Реферат
По «Материаловедению»
на тему «Динамические испытания вяжущих»
ВЫПОЛНИЛА:
Студентка группы ПТН-О-18
Смутилова Дарья Юрьевна
ПРОВЕРИЛА:
Шишков Ю.А.
Оценка ___________________
п. Электроизолятор
Динамические испытания
Основная цель динамических испытаний при приемке новых или реконструированных мостов — проверка соответствия фактических значений динамических характеристик требованиям норм.
На протяжении многих десятилетий и до настоящего времени нормативными документами регламентируются следующие динамические характеристики пролетных строений:
динамический коэффициент, учитывающий возможное превышение динамического воздействия подвижных нагрузок по сравнению с их статическим воздействием;
периоды собственных колебаний пролетных строений;
характеристики скорости затухания собственных колебаний пролетных строений (логарифмический декремент колебаний).
Следует отметить, что у истоков нормирования динамических воздействии на автодорожные мосты стоял выдающийся ученый, основатель кафедры мостов в МАДИ Евгений Евгеньевич Гибшман (1905—1973).
Как правило, динамические испытания заключаются в пропуске по мосту со скоростями от 10 до 50 км/ч одного или расположенных в одну шеренгу двух груженых автомобилей (рис. 2.14). Для имитации неровностей часть проездов осуществляется через порожек в виде досок высотой от 25 мм до 50 мм, положенных поперек моста, как правило, в среднем сечении пролета. В этом же сечении желательно установить приборы, регистрирующие колебания пролетного строения.
При проезде по мосту автомобиля и некоторое время после съезда его с моста записываются диаграммы прогибов или напряжений в его несущих элементах (рис. 2.15). Нельзя использовать диаграммы колебаний элементов связей, проезжей части, поскольку эти колебания носят местный характер и отличаются от аналогичных диаграмм для пролетного строения в целом.
Рис. 2.15. Диаграмма прогибов под динамической нагрузкой
Динамический коэффициент определяется как отношение максимальной ординаты прогибов (напряжений) с учетом амплитуды колебаний к статической составляющей измеряемого параметра. При помощи программ спектральной обработки определяется наибольшее значение статической составляющей D. Далее по диаграмме необходимо определить максимальную измеренную ординату Dmax и вычислить динамический коэффициент по формуле:
Итак, по результатам динамических испытаний мы получаем значения динамического коэффициента от воздействия одного испытательного автомобиля: (1 + р)изм — при проезде через порожки 50 мм и 25 мм. Как показывают результаты конкретных испытаний, динамический коэффициент, соответствующий проезду без порожка, без большой погрешности можно принять равным единице. Отсюда мы можем построить зависимость величины динамического коэффициента (1 + р)изм от глубины неровности.
Далее требуется проверить, насколько полученные характеристики динамического воздействия на мост испытательной нагрузки соответствуют нормативным требованиям..
Для этого надо перейти от динамического коэффициента (1 + р)изм, измеренного при прохождении испытательного автомобиля по одной полосе к коэффициенту (1 + р)измсрприв, который бы получился от загружения одним рядом испытательных автомобилей всех полос движения с учетом коэффициентов сочетания нагрузки т с разных полос по СП 35.13330 (п. 6.14), то есть для главной полосы, с которой передается наибольшая нагрузка, ml = 1, с остальных полос — т2 = 0,6. Заметим, что в документе Евразийского экономического сообщества (ЕврАзЭС) ГОСТ 32960 со второй по значимости полосы т2 = 0,6, а с третьей и следующих полос — т3 = 0,3. При этом учитываем малую вероятность расположения неровностей в одном сечении и несинхронность динамических воздействий на мост. Поэтому учитываем динамический коэффициент только с главной полосы.
