RU2784318C1 - Способ неразрушающего определения и мониторинга несущей способности стальных ферм - Google Patents
Способ неразрушающего определения и мониторинга несущей способности стальных ферм Download PDFInfo
- Publication number
- RU2784318C1 RU2784318C1 RU2022103417A RU2022103417A RU2784318C1 RU 2784318 C1 RU2784318 C1 RU 2784318C1 RU 2022103417 A RU2022103417 A RU 2022103417A RU 2022103417 A RU2022103417 A RU 2022103417A RU 2784318 C1 RU2784318 C1 RU 2784318C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- load
- truss
- rod
- deflection
- stage
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 11
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 230000001066 destructive Effects 0.000 title claims description 3
- 238000011068 load Methods 0.000 claims abstract description 70
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 abstract description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003068 static Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000001264 neutralization Effects 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к неразрушающему контролю стальных ферм статической нагрузкой и может быть использовано при обследовании и испытании зданий и сооружений. Сущность: испытания проводят при отсутствии снеговой нагрузки. Каждому стержню фермы присваивают номер j=1, 2, …, k, в середине пролета фермы устанавливают измеритель линейных перемещений, а на каждый стержень исследуемой фермы в середине его длины устанавливают измеритель деформации. В узлах фермы, где передается снеговая нагрузка через прогоны, прикладывают испытательную сосредоточенную нагрузку пятью последовательными ступенями – по 10% (F1), 20% (F2), 30% (F3), 40% (F4) и 50% (F5) от предельно допустимой нагрузки на ферму , вычисленной теоретически, и каждую ступень испытательной нагрузки выдерживают до стабилизации значений относительных деформаций и линейных перемещений (прогибов), фиксируют значение прогиба fi, i=1,2, .., 5, и относительной деформации для каждого элемента ɛi, i=1, 2, … 5, при данной ступени испытательной нагрузки Fi прикладывают следующую ступень испытательной нагрузки Fi+1, а после выдержки пятой ступени нагрузки испытательную нагрузку снимают и испытания повторяют, после стабилизации относительных деформаций стержней и прогиба фермы. В выявленные функции зависимости относительной деформации от нагрузки подставляются предельные значения относительной деформации, вычисленные для каждого стержня отдельно (для сжатых стержней - по критерию устойчивости и по критерию предела пропорциональности; для растянутых - по критерию предела пропорциональности). В результате испытаний фермы выявляется ее несущая способность в виде интервала предельной нагрузки [;], а также предельный допустимый прогиб в виде интервала [; ]. Измеритель линейных перемещений оставляют в установленном месте, после чего в процессе дальнейшей эксплуатации фермы с определенной периодичностью снимают показания с измерителя линейных перемещений и сравнивают их с предельными значениями. Технический результат: повышение точности и достоверности определения несущей способности стальных ферм на стадии их эксплуатации, а также возможность контроля и мониторинга несущей способности фермы. 1 ил.
Description
Изобретение относится к неразрушающему контролю стальных ферм статической нагрузкой и может быть использовано при обследовании и испытании зданий и сооружений.
Известен способ виброакустических испытаний ферм (RU 2684684 C1, МПК G01M 7/00, опубл. 11.04.2019), включающий возбуждение в стержне вынужденных упругих колебаний с изменяющейся частотой и регистрацию значения частоты его резонансных колебаний. В качестве возбуждаемого выбирают один из легкодоступных стержней верхнего пояса испытываемой фермы, соединяют узлы на концах данного стержня жесткой стяжкой регулируемой длины, повторно регистрируют вышеуказанным образом его резонансную частоту, считают в случае резкого увеличения резонансной частоты стержень дефектным и производят его замену. Далее, путем переноса и регулировки длины данной стяжки поочередно соединяют в узлах концы каждого из труднодоступных стержней нижнего пояса и решетки, граничных с возбуждаемым стержнем при наличии общего с ним узла, повторно для каждого соединения контролируют характер изменения резонансной частоты того же возбуждаемого стержня верхнего пояса. В случае ее заметного увеличения производят отбраковку и замену соответствующего стянутого труднодоступного стержня нижнего пояса или решетки. Выбирают в качестве возбуждаемых последовательно другие легкодоступные стержни верхнего пояса, а при необходимости и решетки, и для каждого из них аналогичным образом повторяют процесс испытаний граничных с ними труднодоступных стержней нижнего пояса и решетки.
