ЯКУНИН_МП ИТС.PDF


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учре
ж
дение

высшего профессионального образования

©Дальневосточный государственный

университет путей сообще
нияª


Кафедра "Строительные конструкции, здания и соор
у
жения"



Г.С. Якутин








СТАТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ

СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУ
К
ЦИЙ


Методическ
ое пособие

по выполнению лабораторных работ















Хабаровск

Издательство ДВГУПС

20
1
2

2

УДК
624.07:620.179.1 (
075.8)

ББК
Н5
-
01
-
07я73


Я
498

Рецензент:

Кандидат технических наук,

д
оцент кафедры


"Строительные конструкции, здания и сооружения"

Дальневосточного государственного университета п
у
тей сообщения

В.А.

Танаев



Якутин
,

Г.С.



Я 498

Статические
испытания строительных конструкций

: метод.
пособие по выполнению лабораторных работ /

Г.С. Якутин
.




Х
а
баровск

: Изд
-
во ДВГУПС
,

201
2
.


56

с.

: ил.



Рассмотрено

определени
е

напряжённ
о
-
деформированного

состояния
балки с помощью
различных
приборов
. И
з
лож
ена методика определения

физико
-
механических характеристик материалов строительных констру
к-
ций неразрушающим спосо
бом. Даны
теоретические и практические н
а-
правления по определению

опорного момента и жёсткости статически н
е-
определимой балки с неизвестными х
арактеристиками
. К
ратко описаны
применяемые при испытании изм
е
рительные приборы и аппаратура.

П
редназначен
о

для студентов
пятого и шестого курсов
всех форм об
у-
чения, выполняющих лабораторные работы по дисциплине ©Обследов
а-
ние и испытание зданий и сооружен
ийª
.



УДК 624.07:620.179.1 (075.8)

ББК Н5
-
01
-
07я73











© ДВГУПС, 2012


3

ВВЕДЕНИЕ


С целью более глубокого усвоения материала
и успешного примен
е-
ния знаний по испытаниям на практике
теор
е
тический курс дополняется
лабораторными работами. При выполнении

лабораторных работ студе
н-
ты знакомятся с методикой испытания строительных конструкций на
статические нагрузки, приобретают навыки работы с измерительными
инструментами, аппаратурой и присп
о
соблениями.

В практикум входят работы по тарированию приборов для
определ
е-
ния прочности бетона и стали неразрушающ
и
ми, косвенными методами,
испытанию статически неопределимой балки с неизвестными расчётными
характерист
и
ками.




























4

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
И МЕТОДИЧЕСКИЕ

РЕКОМЕНД
А
ЦИИ

В результате
освоения

раздела "Статические испытания
строительных
конструкций
" студент должен:


изучить испытательное оборудование и принципы работы измер
и-
тельных приб
о
ров
;


знать, что для измерения линейных перемещений применяются пр
о-
гибомеры, индикаторы; угловых перемещений


клинометры и отвесы;
линейных деформаций


механические и электромеханические тензоме
т-
ры; для измер
е
ния усилий


динамометры;


уметь правильно размещать приборы на испытываемых конструкц
и
ях;


знать методы проверки приборов и оценки погрешности измер
е
ний;


уме
ть определять прочностные характеристики материала косве
н-
ным способом;


уметь определять жёсткость и усилия в статически неопределимых
конструкциях;


освоить

метод
ы

обработки результатов статических испыт
а
ний;


дать правильную оценку испытуемой конструкции.

П
еред испытанием ставятся следующие задачи:


выявление факторов, влияющих на снижение долговеч
ности стро
и-
тельных конструкций;


выявление действительного напряженно
-
деформированного с
о-
стояния элементов конструкции,

здания или с
о
оружения под нагрузкой,
опр
е
деле
ние возможности их нормальной экс
плуатации;


проверка качества строительных материалов и работ;


определение возможности нормальной эксплуатации строительных
констру
к
ций;


прогнозирование остаточного ресурса, проверка качества стро
и-
тельных матери
а
лов.

Перед и
спыта
нием

ставятся также задачи научно
-
исследовательского
харак
тера. По их результатам про
водится оценка теории, принятой для
расчёта, или проверка внедряемых в производство новых достижений
строительной науки и те
х
ники.

Перед выполнением лабораторных раб
о
т студент обязан:

1)

и
зучить
данное
методическ
о
е
пособие
, рекомендуемую литературу

[
1

7
];

2)

о
знакомиться с лабораторным оборудованием, измерительными
при
борами и методикой работы с ними
;

3)

и
зучить правила техники без
о
пасности
;

5

4)

в
ыполнить теоретическую часть работ
ы, заполнив при этом соо
т-
ветствующие разделы лабораторного журнала (журнал выдаётся на к
а-
федре).

Работы проводятся двумя подгруппами,

по очереди. Свободная по
д-
группа на
ходится в аудитории и готовит и
с
ходные данные

к работе либо
обрабатывает

уже полученные

данные. Для лучшей организации работ из
числа студентов назнач
а
ется руководитель.

При выполнении лабораторн
ых работ

следует изучить

данные

по и
з-
мер
и
тельным приборам, а именно:


назначение и

принцип действия
;


методы установки и

схемы включе
ния;


принцип
снят
и
я отсчётов.

Кроме того
,

необходимо освоить

правильную и безопасную эксплуат
а-
цию

приборов и оборудования
.

При проведении испытания необходимо строго соблюдать меры без
о-
пасн
о
сти.

После оконч
а
ния лабораторной работы следует:


убрать рабочее место, сдать измер
ительные приборы и инструме
н
ты
сотруднику лаборатории
;


предъявить руководителю лабораторной работы журнал для подп
и-
си, удостоверяющей, что раб
о
та выполнена.

Окончательно оформленный отчёт по лабораторной работе сдать пр
е-
подавателю перед выполнением очередн
ой работы.

При защите работы студент должен ответить на контрольные вопросы,
помещённые в конце журнала. В эти вопросы частично включен и лекц
и-
онный мат
е
риал, выходящий за рамки работы.


ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ


ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОР
АТОРНЫХ Р
А
БОТ

Проведение ла
бораторных работ
по испытаниям
связано с
применен
и-
ем движущихся частей механизмов
и приб
о
ров, работа которых связана с
применением электрического напряжения 220
В
. В связи с этим обяз
а-
тельно должны быть предусмотрены мероприятия по технике безопасн
о-
сти так
, чтобы обеспечить полную безопасность участников испытания и
исключить возможность повреждения измерительных приб
о
ров.

Эти мероприятия должны обеспечить:



свободный доступ к приборам и хорошую освещённость шкал для
наблюдения за их работой;



надёжное заземл
ение корпусов всех приб
о
ров.

6

По окончании подготовки к очередной лабораторной работе из пом
е-
щения удаляю
т
ся все посторонние предметы.

