В основу данного пособия положено содержание лекций по разделу «Испытание конструкций зданий и сооружений», читаемых на факультете ПГС СибАДИ по дисциплине «Обследование и испытание зданий и сооружений». Рассмотрены виды и значение испытаний строительных конструкций в общем комплексе мероприятий по обеспечению надежности и безопасности промышленных и гражданских зданий и сооружений. Особое внимание обращено на учет влияния деформационных свойств различных конструкционных материалов на методику испытаний конструкций и оценку полученных результатов. В пособии содержатся сведения о новейших достижениях и тенденциях в развитии испытательной техники, оценки надежности и безопасности несущих строительных конструкций. В соответствии с читаемым курсом материал пособия разделен на семь тем, в заключение каждой из которых сформулированы основные вопросы для самостоятельного контроля усвоения материала и подготовки к зачету.

Предисловие
Введение

Тема 1. Значение и развитие испытаний в строительстве
1.1. Испытания как метод оценки надёжности и безопасности строительных конструкций
1.2. Классификация и краткая характеристика испытаний
1.3.1. Метрологическое обеспечение испытаний
1.4. Рабочая программа испытаний
1.5. Сущность новой системы технического регулирования в строительстве
1.5.1. Основные положения Федерального закона «О техническом регулировании в строительстве»
1.5.2. Краткие сведения о новой системе нормативных документов в строительстве
1.5.3. Сертификация и декларирование соответствия
1.6. Краткий исторический обзор испытаний строительных конструкций
Вопросы для самоконтроля

Тема 2. Неразрушающие методы контроля прочности конструкционных материалов
2.1. Область применения неразрушающих методов
2.2. Классификация неразрушающих методов
2.3. Оценка прочности металла
2.3.1. Испытание образцов металла из обследуемой конструкции
2.3.2. Определение прочности стали по твёрдости
2.4. Контроль прочности бетона и параметров арматуры в железобетонных конструкциях
2.4.1. Определение прочности бетона методом локальных разрушений
2.4.2. Определение прочности бетона по пластическим деформациям
2.4.3 Определение прочности бетона по упругому отскоку
2.4.4 Физические методы контроля прочности и однородности материалов
2.4.5. Электромагнитный метод контроля арматуры
2.5. Развитие современных методов и технических средств неразрушающего контроля
Вопросы для самоконтроля

Тема 3. Статистическая обработка результатов испытаний
3.1. Основные понятия, термины и определения
3.2. Вариационные ряды и их параметры
3.3. Математический закон распределения случайных величин
3.4. Вероятностный метод определения доверительных значений случайных величин
3.5. Нормируемые характеристики прочности конструкционных материалов
3.6. Статистические характеристики выборки
3.7. Ошибки измерений и их выявление
Вопросы для самоконтроля

Тема 4. Испытание металлических конструкций
4.1. Влияние упругих свойств металла на методику испытаний
4.2. Определение напряжений и усилий по деформациям
4.2.1. Случай одноосного напряжённого состояния
4.2.2. Случай двухосного напряжённого состояния
4.2.3. Определение напряжений и усилий в пластинках и оболочках
Вопросы для самоконтроля

Тема 5. Испытание железобетонных конструкций
5.1. Необходимость и цель испытаний
5.2. Влияние деформативных свойств железобетона на методику испытаний
5.3. Испытательные схемы и нагрузки
5.4. Контрольные нагрузки и контрольные параметры
5.5. Оценка изделий по прочности
5.5.1. Вычисление контрольных нагрузок по прочности
5.5.2. Влияние испытательных схем на контрольные нагрузки по прочности
5.5.3. Оценка прочности по результатам испытаний
5.5.4. Определение характера разрушения
5.6. Оценка изделий по жёсткости (деформативности)
5.7. Оценка изделий по трещиностойксти
5.7.1. Изделия 1-й категории трещиностойкости
5.7.2. Изделия 2-й и 3-й категорий трещиностойкости
5.8. Методика испытаний
5.8.1. Отбор и подготовка опытных изделий
5.8.2. Испытательные стенды, приборы, нагрузочные приспособления
Вопросы для самоконтроля

Тема 6. Испытание деревянных, металлодеревянных конструкций и соединений
6.1. Влияние реологических свойств древесины на прочность и деформативность деревянных конструкций
6.2. Испытание деревянных конструкций
6.2.1. Общие требования
6.2.2. Анализ результатов испытаний и оценка надежности конструкций
6.2.3. Особенности испытаний металлодеревянных конструкций
6.3. Испытание соединений деревянных конструкций
6.3.1. Виды соединений
6.3.2. Опытные образцы
6.3.3. Методы нагружений и оценка надёжности соединений
Вопросы для самоконтроля