Недостатками данного подхода являются низкая достоверность результатов вследствие использования не силового критерия оценки, а также высокая трудоемкость проведения испытаний с необходимостью применения специализированного оборудования.
Известен способ испытаний конструкций (SU 509798 A1, МПК G01L 1/10, опубл. 05.04.1976), заключающийся в том, что в элементе конструкции возбуждают колебания на его собственной частоте и учитывают эту частоту при определении усилий. С целью повышения точности испытаний, длину колеблющейся части элемента ограничивают наложением дополнительных механических связей, после этого измеряют собственную частоту элемента, прикладывают к нему дополнительную нагрузку известной величины, намеряют собственную частоту элемента под этой нагрузкой и, сравнивая эти частоты, судят о величине начальных усилий.
Недостатками данного способа также является низкая достоверность результатов вследствие использования не силового критерия оценки, а также высокая трудоемкость проведения испытаний с необходимостью применения специализированного оборудования.
Наиболее близким изобретением является способ неразрушающего определения несущей способности строительных конструкций (RU №2460057, МПК G01N 3/32, опубл. 27.08.2012), по которому на поверхности испытуемой конструкции определяют места возможных максимальных деформаций. В этих местах испытываемую конструкцию нагружают 5-10 раз механической нагрузкой, не превышающей предельного значения, и определяют величину деформации в этих местах, а о прочности конструкции судят с учетом значений величины деформации. Способ отличается тем, что конструкцию нагружают механической нагрузкой, направленной противоположно собственному весу и весу эксплуатационной нагрузки, тремя ступенями нагружения, измеряют деформации в конструкции при каждом нагружении (устанавливают измерители деформации на верхней и нижней гранях балок, ферм, рам) в опасном и рядом с опасным сечениями, находят положение нейтральной оси в сечении элемента, с помощью измеренных деформаций в опасном сечении (в месте приложения испытательной нагрузки) и с использованием нейтральной оси строят эпюру деформаций в этом сечении. По результатам трех средних значений относительных деформаций е и соответствующим им нагрузкам F изображают точки в осях координат е-F строят среднюю прямую зависимости нагрузки от относительной деформации. По оси абсцисс диаграммы откладывают измеренные относительные деформации е, в качестве предельной деформации используют ее значение, равное 0,05%, которое соответствует пределу упругости материала, до которого диаграмму F(е) принимают прямой линией. Несущую способность конструкции определяют в виде интервала значений, строят равномерный закон распределения предельной нагрузки как случайной величины по известным значениями, а несущую способность конструкции определяют по заданной вероятности (обеспеченности), как абсциссу в законе распределения с соответствующей обеспеченностью (вероятностью).
Недостатками данного изобретения являются низкая точность и достоверность оценки несущей способности вследствие использования в качестве критерия предельного состояния предельную деформацию, равную 0,05%, что соответствует пределу упругости стали, в то время как элемент или конструкция может получить недопустимые напряжения до наступления предела упругости или же безопасно эксплуатироваться после достижения предела упругости; также нагружение конструкции по направлению противоположному эксплуатационной нагрузке не позволяет выдерживать нагрузку для получения деформаций ползучести.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности и достоверности определения несущей способности стальных ферм на стадии их эксплуатации, а также возможность контроля и мониторинга несущей способности фермы.
Технический результат достигается за счет того, что в выявленные функции зависимости относительной деформации от нагрузки подставляются предельные значения относительной деформации, вычисленные для каждого стержня отдельно (для сжатых стержней - по критерию устойчивости и по критерию предела пропорциональности; для растянутых - по критерию предела пропорциональности), а испытательная нагрузка прикладывается по направлению эксплуатационной нагрузке.
Изобретение поясняется графически (фиг.1).