К лабораторным работам студенты допускаются только после пров
е-
дения инструктажа по технике безопасности, о чём производитс
я регис
т-
рация в специальном журнале под личную подпись. При инструктаже сл
е-
дует обратить особое внимание на следу
ю
щие
требования
:



не касаться руками поверхности оборудования и проводов;



не нажимать пусковые кнопки и рубильники;



строго соблюдать дистанцию о
т испытательных стендов;



соблюдать последовательность программы испытаний;



своевременно выполнять указания преподавателя и сотрудников л
а-
боратории.

Ответственность за выполнение всех мероприятий ложится на преп
о-
дав
а
теля
,

проводящего лабораторную работу.


К
РАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ Т
ЕОРИИ

СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТ
А
НИЙ

Обследование и испытания зданий и сооружений


дисциплина о м
е-
тодах обследования и производства испытаний конструкций, сооружений,
их элеме
н
тов или моделей. Основная цель испытаний:


выявление напряжённо
-
дефо
рмированного состояния элементов
конструкции или сооружения при действии н
а
грузки;


определение возможности их нормальной эксплуатации;


проверка качества строительных материалов и работ.

Перед испытаниями ставятся также задачи научно
-
исследовательского
х
а
ра
ктера. По их результатам производится оценка теории, принятой для
расчета, или проверка внедряемых в производство новых достижений
строительной на
у
ки и техники.

При статических испытаниях величина нагрузки на каждом этапе з
а-
гружения должна оставаться неизм
енной. Во время статических испыт
а-
ний растяжение, сжатие, изгиб, кручение и срез сопровождаются лине
й-
ными деформациями, прогибами, углами поворотов и сдвигами. Измер
е-
ние этих деформаций производится приборами как с непосре
д
ственным
снятием отсчётов по их ш
калам, так и с помощью измерительных прео
б-
разователей, работающих дистанц
и
онно.

Основным достоинством приборов с непосредственным отсчётом я
в-
ляется то, что испытатель может в любой м
о
мент испытания произвести
качественную оценку поведения конструкции. Недо
статок этих приборов
состоит в трудоёмкости снятия отсчётов и обработки результатов, что о
г-
раничивает количество их у
с
тановки.

7

Преобразователем называется средство измерений, предназначенное
для выработки сигнала измерительной и
н
формации в форме, удобной д
ля
передачи, дальнейшей обработки и хранения, но не поддающейся неп
о-
средственному восприятию наблюдателя.

Измерительные преобразователи выдают измерение в виде сигнала
(кода) например электрического, который не воспринимается испытат
е-
лем без дополнительной

обработки. Полученный сигнал можно использ
о-
вать неограниченное число раз. При подаче сигнала на ЭВМ можно по
л-
ностью автоматизировать процесс испытания.
Преобразователи позвол
я-
ют
выполнять измерения в местах, недоступных для приборов с непосре
д-
ственным отс
чётом.
Используемое количество таких приборов при исп
ы-
тании практически не ограничено.

В основном л
инейные перемещения

и

прогибы

измеряют
прогибом
е-
рами

и

индикаторами часового типа,

углы поворота


клинометрами,
смещение параллельных волокон при сдвиге


с
двигомерами, фибровые
деформации


тензометрами и те
н
зорезисторами.


Л
абораторная работа


1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЁН
НОГО СОСТОЯНИЯ БАЛКИ

С П
О
МОЩЬЮ МЕХАНИЧЕСКИХ П
РИБОРОВ

1
.1.

Ц
ели и зад
а
чи

1.

Ознакомление с процессом испытания конструкции статической н
а-
грузкой,
механическими (электромеханическими) приборами, замеря
ю-
щими перем
е
щения и деформации.

2.

Изучение методики установки механических приборов и особенн
о-
стей изм
е
рения.

3.

О
з
наком
ление

со схемами загружения конструкций статической н
а-
грузкой и приспособлениями для ис
пытания.

4.

Изучение принципов работы конструкции под воздействием стат
и-
ческой нагрузки.

5.

Определение теоретическим расчётом напряжений в балке и сравн
е-
ние их с экспериментальными результатами.

6.

Определение погрешности при исп
ы
тании.

7.

Составление заключения по р
езультатам испыт
а
ния.



8

1
.
2
. О
борудов
а
ние и приборы


Для проведения лабораторной работы предоставляются следующие
приборы и оборудование
:

1)

с
тенд для испытаний
;

2)

м
еталлическая балка
постоян
ного с
еч
ения
;

3)

м
еханические п
рогибом
е
ры Максимова
;

4)

м
еханические т
ензоме
тры Гугенбергера
;

5)

э
лектромеханические

тензометры

Аистова
;

6)

г
рузовая платформа с г
и
рями по 20 кг
;

7)

ш
танге
н
циркуль
;

8)

м
еталлич
е
ские линейки 1м (ГОСТ 427
-
56) и 0
,
5

м (ГОСТ 427
-
75)
;

9)

к
алькулятор
;

10)


ЭВМ.


1
.
3
.

Характеристики используемых приб
о
ров

1
.
3
.1.

Прогибомеры
Макс
и
мова

Прогибомеры Максимова (ПМ) принадлежат к группе механических
приборов с непосредственным отсчётом


(
р
ис.
1.
1).
Применяются для и
з-
мерения перемеще
ний
какой
-
либо точки конструкции относительно н
е-
подвижной
опоры прибора
. На шкалу прогибомера
2

нанес
ено сто дел
е-
ний. Одно такое деление отвечает прогибу, равному 0
,
1 мм, отс
ю
да цена
деления шкалы прибора

соответствует 0
,
1 мм. Полный поворот стре
л-
ки (100 делений) соответствует л
и
нейному перемещению, равному 10 мм.
Число полных обор
отов стрелки можно видеть в прорези основной шкалы
на поверхности барабана
1
. Весь прибор, за исключением шкива
3
,

пом
е-
щается в закрытом корпусе, остеклённом со стороны шк
а
лы.




Рис.
1.
1. Проволочный прогибомер системы Н.Н. Мак
симова (ПМ)
:


1



счётчик обор
о
тов;
2



шкала;
3



шкив;
4



корпус

4

3

2

1

3

9

Устанавливаться прогибомер может как на неподвижную опору, так

и непосредственно на конструкцию. Установка прогибомеров является
весьма ответственной задачей, так как допущенная ошибка в
установке
может повлечь за собой искажение результатов испытания. К измеряемой
точке на поверхности испытываемой конструкции прикрепляется пров
о-
лока (упругая нить) одним концом, двумя
-
тремя витками наматывается на
шкив
3
,

а на второй конец навешивается гру
з. Неподвижная опора может
находиться на значител
ь
ном расстоянии от испытываемой конструкции,
что повышает безопасность проведения испытаний и обеспечивает во
з-
можность использования приборов вплоть до разрушения испытываемой
конструкции. Правильность устан
овки прогибомера проверяют, слегка о
т-
тягивая и отпуская струну. Если при этом стрелка прибора будет возвр
а-
щаться в и
с
ходное положение, то это значит, что прогибомер установлен
пр
а
вильно.

Прогибомеры с проволочной связью обеспечивают достаточно низкую
погре
шность и практически неограниченный диапазон измерения пер
е-
мещений. Они просты и надёжны в обращении, имеют незначительный
вес. Измеряют как вертикальные, так и горизонтальные перем
е
щения.