Тема 7. Понятие о моделировании строительных конструкций
7.1. Значение и виды моделирования
7.2. Сущность механического моделирования
7.2.1. Понятие о теории подобия
7.2.2. Простое подобие упругих деформируемых систем
7.2.3. Определение индикаторов подобия методом анализа уравнений
7.2.4. Расширенное подобие и его особенности
7.3. Моделирование железобетонных конструкций
7.3.1. Цели и задачи моделирования
7.3.2. Материалы для моделей. Индикаторы подобия
7.3.3. Численное моделирование и испытание фрагмента шатровых перекрытий Омского торгового центра
7.3.4. Испытание физической модели шатрового перекрытия
Вопросы для самоконтроля

Список литературы

Предисловие

«Испытание строительных конструкций» является разделом специальной дисциплины «Обследование и испытание зданий и сооружений», который относится к циклу расчётно-конструкторских дисциплин и завершает его изучение в вузе.

Раздел «Обследование зданий и сооружений» частично дублирует вопросы, связанные с технической диагностикой этих объектов, которые по учебному плану на факультете ПГС изучаются студентами на предыдущем курсе в рамках специальной дисциплины «Реконструкция зданий, сооружений и застройки». Следует также отметить, что все вопросы, связанные с обследованием и технической диагностикой зданий, сооружений и их конструктивных элементов, с исчерпывающей полнотой изложены в существующих учебниках для вузов.

Раздел дисциплины, касающийся натурных испытаний строительных конструкций, их моделей на разных стадиях разработки и изготовления, который всегда занимал ведущее место среди дисциплин расчётно-конструкторского цикла, в новейших учебниках освещён недостаточно, поверхностно. Одним из главных недостатков является то, что методы испытаний рассматриваются в отрыве от физико-механических и деформационных свойств материалов, из которых испытываемые конструкции изготовлены. В действующих нормативных документах, методических рекомендациях эти особенности изложены не совсем подходяще для понимания студентами, поэтому их представление в доступной и наглядной форме приходится вводить в читаемый курс лекций, что получило отражение и в данном пособии. В особенно затруднительном положении оказываются студенты заочного отделения факультета ПГС и его филиалов, испытывающие недостаток учебной литературы во время прослушивания так называемых обзорных лекций, весьма ограниченных по количеству часов, качественно изучить всё, что относится к испытаниям строительных конструкций и их моделей, очень сложно. Данное пособие имеет целью в какой-то мере восполнить указанный пробел.

Следует подчеркнуть, что изучение всех дисциплин расчётно-конструкторского цикла: «Металлические конструкции», «Железобетонные конструкции», «Конструкции из дерева и пластмасс», а также «Обследование и испытание зданий и сооружений» сопровождается выполнением лабораторных работ, содержание которых составляет в основном экспериментальное определение параметров прочности и деформативности лабораторных моделей строительных конструкций, сравнение полученных результатов с расчётом и на этом основании оценка их надёжности. Все проводимые лабораторные работы, используемые в них методики разработаны в соответствии с действующими на данный момент официальными нормативными требованиями и рекомендациями. Они подготавливают студентов к восприятию теоретического обоснования этих требований в лекционном курсе по разделам испытаний строительных конструкций. Такое методическое построение лабораторных работ способствует системному восприятию знаний по всем дисциплинам расчётно-конструкторского цикла, позволяет привлекать их результаты в качестве иллюстраций к материалу теоретического курса.

Учебное пособие написано в форме расширенного конспекта лекций, состоит из семи самостоятельных тем, которые охватывают все разделы изучаемой дисциплины, кроме одной - «Испытательные машины, приборы и оборудование», которую студенты изучают в процессе выполнения лабораторных работ по дисциплинам конструкционного цикла и самостоятельно по имеющейся учебной литературе.

В конце каждой темы даётся список вопросов, которые акцентируют внимание читателя на главных положениях и выводах, следующих из материала изучаемой темы. Умение логично сформулировать ответы на них служит самоконтролем усвоения материала при подготовке к сдаче зачёта и экзамена по дисциплине.

Настоящее пособие, предназначенное для студентов дневной и заочной форм обучения факультета ПГС, написано с учетом опыта чтения лекции и проведения лабораторных работ по данной дисциплине. В нём также использован многолетний опыт научно-исследовательского сектора кафедры строительных конструкций СибАДИ по участию в разработках, испытаниях и применению многих новых оригинальных технических решений строительных конструкций.

Автор выражает благодарность профессору Ю.В. Столбову, доценту В.И. Саунину за ценные советы по улучшению содержания отдельных тем, а также сотрудникам кафедры «Строительные конструкции» и студентам, оказавшим техническую помощь при подготовке пособия к изданию.

