Download - IMK LK - University of Belgrade
1
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
v.prof. dr Zoran Mišković, dipl.građ.inž.asist. Siniša Savatović, dipl.građ.inž.– master
Inž.saradnik Marko Popović, dipl.građ.inž.– master
ISPITIVANJE KONSTRUKCIJA I OSNOVE EKSPERIMENTALNIH METODA
Izborni predmet:
Građevinarstvo – Konstruktivni - osnovne studije
fond časova: 2+2
IMK Institut za materijale i konstrukcijeLK - Laboratorija za konstrukcije
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Zašto ispitivanje konstrukcija?
Moguće je dobiti odgovore i na ona pitanja na nije moguće odgovoriti uobičajenim proračunima
Zašto:Uobičajeni proračuni baziraju na nizu predpostavki, uprošćenja i idealizacija koja stvarni fizički problem aproksimativno opisuju
ŽURAVSKI: Proračun konstrukcija bez eksperimentalne kontrole često prelazi u oblast fantazije
(danas bas nije tako, MKE za analize, iskustvo, veliki broj sprovedenih eksperimentalnih istraživanja, ...) =>
2
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Potreba za ispitivanjima konstrukcija i elemenata
Nemogućnost adekvatnog obuhvatanja svih realnih svojstava materijalaProstorni rad konstrukcijkih sistemaNaponska i deformacijska stanja izazvana popustljivošću veza elemenataNaponska i deformacijska stanja koja su rezultat primene tehnologija faznog građenjaSprezanje – zajednički rad različitih materijala u konstrukcijamaOdređivanje stvarnih kapaciteta nosivosti elemenata i konstrukcijaDefinisanje stvarnog stanja prslina u betonskim konstrukcijama
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Ispitivanje konstrukcija, odnosno elemenata i detalja u okviru njih služi za kompletno sagledavanje njihovog odgovora, i vrši se radi:
Ocene stanja nosivosti, upotrebljivosti i trajnostiProvere pravilnosti i tačnosti teorijskih proračuna konsturickcijaSagledavanja stvarnog odovora novih kosntrukcijskih sistema (npr. viseće dvopojasne konstrukcije, mostovi sa kosim kablovima, dvopojasni sistemi nosača, spregnuti sistemi AB poča + drveni lamelirani nosač, ...)Primena novih materijala (karbonske trake za ojačanje konstrukcija, ...)
Cilj ispitivanjia konstrukcija i elemenata
3
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Zaključak:
Sagledavanje svih parametara nosivosti, upotrebljivosti i trajnosti moguće je samo kroz kompleksnu teorijsko-eksperimentalnu analizu
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Kada je počelo:
ISPITIVANJE KIDANJA ŽCE:Leonardo Da Vinchi XV vek
Galileo GalileiISPITIVANJE GREDE SAVIJANE
SILAMA:Galileo Galilei
4
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Prva eksperimentalna istraživanja i merenjaHook - XVII vek: Aksijalno opterećena zategnuta žica –praktično formulisan Hook-ov zakon
n Danizi: Modelska ispitivanja lučnih konstrukcija1732.god.
n Duhamel: Ispitivanje grede sa umetcima u zoni pritiska, 1776.god.
n Kulubin - 1776: Ispitivanje modela mosta preko reke Neve raspona 297m (u razmeri 1:10)
n Bernuli, Columb, ...
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Eksperimentalni dokaz linearne teorije elastičnosti:
n Dulea – početak XIX veka:Testiranje različitih oblika poprečnih preseka i elemenata za različite vrste naprezanja a sa ciljem izgradnje čeličnog mosta u Francuskoj
n Dupin – početak XIX veka:Testiranje deformacija drvenih brodova nakon porinuća
n 1846: Modelsko ispitivanje mosta u razmeri 1:6 na osnovu koga je izveden žel. Britanija most
n Kod nas – 1892: Ispitivanje mosta preko reke Morave kod Ljubičeva
5
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Statička
Dinamička
Posebna: (ispitivanja vodonepropusnosti, ...
