструкцию, упирая, подвижный стержень в неподвижную точку, например, в инерционную массу. При низкой частоте колебаний можно легко прочесть крайние деления шкалы, до которых доходит стрелка. Если частоты высокие, то на поверхности шкалы образуется затемненный сектор, который так же позволяет снять отсчеты. Рисунок 30 - Индикатор Инерционные массы применяются в сочетании с индикатором в тех случаях, когда вблизи колеблющейся 77 конструкции нет неподвижной точки (рисунок 31). Стрелками указаны направления колебаний. а - горизонтальные колебания; б - вертикальные колебания Рисунок 31 - Схемы применения инерционных масс При применении индикаторов необходимо помнить, что амплитуда колебаний не должна превышать 0,01 м - базы измерений прибора. Частотомеры бывают различных типов. К наиболее простым можно отнести одноязычковые и многоязычковые. Одноязычковый частотомер основан на принципе резонанса. Изменяя длину колеблющегося стержня (язычка) с помощью роликов, меняют частоту собственных колебаний. В момент резонанса по шкале определяют частоту колебаний конструкции (рисунок 32). Рисунок 32 - Одноязычковый частотомер 78 Многоязычковый частотомер тоже основан на принципе резонанса. Прибор состоит из набора металлических пластинок различной длины с прикрепленными к ним массами. Частота собственных колебаний каждой пластины (язычка) различна и известна. Прибор устанавливается на конструкцию таким образом, чтобы направление колебаний происходило перпендикулярно язычкам (рисунок 33). При этом первый из язычков будет колебаться с большей амплитудой, чем остальные. Рисунок 33 - Многоязычковый частотомер Это говорит о том, что у этого язычка; частота собственных колебаний совпадает с частотой вынужденных колебаний конструкции. К более точным приборам для определения частот, а так же амплитуды колебаний относятся вибрографы системы Гейгера, ручные вибрографы типа ВР и динамические прогибомеры. Виброграф Гейгера позволяет измерять колебания исследуемой конструкции любого направления в пределах от вертикального до горизонтального. Прибор, снабженный инерционной массой и записывающим устройством, устанавливается непосредственно на вибрирующем элементе конструкции. Прибор позволяет записывать колебания с частотой до 300 Гц и амплитудой от 0.05 до 10 мм. Погрешность записи амплитуды не превышает 5%. 79 Динамический прогибомер закрепляется на неподвижной опоре и записывает колебания при помощи рычажной системы шарнирнозакрепленной с проволокой, которая натягивается между испытываемой конструкцией и неподвижной опорой. Скорость движения ленты для записи виброграммы можно регулировать в пределах от 12 до 600м/с. Амплитуды записываемых колебаний можно увеличивать по сравнению с действительными в 3, 6, 12, 24 раза. При более высоких частотах могут использоваться ручные вибрографы. Один из них ВР-1 - широко применяется в лабораторном практикуме. Прибор весом до 17Н легко удерживается в руках, и не требует никаких приспособлений при пользовании им. Амплитуды колебаний могут записываться с шестикратным увеличением частоты, в пределах от 5 до 100Гц. К измерительным приборам оптического типа можно отнести вибромарку - простейший амплитудоизмеритель (рисунок 34). На полоске бумаги вычерчивается равнобедренный треугольник с основанием b и высотой L=10см, разбитой на 10 равных частей. Вибромарка наклеивается направлению колебаний. на конструкцию При частоте перпендикулярно колебаний более 7Гц образуется затемненный треугольник высотой 1, который легко считывается. Затем из подобия треугольников получаем 2*а=1b/L, где а -амплитуда колебаний. Точность вибромарки составляет 0,5 деления шкалы. Рекомендуется принимать L в пределах 0,5- 0,2м. Более зеркальные совершенными и оптическими фотографические приборы. методами являются Запись колебаний оптическим