На фиг.1 представлены графики подобранных нелинейных функций зависимостей нагрузки F и относительной деформации для трех стержней фермы j=1, 2, 3: и - нижняя и верхняя граничные функции зависимости нагрузки от относительной деформации стержня; графики функций зависимости нагрузки F и наибольшего прогиба фермы f: и - нижняя и верхняя граничные функции зависимости нагрузки от прогиба фермы; 5 ступеней нагрузки: Fi, i=1, 2, …, 5; и - нижнее и верхнее значение предельной нагрузки (как оценки несущей способности фермы); и - нижнее и верхнее значение предельного прогиба фермы; p5(f) - функция плотности вероятностей прогиба f на 5 ступени нагрузки F; p5(е)1 - функция плотности вероятностей деформаций на 5 ступени нагрузки F для стержня j=1; еj,ult - предельная относительная деформация для стержней фермы j=1, 2, 3.
Способ заключается в следующем: испытания проводят при отсутствии снеговой нагрузки; перед проведением каждому стержню фермы присваивается номер j=1, 2, …, k.
В середине пролета фермы устанавливают измеритель линейных перемещений (например, индикатор часового типа), а на каждый стержень исследуемой фермы в середине его длины устанавливают измеритель деформации (например, тензорезистор), после чего в узлах фермы, где передается снеговая нагрузка через прогоны, после чего прикладывают испытательную сосредоточенную нагрузку: испытательная нагрузка прикладывается 5 последовательными ступенями - по 10% (F1), 20% (F2), 30% (F3), 40% (F4) и 50% (F5) от предельно допустимой нагрузки на ферму , вычисленной теоретически. Каждая ступень испытательной нагрузки выдерживается до стабилизации значений относительных деформаций и линейных перемещений (прогибов), после чего фиксируется значение прогиба fi, i=1, 2, …, 5, и относительной деформации для каждого элемента еi, i=1, 2, … 5, при данной ступени испытательной нагрузки Fi, после чего прикладывается следующая ступень испытательной нагрузки Fi+1. После выдержки пятой ступени нагрузки, испытательная нагрузка снимается, и испытания повторяются, после стабилизации относительных деформаций стержней и прогиба фермы.
Затем в осях F-е (ось F вертикально; ось е горизонтально вправо) откладывают экспериментальные точки для каждого стержня фермы j=1, 2, …,k: (Fi; ) и (Fi; ), где - среднее значение относительной деформации при нагрузке Fi; - среднеквадратическое отклонение относительной деформации при нагрузке Fi; - квантиль Стьюдента с доверительной вероятностью ; n - число испытаний на каждой ступени нагрузки i; и на том же графике в осях F-f (ось f горизонтально влево) откладывают точки экспериментальные точки линейных перемещений: (Fi; ) и (Fi; ), где - среднее значение линейного перемещения фермы при нагрузке Fi; - среднеквадратическое отклонение линейного перемещения фермы при нагрузке Fi; - квантиль Стьюдента с доверительной вероятностью ; n - число испытаний на каждой ступени нагрузки i;
Затем подбирают нелинейные функции для каждого j=1,2,…,k стержня фермы по точкам и по точкам , а также подбирают нелинейные функции для зависимостей нагрузки и линейного перемещения: по точкам и по точкам , используя метод наименьших квадратов.
После чего устанавливают предельные значения относительных деформаций стержней фермы по формулам: для сжатых стержней , а для растянутых стержней , где - предельное напряжение стали фермы, соответствующее пределу пропорциональности; - модуль упругости стали фермы; - коэффициент расчетной длины; - момент инерции сечения j стержня; - площадь поперечного сечения j стержня; - длина j стержня; - относительная деформация j-стрежня фермы от собственного веса и веса конструкции покрытия, вычисленная теоретически.
Затем графически или аналитически из уравнений и вычисляют предельную допустимую нагрузку на ферму в виде интервала [;]. После чего вычисляют предельное значение прогибов из уравнений , откуда находят , и , откуда находят .
После чего испытания завершают, а измеритель линейных перемещений оставляют в установленном месте. Затем с определенной периодичностью снимают показания с измерителя линейных перемещений и сравнивают их с предельными значениями и : если прогиб f меньше , то эксплуатацию фермы продолжают; если прогиб f находится в интервале [; ], то необходимо усилить контроль за эксплуатацией фермы; если прогиб превышает значение , то необходимо экстренно прекратить эксплуатацию фермы с проведением мероприятий по уточнению ее категории технического состояния. Вышеописанные испытания проводят не реже одного раза в пять лет для корректировки графиков, условно изображенных на фиг.1.