Особая благодарность генеральному директору ТПИ «Омскгражданпроект» И.Н. Любчичу и директору Омской центральной строительной лаборатории, руководителю ОС «Омскстройсертификация» В.А. Старчевской за доброжелательное отношение и ценные замечания при рецензировании рукописи.

Автор с признательностью примет все предложения, направленные на улучшение содержания данного учебного пособия.

Введение

Экспериментальные исследования, испытания являются одной из важнейших сторон практической деятельности инженеров и учёных - специалистов строительной отрасли. Экспериментально определяют различные физико-механические характеристики конструкционных строительных материалов, в том числе прочностные и деформационные, контролируют их соответствие проектным значениям в исполненных и эксплуатируемых строительных конструкциях.

Важнейшее значение имеют испытания при создании принципиально новых образцов несущих строительных конструкции или усовершенствовании известных технических решений. Их надёжность на стадии разработки и проектирования обеспечивается расчётами по предельным состояниям в соответствии с действующими строительными нормами и правилами. В ближайшие два-три года намечается переход всех отраслей материального производства, в том числе и строительной, на новую систему технического регулирования. В ней, как и в существующей системе, в качестве обязательных требований ко всей строительной продукции остаются главными надёжность и безопасность в процессе изготовления, строительства и эксплуатации. Методы соблюдения этих требований, которые при существующей системе строго нормируются многочисленными ГОСТами и СНИПами, переводятся из обязательных в разряд рекомендательных. Совершенно очевидно, что при переходе на такую систему технического регулирования значение эксперимента, как объективного критерия соответствия строительной продукции этим требованиям, не только не уменьшается, но ещё более возрастает.

Конструктивным расчётам на стадии проектирования, как известно, предшествуют статические расчёты, связанные с вычислением усилий в контрольных точках и сечениях проектируемой конструкции. Величины найденных усилий, характер их распределения существенно зависят от исходных предпосылок и от таких субъективных факторов, привносимых исполнителем расчётов, как составление расчётных схем, способ приложения и сочетания расчётных нагрузок, что особенно заметно при использовании численных методов, в частности метода конечных элементов, реализуемого современными вычислительными комплексами на ПЭВМ. Экспериментальные методы позволяют объективно оценить достоверность результатов статического и конструктивного расчёта, надёжность конструкции в целом.

Методы испытаний строительных конструкций зависят от деформационных свойств материалов, из которых они изготовлены. Единой методики для всех материалов не существует, это важно помнить. Металлические конструкции характеризуются упругой работой материала в рабочем диапазоне деформирования, что позволяет использовать при планировании эксперимента и оценке результатов известные зависимости теории упругости. Для железобетонных конструкций нормальной рабочей стадией является неупругая стадия с трещинами в растянутой зоне, а расчётной - стадия расчётного предельного равновесия, которая принципиально, качественно отличается от упругой работы. Следовательно, к железобетонным конструкциям неприменимы методы испытаний, используемые для металлических конструкций. Древесина - это типичный природно-анизотропный материал, обладающий к тому же заметно выраженными реологическими свойствами, которые также должны быть приняты во внимание при испытании деревянных, металлодеревянных конструкций и их узлов. Все необходимые сведения о физико-механических и деформационных свойствах различных конструкционных материалов изучаются в соответствующих разделах специальных дисциплин.

Современная наука об испытаниях строительных конструкций и материалов обширна и многогранна. Она опирается на знания из самых разнообразных отраслей физики, электроники, оптики и т. д. Некоторые разделы дисциплины сами составляют целые научные направления. Примером могут служить статистические методы планирования эксперимента, привлечение методов теории вероятностей для определения доверительных значений случайных величин, в частности нормируемых характеристик прочности строительных конструкционных материалов. Отдельное самостоятельное направление экспериментальных исследований строительных конструкций составляют теории подобия твердых деформируемых тел. Надо отметить, что моделирование в настоящее время в связи с огромным многообразием конструктивных форм и решений, применяемых в современных зданиях и сооружениях, приобретает особо важное значение. Многие конструкции, как, например, большепролётные тонкостенные железобетонные оболочки и складки, не могут быть полноценно испытаны в натуральную величину. В таких случаях действительную работу сложной конструкции изучают на её маломасштабных физических моделях, а результаты исследований по определенным правилам переносят и используют при проектировании натурных конструкций.

В пособии содержатся сведения об основных тенденциях совершенствования и развития современных методов и технических средств для оценки состояния и испытаний строительных конструкций на базе новейших достижений науки и приборостроения, направленных на повышение надёжности несущих строительных конструкций зданий и сооружений.