При испытании металлических конструкций пробной нагрузкой (если конструкции не находятся в аварийном состоянии) желательно делать перегрузку на 20—25%, так как испытание реальной расчетной нагрузкой не дает гарантии прочности. В отдельных случаях, если существует опасение, что конструкция находится в аварийном состоянии или близком к нему и действующие на конструкцию нагрузки велики, то пробная нагрузка может составлять незначительную часть от всей испытательной нагрузки или даже быть вовсе противопоказана. В этом случае испытание может вы¬полняться путем приложения «отрицательной» пробной нагрузки, т. е. пробную нагрузку использовать для разгрузки конструкции, применив приемы регулирования напряжений: постановку затяжек, оттяжек, поддомкрачивание, подъем—опускание опор в неразрезных системах и др.

 

При натурных испытаниях следует прежде всего обеспечить надлежащую передачу на конструкцию пробной нагрузки. При выборе точек приложения «отрицательной» нагрузки надо следить за тем, чтобы работающие в нормальных условиях растянутые элементы при приложении к ним «отрицательной» — сжимающей нагрузки — не потеряли устойчивости.

Из сопротивления материалов известно, что упругие свойства материала полнее проявляются при освобождении от нагрузки; деформации при разгрузке следуют нормальному модулю упругости, поэтому желательно пробную нагрузку прикладывать и разгружать ступенями, замеряя каждый раз деформации. Если в конструкции в процессе испытания возникли пластические деформации, то ступенчатое приложение нагрузки дает возможность найти суммарное отклонение нарастания деформаций от линейного закона.

При испытании пробной нагрузкой получают данные о приращении напряжений, вызываемых пробной нагрузкой. Действующие напряжения определяются расчетом, предполагая, что закон распределения усилий от действующей нагрузки аналогичен схеме и закону распределения усилий от пробной нагрузки. В особо ответственных случаях может быть сделана конструкция (чаще всего это делается при испытании отдельных элементов), аналогичная исследуемой, и проведено испытание аналогов вплоть до их разрушения или же изготовлена модель исследуемой конструкции и проведено ее испытание.

 

Испытание обычно выполняется при действии на конструкцию только постоянных и пробных нагрузок. Временная нагрузка (снег, ветер, производственная пыль и т. п.) отсутствуют.

Прежде чем приступить к составлению проекта натурных испытаний, конструкции должны быть тщательно обследованы, а металл испытан. Для взятия пробы выпиливают ножовкой или высверливают по контуру кусок металла длиной 50—60 мм и шириной 10—12 мм, из которого делают образец для испытания на разрыв. Кусок металла должен свободно отделяться от конструкции. Запрещено отбивать его молотком, вырезать при помощи газовой или электродуговой резки. Если все же образцы вырезаны газовой резкой, то перед испытанием нужно обрезанные края строгать.

При определении действующих к моменту испытания постоянных нагрузок ни в коем случае при их подсчете нельзя пользоваться данными из справочников — их нужно измерять в натуре.

Собственный вес почти всех элементов покрытия в действительности превосходит величину, определяемую в соответствии со СНиПом как произведение нормативной нагрузки на коэффициент перегрузки. Объемный вес пенобетона вместо 600 кГ/м3 достигает 800—1000 кГ/м3, а толщина его превышает проектную. В условиях строительной площадки даже в летнее время трудно сделать асфальтовую стяжку толщиной 10—20 мм. Фактическая нагрузка на конструкции покрытия составляет: при тяжелых покрытиях — 643 кГ/м2 вместо 557 кГ/м2, а при легких — 247 вместо 217 кГ/м2, определяемых по СНиПу. Аналогичная картина имеет место и при определении временной нагрузки.

При испытании конструкций нужно стремиться создать в первую очередь механизированные методы нагружения (домкраты, лебедки и др.).

Испытание конструкций и сооружений может выполняться статической пробной и динамической нагрузками, В первом случае применяются любые грузы, имеющиеся на месте испытания, однако к этой нагрузке предъявляется и ряд требований. Она не должна образовывать самостоятельные несущие конструкции (во избежание неравномерной передачи давления на испытываемую конструкцию). С этой точки зрения не годятся в качестве пробной нагрузки, располагаемой непосредственно на испытываемой конструкции, железобетонные плиты, балки, бревна, кирпич, сложенный в виде стенки с перевязкой швов и т. п.

