Дальневосточный государственный
университет путей сообщения
Кафедра
“Строительные конструкции”
Г.С. Якутин
ИСПЫТАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ
(методическое пособие)
Хабаровск
2005
Российская Федерация
Дальневосточный государственный университет путей сообщения
Кафедра "Строительные конструкции"
Г.С. Якутин
ИСПЫТАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ
Методическое пособие
Хабаровск
2005
Р Е Ц Е Н З И Я
на методическое пособие
"ИСПЫТАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ".
Автор Якутин Г.С.
Методическое пособие составлено в соответствии с программой курса "Обследование, испытание и реконструкция зданий и сооружений" отражают раздел "Испытание конструкций динамическими нагрузками, проведение испытаний в лабораторных условиях, обработка результатов, определение погрешности" и предназначено для студентов специальности 2903 "Промышленное и гражданское строительство" всех форм обучения.
Пособие разработано для изучения метода определения характеристик строительных конструкций динамическими нагрузками, содержит краткие теоретические предпосылки из теории и практики, числовые примеры. Материал освещает лабораторную работу, в которой изложена методика определения искомых параметров натурной конструкции посредством испытания вибрационной нагрузкой. Для большей наглядности в пособии приведен пример испытания стальной балки с целью определения частоты собственных колебаний, динамического напряжения и погрешности в полученных экспериментальных результатах. Дан наглядный пример заполнения журналов испытаний. Даны контрольные вопросы для самостоятельной подготовки студентов.
Уровень изложения материала отвечает современным требованиям.
Методическое пособие рекомендуются к изданию.
Профессор кафедры
"Здания и сооружения" ДВГУПС ________________ П.Я. Гртгорьев
УДК
ББК
Я
Рецензент:
Профессор кафедры "Здания и сооружения" ДВГУПС, Грыгорьев В.А.
Якутин Г.С.
Я..... ИСПЫТАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ. Методическое пособие по выполнению лабораторной работы - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС. 2005 г. ил.
Изложены вопросы теории и практики испытания конструкций динамическими нагрузками. Наглядно показан конкретный пример испытания конструкции на её физической модели динамической нагрузкой. Приведены некоторые сведения, необходимые для статистической обработки результатов исследований. Дан пример заполнения журнала испытания.
Методическое пособие предназначено для студентов специальности 2903 "Промышленное и гражданское строительство", 2915 "Экспертиза и оценка недвижимости" всех форм обучения.
Ó Якутин Г.С.
Ó Изд-во Дальневосточного государственного университета путей сообщения (ДВГУПС), 2005
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................6
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИСПЫТАНИЙ КОНСТРУКЦИЙ ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ...........................................................7
2. ИСПЫТАНИЯ МОДЕЛЕЙ...........................................................................12
2.1. Задачи, решаемые испытанием моделей................................................15
3. ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ....................................................................15
3.1. ИСПЫТАНИЯ НАТУРНЫХ СООРУЖЕНИЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАГРУЗКОЙ.....................................................16
3.2. ИСПЫТАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ И СООРУЖЕНИЙ ИСКУССТВЕННО СОЗДАВАЕМОЙ ВИБРАЦИОННОЙ НАГРУЗКОЙ......17
4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ....................................................................22
4.1. Экспериментальное определение частоты свободных колебаний конструкции...............................................................................................22
4.2. Определение динамических коэффициентов.........................................23
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА. "ДИНАМИЧЕСКОЕ ИСПЫТАНИЕ СТАЛЬНОЙ БАЛКИ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ".............................................................................................21
4.1. Виброизмерительные приборы..........................................................21
4.1.1. Сведения о теории и классификация приборов........................21
Техника безопасности при выполнении лабораторной работы
2 Цели и задачи работы
Оборудование и приборы.
Порядок выполнения работы
Содержание отчёта
Контрольные вопросы
ПРИЛОЖЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Развитие народного хозяйства России, интенсификация, механизация и автоматизация, производства вызывают необходимость строительства новых промышленных комплексов и модернизацию существующих заводов. Расширение производства, установка нового более мощного, высокопроизводительного оборудования ведёт к увеличению нагрузок, передающихся на несущие строительные конструкции зданий и сооружений, а следовательно, и к всё большему влиянию на них динамических воздействий, в том числе и групповых, от большого количества однотипных машин и механизмов.
