Виды испытаний

Обследования подразделяют на исследовательские, производственные, инспекционные и испытания эксплуатируемых конструкций. При проведении испытаний следует, как правило, использовать стандартизованные методы. Испытания (измерения) необходимо проводить с помощью аттестованных средств, с привлечением специалистов, освоивших методику и правила эксплуатации приборов (установок). Массив информации, полученной в результате испытаний, необходимо проанализировать с целью выявления грубых ошибок, которые должны быть отброшены, определения систематических влияний, которые должны быть учтены. Результаты многократных испытаний (измерений), если это предусмотрено методикой, необходимо обработать методами математической статистики, вычислить среднее значение характеристики объекта и показатели ее изменчивости. Результаты обработки включают в протокол испытаний в виде таблицы или графика. Если это предусмотрено методикой, результаты испытаний сравнивают с контрольными нормативами.

Объектом исследовательских испытаний могут быть: натурная конструкция (изделие); макет (модель), отражающий исследуемые свойства конструкций. Образцы для испытаний изготовляют по специально разработанной технической документации. Цель таких испытаний: выявление и изучение ранее неизвестных особенностей работы конструкции; опытная проверка гипотезы (расчетной модели) о работе конструкции; накопление статистических данных о свойствах конструкции, характеризующей ее качество. Результаты испытаний используют при разработке (совершенствовании) норм и правил проектирования, осуществления (изготовления, возведения) и эксплуатации конструкций, а также для разработки несерийных конструкций.

Испытания опытных образцов проводят на одном опытном образце или опытной серии изделия, изготовленном по проекту технической документации, которая предназначена в будущем для серийного выпуска изделий. Цель испытаний: проверка возможности изготовления изделия по проектной документации (в том числе выявление ошибок в последней) и получение параметров технологичности изделия; проверка соответствия опытного образца (опытной серии) установленным техническим требованиям; проверка возможности и эффективности применения предусмотренных техническими условиями методов испытаний для контроля соответствия изделия техническим требованиям. При этом изготовление опытного образца следует рассматривать как элемент испытаний. Результаты испытаний используют для принятия решения: о возможности утверждения технической документации; о необходимости доработки (корректировки) технической документации. Результаты испытаний могут быть также использованы для уточнения принятой при разработке расчетной схемы конструкции.

Производственные испытания проводят при контроле: входном, объект которого — сборные изделия, используемые для возведения конструкций; приемочном, объект которого — готовые конструкции (изделия). Конструкции возводят (изделия изготовляют) по утвержденной в установленном порядке технической документации. Испытания проводят производственный персонал, лаборатория и отдел технического контроля предприятия (стройки). Приемочные испытания наиболее ответственных конструкций (пролетные строения мостов, трибуны стадионов, козырьки большого пролета общественных зданий и др.) проводят специализированные организации (например, мостоиспытательные) или специально создаваемые комиссии. Результаты производственных испытаний используют: для целей управления технологическим процессом производства изделий (возведения конструкций); для принятия решения о приемке (браковке) изделий и конструкций.

Эксплуатационные испытания проводят на эксплуатируемых конструкциях. Цель испытания — получение информации о признаках (параметрах) объекта испытаний в конкретных условиях эксплуатации. Испытания проводят соответствующие службы предприятий (организаций), эксплуатирующих здания (сооружения) с привлечением специализированных организаций. Результаты испытаний используют для принятия решения о возможности (допустимости) дальнейшей эксплуатации конструкции. При необходимости наряду с испытанием конструкции выявляют особенности эксплуатационных воздействий на нее (нагрузка, агрессивность среды и т. п.).