рычагом производится с помощью зеркальца и барабана 80 Рисунок 34 - Вибромарка с фотобумагой. Принцип напоминает схему работы шлейфового осциллографа, с той разницей, что колебания зеркальца здесь вызваны непосредственно механическими колебаниями конструкции, передающимися через рычаги /7/. К фотографическим фотоэлектронные, амплитуд методам относятся стереофотограмметрические. колебаний высотных фототеневые, Для сооружений измерения применяются геодезические оптические приборы, среди которых наибольшее внимание заслуживает фотоэлектрический нивелир, состоящий из лазерного передатчика и приёмной станции. Лазерный передатчик устанавливается в неподвижной точке, а приемная станция на конструкции. Колебания фиксируются самописцем относительно опорной линии луча разреза. Основным недостатком всех этих методов является то, что колебания регистрируются только в заданной точке. Для замеров в других точках требуется остановка процесса испытаний, переустановка и настройка аппаратуры. Электроизмерительные приборы применяются двух типов. Для измерения динамических процессов применяются тензометрические 81 установки типа ТА-5, 8АНЧ-7М и УТС-1-ВТ-12. Каждый из приборов состоит из блока питания, генератора несущей частоты, указателя выходного тока, щитка приборов. Выходы усилителей рассчитаны на подключение осциллографов. Первичными приборами для тензометрических установок являются тензодатчики. Осциллографы являются более совершенными вторичными приборами. струйные Осциллографы и подразделяются электроннолучевые. на светолучевые, Светолучевые осциллографы предназначены для визуального наблюдения и синхронной записи на фотоленте осциллограммы одной или нескольких точек. Ток от первичного прибора проходит по петле или рамке гальванометра и, взаимодействуя с магнитным полем, вызывает поворот зеркала пропорционально тону (рисунок 35). Луч света, посылаемый зеркальцем, направляется на фотоленту и записывает осциллограмму. Движение фотоленты осуществляется ее вращением. Кроме того, зеркальный барабан дает развертку изображения на экране для визуального наблюдения. Струйные осциллографы вместо светового луча используют тонкую струю чернил, направленную от гальванометра на бумажную ленту. Электронно-лучевые осциллографы применяются при высоких частотах. Они снабжены запоминающими устройствами (электроннолучевыми трубками), которые дают возможность производить запись осциллограммы. В качестве первичных приборов, кроме тензорезисторов, используются пьезоэлектрические, вибропреобразователи индуктивные индукционные, и емкостные. Вибропреобразователи преобразуют измеряемую величину в другую, 82 1 – петля; 2 – зеркальце; 3 – пружина; 4 – магнит Рисунок 35 - Схема гальванометра эквивалентную ей, которую можно регистрировать вторичным прибором дистанционного действия. Применение осциллографов значительно повышает качество исследований конструкции. 6 Основы моделирования Моделирование является методом научного познания, когда исследуемый объект в познавательном процессе заменяется другим объектом, называемым моделью. Проблеме моделирования посвящено значительное количество трудов /15.16.17.18.19/. Этот интерес связан с применением моделирования в различных областях познания. 83 6.1 Теория подобия. Основой для исследования напряженно- деформированного состояния исследуемого объекта на моделях является теория подобия и учение о моделировании. В теории подобия изучаются свойства заведомо подобных систем. Учение о моделировании посвящено решению вопроса о том, каким требованиям должна удовлетворять модель, чтобы процессы, происходящие в ней и натуральных образцах, были бы подобны. Подобными называются явления, происходящие в геометрически подобных системах, если у них во всех сходственных точках отношение одноименных величин есть постоянные числа. При