RU2797787C1 - Способ неразрушающей оценки и контроля несущей способности и надежности стальных ферм - Google Patents
Способ неразрушающей оценки и контроля несущей способности и надежности стальных ферм Download PDFInfo
- Publication number
- RU2797787C1 RU2797787C1 RU2022132177A RU2022132177A RU2797787C1 RU 2797787 C1 RU2797787 C1 RU 2797787C1 RU 2022132177 A RU2022132177 A RU 2022132177A RU 2022132177 A RU2022132177 A RU 2022132177A RU 2797787 C1 RU2797787 C1 RU 2797787C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- truss
- load
- rod
- reliability
- deflection
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к неразрушающему контролю стальных ферм статической нагрузкой и может быть использовано при обследовании и испытании зданий и сооружений. Сущность: 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 несущая способность и надежность определяются графически исходя из зависимостей прогиба фермы от относительной деформации стержней фермы. В результате испытаний фермы выявляется ее несущая способность в виде интервала предельной нагрузки [;], а также предельный допустимый прогиб в виде интервала [; ]. Также определяют надежность фермы по формуле , где и - верхняя и нижняя оценка значения текущего прогиба фермы от эксплуатационной нагрузки; - площадь отсеченной части прямоугольника, построенного по графикам (фиг. 1). Технический результат: повышение точности и достоверности определения несущей способности стальных ферм на стадии их эксплуатации, оперативная оценка надежности, а также возможность контроля и мониторинга несущей способности и надежности 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 несилового 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 ε и соответствующим им нагрузкам F изображают точки в осях координат ε-F строят среднюю прямую зависимости нагрузки от относительной деформации. По оси абсцисс диаграммы откладывают измеренные относительные деформации ε, в качестве предельной деформации используют ее значение, равное 0,05%, которое соответствует пределу упругости материала, до которого диаграмму F(ε) 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, оперативная оценка надежности, а также возможность контроля и мониторинга несущей способности и надежности 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 несущая способность и надежность определяются графически, исходя из зависимостей прогиба фермы от относительной деформации стержней фермы.
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: F i , i=1, 2, …, 5; и - нижнее и верхнее значение предельной нагрузки (как оценки несущей способности фермы); и - нижнее и верхнее значение предельного прогиба фермы; p 5(f) - функция плотности вероятностей прогиба f на 5 ступени нагрузки F; p 5(ε)1 - функция плотности вероятностей деформаций на 5 ступени нагрузки F для стержня j=1; - нижняя и верхняя границы предельной относительной деформаций 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, прикладывают испытательную сосредоточенную нагрузку: испытательная нагрузка прикладывается 5 последовательными ступенями - по 10% (F 1), 20% (F 2 ), 30% (F 3 ), 40% (F 4 ) и 50% (F 5 ) 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 f i , i=1, 2, .., 5, и относительной деформации для каждого элемента ε i , i=1, 2, … 5, при данной ступени испытательной нагрузки F i , после чего прикладывается следующая ступень испытательной нагрузки F i +1 . После выдержки пятой ступени нагрузки, испытательная нагрузка снимается, и испытания повторяются, после стабилизации относительных деформаций стержней и прогиба фермы. Испытания повторяют до тех пор, пока на каждой ступени нагрузки не будет получена выборочная совокупность относительных деформаций и прогибов f i по которой можно установить принадлежность к нормальному закону распределения вероятностей и оценить параметры нормального распределения.
Затем в осях F-ε (ось F вертикально; ось ε горизонтально вправо) откладывают экспериментальные точки для каждого стержня фермы j=1,2,…,k: (F i ; ) и (F i ; ), где - среднее значение относительной деформации при нагрузке F i ; - среднеквадратическое отклонение относительной деформации при нагрузке F i ; - квантиль распределения 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 экспериментальные точки линейных перемещений: (F i ; ) и (F i ; ), где - среднее значение линейного перемещения фермы при нагрузке F i ; - среднеквадратическое отклонение линейного перемещения фермы при нагрузке F i ; - квантиль распределения 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 нижнее и верхнее предельные значения относительных деформаций стержней фермы по формулам: для сжатых стержней и , а для растянутых стержней и , где и - нижняя и верхняя границы предельного напряжение стали фермы, соответствующие пределу пропорциональности; - модуль упругости стали фермы; - коэффициент расчетной длины j стержня; - 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.
Также определяют надежность фермы по формуле , где и - верхняя и нижняя оценки значения текущего прогиба фермы от эксплуатационной нагрузки; - площадь отсеченной части прямоугольника, построенного по графикам (фиг. 1).
Использование предлагаемого изобретения позволит более достоверно оценить несущую способность и надежность фермы или другой стержневой системы, а также отслеживать во времени уровень безопасности эксплуатации фермы.
