Динамические испытания при кратковременном воздействии

Экспериментальная оценка работы конструкций при кратковременных динамических нагрузках большой интенсивности предполагает решение следующих задач:

  • • определение влияния скорости деформирования на прочностные и реологические свойства строительных материалов;
  • • исследование влияния параметров импульса нагрузки (длительность, форма, максимальное значение) на кинетику напряженно-деформированного состояния, перераспределение усилий при появлении и развитии неупругих деформаций, на трещиностойкость и несущую способность конструкции;
  • • исследование совместной работы конструктивных элементов сооружения и основания при импульсном воздействии.

Прочностные и деформативные свойства строительных материалов существенным образом зависят от скорости нагружения. Прочность бетона может увеличиваться до 80% при возрастании скорости деформирования. Модуль упругости возрастает до 30%. Значительно, более чем в 2,5 раза, может возрасти трещиностойкость бетона при переходе от статического к импульсному нагружению. Точное значение соответствующих коэффициентов динамического упрочнения бетона зависит от структуры бетона, вида напряженного состояния и скорости нагружения.

При высоких скоростях нагружения изменяются прочностные и деформативные характеристики конструкционных сталей и сплавов. Так, для малоуглеродистой стали при скорости деформирования 103с предел текучести увеличивается приблизительно в 3 раза, а прочность возрастает на 40%. Для арматурных сталей увеличение временного сопротивления и предела текучести составляет соответственно 20 и 90%.

Менее изучены динамические прочностные и деформативные свойства каменных материалов, пластмасс и алюминиевых сплавов. Однако и для этих конструкционных материалов отмечается увеличение прочности и изменение диаграммы деформирования при переходе от статического к высокоскоростному деформированию.

Необходимо отметить, что учет влияния изменения прочностных и реологических свойств конструкционных материалов при высокоскоростном деформировании в расчетах на кратковременные динамические нагрузки позволяет получить существенную экономию материала. Объясняется это тем, что для однократных воздействий допускаются значительные пластические деформации, а именно до этой стадии работы материала отмечается улучшение его механических свойств.

Испытание образцов на ударное сжатие и растяжение проводится, как правило, на вертикальных копровых установках. Методика ударных испытаний должна учитывать ряд специфических особенностей высокоскоростного деформирования. К ним относятся: волновой характер распространения деформаций и напряжений, и, следовательно, неоднородное по высоте образца напряженно-деформированное состояние; большой градиент локализованных пластических деформаций, скорость развития пластических деформаций и скорость развития микро- и макротрещин.

При назначении расчетных прочностных характеристик материала по результатам ударных испытаний необходимо учитывать, что полученные данные могут быть использованы для конструкций без концентраторов напряжений. При наличии в конструкции концентрации напряжений (сварные швы, отверстия и т.д.) или при появлении концентраторов (типа трещин) результаты испытаний гладких образцов должны быть дополнены испытаниями на ударное нагружение образцов с соответствующим концентратором напряжений. В результате дополнительных испытаний должна быть дана количественная оценка возможного снижения прочности элемента конструкции, вызванного увеличением хрупкости металлов при высокоскоростном деформировании.

Специфические особенности измерения высокоскоростных процессов деформирования усложняют технику проведения эксперимента. Технические трудности проявляются даже в опытах на образцах (при регистрации скоростей роста трещины в бетоне с помощью тензорезисторов последовательного обрыва, при определении максимальной величины пластических деформаций в зоне с высоким их градиентом, при построении динамической диаграммы о — с учетом различия в скоростях распространения упругой и пластической волны). При испытаниях конструкций кратковременной нагрузкой большой интенсивности обнаруживаются дополнительные трудности в процессе регистрации и расшифровки результатов. Вызвано это необходимостью синхронной записи и последующего анализа упругопластических деформаций в нескольких удаленных друг от друга зонах объекта. В связи с этим количество проведенных испытаний конструкций на ударную нагрузку является весьма ограниченным.

Ударные испытания часто проводятся на отдельных фрагментах сооружения, включающих один-два конструктивных элемента, например: ригель на жестких опорах, плита перекрытия — ригель; ригель — колонны; ригель — опора — основание и т.д. В этих испытаниях определяются деформации и перемещения в опасных сечениях, оцениваются динамические реакции и инерционные силы, возникающие при совместных абсолютных и относительных перемещениях двух несущих элементов в упругой и упругопластической стадиях деформирования. Результаты таких испытаний являются составной частью экспериментально-теоретических исследований работы конструкций сооружений при ударных воздействиях.

При проведении экспериментальных исследований всегда требуется проявление элементов творчества. Если пример расчета строительной конструкции служит детальным руководством, то пример испытания конструкции должен иллюстрировать экспериментальный поиск, совершенствование методики. Каждое конкретное испытание конструкции следует рассматривать как предмет детального изучения.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >