СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ ФАСАДНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ПРИЛОЖЕНИЕМ РАВНОМЕРНО РАСПРЕДЕЛЕННОЙ НАГРУЗКИ
METHOD FOR TESTING SAMPLES OF FACADE STRUCTURES WITH THE APPLICATION OF A UNIFORMLY DISTRIBUTED LOAD

Область техники
Изобретение относится к способам контроля качества строительных конструкций и может быть использовано при лабораторных испытаниях фасадных и ограждающих конструкций зданий на изгиб из плоскости при единовременном приложении равномерной нагрузки в нескольких точках.
Уровень техники
Известен способ контроля качества строительных конструкций (Патент №2114426 от 20.03.1997, опубл. 27.06.1998 г.), предназначенный для неразрушающего контроля и диагностики железобетонных строительных конструкций и облицовок гидротехнических туннелей. Способ заключается в возбуждении и регистрации на поверхности исследуемой конструкции упругих колебаний, их усиления, преобразования в цифровой код, записи информации на носитель, измерения параметров принятых колебаний и затем определения качества конструкции. Способ контроля позволяет надежно определять наличие заоблицовочных полостей, нарушения контакта бетон - скала, а также восстанавливать форму заоблицовочных пустот и очерчивать контуры дефектов за обделкой строительной конструкции.
Известен способ определения максимального прогиба конструкций в виде упругих балок и балочных плит при поперечном изгибе равномерно распределенной нагрузкой (Патент №2213953 от 03.07.2001, опубл. 10.10.2003 Бюл. №28). Способ заключается в установке контролируемой конструкции на стенде, закреплении ее краев в соответствии с заданными граничными условиями, испытании конструкции в ненагруженном состоянии динамическим методом в режиме резонансных колебаний и измерении резонансной частоты колебаний, изготовлении эталонной конструкции без соблюдения условий геометрического подобия с контролируемой конструкцией, испытании эталонной конструкции статическим методом и динамическим методом в режиме резонансных колебаний, измерении максимального прогиба и резонансной частоты колебаний эталонной конструкции и аналитическом определении максимального прогиба контролируемой конструкции с учетом полученных экспериментальных данных при испытаниях контролируемой и эталонной конструкций. Данное изобретение позволяет контролировать конструкции, о механических параметрах элементов которых имеется ограниченная информация.
Аналитический способ определения максимального прогиба изучаемой конструкции и способ контроля качества строительных конструкций не дают реальную картину работы конструкции под нагрузкой.
Известен способ определения жесткости упругих элементов конструкций путем испытания их моделей (Шаповалов Л.А. Моделирование в задачах механики элементов конструкций. - М.: Машиностроение, 1990, 289, стр.83-91), заключающийся в изготовлении модели геометрически подобной конструкции, закреплении ее соответственно граничным условиям натурной конструкции, испытании модели путем непосредственного нагружения нагрузкой, принятой с учетом масштабного коэффициента нагрузки, в дальнейшем вычислении максимального прогиба натурной конструкции путем пересчета полученного результата с учетом всех выбранных масштабных коэффициентов.
Этот способ имеет ряд недостатков:
- невысокая точность получаемых результатов;
- необходимость изготовления геометрически подобной конструкции и проведения испытаний модели для каждого нового типа конструкций;
- ограничения использовании способа при ограниченной информации о физико-механических свойствах материала контролируемой конструкции (при обследовании зданий и сооружений при их реконструкции).
Способ длительный по времени, трудоемкий, используется дорогостоящее оборудование, не дает реальную картину работы конструкции.
Предложенный способ испытания образцов фасадных конструкций с приложением равномерно распределенной нагрузки является механическим, разрушающим и проводится на испытательном образце фасадной конструкции в натуральную величину.
Технический результат при использовании предложенного способа - точное определение нагрузки, соответствующей потери целостности фасадной конструкции или отдельных ее узлов.
Испытания фасадных конструкций с целью определения механических характеристик под действием горизонтально приложенных нагрузок требуют специального оборудования и методики проведения.
Сущность изобретения
Технической задачей изобретения является равномерное распределение нагрузки на экспериментальный образец, а также анализ совместной работы всей фасадной конструкции, включающей облицовочный слой и металлическую подконструкцию, под нагрузкой при изгибе из плоскости стены.
Конструкция силовой установки выполнена таким образом, что, перекрывая вентили многоходового крана, осуществляется изменение количества точек приложения нагрузки за счет отключения рукавов выходного давления и домкратов.
Конструкция силовой установки может применяться на специально разработанных стендах (Патент №127632, №128173, №128175, №128178).
Проведение испытаний осуществляют в соответствии с предварительно подготовленной программой, которая содержит чертежи образца, характеристики применяемых материалов, особенности монтажа образца, схемы расположения приборов (индикаторов) и точки приложения нагрузки.