К основным недостаткам прогибомеров можно отнести высокую чу
в-
ствите
льность к перепадам температур при статических испыт
а
ниях.


1
.
3
.2.
Тензометры Гугенбергера

Тензометры Гугенбергера
(ТГ)
, так же как и прогибомеры Максимова
,

относятся к группе механических приборов с непосредственным отсч
ё
том

(
р
ис.
1.
2)
.










Рис. 1.
2. Тензометр Гугенберг
е
ра:

1



неподвижная рама;
2



подвижная
ножка;
3



стрелка;
4



зеркало со шк
а-
лой;
5



система шарниров;
6



конс
т-
рукция



1

5

2

3

6

4


(База)



10

Применяются для измерения малых величин абсолютных линейных
деформаций небольшог
о по длине участка испытываемых конс
т
рукций.
Тензометр представляет собой рычажную систему, смонтированную на
неподвижной раме
1
. Посредством струбцин тензометр устана
в
ливают на
поверхность исследуемой конструкции, деформации наружных волокон
которой приво
дят в движение систему рычагов прибора
,

оканчивающихся
стрелкой. При измерении деформаций следует руководствоваться сл
е-
дующим:


плоскость тензометра должна быть перпендикулярна поверхности,
на к
о
торой производят измерение;


после установки стрелки на начальн
ый отсчёт (при деформации
сжатия стрелка у левого края, растяжения


у правого края шкалы)
пров
е-
ряют
правильность установки прибора путём нескольких лёгких нажимов
на рычаг. В результате нажимов стрелка несколько отклоняется, но дол
ж-
на возвр
а
титься в нача
льное положение;


при снятии показаний стрелка и её изображение в зеркале шкалы
должны совпадать.

Коэффициент увеличения тензометров Гугенбергера
, т
.

е
.

отнош
е-
ние разности отсчётов к изменению длины

зависит от

соотношения
плеч рыч
а
гов:


.


Тензометры Гугенбергера имеют простую конструкцию, небольшую
массу, стабильность показаний и обеспечивают очень низкую погре
ш-
ность в измерениях благодаря чему их применяют как образцы для тар
и-
рования др
угих приборов. Шкала тензометра проста и доступна для ш
и-
рокого круга пользователей. Но они очень хрупки, сложны в уст
а
новке,
имеют небольшой диапазон разового измерения и чувствительны к пер
е-
падам темпер
а
тур.


1
.
3.
3.

Тензометры Аистова

Электромеханические
тензометры Аистова
(ТА)

также относятся к
группе механических приборов с непосредс
т
венным отсчётом (
р
ис.
1.
3).
Как и тензометры Гугенбергера они имеют рычажную систему, смонтир
о-
ванную на н
е
подвижной раме, и применяются для измерения деформаций.
Электрообор
удование нео
б
ходимо для более удобного взятия отсчёта.

Коэффициент увеличения тензометров Аистова
равен 1000.

11

Перед взятием отсчёта по тензометру Аистова следует вращением
лимба
2

переместить микрометренный винт
5

до контакта с подви
жной
ножкой
8

прибора до начала звучания сигнала
6
. Затем по счётчику обор
о-
тов
4

берётся первая цифра отсчёта и по лимбу
2
, напротив метки
3
,


о
с-
тальные две. После взятия отсчёта вращением лимба в обратную стор
о
ну
следует вернуть микрометренный винт в исх
одное положение, чтобы не
допустить выхода из работы прибора.




Рис.
1.
3 Тензометр Аистова
:
1



неподвижная рама;
2



лимб

с делениями;
3



метка;

4



счётчик оборотов;
5



микроме
т-
ренный винт;
6



сигнал;

7



изоляция;
8



по
движная ножка;

9



эле
к
трическая сеть;

10



испытываемая конструкция.


Тензометры Аистова более громоздки в сравнении с тензометрами Г
у-
генбергера из
-
за дополнительной электрической аппаратуры. Имеют б
о-
лее высокую погрешность и меньшую стабильность показан
ий. Но они
имеют больший диапазон разового измерения. Также как и тензометры
Гугенбергера они чувствительны к перепадам температур, очень хрупки,
сложны в устано
в
ке.


1
.
3.
4.

П
огрешность измерений

Измерение


это процесс нахождения какой
-
либо физической ве
лич
и-
ны опытным путём с помощью технических средств и сравнение её с эт
а-
лоном.

4

2

3

5

9

8

6

7

1

10



(База)

12

Различают три класса измерений: особо точные, высокоточные и техн
и-
ческие.
Особо точными

измерениями уст
а
навливают эталонные величины.
Высокоточные

измерения применяют для градуир
ования измер
и
тельных
приборов и в особо ответственных исследованиях.
Технические

измерения

применяются в практике испытания строительных конс
т
рукций.

В практике нельзя выполнить измерение с абсолютной точностью. Его
результат всегда содержит некоторую погр
ешность. Поэтому в задачу и
з-
мерений входит не только нахождение искомых величин, но и оценка п
о-
грешности, точности и достоверности измерений.

Погрешность

измерения


это разность между истинной и измеренной
в
е
личин
ами
.

Точность
измерения


это степень приб
лижения измерения к истинн
о-
му значению.

Достоверность

измерения


это вероятность отклонения измерений от
и
с
тинных значений.

Для повышения точности и достоверности уменьшают погрешности
измерений, которые можно разделить на три группы: систематические,
слу
чайные и промахи.

Систематические

погрешности



это такие погрешности, которые о
с-
таются постоянными или изменяются по определённому закону при мн
о-
гократном п
о
вторении одних и тех же измерений. К ним относятся:


инструментальные погрешности, определяемые кла
ссом точности
измерительных приборов, зависящие от их установки, градуировки шк
а-
лы, люфтов, сил трения, износа, старения или неисправностей средств и
з-
мерений;


погрешности, возникающие вследствие непостоянства внешней ср
е-
ды (температуры, давления, влажности
), магнитных и электрических п
о-
лей, вибраций и колебаний;


неоднородности внешних и внутренних свойств элементов (дефе
к-
тов поверхности, трещин, пор, раковин, анизотропии матери
а
лов);


погрешности метода измерений, которые возникают в результате
принятой мето
дики и недостаточно теоретически обоснованных допущ
е-
ний;


погрешности субъективного характера, связанные с несовершенством
органов чувств, квалификации и индивидуальных особенностей чел
о
века.

Любое округление чисел представляет собой систематическую п
о-
грешн
ость. Поэтому все вычисления рекоменд
у
ется проводить с числом
значащих цифр, превышающим на единицу количество цифр экспериме
н-
тального результата. При относительной погрешности от 1 до 10

% дост
а-
13

точно трёх значащих цифр, а при погрешности от 0
,
1 до 1

%


ч
етырёх.
Причины, вызывающие систематические погрешности, в большинстве
случаев известны, и эти погрешности могут быть уменьшены или искл
ю-
чены применением более чувствительных приборов, введением поправо
ч-
ных коэффициентов, учётом влияния внешних и внутренни
х факторов,
улучшением методики изм
е
рений.