этом под сходственными точками понимаем точки А1 и А2, принадлежащие соответственно двум подобным телам 1 и 2. Если в результате равномерной деформации тела 1 будет достигнуто его совмещение с телом 2, то точки А1 и А2 совпадут. По аналогии с данным определением можно составить определение о сходственных линейных размеров радиусов-векторов, сходственных координатах и сходственных параметрах. Таким образом, в таких системах имеют место соотношения x1 y1 z1 l1 l1 A c1 , x 2 y 2 z 2 l 2 l 2 (6.1) где x1, y1, z1, x2, y2, z2 – соответственно координаты двух сходственных точек или сходственные координаты; l1', l1''……l1i – геометрические параметры тела 1; l2', l2''……l2i – сходственные параметры тела 2; сi – множитель подобия, показывающий, во сколько раз 84 можно изменить размер одного из подобных тел, чтобы оба тела совпадали. Равенство (37) может быть представлено в безразмерном виде. Например, если разделить все его члены на l1i/ l2i, то получим Х 1 Y1 Z1 L1' L"1 L1i 1 ... i 1 1, Х 2 Y2 Z 2 L'2 L"2 L2 (6.2) где х1, у1, z1 L1', L1'',….,L1i-1, х2, у2, z2 L2', L2'',….,L2i-1 – безразмерные координаты и параметры, выраженные в долях сходственных параметров l1' и l 2 i, которые выбраны произвольно в качестве единиц измерения масштабов. Из равенства (37) следует, что если в качестве масштабов для измерения длин выбрать сходственные параметры подобных систем, то у них безразмерные координаты сходственных точек, а также безразмерные сходственные параметры соответственно равны x1=x2; y1=y2; z1=z2; L1'= L2'; L1''= L2''; L1i-1= L2i-1 Если подобные геометрические системы описаны функциями или уравнениями, то после приведения их с помощью масштабных преобразований к безразмерному виду, они станут тождественно одинаковыми. В ряде случаев совмещение двух геометрических систем может быть осуществлено только путем неравномерной в разных направлениях деформацией. Такие системы называются афинными. С помощью афинно-масштабных преобразований можно уравнение двух афинных геометрических систем свести к одному 85 безразмерному уравнению. При моделировании, каких либо явлений, происходящих в натурном объекте, можно полагать их подобными, если причина одного и того же физического характера вызывают в соответствии с одними и теми же физическими законами относительно равные действия. При этом геометрическое подобие должно сохраняться в соответственные моменты времени даже и тогда, когда состояние натуры и модели являются функцией времени. Если происходящие в модели и натуре процессы могут быть записаны в математическом виде, то эти зависимости должны описываться одними и теми же уравнениями. Решение дифференциальных уравнений для подобных натуры и модели должно определяться одними и теми граничными условиями. Для возможности конкретного моделирования устанавливается закон подобия, который выражает зависимость между основными величинами, определяющими ход процесса в натурном объекте и модели. Для характеризующее установления собой закона физическое подобия явление выражение, приводят к безразмерному виду путем введения масштабных преобразований для всех величин в него входящих. После этого устанавливается условие, при котором справедливы данные масштабные преобразования, то есть ограничивается свобода выбора масштабов с тем, чтобы рассматриваемое выражение стало безразмерным. Такие равенства называются уравнениями связи между масштабами. 