Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
 Кафедра автомобильных дорог, мостов и тоннелей
Реферат
по дисциплине эксплуатация и реконструкция мостов на тему:
«Измерение перемещений и прогибов при статических и динамических испытаниях автодорожных мостов.»
Выполнил студент гр. 8АД02:
Габтракипов А.Р.
Проверил доцент, к.т.н:
Майстренко И.Ю.
Казань 2021
Оглавление
Введение 3
1.Подготовительные работы 4
2.Статические испытания 6
2.1 Классификация пролетных строений по грузоподъемности по результатам статических испытаний 8
3.Динамические испытания 11
3.1 Определение периода и частоты вынужденных колебаний 13
3.2 Определение амплитуды колебаний 13
3.3 Экспериментальное определение частоты собственных колебаний 14
3.4 Определение динамического коэффициента 14
3.5 Обработка опытных данных 16
4.Оценка сооружений по данным обследований и испытаний 17
Заключение 20
Список использованных источников 21
Введение
Мост одно из самых сложных и ответственных искусственных сооружений, поэтому особое внимание уделяется не только проектированию и возведению, но и испытаниям моста. Испытания моста проводят с целью контроля его напряженно-деформированного состояния, выявления особенностей работы и соответствия их проектным параметрам и расчетам. Различают следующие виды испытаний: статические и динамические.
Подготовительные работы
 До начала испытаний или обкатки должно быть проведено обследование сооружения в объеме, позволяющем:
∙ установить возможность загружения сооружения испытательной нагрузкой (отсутствие недоделок, снижающих несущую способность сооружения, препятствий на пути передвижения нагрузки и др.);
∙ определить предельно допустимую величину испытательной нагрузки (с учетом норм проектирования и имеющихся в конструкциях дефектов и повреждений);
∙ зафиксировать состояние сооружения для возможности выявления изменений, произошедших в результате проведенных загружений;
∙ наметить условия движения нагрузки при динамических испытаниях (с учетом плана и профиля пути, наличия и расположения на проезде неровностей и др.).
Параметры применяемых приборов (точность, пределы измерений, частотные характеристики и др.), способы их установки и используемые установочные приспособления должны позволять получать стабильные показания измеряемых величин с приемлемыми погрешностями и искажениями.
При испытаниях следует защищать приборы от механических, климатических и других воздействий. Если при испытаниях нельзя устранить влияние изменения температуры воздуха на показания приборов, то это влияние следует учитывать установкой специальных датчиков или расчетным путем при обработке показаний приборов.
Перед проведением испытаний руководителем работ должны быть разработаны и переданы организациям-исполнителям перечни мероприятий по обеспечению безопасного проведения испытаний, а также движения транспортных средств и пешеходов на участках дороги, примыкающих к мосту.
 Если во время работ, связанных с проведением испытаний, движение по мосту полностью не прекращается, то должны быть предусмотрены меры по обеспечению безопасности движения транспортных средств в стесненных условиях и по перекрытию движения на периоды снятия показаний приборов.
В случаях, когда показания по установленным измерительным приборам превышают предполагаемые расчетные значения, а также при обнаружении неожиданных изменений в состоянии конструкции (например, при возникновении трещин и выпучиваний в стальных элементах и их соединениях, при появлении признаков выкалывания или раздробления бетона в железобетонных элементах и др.) по решению руководителя работ испытания должны быть прекращены и испытательная нагрузка удалена за пределы испытываемой конструкции.
Дальнейшие испытания могут проводиться только после тщательного обследования состояния конструкций, выяснения причин возникших явлений и оценки их опасности, что должно быть зафиксировано в акте, подписанном компетентными представителями заказчика, проектной организации и организации, проводящей испытания.
При нагружении конструкции, мы должны понять насколько конструкция выдерживает нагрузки и возможно ли ее дальнейшая эксплуатация. Для этого пользуются следующими измерительными приборами:
Прогибомеры - приборы для измерения прогибов, вертикальных и других перемещений в любом направлении. В испытательной практике используются многие типы прогибомеров с проволочной связью. Для измерения небольших по величине перемещений могут быть использованы индикаторы часового типа.
 Клинометры - приборы, служащие для измерения углов поворота (тангенсов углов поворота) сечений элементов конструкций.
Тензометры - приборы для измерения деформаций, вызываемых механическими напряжениями в твёрдых телах. Применяется при исследовании распределения деформаций в деталях машин, конструкций и сооружений, а также при механических испытаниях материалов.