Случайные
погрешности вызываются стохастическими факторами,
действие которых при каждом измерении различно и заранее не может
быть учтено. Для уменьшения влияния случайных погрешностей увелич
и-
вают число измерений,

дублируют показания приборов, устанавливают
статистические закономерн
о
сти и тенденции их распределения.

Промахи


это грубые ошибки, источником которых является невним
а-
тельность при экспериментальных наблюдениях и ведении технической
документ
а
ции. К ним о
тносятся неверные записи отсчётов из
-
за нечёткой
шкалы прибора, плохого освещения или путаницы граф полевых журналов,
отказа прибора или внезапно изменившихся условий эксперимента. Пре
д-
варительная обработка результатов измерений и применение вероятностн
о-
го

анализа позволяют определить и исключить допущенные пром
а
хи.


1
.
4
.
К
раткое
изложение лабораторной работы

Непосредственно измерить напряжения в конструкции нет возможн
о-
сти, поэтому в практике измеряются деформации


удлинение или укор
о-
чение волокон матери
ала конструкции. Для оценки напряжений использ
у-
ется завис
и
мость "напряжения

деформации", определённая заранее при
испытании уст
а
новленного образца из подобного материала. У стального
образца эта зависимость в первом приближении выражается законом Г
у
ка
.

В данной работе испытывается однопролётная металлическая балка,
загруженная сосредоточенными силами (рис.
1.
4). Нагрузка на балку пр
и-
кладывается ступенями.

Для определения напряжённого состояния балки используются наиб
о-
лее распространё
нные механические приборы

(прогибомеры, индикаторы
часового типа и другие)
. Отсчёты по приборам на каждой ступени зан
о-
сятся в журнал испыт
а
ния.

Прогибы определяются с помощью трёх проволочных прогибомеров
Максимова

(П1, П2, П3)

с ценой деления
,

равной 0
,
1
мм (
р
ис.
1
.
4
). Прог
и-
бы на каждой ст
у
пени вычисляются по формуле


14


Рис.
1.
4. Схема установки и размещения приборов

По полученным результатам строится график зависимости прогибов от
н
агрузки (
р
ис.
1.
5) и одновременно производится контроль процесса и
с-
пытания. Чтобы контролировать процесс испытания
,

необходимо заранее
произвести теоретические расчёты, построить графики и сравнить эксп
е-
риментальные
данные
с теоретич
е
скими на всех ступенях
.




Рис.
1.
5. График прогибов балки

в упругой ст
а
дии

(общий вид)


В данной работе прикладываемые нагрузки не выходят за предел упр
у-
гости и поэтому если график прогибов бл
и
зок к прямой линии, результаты
измерений можно считать
достоверными. По прогибу на последней ст
у-
пени нагрузки в
ы
числяется модуль упругости.

Для нахождения модуля упругости материала используется формула
вычисления прогиба для данной схемы загр
у
жения:


,

где

откуд
а модуль упругости определяется

как

.



15

Деформации определяются с помощью рычажных тензометров Гуге
н-
бергера

(ТГ)

(рис.
1.
2) и Аистова

(ТА)

(
р
ис.
1.
3). Тензометры с помощью
струбцин устанавливаются на поверхность конструкции по направ
лению
вдоль измеряемой д
е
формации.

Начальные отсчёты по приборам случайны, поэтому напряжения по
д-
считываются по разности отсчётов

до и п
о
сле загружения:

.

Величины напряжений для последней ступени нагрузки под
считыв
а-
ются по формуле

,


где



база тензометра (стандартная база равна 20 мм);


паспор
т
ный
коэффициент увеличения прибора
,

равный 1000;



разность отсч
ё
тов
по т
ензометру на последней ступени и нулевой.

Для определения погрешности
(
в процентах
)

измерений напряжения по
обоим тензометрам

полученные показатели

сравниваются с теоретич
е-
скими напряжениями.


1
.
5
.

П
орядок выполнения работы

1.

В

журнале зарисовываются схемы и
змерительных приборов, их у
с-
тановки, и размещение
.

2.

Р
азбивается заданная нагрузка на ступени
.

3.

П
роизводятся замеры необходимых для расчётов геометрических
параметров (высота и ширина сечения балки, пролёт, расстояния от опор
до сосредоточенных сил, до тензом
етра Аистова, базы тензометров и ра
с-
стояние между ними)
.

4.

П
роизводится контроль правильности установки приборов
.

5.

С
нимаются начальные отсчёты с приборов
.

6.

П
рикладывается нагрузка первой ступени
.

7.

С
нимаются отсчёты с приборов
.

8.

П
рикладывается нагрузка второй сту
пени
.

9.

С
нимаются отсчёты с приборов
.

10.

П
роизводится контроль процесса испытания
.

11.

П
рикладывается следующая нагрузка с соответствующим контр
о-
лем и т.

д. до последней ступени
.

16

12.

П
роизводится разгрузка в обратном порядке со сверкой результ
а-
тов
.

13.

П
роизводится камерал
ьная обработка полученных результатов по
последней ступени
.

14.

П
ишется заключение по результатам испытания.

Все полученные результаты аккуратно заносятся в соответствующие
графы журнала (прил
.

Б). В заключении необходимо сделать вывод и
обосновать пол
у
чившуюс
я погрешность.


1
.
6
.

С
одержание отчёта

В отчёте должны быть освещены следующие темы.

1. Кинематическая схема измерительных приборов, их краткая хара
к-
тер
и
стика и назначение.

2. Методы установки приборов, база измерения и цена деления.

3. Формулы для обработ
ки результатов измерений.

4.
Схема градуировочного устройства.

5.
Выводы по погрешности эксперимента.


1
.
7
. К
онтрольные вопросы

1.

Перечислит
е

основные детали прогибомера и тензометра.

2.

Почему нагрузка при испытании прикладывается ступенями?

3.

Разность отсчётов по тен
зометру Гугенбергера составила 10 дел
е-
ний. Каким
напряжениям
это соответствует, е
с
ли материал конструкции


сталь, дерево (вдоль вол
о
кон, поперёк), бетон В(15, 12.5, 20)?

4.

Влияет ли величина базы тензометра на результат измерения, н
а-
пряжения и как?

5.

Как полу
чить отсчёт по тензометру Аистова?

6.

Да
йте

сравнительную характеристику индикатора и проволочного
прогибомера (их общие признаки и разли
ч
ные).

7.

Каково н
азначение измерительных приборов при статических исп
ы-
таниях строительных конструкций, их достоинства и недо
ста
т
ки
?

8.

Как устанавливаются приборы на испытываемой конструкции?

9.

Что называется базой прибора и как она назначается?

10.

Что называется чувствительностью приб
о
ров?




17

Л
абораторная работа


2

ТАРИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОТ
ЕНЗОМЕТРА
.


ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЁН
НОГО СОСТОЯНИЯ Б
АЛКИ


С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОТЕН
З
О
МЕТРИИ

2
.1.