При укладке грузов следует обращать внимание на то, чтобы нагрузка на испытываемую конструкцию правильно распределялась. Если в качестве нагрузки применяется кирпич, то он должен быть уложен в виде отдельных столбиков с перевязкой швов в пределах столбика, но отдельные столбики надо укладывать с зазорами 3—5 см. Нагрузка в виде мешков с песком или другими сыпучими материалами также укладывается клетками с перевязкой . внутри клетки и с зазором между клетками 5—10 см. При испытаниях в открытых помещениях не рекоменуется для нагрузки применять песок или другие гигроскопичные грузы. Хорошими материалами служат вода, кирпич, одинаковые по размерам чугунные или стальные болванки и другие различные полуфабрикаты и сырье предприятий, на которых производится испытание. Грузы должны быть транспортабельны, и вес их должен легко определяться. С этой точки зрения идеальным грузом является вода (слой воды высотой 1 см дает нагрузку 10 кГ/м2).

В практике ЛИСИ при использовании обыкновенных брезентов для резервуара и поддона, куда наливалась вода, осуществлялась нагрузка до 1500 кГ/м2 (слой воды 1,5 м) . Естественно, что "каркас резервуара, обычно дощатого, должен проверяться расчетом на прочность. Наполнение резервуара водой из водопровода делается при помощи гибких шлангов. Дешевизна такого способа создания пробной нагрузки, легкость загружения и снятия груза при помощи сифона с гибким шлангом и спиральной арматурой дают возможность рекомендовать при испытаниях этот вид пробной нагрузки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При выборе того или иного вида пробной нагрузки следует учитывать необходимость сокращения до минимума времени для нагружения и разгрузки конструкций без ущерба качеству испытаний. Нагружение, как правило, осуществляется по статически определимым схемам (чаще всего балка на двух опорах). Нагружение производится от одной платформы или домкрата, нагрузка же при этом передается в определенные точки системой балок или рычагов.

При испытаниях статической пробной нагрузкой решетчатых конструкций (фермы, арки, рамы) нагрузка укладывается на платормы, подвешенные при помощи тяг к узлам конструкции . Платформы могут быть подвешены непосредственно к узлам конструкции или к балкам, иногда к коромыслам. Между платформами и уровнем пола оставляется небольшой зазор 15—20 см, необходимый особенно при испытании аварийных и поврежденных конструкций, на тот случай, если потребуется быстрое удаление нагрузки с испытываемой конструкции. Под каждый ящик с грузом или платформу заранее с двух сторон укладываются по два деревянных клина, которые в случае необходимости позволяют быстро разгрузить конструкцию. Они легко могут быть подбиты под ящики или платформы, давая возможность разгрузить соответствующий узел или всю конструкцию. Горизонтальные нагрузки прикладываются с помощью лебедок и фиксируются через динамометры.

Создание горизонтально действующей пробной нагрузки сложнее, чем вертикальной. Для создания одиночной горизонтальной силы применяют падающий шевр и перекинутый через его вершину трос с грузовой платформой , а для создания нескольких горизонтальных сил сооружают соответствующей высоты решетчатую башню, конструкция которой проверяется расчетом. Через блоки, установленные на башне, перекинуты тросы, которые крепятся к коромыслам, прихваченным к соответствующим точкам испытываемой конструкции (например ригелям, при имитации действия отсоса ветровой нагрузки). К тросам подвешиваются платформы с грузом.

Пробные нагрузки, применяемые при динамических испытаниях, могут быть так же, как и при статических, — естественные и создаваемые искусственно. К натурным нагрузкам относятся различного рода механическое оборудование, имеющееся в сооружении: станки различных типов, машины и механизмы с вращающимися частями и т. п., а также внутрицеховой транспорт (мостовые, портальные и  козловые краны, транспортеры, конвейеры и т. п.).
 
Если величина действующих эксплуатационных нагрузок недостаточна для испытания, то создают специальные нагрузки, приближающиеся по своим весовым и динамическим характеристикам к необходимым. Например, на пути перемещения груза искусственно устраивают специальные неровности; при безрельсовом транспорте укладывают трамплины из щитов или досок и т. д.; при рельсовом транспорте увеличивают зазоры в стыках рельсов или укладывают на рельсы  клиновидные подкладки, играющие роль трамплинов.

Вертикальный удар создается падающим грузом в виде «бабы»-весом  10 кГ, равным примерно 0,1% полного веса испытываемой части конструкции, приводимой в колебательное движение. Для предохранения испытываемой конструкции от повреждения и избежания подпрыгивания груза после удара на месте падения «бабы» укладывают слой песка. Сбрасывание груза на. испытываемую конструкцию сверху может быть заменено сбрасыванием груза с испытываемой конструкции. В этом случае груз, подвешивают снизу конструкции, перерезывают канат, удерживающий груз, резко освобождают конструкцию от нагрузки, и она приходит в колебательное движение. Единичный горизонтальный удар осуществляют тараном из бревна с закругленным концом, подвешенным на двух петлях к стелюге или балке потолка. Сила тарана регулируется расстоянием, на которое он отводится от испытываемой конструкции.