Сдвигомеры – фиксируют деформации смещения параллельных волокон При проведении испытаний фиксируют образование и развитие трещин, ширину их раскрытия, замеряют прогибы и смещение арматуры относительно бетона на торцах конструкции.
Статические испытания
В процессе статических испытаний измеряются параметры напряженно-деформированного состояния в характерных сечениях конструкций мостов.
В процессе статических испытаний следует измерять:
∙ общие перемещения и деформации сооружения и его частей;
∙ относительные деформации, характеризующие напряжения;
∙ местные деформации (раскрытие трещин и швов, смещения в соединениях и т.п.).
Кроме того, в зависимости от вида конструкций и их состояния и в соответствии с задачами испытаний, могут производиться измерения угловых и взаимных перемещений частей сооружения, усилий в элементах (вантах, шпренгелях) и т.п.
В качестве нагрузки при статических испытаниях мостов под нагрузку АБ – автомобили особо большой грузоподъемности; под нагрузку АК – как правило, трех- и четырехосные автомобили полной массой 15–35 т.
В некоторых случаях (например, при испытании отдельных элементов моста, при определении жесткости конструкции и др.) нагрузка при испытаниях может быть создана домкратами, лебедками, отдельными грузами с фиксацией создаваемых усилий.
 Усилия (силы, моменты), возникающие в любых элементах автодорожных и городских мостов от испытательной нагрузки, должны быть не более от величины усилий от временной вертикальной подвижной нагрузки, принятой в проекте, с учетом коэффициента надежности по нагрузке, равного единице, и динамического коэффициента:
∙ при приемочных испытаниях сооружений – 90 % в металлических и композитных конструкциях и 80 % в железобетонных и сталежелезобетонных конструкциях;
∙ при испытаниях эксплуатируемых сооружений, рассчитанных по предельным состояниям, – 80 % для всех конструкций мостов и по допускаемым напряжениям – 100 % для конструкций, запроектированных по нормам, действовавшим в РФ до 1962 г.;
∙ при испытаниях сооружений, имеющих элементы с пониженной несущей способностью, и сооружений, на которые отсутствует техническая документация, – усилий от временной вертикальной нагрузки, определенных расчетом по действующим нормативным документам с учетом фактического состояния конструкций.
Усилия (силы, моменты), вызываемые испытательной нагрузкой, как правило, должны быть не менее в элементах автодорожных и городских мостов – 60 %, а в элементах пешеходных мостов – 50 % усилий от принятой в проекте нормативной нагрузки с учетом динамического коэффициента.
Весовые характеристики транспортных средств, используемых при испытаниях, следует перед проведением работ уточнять. Погрешность определения весовых характеристик должна быть не более 5%.
Перед началом испытаний руководитель работ проводит, при необходимости, уточнение предусмотренных программой схем загружения моста, учитывая фактический состав и массу испытательной нагрузки.
Первое загружение конструкции испытательной нагрузкой следует проводить постепенно, с контролем за работой сооружения на разных этапах по показаниям отдельных измерительных приборов.
 Время выдержки испытательной нагрузки в каждом из положений следует определять по стабилизации показаний измерительных приборов, по возможности, исключив влияние сторонних факторов.
При необходимости достижения наибольших деформаций конструкции под нагрузкой время выдержки следует назначать в зависимости от наблюдаемого прироста деформаций, материала сооружения, вида и состояния стыковых соединений, предшествующих загружений.
Загружения конструкций испытательной нагрузкой следует, при необходимости, повторять. Количество повторных загружений определяет руководитель работ.
2.1 Классификация пролетных строений по грузоподъемности по результатам статических испытаний
При статических испытаниях железобетонных балочных пролетных строений в случае отсутствия отслоений защитного слоя бетона и, следовательно, надежном сцеплении арматуры с бетоном можно допустить, что деформации, измеренные в бетоне растянутой зоны, будут близки и практически идеально совпадают с деформациями в растянутой рабочей арматуре. Поэтому измеренные деформации в бетоне могут трансформироваться в деформации арматуры с последующим их пересчетом в действующие усилия или напряжения от испытательной нагрузки.
 При повреждении рабочей арматуры коррозией и образовании вторичных продуктов Fe2O3 неизбежно отслоение защитного слоя и, следовательно, нарушение сцепления арматуры с бетоном. В таких случаях приборы следует устанавливать исключительно на стержни рабочей арматуры с предварительной их очисткой от коррозии в местах установки тензометров и удалением бетона защитного слоя.
