Ім'я файлу: 4вопр.docx
Розширення: docx
Розмір: 394кб.
Дата: 22.12.2020
скачати

Лекція № 5 - 2 год

Мета та завдання динамічних випробувань будівельних конструкцій.

План лекції:

1. 
   Мета динамічних випробувань.
   
2. 
   Робоча програма та методика випробувань.
   

1. Мета динамічних випробувань.

Під дією динамічного навантаження в елементах конструкцій виникають деформації,

переміщення, зусилля (напруги), що мають характер коливань.
Велика область, пов'язана з особливістю розрахунку будівельних конструкцій на динамічні дії, ще не вивчена. Для вирішення багатьох питань потрібні подальші теоретичні та експериментальні перевірки та вивчення. Метод випробування будівельних конструкцій та споруд динамічними навантаженнями дозволяє перевірити розрахункові характеристики конструкцій, що випускаються серійно, встановити розрахункову схему зведеної будівлі або споруди та виявити взаємозв'язок між роботою окремих елементів будівлі (споруди) і деформативних характеристик основи. Цим методом нескладно встановити міцнісні і деформативні характеристики земляного полотна на транспортних магістралях. Роль експериментальних методів динамічними навантаженнями висока, що вимагає від майбутнього інженера доброго знання методів проведення динамічних випробувань, вміння користуватися засобами вимірювання, навичок статистичної обробки отриманих результатів.

У відповідності з об'єктом, завданнями та методикою експерименту, можна виділити три основні групи випробувань динамічним навантаженням:

1. 
   випробування конструкцій існуючих будівель і споруд;
   
2. 
   випробування будівельних деталей серійного виготовлення;
   
3. 
   науково-дослідні випробування.
   

Вказані випробування виконуються з метою:

• 
  визначення впливу динамічних навантажень на міцність, витривалість, жорсткість і тріщиностійкість будівельних конструкцій;
  

• 
  оцінки можливості встановлення на конструкціях механізмів, що створюють динамічні впливи, з метою не допущення резонансу і шкідливого впливу вібрацій на хід технологічних процесів і на умови праці, коли коливання мають негативний фізіологічний вплив на організм людини;
  

• 
  розробки заходів щодо зменшення коливань;
  

• 
  перевірки розрахункових характеристик і якості, конструкцій, що виготовляються серійно і конструкцій, що експлуатуються, за частотою та інтенсивністю загасання власних коливань;
  

• 
  перевірка наукових гіпотез;
  

• 
  перевірка несучої здатності нових винайдених конструкцій.
  

Перераховані цілі і задачі не вичерпують всіх питань, які ставляться практикою експлуатації будівельних конструкцій в нормальних і, тим більше, в особливих умовах роботи.

Розглянемо детальніше окремі задачі динамічних випробувань і цілі їх дослідження в залежності від об'єктів.

1. 
   Споруди та окремі конструкції, що підлягають здачі в експлуатацію.
   

Об'єкти, розраховані на вплив динамічних навантажень (мости, конструкції ряду промислових споруд і т.д.), випробовують з метою перевірки їх роботи в умовах, максимально наближених до експлуатаційних умов. При цьому визначають динамічні параметри. Так, наприклад, за частотою власних коливань окремих елементів можна робити висновки щодо їх жорсткісткості, а отже, і про відповідний модулі пружності матеріалу; за формою коливань можна виявити наявність розбіжностей між прийнятою розрахунковою ситуацією і дійсною роботою досліджуваного об'єкта і т . д.

Використовують співставлення міцності однотипних елементів у спорудах шляхом порівняння частот і інтенсивності загасання їх власних коливань. При незначній затраті праці і часу можуть бути, таким чином, виявлені ослаблені ділянки в об'єктах, що досліджуються.

2. 
   Споруди та конструкції, що знаходяться в експлуатації.
   

Результати повторних динамічних випробувань, при зіставленні їх з первинними (початковими) випробуваннями, дозволяють робити висновки про зміну стану об'єкта, що досліджується, в часі. З цією метою, динамічні випробування можуть проводитися в наступних випадках:

• 
  в плановому порядку, якщо це передбачено правилами експлуатації;
  
• 
  після ремонту і підсилення конструкцій;
  
• 
  за наявності сумнівів в збереженні необхідної несучої здатності і жорсткості, наприклад, після пожежі, при суттєвому ураженні корозією тощо.
  

