Введение
Решая инженерные задачи, разнообразие которых неуклонно возрастает, строительное производство широко прибегает к экспериментальным методам исследования работы конструкций и сооружений. Эти методы становятся неотъемлемой частью создания новых и усиления действующих конструкций, контроля состояния конструкции в изготовлении и в процессе эксплуатации. Испытания являются основным критерием достоверности расчета и надежности сооружения.
Исследование деформаций в сооружении или его элементах позволяет составить верное представление о действительной работе конструкции и степени приближения методики расчета к реальному ее состоянию под воздействием нагрузок, о достоверности применяемых расчетных схем, расчетных сопротивлений материала и т.д.
Испытания сооружений имеют многовековую историю. Сооружения древности возводились в эпоху, когда отсутствовала наука о конструкциях и материалах. Поэтому единственным критерием оценки надежности сооружения был опыт его строительства и эксплуатации. Сооружения в сущности испытывались собственным весом в течение длительного времени их существования, так как временные нагрузки в сооружениях древности имели очень малые величины по отношению к собственному весу сооружения. Аварии по существу были примером испытаний сооружений разрушающей нагрузкой.
Экспериментальные исследования строительных конструкций и материалов, опирающиеся на научную основу, появились одновременно с созданием начал строительной механики в XVIII веке. В дальнейшем испытание стало неотъемлемой частью разработки новых конструкций. Опыты позволили изучить действительную работу сооружений, сравнивать результаты теоретических расчетов с экспериментальными и дали возможность совершенствовать методику расчета сооружений.
Методика экспериментальных работ и измерительная техника за последние годы значительно усовершенствовались. При современных исследованиях используются электрическая, оптическая и электронная измерительная аппаратура и компьютерная техника. Наиболее широкое распространение получили электротензометрические, индуктивные, струнные, пьезоэлектрические датчики. Применение этих датчиков облегчило измерения, дало возможность получать большее количество данных, вести измерения с автоматической записью результатов, вынести записывающую аппаратуру из зоны, находящейся в непосредственной близости от объекта измерений.
Широкое развитие получили дефектоскопия и определение внутренних напряжений без разрушений исследуемого образца или конструкции (электромагнитные методы, ультразвук, радиометрия).
Параллельно активно развивались и теоретические методы строительной механики, базирующиеся на опыте эксплуатации сооружений.
В нормативных документах предусмотрено проведение испытаний целого ряда сооружений и их элементов в процессе изготовления, строительства и эксплуатации. Сюда входят приемочные испытания конструкций и деталей на заводе, приемочные испытания сооружений, испытания опытных конструкций, испытания перед реконструкцией сооружений, перед решением об усилении конструкций и т.д.
Необходимость испытаний диктуется несовершенством расчетов, неоднородностью материалов и т.д., вследствие чего не удается учесть все факторы, влияющие на работу конструкции в процессе ее изготовления, строительства и эксплуатации. Достоверно оценить действительные свойства материалов, определить степень заделки элементов в узлах, выявить пространственную работу конструкции можно лишь с помощью вероятностных методов, т.е. путем эксперимента. При проектировании пространственных конструкций сложных очертаний теоретические приемы решения задач тем более не совершенны.
Введение в расчет различных допущений упрощает решение задачи, но снижает точность определения напряженного состояния и не дает уверенности в достаточном совпадении результатов расчета с одноименными характеристиками действительной конструкции. Это особенно касается конструкций из железобетона - комплексного материала, который работает часто при наличии трещин в растянутой зоне. К тому же качество железобетона во многом зависит от выполнения технологических требований во время изготовления конструкции.
Значение испытаний еще более возрастает в тех случаях, когда появляется необходимость в усилении конструкции из-за роста нагрузок или реконструкции технологического цикла.
Таким образом, экспериментальные методы исследования работы материалов, конструкций и сооружений, приемочных испытаний на заводе, испытания перед реконструкцией и т. д. является завершающим этапом проверки всех применяемых в расчетах предпосылок. Они имеют важное значение для теории и практики современного строительства.