6.2 Поляризационно-оптический метод. Одним из методов экспериментального исследования конструкций на моделях является поляризационно-оптический метод или метод фотоупругости. Этот метод основан на открытии Дэвида Брюстера, что если через кусок 86 стекла, в котором имеются напряжения, пропускать поляризованный свет, то эти напряжения вызывают яркую цветную картину. В 1816г. Д. Брюстер предположил, что это явление можно использовать для оценки напряжений. Значительно позже Максвелл сравнил фотоупругие полосы с аналитическими решениями. Еще позднее использовали это открытие Вильсон при исследовании балки и Менаже в оценке работы арок. Более широко применил этот метод фотоупругости Е. Кокер, который использовал в качестве материала модели целлулоид. Из советских ученых наиболее глубокие исследования по методу фотоупругости были проведены Г.Л. Хесиным и группой ученых /16/ в МИСИ им. В. Куйбышева. В настоящее время в качестве материала для модели применяется бакелит, фостерит, эпоксидная смола. Рассмотрим простейшую схему аппаратуры, используемой в поляризационно-оптическом методе (рисунок 36). Поляризовать обычный свет можно несколькими способами. Можно использовать призму Николя или поляроидную пластину, а также путем отражения света от листового стекла, покрытого с обратной стороны черной краской. В отличие от простого света, где колебания возможны в любом направлении от источника, в поляризованном свете поперечные колебания преобладают в каком то одном направлении. Плоскость, содержащая эти колебания, называется плоскостью поляризации. В прозрачной модели лучи света преобразуются в соответствии с ее напряженным состоянием. А именно, часть лучей проходя через модель дает интерференционную картину (цвет), другая часть лучей не проходит через модель (гасится) и на экране получаются затемнения в виде нескольких 87 полос, которые называются изоклинами. Анализатор служит для очистки прошедшего света, то есть пропускает только колебания в его собственной плоскости поляризации. В результате на экране появляется картина темных и светлых полос. 1- источник света; 2-поляризатор; 3 – прозрачная модель; 4 – анализатор; 5 – экран. Рисунок 36 - Схема простого полярископа Круговой полярископ. При плоском напряженном состоянии модель загружается непосредственно в поле полярископа и в исследуемых сечениях делаются замеры оптической разности хода «σ» и параметра изоклин «φ». Затем, используя дифференциальные уравнения и соотношения между оптическими и механическими характеристиками вычисляют величины напряжений. Для измерения параметров σ и φ служит прибор КСП (координационно-синхронный поляриметр, имеющий соответствующие шкалы). В процессе загружения происходит смена темных и светлых полос. Это говорит об изменении и перераспределении напряжений. Картина полос наблюдается через окуляр, который заменяет экран. При объемном напряженном состоянии каждый элементарный 88 объем находится под действием шести компонентов напряжений. В этом случае напряжение определяют наклонным просвечиванием, так как при нормальном просвечивании можно определить только разность напряжений. При наклонном просвечивании определенному углу наклона луча к поверхности модели (или среза) соответствует значение соответствующего напряжения. При исследовании пространственных моделей (блок-комната) и срезов массивных моделей (вал, турбина) используется метод замораживания, сущность которого заключается в следующем. Высокополимеры, применяемые при изготовлении пространственных моделей, являются структурными материалами, имеющими при температурах (100 - 140)°С зону высокопластических деформаций. Если загруженную модель ввести в высокопластическое состояние, а затем температуру медленно снижать до комнатной, то при снятии нагрузки состояние модели сохраняется как при загрузке. Она «замораживается». Это состояние сохраняется и при разрезке модели на отдельные диски. Применение поляризационно-оптического метода позволяет решать важнейшие задачи напряженно-деформированного состояния, в том числе и те, что не поддаются теоретическому решению. 