Від статичних випробувань, які можуть бути представлені з цією ж метою, динамічні випробування вигідно відрізняються значно меншою трудомісткістю і можливістю проведення їх у більш стислі терміни.

При динамічних випробуваннях конструкцій, що експлуатуються, можуть ставитися й інші

характеристики циклу

^max зменшується.

^RB^

На рис. 15.1 зображена крива залежності ^R

для бетону від характеристики циклу .

Рисунок 15.1. Залежність відносної міцності бетону від характеристики циклу

Експериментально встановлено, що межа витривалості бетону може знизитися до

R_B  0.5R_b

в залежності від виду напруженого стану. Величина

^RB необхідна для розрахунку конструкцій при дії

навантаження, що повторюється багато разів. Експериментально визначають коефіцієнт динамічності, який знижує міцність матеріалу в залежності від циклу ^. Характеристики циклів дані на рис. 15.2,

15.3.

^- амплітуда циклу:

^ср

_ ^max
^max

^min

2
^min
(15.6)

_  ₂

^ - коефіцієнт асиметрії:

(15.7)

_{ } ^min

^max
(15.8)

Рисунок 15.3. Характеристика несиметричного циклу

б) Симетричний цикл

Якщо ^{max  min} і протилежні за знаком, тобто ^{ 1}, то цикл зміни напружень називається

симетричним (рис.15.4).

= 1/T; часом загасання коливань Т;

Процес коливання визначається наступними параметрами:

-максимальною амплітудою А;

-наступними амплітудами - а₁,а₂,а₃ а_n;

-періодом коливань Т, що для вільних коливань є поступовою величиною і не залежить від величини амплітуди;

-круговою частотою =2/ Т чи технічною частотою f

- логарифмічним декрементом затухання коливань =ln(a/a_i+1).

Ò  2

y_cò / g
(5.1)

де у_ст - переміщення (прогин) елемента при статичному додатку навантаження, Р;

g - прискорення сили ваги.

Якщо позначити через k величину навантаження, що викликає одиничне переміщення елемента, то у_ст=P / k

Ò  2

і

Частота коливань

 2

(5.2)

f  ¹ 

T

(5.3)

Формула для обчислення значення k залежить від статичної схеми конструкції. Наприклад, для однопрогонової балки, завантаженої рівномірно розподіленим навантаженням:

у_ст = (5/ 384) k l⁴/ EI (5.4)

звідки
k = (384 / 5)EI/l⁴ (5.5)

Для обліку власної ваги елемента у формули додають так звану приведену масу m_прив:

Т  2

^{m  m}прив

(5.6)

f  ¹  ¹

T 2

(5.7)

Вважається, що приведена маса включає вагу (масу) елемента. Величина приведеної маси залежить від схеми розглянутого елемента.

Так, для балки, що вільно лежить на двох опорах:

m_прив= 0,5m_к (5.8)

де m_к - маса конструкції елемента, дорівнює

m_к = Q _k /g (5.9)

тут, Q_к - вага конструкції елемента.

Оскільки при вільних коливаннях Р=0, коливання відбуваються під дією власної ваги, тоді


Ò 2 ^{f 1}

_, 2

(5.10)

Змушеними називаються коливання, які викликаються зовнішньою збуджуючою силою при безупинному її впливі. При дії однієї сили віброграма виходить порівняно простою (рис. 3, а).


Рис. 5.3 Віброграми змушених коливань: а – проста; б – складна

При дії декількох сил віброграма представляє суму декількох коливальних процесів. На рис5.3, б показана віброграма, отримана як результат дії двох сил. Частота цих сил різна, тому на віброграмі видно два явно виражених періоди коливань Т₁ і Т₂ .

На рис.5.4 а, б показана віброграма резонансу, що настає при збігу частоти сили, з частотою власних коливань конструкції. Якщо частота сили, змінюється, резонанс припиняється. При резонансі виникають неприпустимі переміщення, деформації і зусилля, що можуть вивести конструкцію з ладу.