С учетом коэффициентов сочетания т и коэффициентов поперечной установки р имеем следующий алгоритм расчета:
В этих формулах:
D и D — максимальное измеренное значение исследуемого параметра и его статическая составляющая (рис. 2.16);
D — значение исследуемого параметра от статического загружения рядом испытательных автомобилей всех полос;
ЭсТост — значение исследуемого параметра от статического загружения рядом испытательных автомобилей со второй и следующих полос;
D — значение исследуемого параметра с учетом измеренного
динамического коэффициента от испытательного автомобиля на главной полосе и отсутствии динамических воздействий с остальных полос;
(3j... Ри — коэффициенты поперечной установки для измеряемого параметра при загружении разных полос;
п — число загружаемых полос.
Теперь мы можем проверить условие: (1 + п) < (1 + п)
Период собственных колебаний является важным параметром, по которому определяют степень опасности резонансного раскачивания мостовых конструкций под воздействием автомобильных или ветровых нагрузок.
Собственные колебания системы (в нашем случае — механической) — это колебания, возникающие под воздействием некоторого импульса и продолжающиеся без дальнейшего приложения внешних сил за счет полученной энергии. Для конкретной системы период собственных колебаний для каждой формы колебаний является величиной постоянной. Он как бы определяет особенности характера конструкции, ее «темперамент» и в этом сродни чертам характера каждого из нас.
Действительно, одни и те же события, обстоятельства мы воспринимаем по-разному: одни — эмоционально, другие — внешне спокойно, третьи просто на них не «зацикливаются». Подобным образом ведут себя и конструкции.
Как правило, для определения периода собственных колебаний оказывается достаточно эксперимента, проведенного при измерении динамического коэффициента. Программы спектрального анализа позволяют из полученной записи выделить спектр форм собственных колебаний пролетного строения. Для этого вначале из записи деформаций вычитается статическая составляющая. Затем полученная разница (динамическая составляющая) подвергается прямому преобразованию Фурье, по результатам которого и определяются периоды собственных колебаний той или иной формы.
Логарифмический декремент колебаний «с1» характеризует скорость затухания колебаний, то есть уменьшения их амплитуды. Классический способ определения логарифмического декремента колебаний по диаграмме затухающего колебания описывается формулой:
где Ап — амплитуда периода колебаний;
i — число периодов в интервале, на котором анализируется запись.
Декремент следует определять с точностью до 0.01.
По данным устойчивые значения логарифмического декремента колебаний получаются при напряжениях, превышающих 0,02 R, где R — расчетное сопротивление материала. Поэтому необходимо так «раскачать» пролетное строение, чтобы достичь амплитуды, соответствующей этой величине напряжения.
По определенным в результате динамических испытаний значениям периода и логарифмического декремента колебаний пролетного строения, а также по его геометрическим и упругим характеристикам можно оценить его аэродинамическую устойчивость. В частности, можно определить скорость поперечного по отношению к фасаду моста ветрового потока, при которой возникает опасность резонансных колебаний вследствие так называемого «вихревого срыва».
Механизм возникновения колебаний при этом состоит в следующем. Плохое обтекание воздушным потоком пролетного строения (это, все-таки, не крыло самолета) может привести к так называемому срывному (вихревому) флаттеру, заключающемуся в формировании периодической системы вихрей — «дорожки Кармана» (рисунок 2.16), которая вызывает колебания пролетного строения. Периодичность вихрей создает условия для вибрации. Если частота схода вихрей совпадает с собственной частотой конструкции, в ней возникают незатухающие колебания, амплитуда которых зависит от величины логарифмического декремента и силы ветра [8].
Возникновение циклического ветрового воздействия
Именно этот феномен наблюдался на Волгоградском мосту через Волгу 20 мая 2010 года при скорости ветра около 15 м/с. Следует сказать, что колебания этого неразрезного моста, который тут же получил красивый эпитет «танцующий мост», стали неожиданностью не только для населения, но и для мостового сообщества. Считалось, что ветровой резонанс опасен только для вантовых и висячих мостов. Однако, после случившегося в нормы включено требование проектной проверки аэродинамической устойчивости неразрезных мостов и определение фактических значений периода собственных колебаний и логарифмического декремента в процессе приемочных испытаний.