Ц
ели и зад
а
чи

1.

Оз
наком
ление

с тензорезисторами.

2.

Оз
наком
ление

с методикой и аппаратурой для определения напр
я-
жений с п
о
мощью тензорезисторов.

3.

Определение цены деления шкалы измерителя деформаций (тар
и-
рование тензорезис
тора).

4.

Построение экспериментальной эпюры напряжений в сечении ба
л
ки.

5.

Определение теоретическим расчётом напряжений в заданном с
е-
чении балки и сравнение их с результатами, полученными опыт
ным п
у-
тем
.

6.

Определение погрешности при исп
ы
тании.

7.

Составление заключ
ения по результатам испытания.


2
.
2. О
боруд
о
вание и приборы

Для

проведения лабораторной работы необходимы следующие приб
о-
ры и оборудование:

1)

с
тенд для испытаний
;

2)

м
еталлическая балка равного сопротивления
;

3)

г
рузовая платформа с г
и
рями по 20 кг
;

4)

т
арировочная б
алка с набором гирь
;

5)

т
ензорезисторы
;

6)

и
ндикатор часового типа (мессура)
;

7)

т
ензометры Гугенбергера
;

8)

а
втоматический измеритель деформаций АИД
-

;

9)

ц
ифровой тензометрический мост


ЦТМ
;

10)


п
ереключатель на 100 тензорезисторов
;

11)


ш
танге
н
циркуль
;

12)


м
еталлич
е
ские линейк
и 1м (ГОСТ 427
-
56) и 0
,
5

м (ГОСТ 427
-
75)
;

13)


к
алькулятор
;

14)


ЭВМ.


18

2
.3
.


Х
арактеристики используемых приб
о
ров

2
.3
.1.

Тензорезистор

Тензорезистор (
tension



напрягать,
resist



сопротивляться) предста
в-
ляет собой плоскую зигзагообразную спираль из тонкой проволо
ки
1

ди
а-
метром 2

5 мкм. Спираль вклеивается между двумя бумажными или пл
а-
стмассовыми леп
е
стками
2

толщиной 7

18 мкм (
р
ис.
2.1
). Материалом для
проволоки служат сплавы, обладающие высокой температурной стабил
ь-
ностью и большим удельным сопроти
в
лением.

Тенз
орезистор наклеивается на
конструкцию и деформируется вместе

с ней. При этом меняется его элект
-
рическое сопротивление, изме
ряя к
о-
т
о
рое, можно качественно оце
нить

деформацию конструкции.

При
ме
-
няются тензорезисторы для изме
рения
упругих и остаточных
деформаций п
о-
п
о
верхности ко
н
струк
ции, материал
ко
торой работает как в пределах, так

и
за пределами упру
гос
ти. Кроме про
-
волочных, применяю
т
ся фольго
вые


и полупроводниковые тен
зо
резисторы. Наибольшее

р
ас
пространение
имеют проволочные петлевые тензо
р
е
зис
торы с базой от 3 до 150 мм
(длина измеряемого участка), числом петель от 2 до 40 шт. и сопротивл
е-
нием 50

400 Ом.

В основе работы тензорезистора лежит
тензометрический эффект



измен
е
ние электрического сопротивления проволоки при деформации. Он
измер
яется
коэффициентом тензочувствительности



отношением отн
о-
сительного изменения сопротивления тензорезистора к относительной д
е-
форм
а
ции


,


где



база тензорезистора;



абсолютная дефор
мация тензорезистора;



модуль упругости проволоки;



напряжение проволоки;



пр
и-
ращение сопротивления при деформации тензорезистора;



первон
а-
чальное сопроти
в
л
ение, которое выражается следующей зависимостью:

здесь



удельное сопротивление;



площадь п
о
перечного


Рис.
2.1
. Тензорезистор
:
1



пров
о-
лочная спираль;
2



основа из то
н
кой
бумаги;
3



выводы для припа
и
вания

19

сечения проволоки. Например: для проволоки из константана
,

нихрома

.

Ч
ем выше коэффициент, тем
меньше погрешность в р
е-
зультатах измерений.

Тензорезисторы относятся к группе приборов с кодированным сигн
а-
лом, для расшифровки которого применяются преобразователи (регистр
и-
рующие устройства)
,

т
акие как автоматические измерители деформаций
АИД
-
2М, АИД
-
4; цифровой тензометрический комплекс ЦТК; цифровой
тензометрический мост ЦТМ и др. Измеряются показания тензорезист
о-
ров по мостовой схеме. Измерительный мост (
р
ис.
2.2
) состоит из внешн
е-
го и внутре
ннего полумостов и четырёх плеч. В одну диагональ моста
включается гальванометр

в другую


источник питания. Внешний п
о-
лумост собирается из активного

и компенсационного

тензорез
и-
сторов

(два плеча). Внутренний полумост состоит из двух сопротивлений
прибора

и

(два пл
е
ча).



Мостовая схема рассчитана на измерение приращений сопротивления
тензорезистора. Изменением

сопротивления потенциометра

добиваю
т-
ся равновесия плеч моста

(у некоторых приборов ра
в-
новесие устана
в
ливается автоматически). При этом разность потенциалов
в измерительной диагонали равна нулю (баланс моста)
. Деформация ко
н-
струкции приводит к изменению сопротивления активного тензорезист
о-
ра. Нарушается баланс моста, по измерительной диагонали идёт ток, рег
и-
стрируемый гальван
о
метром
.

Компенсационный тензорезистор используется также в ка
честве ко
м-
пенсатора температурных деформаций. Для этого необходимо, чтобы

сопротивления плеч внешнего полумоста были равны

Накле
и-
вается он на незагружаемый образец из материала конструкции и распол
а-
гается рядом с конструкцией в тех

же температурных условиях. Измен
е-





G

Рис. 2.2. Измерительный мост:



акти
в
ный
(рабочий) тензорезистор;



компе
н
сационный
тензорезистор;


гальванометр;

и



с
о-
противления прибора, одно из которых переме
н
ное

20

ние температуры приводит к одинаковому изменению сопротивления

рабочего и компенсационного тензорезисторов и на показания гальван
о-
метра не влияет.

Тензорезисторами измеряют деформации при линейном, плоском и
объемном напр
яжённом состояниях. Наклеивают их на поверхность ко
н-
струкции фенолформальдегидными клеями холодного и горячего отве
р-
дения БФ
-
2, БФ
-
4 и др.

Преобразователи соединяются с тензорезисторами проводами, что п
о-
зволяет получить результаты на безопасном расстоянии
от испытываемой
конструкции. При
помощи
ЭВМ процесс испытания можно полностью а
в-
томатизировать. Записи результатов можно хранить и многократно и
с-
пользовать. Тензорезисторы повторно не используются, поэтому показ
а-
ния с них снимаются вплоть до разрушения. Те
нзорезисторы обладают
малыми габаритными размерами и поэтому их можно устанавливать в
труднодоступных и стеснённых местах (например: на рабочую арматуру в
теле железобетонного эл
е
мента).