VRSTE ISPITIVANJA
Prema načinu ispitivanja:
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
VRSTE ISPITIVANJA
n Ispitivanja na gotovim objektima (u realnim uslovima, na licu mesta, in situ, tj. u razmeri 1:1)
n Ispitivanja u laboratorijama (laboratorije, poligoni, opitne stanice)
Prema mestu izvršenja:
6
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Ispitivanja in situ:
Ispitivanja na celokupnim konstrukcijama
Ispitivanja na pojedinim (najčešće najodgovornijim, kritičnim) elementima u sklopu konstrukcija
Mogu se izvoditi na potpuno završenim objektima ili na delimično završenim objektima u toku građenja
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Ispitivanje na licu mestaPrethodnonapregnutog mosta L=20m po završetku zgradnje
7
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Ispitivanje na licu mesta prethodnonapregnutog mosta L=20m po završetku izgradnje
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
…Ispitivanje na licu mesta prethodnonapregnutog mosta L=20m po završetku izgradnje
8
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Dinamičko ispitivanje visećeg mosta
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
....Dinamičko ispitivanje visećeg mosta
9
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
....Dinamičko ispitivanje visećeg mosta
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Ispitivanja u laboratorijama i na poligonima:
Sprovode se na konstrukcijama (elementima i detaljima) u prirodnoj veličinina modelima u smanjenoj razmeri u odnosu na realne kosntrukcije
10
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Ispitivanje čeličnih stubova za el.rasvetu i razvodtrolne mreže na privremenom poligonu
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Ispitivanje čeličnih stubova za el.rasvetu i razvod trolne mreže na privremenom poligonu
11
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Primer – Konstrukcijski monitoring
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
1
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Laboratorijska modelska ispitivanja
Izvršavaju se na modelima u smanjenoj razmeri prema posebnim principima i pravilima MODELSKE TEHNIKE
MODELSKA TEHNIKA bazira na tzv. ZAKONIMA SLIČNOSTI koji služe za kreiranje modela i prevođenje dobijenih rezultata sa modela na prototip (konstrukciju u prirodi)
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Intenziteti opterećenja (prvenstveno kod statičkih ispitivanja)
Intenzititi opterećenja treba da budu takvi da se u konstrukcijama izazovu mala naparezanja i deformacije primerene (ili skoro primerene)uslovima normalne eksploatacije
Intenziteti opterećenja u nekim slučajevima mogu da budu i takvi da se elementi ili konstrukcija dovede u stanje loma (ovakva ispitivanja se sprovode uglavnom na modelima bilo u razmeri 1:1 ili u smanjenoj razmeri)
2
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Merenja pri statičkim ispitivanjima konstrukcija i elemenata
Opšte deformacije (pomeranja tačaka konstrukcije tj.elemenata i obrtanja karakterističnih poprečnih preseka)
Lokalne deformacije (dilatacije u određenim tačkama tj. zonama konstrukcije ili elemenata)
Iz izmerenih veličina izračunavaju se naponi kojenije moguće direktno meriti
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Merenja pri dinamičkim ispitivanjima konstrukcija i elemenata
Mere se dinamičke karakteristikekonstrukcije ili elemenata:
frekvencije slobodnih i prinudnih oscilacijaamplitude oscilovanjalogaritamski dekrementi (dekrementi prigušenja oscilacija)dinamičke opšte i lokalne deformacije
3
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Posebno značajna ispitivanja za praksu propisana tehničkom regulativom:
n Ispitivanja pojedinih konstrukcija pre njihovog puštanja u eksploataciju (mostovi, gl.nosači značajnihih raspona, nosači u objektima za veća okupljanja ljudi,...)
n Ispitivanja konstrukcija (elemenata) koji se proizvode u velikim serijama
n Ispitivanja konstrukcija (elemenata) koji se prvi put primenjuju (dvopojasni AB nosači,...)
