686

УДК 624.2 Б78

В методических указаниях даны рекомендации по выполнению лабораторных работ по испытанию и обследованию мостов с использованием современных средств измерения и диагностики.

Предназначены для студентов специальности 291100 «Мосты и транспортные тоннели» факультета «Мосты и тоннели» СГУПСа.

Рассмотрены и рекомендованы к печати на заседании кафедры «Мосты».

О т в е т с т в е н н ы й р е д а к т о р канд. техн. наук, доц. А.Н. Яшнов

Р е ц е н з е н т заместитель начальника Службы пути

Западно-Сибирской железной дороги И.В. Николаев

©Бокарев С.А., Слюсарь А.В., 2007

©Сибирский государственный университет путей сообщения, 2007

Учебное издание

Бокарев Сергей Александрович Слюсарь Алексей Викторович

Испытания мостов

Методические указания к выполнению лабораторных работ

Редактор Л.В. Лебедева

Компьютерная верстка Н.Н. Садовщикова

Изд. лиц. ЛР № 021277 от 06.04.98 Подписано в печать 31.08.2007

2,75 печ. л. 2,3 уч.-изд. л. Тираж 100 экз. Заказ № 1801

Издательство Сибирского государственного университета путей сообщения 630049, Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191.

Тел./факс: (383) 328-03-81. E-mail: press@stu.ru

где sо — число панелей от левой опоры до рассматриваемой панели; bo — расстояние от вершины линии влияния усилия в элементах пояса до удаленного конца линии влияния, м; n — число панелей в ферме; h — высота фермы, м.

Минимально допустимое значение испытательной нагрузки определяется максимальным значением обращающейся нагрузки:

Рисп(min) = 10,40 кН.

Назначение величины испытательной нагрузки Рисп:

Рисп(max) ≥ Рисп ≥ Рисп(min).

Назначение схем загружения

Для испытания рекомендуем использовать две следующие схемы загружения:

—симметричное расположение нагрузки относительно поперечной оси пролетного строения, а = 1,95 м;

—схема, при которой возникает максимальное усилие в заданном элементе.

1.1.2. Определение расчетного значения несущей способности пролетного строения (расчетное значение нагрузки Рmax)

из условия прочности заданного элемента

Расчетное значение несущей способности пролетного строения из условия прочности заданного элемента может быть определено по формуле

где R — расчетное сопротивление, Па; Fнт — площадь поперечного сечения элемента брутто; (1 + µ) — динамический коэффициент, (1 + µ) = 1,0 + 21/(20 + λ), для разрезных систем λ принимают равным lр; ∑yi — сумма координат линии влияния в точках

установки осей нагрузочного устройства; nk — коэффициент надежности для временной нагрузки, nk = 1,144 (λ = 44,0 м).

1.1.3. Определение расчетного значения напряжений и последовательность проведения испытаний

Значение напряжений ( σиспр ) в элементе от испытательной нагрузки Рисп = 10,40 кН можно определить по формуле

σиспр = Рисп (y1 + y2 ) .

Последовательность проведения испытаний

1.Установить съемный деформометр на элемент. Базу измерений (S) рекомендуется принимать равной 500 мм. После установки деформометра величина базы должна быть уточнена непосредственным измерением.

2.Модель пролетного строения (для каждого элемента) загружают (выполняют три

заезда) и снимают отсчеты ( i) по шкале индикаторов часового типа ИЧ-0,001. Отсчеты записывают в табл. 1.1, форма которой приведена ниже. Обычно при испытаниях реализуют несколько схем загружения. Для каждой схемы проводят на менее трех повторных заездов, и соответственно получают три пары замеров. Первые — нулевой отсчет, нагрузки нет в пролете. Вторые — при установке нагрузки в расчетное положение.

Таблица 1.1

Показания деформометров и их обработка

1.2.После проведения испытаний

1.2.1.Определение величины относительных деформаций

ε= S ,

S

где S — база измерений; S = i – 0 — величина перемещений подвижной опоры деформометра относительно неподвижной; 0 = ∑ 0i /n — среднее значение показаний индикатора без нагрузки на мосту.

При правильной установке деформометра и отсутствии пластических деформаций металла, которые могут проявиться при нагружении пролетного строения, нулевой отсчет остается постоянной величиной.