Одним из достоинств тензорезисторов является то, что деформации
испы
тываемого элемента измеряются за пред
е
лами упругости материала
тензорезистора. При этом зависимость между относительными деформ
а-
циями

приращением сопротивления

и коэффициентом те
н-
зочувствительности

линейна. Это свойство объясняется ра
в
номерной
деформацией проволоки тензорезистора
:

при её растяжении


отсутствием
появления шейки и при её сжатии


отсутствием продольного изгиба.
Другим достоинством применения тензорезисторов является возм
ожность
прим
е
нить большое их количество.

Наряду с преимуществами, обусловившими широкую область прим
е-
нения тензорезисторов, им присущи и определённые недостатки. Тензор
е-
зистор используется только один раз, он не может быть снят и переклеен.
Поэтому резул
ь
т
аты измерений оцениваются на основании тарирования
небольшого количества (до 5 %) тензорезисторов, отобра
н
ных от партии.
Невозможно использовать тензорезисторы после тарировки
.

Э
то повыш
а-
ет погрешность
результатов
измер
е
ний.

Для всех клеев, особенно холодн
ого твердения, характерна ползучесть.
Свойства проволоки с течением времени также изменяются (релаксация,
старение), что затрудняет применение тензорезисторов при испытаниях
ко
н
струкций длительно действующей нагрузкой.

Громоздкая регистрирующая аппаратура
и необходимость использов
а-
ния источника питания затрудняют
применение

электротензометрии в п
о-
левых испытаниях.

21

На работу тензорезисторов оказывает влияние температура и вла
ж-
ность окружающей среды. При наклеивании тензорезистора на констру
к-
цию из материала
,

обладающего низкой теплопроводностью, на абсолю
т-
ные измерения будут накладываться систематические погрешности. Об
ъ-
ясняется это тем, что при пропускании электрического тока через пров
о-
локу с высоким сопротивлением выделяется большое количество тепла.
На ст
альных конструкциях такое явление почти не влияет на ст
а
бильность
показаний.


2
.3.2.

Индикаторы часового типа

Индикаторы (мессуры) относятся к группе механических приборов с
непосредственным отсчётом (
р
ис. 2
.3
). Применяются для измерения н
е-
больших перемещ
ений (до 20 мм) какой
-
либо точки конструкции относ
и-
тельно неподвижной точки. На шкалу индикатора
1

нанесено сто дел
е
ний.




Рис.
2.3.

Индикатор
:
1



основная шкала;

2



шкала счётчика оборотов;
3



штифт с зу
б-
чатой

передачей;
4



стальной шарик;
5



д
е-
та
ль для крепления


Одно такое деление
соответствует

прогибу, равному 0
,
01 мм, отсюда
цена деления шкалы прибора



0
,
01 мм. Полный поворот стрелки (100
делений) соответствует линейному перемещению, равному

1

мм. Число
полных оборотов
стрелки фиксируется на шкале счётчика оборотов
2
.
22

Шкалу прибора можно вращать относительно оси вручную для установки
удобного "нулевого" отсчёта. Весь прибор, за исключением части штифта
3
,

помещается в закрытом корпусе, остеклённом со стор
о
ны шкалы.

По пр
авилам установки индикатор относится к "контактным" приб
о-
рам, т.

е.

требует одновременного контакта с конструкцией и неподви
ж-
ной опорой, которые обязательно должны быть расположены в непосре
д-
ственной близости. Прибор устанавливается на штативе с непосредст
ве
н-
ным упором штифта в испытываемую конструкцию. Может кр
е
питься к
самой конструкции с упором штифта в неподвижную точку, не связанную
с констру
к
цией.

Обработка показаний индикаторов производится по формуле


где



начальный отсчёт по шкале прибора;



последующий отсчёт;




цена деления шкалы приб
о
ра.

К достоинствам индикаторов относятся сравнительно высокая то
ч-
ность измерения, небольшие размеры, небольшая чувствите
льность к п
е-
репадам температур. К недостаткам относятся малый диапазон измерения,
ограниченная пр
о
должительность измерений (до расчётных нагрузок) и
подверженность повышенному риску при снятии показ
а
ний.


2
.4
.

К
раткое изложение работы

Испытания проводятся

на стальной однопролетной балке (
р
ис.
2.4
).
Тензорезисторы наклеены по высоте среднего сечения и в 1/4 пролёта
достаточно часто, чтобы по их показаниям построить эпюру напряжений в
заданном сеч
е
нии.




Рис.
2.4
. Схема установк
и тензорезисторов на балке


23

Балка загружается ступенями, на каждой ступени берутся отсчёты и
зан
о
сятся в журнал (прил
.

Б)

Напряжения подсчитываются только для последней ступени нагрузки.
Отсчеты на остальных ступенях необход
и
мы для контроля правильности

работы тензорезисторов: равные приращения нагрузки должны вызывать
равные пр
и
ращения показаний. Напряжения определяются по формуле


где



среднее приращение показаний
;




цена деления ш
калы изм
е-
рителя деформаций
;




м
о
дуль упругости стали.

По подсчитанным величинам строится эпюра напряжений в сечении.
На этой же эпюре
откладываются

и теоретические напряжения, опред
е-
лённые для данной нагрузки и расчётной схемы балк
и.

Цена деления шкалы измерителя деформаций

определяется пре
д-
варительно на тарировочной балке, схема к
о
торой показана на рис
.

2.5
.




Рис.
2.5
. Схема тарировочной балки
:



тарируем
ые те
н-
зорезисторы;


образец
,

используемый для тарирования
(тензометр Гугенбергера)


Снимаются отсчёты до и после загружения по измерителю деформаций
(средняя разность отсчётов
) и образцу (тензометру Гугенберг
ера, ра
з-
ность отсчётов
). Цена деления шкалы с данными тензорез
и
сторами

(в величинах относительной деформации
) определяется по формуле


где


база тензометра (20
мм);



паспортный коэффициент увелич
е
ния
(1000).


2
.
5. П
орядок выполнения работы

Первая часть. "Тарирование тензорезисторов"

1.

В

журнале зарисовываются схемы тарировочной балки, установки
приборов, прил
о
жения нагрузки
.

2.

П
роизводится кон
троль правильности установки приборов
.





24

3.

С
нимаются начальные отсчёты с приборов
.

4.

П
рикладывается нагрузка
.

5.

С
нимаются отсчёты с приборов
.

6.

П
роизводится разгрузка со сверкой результатов
.

Вторая часть. "Определение напряженного состояния балки с п
о-
мощью тензорез
и
сторов"

1.

В

журнале зарисовываются схемы измерительных приборов, их у
с-
тановки

и ра
з
мещения
.

2.

Р
азбивается заданная нагрузка на ступени
.

3.

П
роизводятся замеры необходимых для расчётов геометрических
параметров (высота и ширина сечения балки, пролёт, расстояния от

опор
до сосредот
о
ченных сил, базы тензорезисторов, расстояния между ними)
.

4.