Использование предлагаемого изобретения позволит более достоверно оценить несущую способность фермы или другой стержневой системы, а также отслеживать во времени уровень безопасности эксплуатации фермы.
Claims (1)
- Способ неразрушающего определения и мониторинга несущей способности стальных ферм, заключающийся в следующем: испытания проводят при отсутствии снеговой нагрузки, при этом перед проведением каждому стержню фермы присваивают номер j=1, 2, …, k, после чего в середине пролета фермы устанавливают измеритель линейных перемещений, а на каждый стержень исследуемой фермы в середине его длины устанавливают измеритель деформации, после чего в узлах фермы, где передается снеговая нагрузка через прогоны, прикладывают испытательную сосредоточенную нагрузку пятью последовательными ступенями – по 10% (F1), 20% (F2), 30% (F3), 40% (F4) и 50% (F5) от предельно допустимой нагрузки на ферму , вычисленной теоретически, и каждую ступень испытательной нагрузки выдерживают до стабилизации значений относительных деформаций и линейных перемещений (прогибов), после чего фиксируют значение прогиба fi, i=1, 2, .., 5, и относительной деформации для каждого элемента ɛi, i=1, 2, … 5, при данной ступени испытательной нагрузки Fi, после чего прикладывают следующую ступень испытательной нагрузки Fi+1, а после выдержки пятой ступени нагрузки испытательную нагрузку снимают и испытания повторяют, после стабилизации относительных деформаций стержней и прогиба фермы, затем в осях F-ε, где ось F вертикально, а ось ε горизонтально вправо, откладывают экспериментальные точки для каждого стержня фермы j=1,2,…,k: (Fi; ) и (Fi; ), где – среднее значение относительной деформации при нагрузке Fi; – среднеквадратическое отклонение относительной деформации при нагрузке Fi; – квантиль Стьюдента с доверительной вероятностью ; n – число испытаний на каждой ступени нагрузки i; и на том же графике в осях F-f , где ось f горизонтально влево, откладывают экспериментальные точки линейных перемещений: (Fi; ) и (Fi; ), где – среднее значение линейного перемещения фермы при нагрузке Fi; – среднеквадратическое отклонение линейного перемещения фермы при нагрузке Fi; – квантиль Стьюдента с доверительной вероятностью ; n – число испытаний на каждой ступени нагрузки i; а затем подбирают нелинейные функции для каждого j=1, 2, …, k стержня фермы по точкам и по точкам , а также подбирают нелинейные функции для зависимостей нагрузки и линейного перемещения: по точкам и по точкам , используя метод наименьших квадратов, после чего устанавливают предельные значения относительных деформаций стержней фермы по формулам: для сжатых стержней , а для растянутых стержней , где – предельное напряжение стали фермы, соответствующее пределу пропорциональности; – модуль упругости стали фермы; – коэффициент расчетной длины стержня фермы; – момент инерции сечения j стержня; – площадь поперечного сечения j стержня; – длина j стержня; – относительная деформация j-стрежня фермы от собственного веса и веса конструкции покрытия, вычисленная теоретически; затем графически или аналитически из уравнений и вычисляют предельную допустимую нагрузку на ферму в виде интервала [;], после чего вычисляют предельное значение прогибов из уравнений , откуда находят , и , откуда находят , после чего испытания завершают, а измеритель линейных перемещений оставляют в установленном месте, после чего в процессе дальнейшей эксплуатации фермы с определенной периодичностью снимают показания с измерителя линейных перемещений и сравнивают их с предельными значениями и : если прогиб f меньше , то эксплуатацию фермы продолжают; если прогиб f находится в интервале [; ], то усиливают контроль за эксплуатацией фермы; если прогиб превышает значение , то экстренно прекращают эксплуатацию фермы с проведением мероприятий по уточнению ее категории технического состояния.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2784318C1 true RU2784318C1 (ru) | 2022-11-23 |
Family
ID=
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2797787C1 (ru) * | 2022-12-08 | 2023-06-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" | Способ неразрушающей оценки и контроля несущей способности и надежности стальных ферм |
