Способ определения напряженно-деформированного состояния элемента конструкции

 

Сущность изобретения: из элемента испытуемой конструкции вырезают образец, подвергают его сжимающей нагрузке до разрушения и определяют кривую деформирования σ = f(ε). Элемент конструкции нагружают дополнительной нагрузкой и определяют соответствующие ей напряжение Δσ и относительную деформацию De. Определяют отношение Ds/Δε и по кривой деформирования определяют соответствующие этому отношению напряжение sʹ и деформацию εʹ, которые выбирают в качестве параметров, по которым судят о напряженно-деформированном состоянии элемента конструкции. 3 ил.

Изобретение относится к области испытаний конструкций на прочность и может быть использовано для определения напряженно-деформированного состояния и ресурсов прочности и деформативности элементов эксплуатируемых конструкций, в частности бетонных и железобетонных опорных колонн.

Однако данный способ не обеспечивает оценку напряженно-деформированного состояния и ресурсов прочности элементов, непосредственно входящих в состав эксплуатируемых конструкций.

Известен также способ определения напряженно-деформированного состояния и прочности элементов конструкций, по которому из элемента конструкции вырезают образцы и проводят их разрушающие испытания, по результатам которых судят о напряженно-деформированном состоянии и прочности элемента (1).

Однако данным способом может быть оценены только предельные прочность и напряженно-деформированное состояние оцениваемого элемента, входящего в состав эксплуатируемой конструкции, а его напряженно-деформированное состояние и ресурсы прочности на момент испытаний не могут быть определены.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения оценок не только предельной прочности элемента, но и его напряженно-деформированного состояния и ресурсов прочности и деформативности на момент испытаний.

Задача достигается тем, что из элемента конструкции вырезают образец, подвергают его сжимающей нагрузке, доводят до разрушения, согласно изобретению, при нагружении образца строят кривую деформирования G = f(ε), элемент конструкции нагружают дополнительным усилием ΔP, определяют соответствующее ему приращение напряжений ΔG, замеряют на элементе конструкции приращение относительной деформации Δε, а напряженно-деформированное состояние элемента и соответствующие ему ресурсы прочности и деформированности на момент испытаний определяют по кривой деформирования, исходя из условия , где Gʹ(ε) первая производная функции G = f(ε).

Определения кривой деформирования на образцах, извлеченных из элементов конструкций, и выполнение замеров приращений напряжений ΔG от пригруза ΔP и соответствующих им деформаций Δε обеспечивает однозначное нахождение искомой точки на кривой деформирования, определяющей напряженно-деформированное состояние материала элемента на момент испытаний и ресурсы прочности и деформативности, что расширяет по сравнению с известным способом возможности испытаний и обеспечивает достижение цели изобретения.

Изобретение поясняется графически, где на фиг.1 даны общий вид конструктивного элемента (колонны) и схема его нагружения, на фиг.2 вид по A-A, на фиг.3 кривая деформирования материала элемента s = f(ε).

Способ определения напряженно-деформированного состояния элемента конструкции заключается в том, что из тела центрально нагруженной бетонной колонны 1, точная величина нагрузки на которую является известной (соответственно известным является напряженно-деформированное состояние и пределы прочности и деформативности материала колонны), вырезают образцы 2 и проводят их разрушающие испытания на сжатие с замерами в процессе испытаний данных, необходимых для построения кривой деформирования G = f(ε). Извлечение образцов из тела элемента следует выполнять в нерабочих зонах, в данном случае в верхней части колонны 1 вне зоны размещения опорной части 3 (места извлечения образцов могут быть затем омоноличены).

После этого колонну 1 пригружают усилием ΔP, величину которого принимают в пределах 3 5% от предельного разрушающего усилия, и замеряют соответствующее заданному усилию приращение относительной деформации Δε, например, при помощи тензорезисторов 4, наклеенных на внешнюю поверхность колонны 1. При использовании нескольких образцов и нескольких тензорезисторов соответствующие показатели осредняют. По данным замеров определяют математическую функцию s = f(ε) в зоне расположения точки "а" на графике G÷ε (фиг. 3), отражающей напряженно-деформированное состояние материала колонны на момент испытаний (ее примерное положение может быть определено графически, исходя из условия фиг.3), затем определяют первую производную Gʹ(ε) функции G = f(ε) приравнивая которую (производную) отношению вычисляют точные координаты e_а и G_a точки "а". Ресурсы прочности и деформативности колонны находят после того, как значения разности (G_в-G_a) и (ε_в-ε_a) (могут использоваться также и отношения указанных параметров).

Пример осуществления способа.

Бетонная колонна с размерами поперечного сечения 50х50 см центрально сжата эксплуатационной постоянно действующей нагрузкой. Напряженно-деформированное состояние колонны, а также прочностные и деформативные параметры бетона являются неизвестными, в связи с чем остаются неясными ресурсы прочности и деформативности колонны и возможные пределы ее дополнительного нагружения.

По результатам испытаний призматических образцов, вырезанных в углах верхней части колонны, функция кривой деформирования имеет математическую запись (в предполагаемых границах эксплуатационной зоны) G (МПа)= (2) а предел прочности бетона составляет 31,6 МПа. Исходя из этого предела прочности, предельное усилие, которое может выдержать колонна, составляет 7900 кН. Первая производная функции деформирования имеет запись По осредненным данным замеров показаний тензорезисторов при пригрузке колонны нагрузкой DP=25 кН, что соответствует приращению напряжений в сечении колонны ΔG= 0,1 МПа, приращение относительной деформации бетона составило Δε = 0,4×10^-5. Приравнивая производную Gʹ(ε) определенной опытным путем величине отношения 0,25·10⁵, получим величину а по формуле (2) соответствующую величину . Ресурс прочности колонны составит: по напряжениям 31,6 20 11,6 МПа, по нагрузке 7900 5000 2900 кН. Ресурс ε_p по деформативности также может быть определен по формуле ε_p= ε_пред-ε, где ε_пред предельная деформативность материала колонны (E 0,001), замеренная в опытах. При необходимости дополнительного уточнения полученных параметров могут быть проведены по приведенной схеме дополнительные замеры величин ΔG и Δε новыми этапами загружений.

Формула изобретения

Способ определения напряженно-деформированного состояния элемента конструкции, по которому из элемента конструкции вырезают образец, подвергают сжимающей нагрузке, доводят до разрушения и определяют параметры, по которым судят о напряженно-деформировающем состоянии элемента конструкции, отличающийся тем, что при нагружении строят кривую деформирования σ = f(ε), элемент конструкции нагружают дополнительной нагрузкой, определяют соответствующее ей напряжение Δσ и относительную деформацию De, определяют отношение этих значений Δσ/Δε, по кривой деформирования определяют соответствующие этому отношению напряжение σʹ и деформацию εʹ, которые выбирают в качестве параметров, по которым судят о напряженно-деформированном состоянии элемента конструкции.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3