П
роизводится контроль правильности установки приборов
.

5.

С
нимаются начальные отсчёты с приборов
.

6.

П
рикладывается нагрузка первой ступени
.

7.

С
нимаются отсчёты с приборов
.

8.

П
рикладывается
нагрузка второй ступ
е
ни
.

9.

С
нимаются отсчёты с приборов
.

10.

П
роизводится контроль процесса испытания
.

11.

П
рикладывается следующая нагрузка с соответствующим контр
о-
лем и т.

д. до последней ступени
.

12.

П
роизводится разгрузка в обратном порядке со сверкой результ
а-
тов
.

13.

П
роизводится камеральная обработка полученных результатов по
последней ст
у
пени
.

14.

П
ишется заключение по результатам испытания.

Все полученные результаты аккуратно заносятся в соответствующие
графы журнала (прил
.

Б). В заключении необходимо сделать вывод и
обо
сновать получившу
ю
ся погрешность.


2
.6.
С
одержание отчёта

1.

Кинематическая схема измерительных приборов, их краткая хара
к-
теристика и н
а
значение.

2.

Схемы установки приборов (база измерения и цена деления).

3.

Формулы для обработки результатов измерений.

6.
Схема градуировочного устройства.

7.
Заключение по проведени
ю

эксперимента.


25

2
.7.
К
онтрольные вопросы

1.

Из чего состоит тензорезистор, принцип его работы?

2.

Начертите схему для измерения показаний тензорезистора.

3.

Назовите основные элементы и
з
мерительной схемы.

4.

З
ачем нужен компенсационный тензорезистор?

5.

Как сделать компенсатор из тензорезистора, зачем

нужен

компенс
а-
тор
?

6.

Разность отсчётов при измерении показаний тензорезистора сост
а-
вила 10 делений. Каким
напряжениям это
соответствует, если материал
конструкции


ст
аль, дерево (вдоль волокон, поперёк), бетон В(15, 12.5,
20)?

7.

От

чего зависит база тензорезистора и как её выбрать?

8.

Какими способами и как можно измерить усилия в существующей
конструкции
,

н
а
ходящейся в эксплуатации?

9.

Как измерить главные напряжения с помощь
ю тензорезисторов?

10.

Да
йте

сравнительную характеристику тензометра Гугенбергера и
тензорезистора.


Л
абораторная работа
№ 3

Н
ЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ
И
С
ПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ

3
.1
.
Ц
ели и зад
а
чи

1.

Оз
наком
ление

с приборами для определения прочности б
е
тона.

2.

Оз
наком
ление

с приборами для определения прочности ст
а
ли.

3.

Оз
наком
ление

с методикой тарирования приборов по определению
прочности материалов.

4.

Изучение косвенного метода по определению прочности матери
а
лов.

5.

Определение погрешности при исп
ы
тании.

6.

Составление заключения по

результатам испыт
а
ния.


3
.
2.
О
борудов
а
ние и приборы

Для проведения лабораторной работы необходимы следующие приб
о-
ры
и

оборудование:

1)

у
льтразвуковой прибор УКБ
-
1
;

2)

б
етонные образцы


кубы размером 100
×
100
×
100 и 150
×
150
×
150
;

3)

с
клерометр Шмидта
;

4)

м
олотки Физдел
я, Кашкарова, Кима
;

5)

м
олоток слесарный
;

26

6)

п
рибор Польди с набором образцов известной твёрдости и прочн
о-
сти
;

7)

с
тальная пластина
;

8)

м
икроскоп Бринелля
;

9)

м
еталлич
е
ские линейки 1

м (ГОСТ 427
-
56) и 0
,
5

м (ГОСТ 427
-
75)
;

10)


к
опировальная бумага
;

11)


к
алькулятор
;

12)


ЭВМ.


3
.
3.

Характеристики используемых приб
о
ров

3
.3.1
.

Ультразвуковой прибор УКБ
-
1

Прибор УКБ
-
1 использует ультразвуковой импульсный метод опред
е-
ления прочности бетона, упрощённая блок
-
схема его показана на рис.
3.
1.
Он состоит из генератора высокочастотных импульсо
в

1
, усилителя
5
,

электронно
-
лучевой трубки
6
. Для получения ультразвука используется
пьезоэлектрический способ, который основан на спосо
б
ности некоторых
кристаллов (кварц, титанат бария и др.) менять свои размеры под возде
й-
ствием электрического тока. Это
свойство


обратимое (т.

е. при дефо
р-
мировании таких веществ на них образуются электрические заряды) и н
а-
зывается пьезоэффектом. Вещества, обладающие
пьезоэффектом
, прим
е-
няют как для излучения ультр
а
звука, так и для приёма.



















Рис.
3.
1. Упр
ощённая блок
-
схема ультразвукового прибора:

1



электро
н-
ный генератор высокочастотных импульсов;
2



излучатель;

3



б
е
тонный
элемент;
4



приёмник;
5



усилитель;
6



электронно
-
лучевая трубка












Поз. 6

27

Принцип работы прибора УКБ
-
1 заключается в следу
ю
щем.

Высокоча
стотный электронный генератор
1

посылает электрические
импульсы в излучатель
2
, в котором имеется пьезоэлемент,
преобразу
ю-
щий электрические импульсы в ультразвуковые. Из излучателя ультразв
у-
ковые импульсы п
о
ступают в исследуемый бетонный элемент
3

и затем

в приёмник
4
, где они преобразуются в электрические импульсы, пост
у-
паю
щие

на усилитель
5

и д
а
лее в электронно
-
лучевую трубку (ЭЛТ)
6
.

Определение прочности бетона происходит следующим образом. Щ
у-
пы устанавливаются по одной оси на испытываемый образец с пр
отивоп
о-
ложных сторон. Время прохождения импульса через слой бетона в микр
о-
секундах (одна миллионная секунды, 10
-
6

с) определяется по шкале пр
и-
бора. Перед взятием отсчёта необходимо на экране ЭЛТ с п
о
мощью ручки
шкалы переместить начало волны импульса (т.

на рис.
3
.
1) в начало к
о-
ординат (точка
).

Сущность ультразвукового метода заключается в том, что скорость
распространения ультразвуковых волн в бетоне зависит от модуля упруг
о-
сти, который в свою очередь связан
с прочностью.

Прочность бетона определяется с помощью формулы Ньютона
, где

динамический модуль упругости;
акустическая
плотность среды,
;

об
ъёмная масса материала;
ускорение
силы тяж
е
сти.

Эта формула соответствует стержневым телам (цилиндр
,

призма) с с
о-
отношением размеров

и
, где
длина стержня, а
на
и-
больший размер сечения стержня.

Для плит скорость прохождения ультразвуковых волн определяют по
формуле
, где
динамический коэффициент Пуассона,
определяемый отношением скоростей распростра
нения продольных

и
попере
ч
ных

волн:

.

28


В массивах при

скорость распространения ультразвуковых п
о-
перечных волн определяют по формуле


.