6.3 Установка для испытания пластин. Тонкостенные конструкции находят всё более широкое применение в самых различных областях техники. Расчет гибких пластин и оболочек на различные динамические и статические воздействия существующими аналитическими методами сопряжены с большими математическими трудностями. Наиболее эффективными в этом случае являются численные методы, дополненные экспериментом. 89 Для экспериментального исследования тонких пластин автором была разработана и создана установка /15/, схема, которой приведена на рисунок 37. Габаритные размеры ее 1,4х1,0х0,88м. Установка из двух продольных блоков 1 и поперечного 2, собираются в жесткую П- образную раму. Подвижный блок 3 устанавливается на рельсы из уголков, которые приварены к блокам 1. Сборка производится на фундаменте с помощью анкерных болтов М20. Подвижный блок 3 соединяется с блоком 2 посредством направляющей штанги 5 на подшипниках. Штанга имеет по всей длине резьбу и снабжена штурвалом 6. Перемещение блока 3 осуществляется поворотом штурвала. Наличие подшипников обеспечивает достаточно свободное перемещение подвижного блока. На блоках 1 имеются накладки 8 с отверстиями для укрепления стержней, обеспечивающих жесткость установки. После сборки каркаса сверху на него устанавливаются зажимные пластины 7, имеющие пазы по внутренней кромке. Установка выполнена массивной для обеспечения ее неподвижности при испытаниях пластин на динамическую нагрузку. Установка позволяет варьировать граничные условия шарнирного опирания, жесткого защемления и свободного края. Испытываемая пластина устанавливается между зажимными плитами с помощью набора стержней различного профиля, которые, берутся в зависимость от граничных условий. Пластины могут испытываться различных размеров, но не более 0,975х0,640х0,024 м. Причем размер 0,64 м остается постоянным, а остальные могут меняться. Для создания вибрационной нагрузки используется двигатель с неуравновешенной массой, жестко закрепляемый на испытываемой конструкции. При работе двигателя возникает центробежная сила, 90 Рисунок 37 которая определяется из выражения 4 2 mr Sц , t12 (6.3) где m – масса неуравновешенного груза, равна Q/g; g – ускорение свободного падения ; Q – вес неуравновешенного груза; r – радиус вращения центра неуравновешенной массы; t1– время одного оборота вала двигается в секундах. Возмущающая сила R , действующая на пластину, вычисляется 91 по формуле R = Sц*Sinα, (6.4) где α – угол между силой Sц и плоскостью пластины. Запись деформаций и прогибов осуществляется с помощью 14ти канального светолучевого осциллографа Н700, питающегося от сети постоянного тока напряжения 27В и динамического прогибомера. Для усиления тока в сети используется 4-х канальный усилитель переменного тока УТ4-1. Осциллограф Н700 позволяет регистрировать переменные электрические процессы в диапазоне частот до 1700 Гц. Запись производится на осциллографической бумаге шириной 0,12м и чувствительностью 60 единиц Г0И. В учебном процессе установка используется для исследования напряженно-деформированного состояния стальных пластин при статических нагрузках. Для регистрации фибровых деформаций в качестве первичного прибора применяются тензорезисторы, а вторичного – прибор ЦТМ-5 (цифровой тензометрический мост). Прогибы в характерных точках могут замеряться индикаторами часового типа. Для оценки полученных результатов заранее были получены теоретические значения прогибов в узлах численными методами /15, 20, 21/. Был реализован метод конечных разностей на ЭВМ ЕС-1022. Программа составлена на алгоритмическом языке ФОРТРАН 1У /22/. Наблюдается достаточно хорошее совпадение теории и эксперимента, погрешность в прогибах лежит в пределах 10%. Обработка результатов производится при научных исследованиях на ЭВМ, а в учебном процессе вручную /24/, так как во втором случае производится ограниченное количество замеров. Лаборатория испытаний сооружений снабжена также установкой для 92 определения коэффициента тензочувствительности тензорезисторов, стендом для испытания стальной фермы на статическую нагрузку и стальной балки на динамические нагрузки, то есть установками, рекомендуемыми для испытаний в лабораторном практикуме /13/. 