Измеренные в ходе испытаний величины прогибов от испытательной нагрузки fисп должны быть пересчитаны через приведенную жесткость EIпр в прогибы от нормативной нагрузки, т. е.
 (1)
где q – эквивалентная распределенная нагрузка от испытательной поездной нагрузки.
Подставив в эту формулу значение нормативной нагрузки qн, можно определить величину нормативного прогиба fн от нормативной нагрузки, который и следует сравнивать с величиной, нормируемой п.5.43 СП 35.13330.2011 «Мосты и трубы» [1]. В конечном итоге
 (2)
 Аналогичным образом может быть определен прогиб от нормативной нагрузки и для металлических сплошных и сквозных ферм. Для грубой оценки несущей способности железобетонных пролетных строений, чего в практике в большинстве случаев бывает достаточно для принятия решения о режиме эксплуатации или о замене пролетного строения, можно использовать результаты, полученные при измерении напряженного состояния рабочей арматуры. Напряжения, вызванные постоянной нагрузкой, следует вычесть из расчетного сопротивления растянутой рабочей арматуры, и по оставшемуся ресурсу несущей способности арматуры можно определить величину допускаемой эквивалентной нагрузки, от которой легко перейти к установлению класса, т.е
 (3)
откуда
 (4)
Класс пролетного строения
 (5)
где σп и σи – напряжения в растянутой арматуре, вызванные соответственно постоянной и испытательной нагрузками; kэкв – эквивалентная нагрузка от испытательной нагрузки; кн – эталонная временная нагрузка; (1 + µ) – динамический коэффициент, всегда определяемый для стальных пролетных строений по формуле
 (6)
Эту формулу можно применять и для уточнения классов элементов сквозных и сплошностенчатых ферм. Для ферм, эксплуатируемых более 50 лет, в знаменатель формулы по определению класса при расчетах на прочность следует вводить коэффициенты, учитывающие структурные изменения в металле и накопление усталости.
В конечном виде эта формула приобретает следующий вид:
 (7)
где m – коэффициент, равный 1,15 и учитывающий накопление усталости в металле; n – коэффициент, равный 1,10 и учитывающий структурные изменения в материале пролетных строений.
Полученные таким образом классы элементов целесообразно сравнить с результатами расчетов по методу классификации и это сравнение подвергнуть анализу.
Динамические испытания
Динамические испытания проводят в следующих целях:
∙ выявление величин динамических воздействий, создаваемых реальными подвижными нагрузками;
∙ определение основных динамических характеристик сооружения – периодов и форм собственных колебаний, характеристик затухания колебаний.
Для испытаний с целью выявления величин динамических воздействий, создаваемых подвижными нагрузками, следует использовать тяжелые нагрузки, которые могут реально обращаться по сооружению и способны при имеющихся неровностях пути или проезжей части вызывать появление в конструкциях колебаний, ударных воздействий, местных перегрузок и др.
 Для определения динамических характеристик сооружений следует использовать подвижные, ударные, вибрационные, ветровые и другие нагрузки, способные вызвать появление устойчивых колебаний (в том числе свободных). Инструкция по диагностике мостовых сооружений на автомобильных дорогах приведена в Временная инструкция «По диагностике мостовых сооружений на автомобильных дорогах» [2].
Места приложения возмущающих нагрузок, а также места измерения следует выбирать с учетом ожидаемых видов и форм колебаний.
При возбуждении колебаний конструкции посредством ударов падающих грузов должны быть приняты меры, предохраняющие конструкцию от местных повреждений (устройство песчаных подушек, распределительного настила и т.п.).
 Усилия в частях и элементах конструкций от подвижной временной вертикальной нагрузки при динамических испытаниях не должны превышать значений:
- при приемочных испытаниях: для металлических и композитных мостов - 90%, для железобетонных и сталежелезобетонных мостов - 80%;
- при испытаниях эксплуатируемых мостов, рассчитанных по предельным состояниям, - 80%, по допускаемым напряжениям - 100%.
При испытаниях автодорожных и городских мостов в необходимых случаях (например, для выявления динамических характеристик сооружения, для оценки влияния неровностей, возможных на проезжей части, и др.) динамическое воздействие подвижной нагрузки может быть усилено применением искусственных неровностей – порожков (досок, уложенных поперек проезда) с высотой, как правило, не более 5 см.