1. Образец устанавливают на испытательном стенде в рабочее положение.
2. Поверхность образца тщательно проверяют на предмет возникновения в процессе монтажа трещин, сколов и других механических повреждений.
3. Установку приборов контроля (ИЧ), индикаторов, осуществляют по предварительно подготовленной схеме. Крепление приборов выполняют к элементам каркаса испытательного стенда.
4. Показания приборов контроля- индикаторов (перемещение облицовочного слоя в точках крепления приборов, мм) снимают перед началом следующей ступени. Показания после каждой ступени записывают в журнал испытаний.
5. Схему расположения и количество приборов контроля определяют в соответствии с характером проводимых испытаний, при этом учитывают конструктивную особенность экспериментального образца.
6. При применении силовой установки РГСУ-30 в зависимости от выбора направления приложения нагрузки возможны следующие комбинации количества подключаемых домкратов и их расположение (Фиг.4):
- Схема 1: точечное расположение - 1 домкрат с точкой приложения нагрузки в геометрическом центре образца.
- Схема 2: 2 - 6 домкратов, расположенных в линию, совпадающую с осью симметрии образца.
- Схема 3: 2 - 6 домкратов, равномерно расположенных по полю испытательного образца.
7. Нагрузку подают этапами до разрушения образца.
8. По окончании испытаний экспериментального образца устанавливают величины разрушающей нагрузки, а также нагрузок образования первых и последующих трещин.
Пример проведенных испытаний
Экспериментальный образец представлял собой фрагмент фасадной конструкции, состоящий из металлической подсистемы и лицевого слоя из облицовочного кирпича закрепленной к испытательному стенду.
Целью проведения испытаний являлся анализ совместной работы конструкции навесной фасадной системы с облицовочным слоем под нагрузкой. Для определения перемещений лицевого слоя кладки в направлении приложения нагрузки в характерных точках, в соответствии со схемой в программе испытаний были установлены приборы часового типа ИЧ-50.
Нагружение крупноформатного образца производили с применением установки РГСУ-30 (домкраты установлены по схеме 3) ступенями - нагрузками равными 10% от величины контрольной (или ожидаемой) разрушающей горизонтальной нагрузки.
Показания приборов снимали перед началом следующей ступени.
При нагрузке 7,79 кН (779 кгс) произошло падение нагрузки. Была зафиксирована горизонтальная трещина.
Результаты испытаний были сведены в таблицу 1.
По результатам испытаний установлен характер работы конструкции под нагрузкой, абсолютные значения перемещений облицовочного слоя.
Построены графики перемещения образца от прикладываемой нагрузки в точке крепления прибора контроля индикатор М3 и графики зависимости перемещений от прикладываемой нагрузки (вид сбоку) для индикаторов М1, М2, М3, М4, М5. (Фиг.1, Фиг.2).
Нагрузка, соответствующая образованию зафиксированной трещины по горизонтальному постельному шву равна 6,81 кН (681 кгс), характеризовалась скачком деформаций и падением нагрузки. При дальнейшем нагружении произошло раскрытие горизонтального шва, характерное для разрушения кладки по неперевязанному сечению и смещение смежных рядов кладки в зоне трещины.
Максимальные значения приращения перемещений в точках замера до момента образования трещин составляли:
пр
- Δ=1,37 мм;
лев
- Δ=1,36 мм;
Потеря целостности металлической подконструкции, узловых и болтовых соединений, узлов крепления кладки в процессе проведения испытаний не была выявлена.
Краткое описание чертежей
На фиг.3 показана схема ручной гидравлической силовой установки (РГСУ-30).
На фиг.4 - примеры расположения домкратов по площади крупноформатного экспериментального образца фасадной конструкции.
На фиг.5 - вариант схемы устройства домкратов ручной гидравлической силовой установки (РГСУ-30) на крупноформатном образце фасадной конструкции.
Осуществление изобретения
С применением установки РГСУ-30 единовременная подача равной по величине нагрузки в нескольких точках по площади крупноформатного образца осуществляется за счет создания избыточного давления в гидравлическом ручном насосе (НГР), который передает нагрузку на систему. Величина подаваемой нагрузки отображается на манометре (М), подключенном к насосу. Далее рабочая жидкость из насоса через рукав высокого давления (РВД) поступает в многоходовой кран (КМ) и параллельно подключенные к нему рукава выходного давления (СРВД) и далее в домкраты, расположенные на поверхности экспериментального образца в соответствии со схемой приложения нагрузки (количество и расположение точек приложения нагрузки). Закрепление домкратов для передачи нагрузки в нужном направлении осуществляется через элементы оснастки специально разработанных испытательных стендов (Патенты №127632, №128173, №128175, №128178).