1.2.2. Определение напряжений и конструктивного коэффициента модели пролетного строения

По полученным относительным деформациям, при условии упругой работы конструкции, можно определить напряжения по формуле

σисп = εE .

Конструктивный коэффициент определяется по формуле

K= σисп .

σрисп

Если К = 0,7…0,8, то можно сделать вывод о том, что расчетная схема конструкции соответствует ее фактической работе и фактическая несущая способность пролетного строения будет равна ее расчетному значению: Рmax = Рmax.

Если конструктивный коэффициент К не попадает в указанный интервал, то необходимо выяснить причину, по которой это произошло. Возможные причины:

1)метод расчета не отражает характера работы конструкции;

2)плохо установлены деформометры. Косвенный признак, по которому можно сделать такой вывод, — несовпадение показаний при повторных заездах одной и той же схемы загружения;

3) необнаруженные и соответственно не учтенные при расчете дефекты и повреждения.

1.2.3. Определение максимально допустимой массы тележки

Определить массу тележки, которую можно прокатить по модели пролетного строения, можно по формулам, приведенным ниже, при условии, что на пролете будет:

—одна тележка (Рmax = 4RFнт / (1 + µ) (y1+ y2) nk);

—две тележки (Рmax = 4RFнт /(1 + µ) (y1 + y2+ y3+ y4) nk);

—пять тележек (Рmax = 4RFнт/(1 + µ) (y1+ y2+…+ yi+…y10) nk)..

Какой массы тележка может быть пропущена по модели пролетного строения при условии, что ее скорость составит 5 км/ ч?

П р и б о р ы и о б о р у д о в а н и е

Для измерения линейных перемещений используют деформометры, основным рабочим элементом которых является индикатор часового типа. Наиболее широкое применение нашли индикаторы ИЧ-0,01 и ИЧ-0,001 с ценой деления соответственно 0,01 и 0,001 мм. На рис. 1.4 приведен общий вид и кинематическая схема индикатора часового типа.

Рис. 1.4. Общий вид индикатора часового типа ИЧ-0,001 — а

иего кинематическая схема — б:

1 — корпус; 2 — шток; 3, 4, 6, 7 — передаточные шестерни; 5 — большая стрелка; 8 — малая стрелка

Принцип работы индикатора следующий. В корпусе 1 свободно перемещается в направлении измерения перемещений шток 2. В средней части штока нанесена зубчатая нарезка (рейка), входящая в зацепление с шестеренкой 3, соединенной с шестеренкой 4. Последняя входит в зацепление с шестеренкой 6, закрепленной на одной оси с большой стрелкой 5. Вращение с шестеренкой 6 передается на шестеренку 7 и на малую стрелку 8. Величина перемещения штока ИЧ-0,001 составляет 2 мм, а ИЧ-0,01 —10 мм.

Установку индикатора на элемент пролетного строения осуществляют при помощи специальных держателей, которые приклеивают на конструкцию, или при помощи струбцин. Для увеличения базы измерений подвижный шток удлиняют штангой. Индикатор со струбцинами и штангой обычно называют деформометром.

Лабораторная работа № 2

Динамические испытания

Ц е л ь р а б о т ы: изучение динамических характеристик пролетного строения.

З а д а н и е. Определить динамические параметры модели пролетного строения и сравнить их с расчетными или нормативными значениями.

1.По результатам динамических испытаний модели подсчитать динамический коэффициент (1

+µ) воздействия подвижной нагрузки на пролетное строение и сравнить его с расчетным значением.

Для проведения полномасштабных испытаний искусственных сооружений на железных дорогах создана автоматизированная информационно-измерительная система, показанная на рис. 2.2. Применяемые датчики аналогичны датчикам системы «Тензор М».

Рис. 2.2. Общий вид системы «Тензор–8.128»

В базовую конфигурацию информационно-измерительной системы входит:

—измерительный блок на 8 каналов с системой питания;

—базовый пакет программного обеспечения;

—инструкция пользователя;

—набор кабелей.

Дополнительно по требованию комплектуются:

—съемные тензодатчики ТДА-50.01;

—датчики линейных перемещений ЛП-10.01.

Для сбора и визуализации экспериментальных данных об искусственных сооружениях при динамических и статических испытаниях с использованием измерительной системы «Тензор– 08.128» разработано специальное программное обеспечение.

Для обработки результатов испытаний разработаны самостоятельный программный модуль «Тензор» и интегрированная в АСУ ИССО v.3 компонента «Тензор+», обеспечивающая обработку и хранение в сетевой базе данных путевого хозяйства (СБД-П) результатов статических и динамических испытаний.

Программа «Тензор» предназначена для повышения производительности труда и обеспечения высокой достоверности получаемых результатов на основе внедрения новых информационных технологий в систему надзора за состоянием искусственных сооружений на сети железных дорог России и, как следствие, обеспечения безопасности движения и повышения эксплуатационной надежности искусственных сооружений.

Для обработки результатов испытаний в программе «Тензор» реализованы следующие функции:

—определение основных характеристик статических испытаний (средний уровень напряжений, экстремальные значения напряжений, деформаций, перемещений и пр.);

—подсчет основных характеристик динамических испытаний (амплитуда, период, частота, декремент затухания колебаний и др.);

—нормализация сигнала — пересчет значений сигнала (напряжений, деформаций, перемещений и пр.) из условия, что за нулевое принимают среднее значение сигнала на выбранном отрезке;

—фильтрация сигнала (по низкой частоте, по полосовым пропускающему и вырезающему фильтрам и фильтру шума) — исключение из полученных результатов определенных частот, появление которых, как правило, связано с «шумом» измерительной аппаратуры;

—спектральный анализ — разложение сигнала на простые гармоники и подсчет средних амплитуд для каждой из них.

Для обеспечения обработки результатов испытаний программой «Тензор+» файл данных должен быть подготовлен в соответствии с форматом, утвержденным «Департаментом пути и сооружений» ОАО «РЖД».

Методика обработки результатов динамических испытаний

На примере металлического пролетного строения решетчатой конструкции (нагрузка Н8 1931 г., полная длина 87,6 м, полигональное очертание верхнего пояса) рассмотрим методику обработки результатов динамических испытаний, проведенных с использованием измерительных систем «Тензор–М» и «Тензор–8.128».

На рис. 2.3 показан пример записи местных деформаций с помощью системы «Тензор–8.128» в элементах фермы при проходе сплотки локомотивов по мосту. Графики 1 и 2 отражают изменения показаний датчиков, установленных на нижнем поясе фермы в наружной и внутренней стенке элемента. Разница в уровне напряжений объясняется кручением элемента. График 3 представляет работу верхнего пояса на сжатие. Очень наглядно видно (график 4), как изменяются от «нуля» до «максимума» напряжения в подвеске, работающей на местную нагрузку. С помощью индуктивного датчика системы «Тензор–М» записаны колебания пролетного строения после прохода нагрузки.

21

3

4

Рис. 2.3. Изменение напряжений в элементах решетчатой фермы при проходе временной нагрузки

На рис. 2.4 представлены вибро- и спектрограммы собственных колебаний фермы. На этом участке частота собственных колебаний может быть определена как «вручную» по виброграмме, так и с помощью программы обработки данных «Тензор+» (см. спектрограмму рис. 2.4). На виброграмме хорошо виден и процесс затухания колебаний.

Полученные данные могут храниться в таблице «Книга ИССО» системы АСУ ИССО 3. Файлы «Тензор+» записываются в эту таблицу как документы, имеющие текстовый формат и относящиеся к разделу «Испытания» (по каталогу-классификатору АСУ ИССО). Просмотреть, добавить или удалить файлы «Тензор+» из базы данных можно, открыв в АСУ ИССО 3 карточку сооружения, как показано на рис. 2.5.

Для просмотра и обработки результатов испытания пользователь АСУ ИССО может, выбрав из списка таблиц «Книгу ИССО», перейти в раздел «Испытания» и нажать кнопку «Просмотреть». На экране появится окно «Тензор+». Далее работа с результатами испытаний производится согласно руководству пользователя ПО «Тензор+».

Расчет значений динамических характеристик

Работа конструкции при динамических нагрузках оценивается сравнением измеренных периодов собственных и вынужденных колебаний и скорости затухания колебаний с расчетными, нормируемыми значениями и значениями, полученными в результате ранее проведенных испытаний (рис. 2.6, 2.7). Важной динамической характеристикой для оценки работы моста является динамический коэффициент.