При динамических испытаниях сооружения временной подвижной нагрузкой заезды следует выполнять с различными скоростями, что позволяет выявить характер работы сооружения в диапазоне возможных скоростей движения нагрузки.
Скорости движения нагрузки во время заездов, а также количество заездов с той или иной скоростью в каждом конкретном случае устанавливает руководитель работ.
 При динамических испытаниях, как правило, следует применять приборы, записывающие весь колебательный процесс (виброграмму), при обработке которой определяют характеристики колебательного движения: динамические прогибомеры, виброметры и вибрографы.
3.1 Определение периода и частоты вынужденных колебаний
Период колебаний измеряется временем в секундах, необходимым для совершения одного полного колебания, а частота определяет количество полных колебаний, совершаемых конструкцией за одну секунду. Эти параметры вычисляются по виброграммам следующим образом.
Первоначально устанавливают скорость движения регистрирующей ленты, мм/с:
v = l/t, (8)
где l – расстояние между отметками времени на виброграмме, мм; t – интервал времени, с, за который лентой пройдено расстояние l.
Длина записи, мм, соответствующая одному полному колебанию,
λ = L/n, (9)
где L – длина записи, на которой произошли n полных колебаний.
Тогда искомый период Т = λ/V (в секундах), а частота колебаний
f = 1/T (в герцах).
3.2 Определение амплитуды колебаний
По виброграммам, записанным вибрографом Гейгера, амплитуду колебаний определяют достаточно просто, так как толщина линий, рисуемых самописцем, незначительна и не создает погрешностей и искажений при измерениях. Определение амплитуды сводится к измерению расстояния между положительной и отрицательной вершинами полуволн, после чего полученное значение делится пополам. Это и будет амплитудой.
Для более точного определения значения амплитуды при проведении испытаний следует использовать максимально возможное увеличение показаний прибора. Масштаб записи колебаний обязательно необходимо учитывать при обработке полевых материалов.
3.3 Экспериментальное определение частоты собственных колебаний
Частота собственных колебаний является определяющим фактором для принятия решения о пригодности конструкции к дальнейшей эксплуатации, необходимости ее усиления или реконструкции и назначении эксплуатационных режимов по скоростям и осевым нагрузкам.
Существует несколько способов определения частоты собственных колебаний:
– способ мгновенного приложения нагрузки или удара для получения затухающих колебаний;
 – способ резонанса, который предусматривает использование вибромашин с доведением конструкции до эффекта резонанса. При этом частота возмущающих колебаний вибронагрузки при достижении эффекта резонанса и будет частотой собственных колебаний.
3.4 Определение динамического коэффициента
В максимально упрощенном виде определение динамического коэффициента сводится к нахождению отношения прогиба от испытательной нагрузки, пропускаемой по сооружению в эксплуатационном режиме, к статическому прогибу. Наибольшую ординату деформации принимают в качестве максимального динамического воздействия.
Экспериментальное значение динамического коэффициента определяют по формуле
 (10)
где удин и уст – соответственно прогибы от динамической и статической нагрузок.
Для определения динамического коэффициента в практике исследования мостовых сооружений применяется несколько способов.
 Наиболее точные значения динамического коэффициента можно получить, измеряя статический прогиб при неоднократном загружении пролетного строения статической нагрузкой или измеряя на виброграмме максимальную ординату уст при очень медленном движении по мосту испытательного поезда. Динамический прогиб удин измеряют на ряде диаграмм, отражающих движение испытательной нагрузки с различными скоростями (рисунок 1).
Рисунок 1 – Образец виброграммы вертикального прогиба фермы в середине пролета. Определение по диаграмме динамического коэффициента и периода вынужденных колебаний
Метод определения динамического коэффициента под обращающимися нагрузками дает много погрешностей, поэтому его применяют в случаях наличия интенсивного движения и при отсутствии возможности получения технологических «окон» для проведения испытаний.
3.5 Обработка опытных данных
 Анализ и обработка полевых материалов, полученных при проведении динамических испытаний, позволяют установить динамические характеристики испытанных сооружений и характер воздействия на них динамических нагрузок.
Частоту свободных вертикальных колебаний пролетных строений с достаточной точностью можно определить, зная величину статического прогиба, по формуле
 (11)
где g – ускорение свободного падения. При этом период свободных колебаний определится как величина, обратная частоте, т. е.