Claims (1)
- Способ неразрушающей оценки и контроля несущей способности и надежности стальных ферм, отличающийся тем, что испытания проводят при отсутствии снеговой нагрузки; 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: испытательная нагрузка прикладывается 5 последовательными ступенями – по 10% (F 1), 20% (F 2 ), 30% (F 3 ), 40% (F 4 ) и 50% (F 5 ) от предельно допустимой нагрузки на ферму , вычисленной теоретически, и каждую ступень испытательной нагрузки выдерживают до стабилизации значений относительных деформаций и линейных перемещений, после чего фиксируют значение прогиба f i , i=1, 2, …, 5, и относительной деформации для каждого элемента ε i , i=1, 2, …, 5, при данной ступени испытательной нагрузки F i , после чего прикладывают следующую ступень испытательной нагрузки F i +1 , а после выдержки пятой ступени нагрузки испытательная нагрузка снимается, и испытания повторяют, после стабилизации относительных деформаций стержней и прогиба фермы, затем в осях F-ε: ось F вертикально, ось ε горизонтально вправо, откладывают экспериментальные точки для каждого стержня фермы j=1, 2, …, k: (F i ; ) и (F i ; ), где – среднее значение относительной деформации при нагрузке F i ; – среднеквадратическое отклонение относительной деформации при нагрузке F i ; – квантиль распределения Стьюдента с доверительной вероятностью ; n – число испытаний на каждой ступени нагрузки i; и на том же графике в осях F-f, ось f направляют горизонтально влево, откладывают экспериментальные точки линейных перемещений: (F i ; ) и (F i ; ), где – среднее значение линейного перемещения фермы при нагрузке F i ; – среднеквадратическое отклонение линейного перемещения фермы при нагрузке F i ; – квантиль распределения 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 нижнее
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2797787C1 true RU2797787C1 (ru) | 2023-06-08 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2460057C1 (ru) * | 2011-04-13 | 2012-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный технический университет" (ВоГТУ) | Способ неразрушающего определения несущей способности строительных конструкций |
CN105067209B (zh) * | 2015-08-27 | 2018-01-19 | 北京特希达交通设施顾问有限公司 | 基于桥梁健康监测变形数据判定桥梁结构刚度变化的方法 |
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 |
RU2784318C1 (ru) * | 2022-02-11 | 2022-11-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" | Способ неразрушающего определения и мониторинга несущей способности стальных ферм |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2460057C1 (ru) * | 2011-04-13 | 2012-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный технический университет" (ВоГТУ) | Способ неразрушающего определения несущей способности строительных конструкций |
CN105067209B (zh) * | 2015-08-27 | 2018-01-19 | 北京特希达交通设施顾问有限公司 | 基于桥梁健康监测变形数据判定桥梁结构刚度变化的方法 |
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 |
RU2784318C1 (ru) * | 2022-02-11 | 2022-11-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" | Способ неразрушающего определения и мониторинга несущей способности стальных ферм |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10620085B2 (en) | Bridge inspection and evaluation method based on impact vibration | |
CN105865819A (zh) | 一种单片梁荷载试验方法 | |
RU2579545C1 (ru) | Способ неразрушающего контроля несущей способности однопролетных железобетонных балок | |
Jamadin et al. | Effect of high-cyclic loads on dynamic response of reinforced concrete slabs | |
RU2797787C1 (ru) | Способ неразрушающей оценки и контроля несущей способности и надежности стальных ферм | |
RU2281482C2 (ru) | Способ определения огнестойкости сжатых элементов железобетонных конструкций здания | |
RU2784318C1 (ru) | Способ неразрушающего определения и мониторинга несущей способности стальных ферм | |
Flesch et al. | The significance of system identification for diagnostic dynamic testing of bridges | |
Luna Vera et al. | Flexural performance correlation with natural bending frequency of post-tensioned concrete beam: Experimental investigation | |
Santoso et al. | Evaluation of Cable Tension Using Static and Dynamic Test on RH Fisabilillah Cable-Stayed Bridge, Batam-Indonesia | |
RU2764026C1 (ru) | Способ неразрушающего контроля несущей способности однопролетных прогонов | |
KR20090082613A (ko) | 프리스트레스트 콘크리트 거더 교량을 위한 하이브리드 손상 모니터링 체계 | |
Al-Nasar et al. | Load Testing for I-Girder type Bridge to Identify Serviceability, Load-carrying Capacity and Dynamic | |
RU2331858C1 (ru) | Способ испытания каркасной ячейки здания | |
RU2589459C2 (ru) | Способ диагностики преднапряженных железобетонных пролетных строений балочного типа | |
Sener et al. | On the influence of load width on web compression buckling strength | |
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 | |
CN115855346A (zh) | 悬索桥边主缆索力检测方法及系统 | |
Zhang et al. | Process monitoring and terminal verification of π–section girder cable-stayed bridge | |
Proverbio et al. | Evaluation of damage evolution under repeated loading of post tensioned concrete beams by acoustic emission' | |
Khan et al. | Progressive deterioration of reinforced concrete structures: effect on dynamic properties of flexural members | |
Lisztwan et al. | Evaluation of the bowstring concrete bridge behavior using full-scale load testing | |
Oscar | Vibration-Based Performance Assessment of Prestressed Concrete Bridges | |
Lupoi et al. | Assessment of shear strength of existing prestressed concrete bridge beams: Full-scale tests and numerical simulations |