Испытание конструкций динамическими нагрузками (стр. 3 из 9)

-линейная деформация;

- масштаб ускорений:

- 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;

-определение частот, амплитуд и форм колебаний сооружений при заданных динамических, сейсмических и взрывных воздействиях;

-влияние объемных сил на напряженное состояние и сопряжение с грунтом основания;

-моделирование взрывов и многие другие задачи.

3. ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ

Многие строительные конструкции (в том числе земляное полотно) воспринимают динамические воздействия, сообщающие их массам ускорения и вызывающие появление инерционных сил и колебаний. К динамическим воздействиям относятся нагрузки, быстро изменяющие свою величину, направление или место приложения на конструкции.

Классификация динамических нагрузок очень разнообразна. Динамические нагрузки могут быть детерминированными (определёнными, неслучайными) и случайными. Большая часть детерминированных нагрузок описывается законом их изменения во времени. Такие нагрузки возникают при работе механизмов с неуравновешенными массами, электродвигателей и генераторов, вентиляторов и молотов, кривошипно-шатунных механизмов и др. Для случайных нагрузок до проведения испытаний нельзя предсказать их конкретный характер, хотя при наборе обширной статистической информации можно выявить их определённые вероятностные характеристики.

При рассмотрении стационарных случайных нагрузок, которыми в частности являются ветровые нагрузки на высотные здания и сооружения, волновые нагрузки на причальные сооружения, необходимо знать либо функцию спектральной плотности

, либо корреляционную функцию , которые связаны между собой прямым и обратным преобразованием Фурье