 

При беспрогонных решениях покрытий железобетонные плиты, приваренные к поясам, создают жесткие диски или двухплоскостные складки — при двускатных фермах без фонаря. Система несущих конструкций и покрытия работает более слитно, чем при прогонных решениях. При загрузке одной фермы или рамы вовлекаются в работу и другие, поэтому при испытании пробной нагрузкой последнюю следует располагать не только на испытываеой конструкции, но и на соседних с ней.

Пространственность работы конструкций уменьшает общую деформацию покрытия.

Расположение испытательной нагрузки на объекте должно быть таким, чтобы вызвать наибольшие деформации, характерные для испытываемой конструкции.

Перерасчет конструкций, имеющих повреждения, естественно должен делаться с учетом обнаруженных повреждений. Желательно расчет готовить в нескольких вариантах, учитывающих различные предположения и допущения, возникшие при тщательном и детальном обследовании аварийных и поврежденных конструкций. Не исключено, что может потребоваться перерасчет и в процессе испытаний, который позволит выявить действительную работу конструкций.

Общая оценка состояния поврежденных или аварийных конструкций делается на основе полного всестороннего обследования (тщательное освидетельствование конструкций, их перерасчет и испытание). Оценка дается как с качественной, так и с количественной сторон.

При испытании конструкций приходится измерять их различные деформации: прогибы, углы поворота сечений элементов, продольные деформации отдельных волокон, относительные перемещения волокон (фибр) при сдвиге и др. Оставляем в стороне технику проведения самих испытаний, измерительную аппаратуру, приборы, их установку, тарирование, взятие отсчетов, обработку результатов испытаний и т. п. Все эти вопросы с предельной ясностью освещены  в специальной литературе, из которой в первую очередь следует назвать монографию проф. Н. Н. Анстова, нормы и технические указания по испытанию сооружений, а также материалы симпозиума по экспериментальным исследованиям сооружений.

Отметим лишь некоторые особенности испытаний поврежденных конструкций и оценки их состояния. При испытании аварийных и поврежденных конструкций особое значение имеет соблюдение правил техники безопасности.

Помимо необходимости обеспечить безопасность для лиц, производящих испытания, необходимо предусмотреть и ряд мер по предотвращению возможности обрушения конструкций, защите из¬мерительных приборов от повреждений.

С этой целью под испытываемой конструкцией устанавливают леса, которые немного не доходят до конструкции и дают ей возможность деформироваться под нагрузкой. Леса или подмости должны быть так запроектированы, чтобы они могли полностью принять на себя вес обрушившихся конструкций вместе с пробной нагрузкой. Предусматривают также подбивку клиньев и др. При выборе измерительной аппаратуры при ненадежных в отношении возможной аварии конструкциях предпочтение следует отдавать приборам с дистанционным измерением деформаций, например датчикам. В этом случае наблюдатель не должен поочередно обходить все приборы для снятия с них отсчетов и трогать приборы рукамисли в испытываемом сооружении произошла частичная авария и испытание уцелевших конструкций выполняется по заданию след¬ственных органов, необходимо отгородить участок, где проводится испытание, и оградить измерительные приборы. Входную дверь огражденного участка пломбируют.

При испытании минимальное время между окончанием загрузки и взятием отсчетов по приборам для металлических конструкций при упруго-пластической стадии работы принимается 15 мин (для бетонных, каменных и железобетонных конструкций — 12 ч, для деревянных—24 ч). При упругой работе для стальных конструкций обычно достаточна выдержка 1—2 мин. Если конструкция выполнена из нескольких материалов, то время ее выдержки под нагрузкой зависит от материала, требующего наибольшего времени выдержки. Время выдержки конструкции под нагрузкой необходимо для того, чтобы прекратились деформации, вызванные этой нагрузкой. Если за указанные выше сроки происходит дальнейшее нарастание деформаций, то продолжительность пребывания нагрузки на сооружении удваивается. Если при трехкратном последовательном загружении остаточные деформации продолжают увеличиваться, конструкция признается неудовлетворительной.

Поврежденные, а тем более аварийные конструкции, не разрешается испытывать ускоренным методом.

В результате испытания определяются деформации только от пробной нагрузки. Деформации  же от испытательной нагрузки, в которую входит собственный вес плюс пробная нагрузка, необходимые для сопоставления с нормативными, вычисляются путем экстраполяции.

Остаточный прогиб стальных конструкций со сварными соединениями при первом нагружении от нормативной нагрузки не должен превышать 5% от величины упругого прогиба, для клепаных конструкций с болтовыми соединениями—10%. При повторных нагружениях стальных конструкций нормативной нагрузкой приращения остаточного прогиба не должно быть.

При испытании поврежденных конструкций приходится считаться с тем, что отдельные элементы, а в некоторых случаях и вся конструкция имеют остаточные деформации, и вопрос ставится о возможности ее дальнейшей эксплуатации в существующем виде или с усилением.