 (12)
Зная величину прогиба пролетного строения и нагрузку, вызвавшую его, можно определить характеристику жесткости сооружения:
 (13)
На практике для балочных пролетных строений при определении периода свободных колебаний удобно пользоваться выражением
 (14)
где р – интенсивность постоянной нагрузки; к – интенсивность временной нагрузки, принятой равномерно распределенной; уст – статический прогиб, измеренный в середине пролета.
 Важным параметром является логарифмический декремент затухания, который характеризует скорость затухания колебаний. Чем он выше по абсолютной величине, тем быстрее происходит затухание колебаний. Декремент затухания принято выражать зависимостью
d = εT , (15)
где ε – коэффициент затухания, 1/с, который можно определять по
формуле
 (16)
Оценка сооружений по данным обследований и испытаний
Оценку состояния сооружения следует производить путем всестороннего анализа данных, полученных при обследовании и испытаниях. При оценке наиболее характерных дефектов и повреждений следует использовать СП 79.13330.2012 «Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний», приложение Б [3].
Полученные при обследовании данные по контрольным измерениям и съемкам сопоставляют с допускаемыми отклонениями на изготовление и монтаж конструкций, указанными в СП 46.13330 «Мосты и трубы» [4] и ГОСТ 33119 «Конструкции полимерные композитные для пешеходных мостов и путепроводов. Технические условия» [5], и с результатами предшествовавших обследований.
 Обнаруженные при обследовании дефекты и повреждения конструкций следует оценивать с точки зрения их влияния на потребительские свойства сооружения по следующим основным показателям:
- грузоподъемность в виде классов расчетных нагрузок по действующим нормам с учетом фактического состояния конструкций в соответствии с СП 79.13330.2012 «Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний» приложение В;
- долговечность эксплуатируемых сооружений в виде предполагаемого остаточного ресурса в годах, определяемого путем экспертной оценки;
- безопасность и комфортность движения транспортных средств и пешеходов с учетом состояния мостового полотна.
Контрольную оценку состояния материалов и конструкций проводят путем инструментальных измерений с использованием (при возможности) статистических методов обработки результатов с обеспеченностью 0,95.
По материалам проведенных обследований и испытаний и результатам оценки расчетной грузоподъемности сооружения следует, при необходимости, разрабатывать рекомендации по обеспечению безопасной эксплуатации сооружения, в том числе:
- проведение различных видов ремонтных работ;
- усиление отдельных элементов, введение ограничений для обращающихся нагрузок (в том числе уменьшение количества полос движения или увеличение интервалов между транспортными единицами на автодорожных и городских мостах);
- ограничение скорости движения, массы транспортных средств и осевых нагрузок, изменение габаритов проезда.
 В тех случаях, когда невозможно достоверно установить причины возникновения и влияния на потребительские свойства мостового сооружения, дефекта, выявленного на стадии приемки моста, должен быть организован мониторинг сооружения в процессе его плановой эксплуатации в течение времени, необходимого для подтверждения проектного режима использования моста.
Заключение
Мы изучили методы измерения перемещений в ходе статических и динамических нагрузок, порядок проведения испытаний, оформление и представление результатов испытаний.
 Список использованных источников
СП 35.13330.2011 «Мосты и трубы» УТВЕРЖДЕН приказом Министерства регионального развития Российской Федерации (Минрегион России) от 28 декабря 2010 г. N 822 и введен в действие с 20 мая 2011 г. Дата введения 05-20-2011. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84*
Временная инструкция «По диагностике мостовых сооружений на автомобильных дорогах»: Утверждена Государственной службы дорожного хозяйства Министерства транспорта 23.05.2003г. Дата введения 01.06.2003– 161с.
СП 79.13330.2012 «Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний» УТВЕРЖДЕН приказом Министерства регионального развития Российской Федерации (Минрегион России) от 30.06.2012 г. N 273 и введен в действие с 1 января 2013 г. Дата введения 2013-01-01. Актуализированная редакция СНиП 3.06.07-86
ГОСТ 33119-2014 «Конструкции полимерные композитные для пешеходных мостов и путепроводов. Технические условия» УТВЕРЖДЕН приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 декабря 2014 г. N 2043-ст. Дата введения 2015-07-01
СП 79.13330.2012 «Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний» УТВЕРЖДЕН приказом Министерства регионального развития Российской Федерации (Минрегион России) от 30.06.2012 г. N 273 и введен в действие с 1 января 2013 г. Дата введения 2013-01-01. Актуализированная редакция СНиП 3.06.07-86
|
Скачать 385.23 Kb.