Учебное пособие: Испытание конструкций динамическими нагрузками

По предельной кривой прочности определяют величину предела выносливости при данном среднем напряжении. Циклы напряжений ограниченные осью абсцисс, осью ординат и этой кривой представляют безопасные циклы напряжений. Имея такую диаграмму для данного материала, несложно определить амплитуду напряжений, которую может выдержать материал, не разрушаясь при даном среднем напряжении.

2. ИСПЫТАНИЯ МОДЕЛЕЙ

Испытания натурных объектов динамической нагрузкой трудоемки и дорогостоящи, однако не представляют возможности решить многие теоретические задачи, связанные со строительством зданий в сейсмических районах и в особых условиях. Как показывает практика, испытания на моделях могут заменить натурные и во многих случаях являются более эффективными, чем натурные. Принципиально на моделях можно решать любые задачи, возникающие на практике, при соответствующем техническом и экономическом обеспечении.

Форма колебаний несущих зависит конструкций от разнообразных факторов: жесткости элементов и узлов их сопряжений на изгиб и сдвиг, влияния связей и диафрагм, нагрузки и последовательности загружения и

разгрузки, деформаций основания. Вследствие этого многие динамические характеристики колебаний испытываемых конструкций оказываются нелинейными, что затрудняет анализ результатов испытаний. Такие задачи проще исследовать при испытании моделей.

Испытания моделей обычно совмещают со статическими испытаниями и проводят вплоть до разрушения модели.

Модель разрушения рассчитывают на основании теории подобия с учётом сил тяжести и инерции. Условия динамического подобия при упругой работе модели определяются по формулам:

(4)

??? ??? ???????

(5)

??? ??? ???????

где - ускорение свободного падения;

- плотность мате­риала;

(6)

- ??????? ??????????:

-линейная деформация;

- масштаб ускорений:

(7)

- вре­мя.

Переход от натурной конструкции к модели, осущест­вляется введением системы масштабов преобразования:

и т. д.

Моделирование сил инерции осуществляется путем укладки или подвешивания в определенных точках модели дополнительных грузов, имитирующих действие объемных сил. Последние могут быть получены и при центробежном моделировании. Для этого маломасштабную модель помещают в центрифугу, где в зависимости от скорости её вращения создается соответствующая сила инерции: Учитывая, что поле центробежных сил не тождественно полю сил тяжести, размеры модели и центрифуги задают так, чтобы уменьшить погрешности неоднородного силового поля.

И.С. Инютиным (БелИИЖТ) разработан метод объемного моделирования массовых сил с «замораживанием» деформаций после нагружения. При этом в качестве силового поля для нагружения объектов или их моделей, изготовленных из магнитодиэлектриков, используются пондеромоторные (механические) силы постоянных электромагнитных полей, а в качестве устройств для измерения деформаций – тензорезисторы с малыми базами, которые в зависимости от целей исследований заделывают внутрь тела объекта или приклеивают на его поверхность.

Теория динамического расчета строительных конструкций, работающих в податливой среде, разработана В.Ш. Барбакадзе. Методика мелкомасштабного моделирования динамических явлений разработана И.С. Шейниным.

Испытания крупномасштабных моделей в натуральной величины проводят с использованием вибрационных машин, с помощью которых испытывают натурные фрагменты узлов и соединений отдельных элементов, а затем и сооружение в целом. Принцип поэлементного моделирования даёт возможность изучить работу отдельных наиболее ответственных узлов и соединений новой конструкции, определить их деформативность и несущую способность, чтобы использовать полученные результаты при испытании крупномасштабной модели или натурной конструкции.

Для динамических испытаний разработаны различные по мощности и характеристикам вибрационные машины, которые позволяют развивать инерционные горизонтальные силы, как в моделях, так и в натурных объектах – построенных зданиях, соответствующие сейсмическим воздействиям до 9 баллов. Для уменьшения влияния дополнительных форм колебаний вибромашину закрепляют вблизи центра тяжести модели. Размещение остальных вибраторов зависит от целей и задач испытания, характера взаимодействия модели с основанием, податливости стыков и связей и т. д.

Динамические испытания часто совмещают со статическими. Их сочетание позволяет:

· более полно исследовать напряжённо-деформированное состояние;

· построить эпюры изгибающих моментов, нормальных и поперечных сил при статических загружениях;

· установить характер изменения частот и амплитуд колебаний при динамических загружениях;

· уточнить влияние инерционных сил на несущую способность модели.

2.1 Задачи, решаемые испытанием моделей

На физических моделях можно решать большое количество строительных задач, а именно:

-определение несущей способности и схемы разрушения;

-жесткости, устойчивости и выносливости отдельных элементов и модели в целом;

-определение силовых воздействий на сооружения от ветра, водяных волн, давления сыпучих тел, взрыва и др.;

-определение напряжённо-деформированного состояния конструкций и сооружений как надземных, так и подземных;