n Ispitivanja konstrukcija (elemenata) koji se izvode novim tehnološkim postupcima
n Ispitivanja izuzetnih – vanserijskih konstrukcija za koje je ispitivanje predviđeno projektom
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Cilj ispitivanja zahtevanih tehničkom regulativom
Ispitivanja probnim opterećenjem sprovode se radi provere kvaliteta izvedenih objekata:
n Utvrditi funkcionalnost konstrukcijen Oceniti tačnost projektnih (računskih) pretpostavki
(poređenjem deformacija i drugih fizičkih veličina dobijenih ispitivanjem sa računskim vrednostima iz projektne dokumentacije)
Prilikom ispitivanja probnim opterećenjem odposebne važnosti su trajne (zaostale) deformacijekoje se registruju pri rasterećenju konstrukcije
4
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Tehnički propisi za pregled i ispitivanje nosećih čeličnih konstrukcija (sastavni deo Pravilnika o tehničkim propisima za pregled i ispitivanje nosećih čeličnih konstrukcija) Sl.list SFRJ 6/1965
Pravilnik o tehničkim merama i uslovima za prednapregnuti beton (VII poglavlje - probno opterećenje) Sl.list SFRJ 51/1971
Pravilnik o tehničkim normativima za beton i armirani beton, IX poglavlje - probno opterećenje Sl.list SFRJ 11/1987
Uslovi i postupak ispitivanja stabla betonskih stubova za nadzemne vodove nazivnog napona 0.4kV, 10klV, 20 kV i 35 kV, EPS - Direkcija za distribuciju, maj 1987.
Tehnička regulativa kojom se reguliše isptivanje konstrukcija i elemenata
Domaća (važeća) tehnička regulativa:
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
n JUS U.E3.050/1981 - Prefabrikovani betonski elementi, Tehnički uslovi za izradu i ugradnju - tačka 11.4
n JUS M.Z3.054/1981 - Skladištenje nafte i naftnih derivata, Vertikalni cilindrični nadzemni, zavareni, s ravnim dnom i nepomičnim ili plivajućim krovom - tačka 5.2
n JUS U.C9.300/1984 - Projektovanje i izvođenje drvenih konstrukcijaLamelirane lepljene konstrukcije, Tehnički uslovi -tačka 13.22
n JUS U.M1.046/1984 - Ispitivanje mostova probnim opterećenjima
JUS U.M1.047/1987 - Ispitivanje konstrukcija visokogradnje probnim opterećenjem i ispitivanje do loma
JUS U.N8.030/1997 - Prefabrikovane gredice od glinenih elemenata za izradu međuspratnih odnosno tavanskih konstrukcija Uslovi kvaliteta i metode ispitivanja
...Domaća (važeća) tehnička regulativa:
5
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Ostala domaća regulativa i pravilniciNacrt Pravilnika o tehničkim normativima za projektovanje i proračun inženjerskih konstrukcijau seizmičkim područijima 1986.god.Pravilnik o tehničkim normativima za temeljenje građevinskih objekta Ispitivanje šipova Sl.list SFRJ 15/1990
JUS U.N1.302/1987 - Armirane krovne i međuspratne ploče od autoklaviranog gasbetona i penobetona
JUS U.N1.302/1987 - Armirane zidne ploče od gasbetona i penobetonaPravilnik o održvanju donjeg stroja jugoslovenskih železnicaJŽ br.1981/69 iz 1970.
. . .Pravilnik o sadržini i osmatranju tla i objekata u toku građenja i upotrebe Sl. list RCG 54/2001. . .