Динамические напряжения и деформации в рельсах, динамическая устойчивость земляного полотна и влияние динамических воздействий на расположенные рядом с путями здания и сооружения являются важными проблемами для железнодорожного транспорта. Эти проблемы многократно возрастают по мере увеличения скорости движения, нагрузки на ось и грузового потока на стальных и автомобильных магистралях.
Возрастающее стремление к экономичному использованию застраиваемых территорий ведёт к дальнейшему увеличению этажности зданий и высоты сооружений, что приводит к значительному увеличению динамической составляющей ветрового напора (пульсация ветра).
Часть территории Российской федерации подвержена сейсмическим воздействиям: Кавказ; Камчатка; Сахалин; значительная часть Хабаровского края; Еврейская автономная область и другие районы. Всемирный опыт, приобретённый в результате произошедших катастроф от землетрясений, показал, что экономически целесообразно строить здания и сооружения так, чтобы они успешно противостояли сейсмическим воздействиям с достаточно малой вероятностью разрушения. С этой целью при проектировании необходимо уделить особое внимание к изысканиям, расчёту и конструированию, а при строительстве – к качеству производства работ и безукоризненному исполнению всех проектных рекомендаций. Здания и сооружения с новыми конструктивными схемами обязательно должны быть подвержены экспериментальной проверке принятых допущений, строительно-монтажных работ и надёжной работы здания или сооружения в целом.
Обширная область, связанная с особенностью расчёта строительных конструкций на динамические воздействия, ещё не изучена. Для решения многих вопросов требуются дальнейшие теоретические и экспериментальные проверки и изучение. Метод испытания строительных конструкций и сооружений динамическими нагрузками позволяет проверить расчётные характеристики серийно выпускаемых конструкций, установить расчётную схему построенного здания или сооружения и выявить взаимосвязь между работой отдельных элементов здания (сооружения) и деформативными характеристиками основания. Этим методом несложно установить прочностные и деформативные характеристики земляного полотна на транспортных магистралях.
Роль экспериментальных методов динамическими нагрузками высока, что требует от будущего инженера хорошего знания методов проведения динамических испытаний, умения пользоваться средствами измерения, навыков статистической обработки полученных результатов.
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИСПЫТАНИЙ КОНСТРУКЦИЙ ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ
В соответствии с объектом, задачами и методикой эксперимента, можно выделить три основные группы испытаний динамической нагрузкой:
1) испытание конструкций существующих зданий и сооружений;
2) испытание строительных деталей серийного изготовления;
3) научно-исследовательские испытания.
Указанные испытания выполняются с целью:
- определения влияния динамических нагрузок на прочность, выносливость, жёсткость и трещиностойкость строительных конструкций;
- оценки возможности установки на конструкциях механизмов, создающих динамические воздействия, чтобы не допустить резонанс и вредное влияние вибраций на ход технологических процессов и на условия труда, когда колебания оказывают отрицательное физиологическое воздействие на организм человека;
- разработки мероприятий по уменьшению колебаний;
- проверки расчётных характеристик и качества, серийно изготавливаемых и эксплуатируемых конструкций по частоте и интенсивности затухания собственных колебаний;
- проверка научных гипотез;
- проверка несущей способности новых изобретённых конструкций.
Перечисленные цели и задачи, естественно, не исчерпывают всех вопросов, которые ставятся практикой эксплуатации строительных конструкций в нормальных и, тем более, в особых условиях работы.
Рассмотрим подробнее отдельные задачи динамических испытаний и цели их исследования в зависимости от объектов.
1) Сооружения и отдельные конструкции, подлежащие сдаче в эксплуатацию.
Объекты, рассчитанные на воздействие динамических нагрузок (мосты, конструкции ряда промышленных сооружений и т.д.), испытывают с целью проверки их работы в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным условиям. При этом определяют динамические параметры, так, например, по частоте собственных колебаний отдельных элементов можно судить о их жёсткости, а следовательно, и о соответствующем модуле упругости материала; по форме колебаний можно выявить наличие расхождений между принятой расчётной ситуацией и действительной работой исследуемого объекта и т.д. Используют сопоставления прочностных характеристик однотипных элементов в сооружениях путём сравнения частот и интенсивности затухания их собственных колебаний. При незначительной затрате труда и времени могут быть, таким образом, выявлены ослабленные участки в исследуемых объектах.