RU2784318C1 - Способ неразрушающего определения и мониторинга несущей способности стальных ферм - Google Patents

Способ неразрушающего определения и мониторинга несущей способности стальных ферм Download PDF

Info

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
Application number
RU2022103417A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Александрович Соловьев
Анастасия Андреевна Соловьева
Евгений Александрович Ильичев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2784318C1 publication Critical patent/RU2784318C1/ru

Links

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
Figure 00000087
, 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 [
Figure 00000088
;
Figure 00000089
], а также предельный допустимый прогиб в виде интервала [
Figure 00000090
;
Figure 00000091
]. 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:
Figure 00000001
и
Figure 00000002
- нижняя и верхняя граничные функции зависимости нагрузки от относительной деформации стержня; графики функций зависимости нагрузки F и наибольшего прогиба фермы f:
Figure 00000003
и
Figure 00000004
- нижняя и верхняя граничные функции зависимости нагрузки от прогиба фермы; 5 ступеней нагрузки: Fi, i=1, 2, …, 5;
Figure 00000005
и
Figure 00000006
- нижнее и верхнее значение предельной нагрузки (как оценки несущей способности фермы);
Figure 00000007
и
Figure 00000008
- 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
Figure 00000009
, 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;
Figure 00000010
) и (Fi;
Figure 00000011
), где
Figure 00000012
- среднее значение относительной деформации при нагрузке Fi;
Figure 00000013
- среднеквадратическое отклонение относительной деформации при нагрузке Fi;
Figure 00000014
- квантиль Стьюдента с доверительной вероятностью
Figure 00000015
; 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;
Figure 00000016
) и (Fi;
Figure 00000017
), где
Figure 00000018
- среднее значение линейного перемещения фермы при нагрузке Fi;
Figure 00000019
- среднеквадратическое отклонение линейного перемещения фермы при нагрузке Fi;
Figure 00000014
- квантиль Стьюдента с доверительной вероятностью
Figure 00000015
; n - число испытаний на каждой ступени нагрузки i;
Затем подбирают нелинейные функции для каждого j=1,2,…,k стержня фермы
Figure 00000020
по точкам
Figure 00000021
и
Figure 00000022
по точкам
Figure 00000023
, а также подбирают нелинейные функции для зависимостей нагрузки и линейного перемещения:
Figure 00000024
по точкам
Figure 00000025
и
Figure 00000026
по точкам
Figure 00000027
, используя метод наименьших квадратов.
После чего устанавливают предельные значения относительных деформаций стержней фермы
Figure 00000028
по формулам: для сжатых стержней
Figure 00000029
, а для растянутых стержней
Figure 00000030
, где
Figure 00000031
- предельное напряжение стали фермы, соответствующее пределу пропорциональности;
Figure 00000032
- модуль упругости стали фермы;
Figure 00000033
- коэффициент расчетной длины;
Figure 00000034
- момент инерции сечения j стержня;
Figure 00000035
- площадь поперечного сечения j стержня;
Figure 00000036
- длина j стержня;
Figure 00000037
- относительная деформация j-стрежня фермы от собственного веса и веса конструкции покрытия, вычисленная теоретически.
Затем графически или аналитически из уравнений
Figure 00000038
и
Figure 00000039
вычисляют предельную допустимую нагрузку на ферму в виде интервала [
Figure 00000040
;
Figure 00000041
]. После чего вычисляют предельное значение прогибов из уравнений
Figure 00000042
, откуда находят
Figure 00000043
, и
Figure 00000044
, откуда находят
Figure 00000045
.
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
Figure 00000046
и
Figure 00000047
: если прогиб f меньше
Figure 00000046
, то эксплуатацию фермы продолжают; если прогиб f находится в интервале [
Figure 00000046
;
Figure 00000047
], то необходимо усилить контроль за эксплуатацией фермы; если прогиб превышает значение
Figure 00000047
, 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)

  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
    Figure 00000048
    , 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;
    Figure 00000049
    ) и (Fi;
    Figure 00000050
    ), где
    Figure 00000051
    – среднее значение относительной деформации при нагрузке Fi;
    Figure 00000052
    – среднеквадратическое отклонение относительной деформации при нагрузке Fi;
    Figure 00000053
    – квантиль Стьюдента с доверительной вероятностью
    Figure 00000054
    ; 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;
    Figure 00000055
    ) и (Fi;
    Figure 00000056
    ), где
    Figure 00000057
    – среднее значение линейного перемещения фермы при нагрузке Fi;
    Figure 00000058
    – среднеквадратическое отклонение линейного перемещения фермы при нагрузке Fi;
    Figure 00000053
    – квантиль Стьюдента с доверительной вероятностью
    Figure 00000054
    ; n – число испытаний на каждой ступени нагрузки i; а затем подбирают нелинейные функции для каждого j=1, 2, …, k стержня фермы
    Figure 00000059
    по точкам
    Figure 00000060
    и
    Figure 00000061
    по точкам
    Figure 00000062
    , а также подбирают нелинейные функции для зависимостей нагрузки и линейного перемещения:
    Figure 00000063
    по точкам
    Figure 00000064
    и
    Figure 00000065
    по точкам
    Figure 00000066
    , используя метод наименьших квадратов, после чего устанавливают предельные значения относительных деформаций стержней фермы
    Figure 00000067
    по формулам: для сжатых стержней
    Figure 00000068
    , а для растянутых стержней
    Figure 00000069
    , где
    Figure 00000070
    – предельное напряжение стали фермы, соответствующее пределу пропорциональности;
    Figure 00000071
    – модуль упругости стали фермы;
    Figure 00000072
    – коэффициент расчетной длины стержня фермы;
    Figure 00000073
    – момент инерции сечения j стержня;
    Figure 00000074
    – площадь поперечного сечения j стержня;
    Figure 00000075
    – длина j стержня;
    Figure 00000076
    – относительная деформация j-стрежня фермы от собственного веса и веса конструкции покрытия, вычисленная теоретически; затем графически или аналитически из уравнений
    Figure 00000077
    и
    Figure 00000078
    вычисляют предельную допустимую нагрузку на ферму в виде интервала [
    Figure 00000079
    ;
    Figure 00000080
    ], после чего вычисляют предельное значение прогибов из уравнений
    Figure 00000081
    , откуда находят
    Figure 00000082
    , и
    Figure 00000083
    , откуда находят
    Figure 00000084
    , 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
    Figure 00000085
    и
    Figure 00000086
    : если прогиб f меньше
    Figure 00000085
    , то эксплуатацию фермы продолжают; если прогиб f находится в интервале [
    Figure 00000085
    ;
    Figure 00000086
    ], то усиливают контроль за эксплуатацией фермы; если прогиб превышает значение
    Figure 00000086
    , то экстренно прекращают эксплуатацию фермы с проведением мероприятий по уточнению ее категории технического состояния.
RU2022103417A 2022-02-11 Способ неразрушающего определения и мониторинга несущей способности стальных ферм RU2784318C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2784318C1 true RU2784318C1 (ru) 2022-11-23

Family

ID=

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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