Инспекционные (экспертные) испытания могут проводиться на всех объектах, названных выше. Цель испытаний — получение информации о признаках (параметрах) объекта испытаний. Испытания проводит специально уполномоченная организация (специалист), а их результаты используют для принятия решения об эффективности ранее выполненного контроля. К инспекционным (экспертным) относят также испытания, проводимые в составе работ по расследованию аварийных ситуаций согласно «Положению о порядке расследования причин аварий (обрушений) зданий, сооружений, их частей и конструктивных элементов»

При оценке пригодности к эксплуатации конструкций в составе действующих сооружений важное значение имеют натурные испытания эксплуатируемых конструкций. Изменение технологического процесса реконструкции промышленных зданий часто сопровождается увеличением временных нагрузок на несущие элементы конструкций. В этом случае правильность проектных решений по реконструкции во многом определяется тем, насколько точно определены «истинные» резервы прочности несущих элементов здания с учетом их фактических параметров и технического состояния. Неучтенные запасы, как правило, существуют, так как в практике проектирования принимаются условные модели, а большинство упрощений, допускаемых методикой расчета, идет в запас прочности конструкций. Так, условная схема жесткого защемления стоек рамы цеха одноэтажного промышленного здания иногда приводит к увеличению (в запас прочности) расчетных моментов в нижнем сечении колонны. Действительные моменты в верхней части колонны могут быть меньше расчетных из-за податливости сопряжения ригеля с колонной, которое часто принимается жестким (например, в стальных каркасах).

Резервы несущей способности вскрываются также при экспериментальных исследованиях конструкций, обладающих нелинейными свойствами. Различают геометрическую нелинейность, обусловленную влиянием продольных сил на усилия и перемещения конструкций, физическую нелинейность, обусловленную пластическими свойствами материалов и вызывающую снижение жесткости сечений в процессе нагружения, а также конструкционную нелинейность,

обусловленную конструктивными особенностями узлов сопряжения сборных конструкций и вызывающую изменение податливости узлов с ростом нагрузки. Неучет этих факторов при расчетах конструкций как упругих линейно деформируемых систем часто приводит не только к количественному, но и качественному несоответствию результатов расчетов конструкций с данными испытаний. Упрощенная исходная расчетная модель плоской рамы не учитывает реально существующую дополнительную систему жестких связей «из плоскости» (стены, перекрытия, покрытие и т. д.), которая приводит к снижению расчетных усилий от заданных нагрузок. Пространственная работа здания обеспечивает перераспределение усилий между конструкциями, их «приспособление» к нагрузочным факторам. Расчеты и эксперименты показывают, что учет реальных связей между элементами зданий во многих случаях позволяет снизить расчетные усилия и перемещения по сравнению с результатами приближенных расчетов.

Из вышеизложенного следует, что в общем случае для пространственной статически неопределимой конструкции усилия в каждом несущем элементе в большей или меньшей степени определяются нагрузками и воздействиями на другие элементы. Однако нередко при обследовании сооружения возникает довольно узкая задача — оценить состояние и резервы прочности отдельного конструктивного элемента. Часто это изгибаемый элемент, в котором обнаружены дефекты, либо предполагается увеличение временных нагрузок. В этом случае для упрощения допускается рассматривать работу элемента с нагрузкой, приложенной непосредственно на него. По данным о деформациях и перемещениях из испытаний элемента пробной нагрузкой определяют исходные данные расчетной схемы. Уточнив граничные условия, определяющие связь этого элемента с другими конструкциями сооружения, можно рассчитать напряженно-деформиро-ванное состояние в обследуемом элементе конструкции на эксплуатационную нагрузку. В результате в исходную расчетную модель вводят поправки, например в форме коэффициентов опорных моментов, показывающих, на сколько действительные опорные моменты отличаются от расчетных для схемы с абсолютно жесткими опорами. При этом надо помнить, что податливость в заделке и жесткость сечений по длине элементов, а следовательно, и значения этих коэффициентов в общем случае зависят от уровня нагружения. При малых нагрузках опора может быть более податлива, пока в работу не включились соединительные элементы. Возможен и обратный вариант, когда жесткость в заделке ослабевает в результате пластических подвижек на опорах в зонах контакта смежных элементов.