Способ динамических испытаний пролётных строений

Изобретение относится к способам динамических испытаний пролетных строений (ПС) и может быть использовано при испытании автодорожных и городских мостов.

При проведении динамических испытаний ПС часто бывает нужно измерить декремент его колебаний. Для правильных измерений необходимо, чтобы измеренные значения не зависели от амплитуды «испытательных» колебаний. Последнее возможно только при условии, что амплитуда колебательных напряжений σ≥0,02R, R - расчетное сопротивление материала [А.В. Александров, В.Д. Потапов, В.Б. Зылев. Строительная механика. Книга 2 - Динамика и устойчивость упругих систем. Москва: "Высшая школа", 2008, с. 41].

Такие измерения можно провести, воспользовавшись известным способом контроля технического состояния пролетного строения (ПС), включающим воздействие на ПС динамической нагрузки в виде периодически повторяющихся импульсов, которая создается с помощью ударного механизма, жестко закрепленного в центре ПС [патент РФ №2194978]. Такой способ позволяет возбудить колебания ПС с нужной частотой и амплитудой. Недостатком способа является относительная сложность и трудоемкость его применения: нужен массивный и мощный ударный механизм и нужно провести работу по его жесткому закреплению и удалению без повреждения ПС.

От этого недостатка свободен известный способ динамических испытаний пролетных строений, по которому возмущающие динамические силы в виде периодически повторяющихся импульсов создают посредством проезда двухосного автомобиля по порожкам (доскам, уложенным поперек проезда) [СНиП 3.06.07-86. Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний, пункт 3.21]. Практически всегда можно найти автомобиль достаточно большой массы, однако способ не гарантирует, что колебания ПС будут возбуждены на собственной частоте.

Целью изобретения является упрощение способа и расширение диапазона его применения.

Для этого пропускают по ПС автомобиль, причем предварительно укладывают поперек проезда пороги (доски), а расстояния между ними выбирают по формуле:

L=VT,

где L - расстояние между порогами,

Т - период собственных колебаний ПС,

V - скорость автомобиля.

Автомобиль при движении по ПС совершает прыжки с порогов, воздействуя на ПС всеми колесами, и создает тем самым возмущающие динамические силы в виде импульсов, повторяющихся с частотой собственных колебаний ПС. Массу автомобиля выбирают возможно большей, а число порогов при необходимости увеличивают до достижения амплитудой колебаний достаточной величины.

На фигуре 1 приведена фотография ПС с разложенными досками. На фигуре 2 изображена диаграмма деформаций при возбуждении колебаний первой формы.

Реализация способа показана на примере динамических испытаний моста в г. Волгограде.

Период прилагаемой силы должен совпадать с расчетным периодом колебаний пролетного строения для данной формы. По окончании действия раскачивающей силы производится хронографическая запись напряжений в нагружаемом пролете. Определение декремента колебаний производится при помощи прямого преобразования Фурье полученных хронограмм.

Методика создания периодически изменяемой силы для раскачивания пролетного строения на заданной частоте была принята следующая:

1. На середине испытываемого пролета устанавливается порожек (доска толщиной 40-50 мм).

2. От этой доски с постоянным интервалом вдоль пролета устанавливается еще 5 таких же досок. Интервал выбирается таким образом, чтобы автомобиль, проезжая через эти порожки с постоянной скоростью (была выбрана скорость 20 км/час), совершал прыжки с периодом, равным периоду возбуждаемых колебаний.

В таблице приводятся данные положения досок для возбуждения колебаний первых трех форм. На фигуре 1 показан момент начала движения грузовика по расставленным для возбуждения колебаний на первой форме доскам.

Датчиком для динамических испытаний служил электронный тензометр РФ206, входящий в состав компьютерной измерительной системы «КИС-ИМИДИС», установленный на ребре нижней ребристой плиты в середине пролета возле левой стенки коробки. База измерений равнялась 100 мм.

На фигуре 2 показана диаграмма деформаций, полученная при возбуждении колебаний (тонкая кривая) и та же диаграмма после фильтрации нижних частот (толстая кривая, частота среза фильтра равна 2 Гц). Как видно из диаграммы, при каждом прыжке через порожек возникают вынужденные колебания с частотой около 3,5 Гц, вызванные колебаниями подрессоренной массы автомобиля. Одновременно возникают и низкочастотные колебания, частота которых близка к частоте собственных колебаний пролетного строения. Амплитуда этих колебаний составляет примерно 30 кг/см², так что декремент колебаний ПС уже не зависит от ее величины.