93 Список использованных источников 1 Аугустин Я, Шледзевский Е. Аварии стальных конструкций.-М.: Стройиздат, 1978.-182 с. 2 Беляев Б.И. Корниенко В.С. Причины аварий стальных конструкций и способы их устранения.-М.: Стройиздат, 1968.-202 с. 3 Пановко Я.Г. Губанова И.И. Устойчивость и колебания упругих систем.-М.: Наука, 1979.-384 с. 4 Шкинев А.Н. Аварии в строительстве.-М.: Стойиздат, 1984.- 5 Аронов Р.И. Испытание сооружений.-М.: Высшая школа, 318 с. 1974.-186 с. 6 Комар А.Г., Дубровин Е.Н., Кержнеренко Б.С., Зеленский В.С. Испытание сборных железобетонных конструкций.-М.: Высшая школа, 1980.-217 с. 7 Золотухин Ю.Д. Испытание строительных конструкций: Учеб. пособие для вузов.-Минск.: Высшая школа, 1983.-208 с. 8 Крылов Н.А., Глуховский К.А. Испытание конструкций, сооружений.-Л.: Стойиздат, 1970.-270 с. 9 Методы неразрушающих испытаний.-М.: Мир, 1972.-494 с. 10 Почтовик Г.Я., Злочевский А.Б., Яковлев А.И. Методы и средства испытания строительных конструкций.-М.: Высшая школа, 1973.-157с. 11 Милер М. Голография.-Л.: Машиностроение, 1979.-206 с. 12 Аистов Н.Н. Испытание сооружений.-Л.-М.: Стройиздат, 1960.-315 с. 13 Факеев Н.П. Руководство к лабораторно-практическим работам по испытанию строительных конструкций.-Томск.: Изд-во 94 томск. ун-та, 1977.-286 с. 14 Долидзе Д.Е. Испытание конструкций и сооружений.-М.: Высшая школа, 1975.-252 с. 15 Ельмуратов С.К. Экспериментальные исследования тонких пластин на вынужденные колебания с учетом произвольно расположенных масс. Караганда.: Рукопись деп. в ВИНИТИ № 233280 деп., 1980.-12 с. 16 Метод фотоупругости. -М.: Стройиздат, 1975. Т. 1. – 459 с. 17 Метод фотоупругости. -М.: Стройиздат, 1975. Т. 2. –366 с. 18 Метод фотоупругости. -М.: Стройиздат, 1975. Т.3. –311 с. 19 Питлюра Д.А. Испытание строительных конструкций на моделях.-Л.: Стройиздат, 1971.-158 с. 20 Прис Б.В., Дэвис Д.Д. Моделирование железобетонных конструкций.-Минск.: Высшая школа, 1974.-222 с. 21 Фогхт М.М. Фотоупругость.-М.-Л.: Гостехиздат, 1948. Т.1.432 с. 22 Фогхт М.М. Фотоупругость.-М.-Л.: Гостехиздат, 1950. Т. 2. – 488 с. 23 Калиткин Н.Н. Численные методы.-М.: Наука, 1978.-508 с. 24 Хемминг Р.В. Численные методы.-М.: Наука, 1972.-400 с. 25 Грунд Ф. Программирование на языке Фортран 1у.-М.: Мир, 1976.-183 с. 26 Фурунджиев Р.И. Вычислительная техника и ее применение.-Минск: Высшая школа, 1984.-416 с. 27 Румшиский Л.З. Математическая работа результатов эксперимента.-М.: Наука, 1971.-192 с. 28 Ельмуратов С.К. Испытание строительных конструкций, сооружений: Учеб. пособие для вузов. –Караганда, 1988г. – 62с. 95 Содержание 1 Краткий очерк и анализ крушений инженерных сооружений 3 2 Освидетельствование зданий и сооружений 19 2.1 Классификация освидетельствований и его этапы 19 2.2 Проверка качества материала в конструкциях 22 3 Методы неразрушающих испытаний 28 3.1 Акустические методы исследования материалов 28 3.2 Методы, использующие ионизирующие излучения 33 3.3 Магнитные и электромагнитные методы испытаний 42 3.4 Методы оптической голографии и когерентной оптики 45 4 Испытание конструкций статической нагрузкой 50 4.1 Виды испытательных нагрузок и предъявляемые к ним требования 51 4.2 Выбор схемы загружения 53 4.3 Измерительные приборы 57 5 Испытание конструкций динамической нагрузкой 66 5.1 Свободные колебания конструкций 68 5.2 Вынужденные колебания конструкций 71 5.3 Контрольно-измерительные приборы 73 6 Основы моделирования 80 6.1 Теория подобия 81 6.2 Поляризационно-оптический метод 83 6.3 Установка для испытания пластин 86 7 Список использованных источников 96 90