CN116429773A (zh) * | 2023-06-08 | 2023-07-14 | 中铁建工集团有限公司 | 一种钢桁架加固结构的安全监测装置 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2161788C2 (ru) * | 1999-02-04 | 2001-01-10 | Вологодский государственный технический университет | Способ неразрушающего контроля несущей способности строительных конструкций |
RU2176388C1 (ru) * | 2000-04-05 | 2001-11-27 | Вологодский государственный технический университет | Способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных и узловых закреплений строительных конструкций |
CN210863366U (zh) * | 2019-10-25 | 2020-06-26 | 郑州市建设工程质量检测有限公司 | 一种用于钢结构承载力检测的装置 |
RU2764026C1 (ru) * | 2021-03-02 | 2022-01-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" | Способ неразрушающего контроля несущей способности однопролетных прогонов |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2161788C2 (ru) * | 1999-02-04 | 2001-01-10 | Вологодский государственный технический университет | Способ неразрушающего контроля несущей способности строительных конструкций |
RU2176388C1 (ru) * | 2000-04-05 | 2001-11-27 | Вологодский государственный технический университет | Способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных и узловых закреплений строительных конструкций |
CN210863366U (zh) * | 2019-10-25 | 2020-06-26 | 郑州市建设工程质量检测有限公司 | 一种用于钢结构承载力检测的装置 |
RU2764026C1 (ru) * | 2021-03-02 | 2022-01-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" | Способ неразрушающего контроля несущей способности однопролетных прогонов |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2797787C1 (ru) * | 2022-12-08 | 2023-06-08 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" | Способ неразрушающей оценки и контроля несущей способности и надежности стальных ферм |
CN116429773A (zh) * | 2023-06-08 | 2023-07-14 | 中铁建工集团有限公司 | 一种钢桁架加固结构的安全监测装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10620085B2 (en) | Bridge inspection and evaluation method based on impact vibration | |
Sung et al. | A bridge safety monitoring system for prestressed composite box-girder bridges with corrugated steel webs based on in-situ loading experiments and a long-term monitoring database | |
Laura et al. | Static and dynamic testing of highway bridges: A best practice example | |
Bonopera et al. | Feasibility study of prestress force prediction for concrete beams using second-order deflections | |
Jamadin et al. | Effect of high-cyclic loads on dynamic response of reinforced concrete slabs | |
RU2784318C1 (ru) | Способ неразрушающего определения и мониторинга несущей способности стальных ферм | |
RU2579545C1 (ru) | Способ неразрушающего контроля несущей способности однопролетных железобетонных балок | |
RU2797787C1 (ru) | Способ неразрушающей оценки и контроля несущей способности и надежности стальных ферм | |
RU2281482C2 (ru) | Способ определения огнестойкости сжатых элементов железобетонных конструкций здания | |
Papakonstantinou et al. | Analysis of reinforced concrete beams strengthened with composites subjected to fatigue loading | |
Birkner et al. | Large-scale fatigue tests on prestressed concrete beams | |
Luna Vera et al. | Flexural performance correlation with natural bending frequency of post-tensioned concrete beam: Experimental investigation | |
RU2764026C1 (ru) | Способ неразрушающего контроля несущей способности однопролетных прогонов | |
DeFreese et al. | Glass fiber reinforced polymer bars as top mat reinforcement for bridge decks | |
RU2589459C2 (ru) | Способ диагностики преднапряженных железобетонных пролетных строений балочного типа | |
Chahud et al. | Proof load test on bridges and viaducts: a bibliography analysis | |
Lisztwan et al. | Evaluation of the bowstring concrete bridge behavior using full-scale load testing | |
Zhang et al. | Process monitoring and terminal verification of π–section girder cable-stayed bridge | |
KR20090082613A (ko) | 프리스트레스트 콘크리트 거더 교량을 위한 하이브리드 손상 모니터링 체계 | |
Trehy | Refined Evaluation of Effective Prestress in the Varina-Enon Bridge | |
Khan et al. | Progressive deterioration of reinforced concrete structures: effect on dynamic properties of flexural members | |
Agredo Chavez et al. | Cracking and Fatigue of Heavy Loaded Prestressed Concrete Bridge in Sweden | |
Buitrago et al. | Fatigue Assessment and Structural Health Monitoring of Steel Truss Bridges | |
Yuan et al. | Fatigue life prediction for concrete bridges using Bayesian network | |
CN115855346A (zh) | 悬索桥边主缆索力检测方法及系统 |