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Međunarodni standardi:
ASTM (Sjedinjene američke države)
SNIP (Ruska federacija)
DIN (Savezna republika nemačka)
BS (Velika britanija)
EC (Evropska)
6
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Međunarodne organizacije i asocijacije:
ISO - International Standard Organisation (Međunarodna organizacija za standarde)RILEM - (Međunarodna organizacija za ispitivanje materijala i konstrukcija)FIP - (Međunarodna organizacija za prednapregnuti beton)CEB - Comitee Euro du Beton (Evropski komitet za beton)AIPS - (Internacionalna organizacija za mostove i građevinske konstrukcije)CIB - (Međunarodni savet za istraživanja, studije i dokumentaciju u oblasti građevinarstva)CEN - (Evropski komitet za norme)
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
EUROCODE - 1: Basis of design and actions on structures (Osnove projektovanja i dejstava na konstrukcije)
U cilju direktnog odrđivanja granične nosivosti ili stanja upotrebljivostiU cilju boljeg definisanja opterećenja na konstrukcije ili boljeg definisanja nosećeg sistemaKao kontrolna ispitivanja, radi određivanja kvaliteta gotovih proizvoda ili kontinuiteta kvaliteta proizvodnje Kao ispitivanja u toku izvođenja, u cilju procene uticaja stvarnih uslova ostvarenih tokom izvođenja na samu konstrukciju (naknadno prethodnodno naprezanje, uslovi tla...)Kao kontrolna (probna) ispitivanja u cilju provere ponašanja
gotove konstrukcije ili konstrukcijskih elemenata nakon izvođenja
Ispitivanje konstrukicja i elemanta sprovodi se:
7
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Primer – Konstrukcijski monitoring
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
1
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Instrumenti za merenja pri ispitivanju kosntrukcija
Instrumenti za merenja statičkih deformacijskih veličinaInstrumenti za merenja dinamičkih deformacijskih veličina i dinamičkih kinematičkih veličina (brzine, ubrzanja, frekvencije, i sl.)Instrumenti za merenje statičkih i dinamičkih veličina
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Deformacije konstrukcije koje se mere
Opšte (pomeranja i promene nagiba – obrtanjaLokalne (dilatacije)
2
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Instrumenti za merenje opštih deformacija
Merenje pomeranja:Nivelmanski instrument - Nivelir
Ugibomeri - mehanički- mehanički sa žicom- induktivni (elektronski)
Merenje obrtanja (promene nagibna):
n Klinometar - Nivelir
n Klinometar štap
n Elektronski klinometar
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
...Merenje pomeranja:
Nivelmanski instrument (Nivelir)
n Geodetska metoda za merenje vertikalnih pomeranja
n Tačnost: najčešće 0.1mm (teže se postiže veća tačnost, potrebni tačniji instrumenti i pogodni uslovi pri merenju za tačnost od 0.01mm)
n Postavlja se van uticaja pomeranja konstrukcije, sa ograničenjem vizure od max 50m.
3
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
...Merenje pomeranja:
Ugibomeri (komparateri ili ugibomer satovi)n Mehanički merni instrument, radi na principu uvećanja pomeranja
putem zupčanika
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
n Pričvršćuju se za elemente nezavisno od konstrukcije i uticaja opterećenja
n Pribor za pričvršćivanje su razne stege (obične, magnetne,...)
...Merenje pomeranja:
...Ugibomeri (komparateri ili ugibomer satovi)
4
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Služe za merenje većih pomeranja i praktičniji su iz razloga što oslonac može biti udaljen od konstrukcije (p=0.1mm)
...Merenje pomeranja:
Ugibomeri sa žicom (veći opseg ali manja tačnost)
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
n Prkatični i za statička i dinamička ispitivanja
...Merenje pomeranja:Induktivni ugibomeri (elektronski)
5
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
Mehanički instrumenti koji radena principu libele
Tačnost (podatak) p ~ 1''
Merenje obrtanja preseka (promene nagiba):Klinometri - mehanički
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
...Merenje obrtanja preseka (promene nagiba):
Klinometri – elektronski p ~ 0.2''
6
Ispitivanje konstrukcija i osnove eksperimentalnih metoda – 2020/2021
...Merenje obrtanja preseka (promene nagiba):Klinometri – akustički
(sa vibrirajućom žicom – vibrating wire)
Princip rada: merenje frekvencije prvog tona slobodnih oscilacija zategnute žice
Podatak: p ~ 8''