Во
зможности прибора УКБ
-
1 позволяют определить статические и д
и-
намические характеристики

упруг
о
сти материала, его прочность и
однородность, исследовать процесс изменения структуры и обр
а
зования
трещин под действием нагрузки, вычислить

напряжённо
-
деформи
рован
-
ное состояние, а также произвести дефектоскопию изд
е
лий.

Скорость распространения ультразвука в тяжёлом бетоне меняется в
пределах от

2000 до

5500 м/с.

На скорость распространения влияет ряд
факторов: плотность и возраст бетона
, количество и тип заполнителя,
влажность и др. Между прочностью бетона и скоростью распространения
ультразвука существует прямая зависимость


при увеличении предела
прочности бетона соответственно увеличивается скорость распростран
е-
ния ультразв
у
ка.

1.

Влиян
ие плотности бетона
. При постоянном составе качество б
е-
тона зависит от пористости. Чем меньше пор в бетоне, тем выше его кач
е-
ство и соответственно



прочность. Скорость распространения ультразв
у-
ка меняется в зав
и
симости от плотности
:

чем больше плотность,
тем выше
скорость ультразв
у
ка.

2.

Влияние возраста бетона
. Твердение и рост прочности бетона пр
о-
исходит в основном в первом месяце. С такой же закономерностью увел
и-
чивается скорость распространения ультразв
у
ка в бетоне.

3.

Влияние количества цемента
. Чем больше
в составе бетона цеме
н-
та, тем выше его механическая прочность и соответственно


скорость
распространения ультразвука.

4.

Влияние типа заполнителя
. Физико
-
механические свойства ц
е-
ментного камня и заполнителя различны, что обусл
о
вливает разные ск
о-
рости распрос
транения ультразвука в них. Около 70 % объёма бетона з
а-
нято крупным заполнителем, следовательно, скорость распространения
ультразвука в основном зависит от
упругих свойств заполнителя.
Изм
е-
нение количества песка в мелкозернистом бетоне также влияет на ск
о-
рость распространени
я

ультр
а
звука.

5.

Влияние температуры.

С повышением температуры бетона ск
о-
рость распространения ультразвука снижается. В среднем при увеличении
температуры бетона
на

10


С

скорость ультразвука уменьшается на
40 м/с
,

т.

е. приблизител
ь
но на

1 %.

29

6.

Влияние напряжённого состояния.

При прозвучивании сжимаемого
образца под углом действия силы первон
а
чально наблюдается увеличение
скорости до определённого предела. При дальнейшем увеличении нагру
з-
ки скорость ультразвука падает. Это объясняется тем,
что при сжатии б
е-
тона в нём происходят два процесса: а) уплотнени
е

структуры и б) микр
о-
трещинообразовани
е
. При небольших нагрузках превалирует первый пр
о-
цесс,
при перегрузках


второй.
При растяжении отсутствует зона увел
и-
чения скорости ультразвука, так ка
к при растяжении не происходит у
п-
лотнения бетона.

Проводя
парал
лель
но

механи
ческие

(раз
ру
шающий
спо
соб)

и

ультразвуковые испытания, можно определить величину напр
я-
жений, при которых начинается микро
трещино
образо
вание. Эта величина
различна для бет
онов разных прочностей и является
их
важной характер
и-
стикой.

Ультразвуковой импульсный метод определения прочности бетона
применяется в лабораторных и полевых испытан
и
ях.


3
.3.2
.

Склерометр Шмидта

Склерометр (молоток) Шмидта
(рис. 3.2)
широко
распростра
нён в практике определения прочности б
е-
тона в железобетонных изделиях. Про
ч
ность бетона
определяется методом упругого отскока. Между
прочностью бетона и значением отскока существует
определённая зависимость, которая графически в
ы-
ражается кривой линией
, называемой тар
и-
ровочной кривой (тарирование прибора). Для п
о-
строения этой кривой "прочность


величина отскока"
требуется провести параллельные испытания бето
н-
ных образцов склерометром и разрушающим мет
о-
дом, т. е. на одном образце опре
деляется величина
упругого отскока и предел прочности на сжатие. По
этим двум характеристикам получают семейство т
о-
чек, и проведённая по ним средняя линия есть тар
и-
ровочная кривая ("прочность


величина отскока").
Предел прочности разрушающим методом опред
ел
я-
ется как средняя арифметическая с то
ч
ностью до

0
,
1 МПа.

Для построения тарировочной кривой испыты
ва
-
ются
45 кубов
размером

изготовле
н-
ных по три замеса бетонной смеси одинакового с
о-


Рис.
3.
2. Склерометр

Шмидта
:

1



шкала;

2



метка;
3



уда
р-
ник;
4



пружина;
5



м
о
лоток;

6



корпус

30

става, из одних и тех же материалов и твердеющи
х в одинаковых услов
и-
ях 28 суток. Такое количество кубов диктуется условием определения
прочности бетона (3
шт.

на каждый класс бетона) и числом классов бетона
согласно
[1,
табл. 12, 13
]
. Каждая грань куба испытывается скл
е
рометром
не менее 10 раз в различ
ных то
ч
ках.

Тарировочные кривые строят для конкретных производственных усл
о-
вий с установившимся технологическим режимом или осуществляют пр
и-
вязку к мес
т
ным условиям.

Для определения прочности бетона склерометр устанавливают перпе
н-
дикулярно поверхности изде
лия и нажатием руки вдвигают ударник
3

внутрь корпуса
6

прибора. Когда ударник полностью скроется в корпусе,
молоток
5

автоматически освобождается и под действием спиральной пр
у-
жины
4

ударяет по ударнику и отскакивает обратно на расстояние, кот
о
рое
фиксиру
ется меткой
2

на шкале
1
, помещённой на корпусе прибора с н
а-
ружной стороны. Определение предела прочности бетона на сжатие прои
с-
ходит с использованием тарировочной кривой "прочность


величина отск
о-
ка". Поверхность бетона в месте испытания необходимо зачи
с
тить.

Опыт показывает, что величина отскока зависит от расположения пр
и-
бора к поверхности испытываемой констру
к
ции
:

е
сли под прямым углом
и прибор расположен вверх ударником
3
, то величина отскока получается
преувеличенной за счёт действия ускорения силы т
яжести, при ударе
сверху вниз величина отскока уменьшае
т
ся.

Как показали опыты, получаемая погрешность при определении про
ч-
ности бетона с помощью склерометра Шми
д
та в лабораторных условиях,
с
о
ставляет

1
0

%.


3
.3.3
.

Молоток Физделя

Молоток системы Физделя

(рис.
3.
3) является наиболее простым пр
и-
бором в конструктивном отношении и по м
е
тодике испытания прочности
бетона методом пластических деформаций. Масса его составляет 250 г.
Ударная часть прибора заканчивается стальным шариком диаме
т
ром

17
,
5 мм. П
о

испы
тываемой бетонной конструкции наносится серия

(не менее десяти на одно место испытания) локтевых ударов моло
т
ком.

В результате удара шарик вдавливается в бетон и на поверхности изд
е-
лия остаётся отпечаток, отсюда произошло название "метод пластической
упру
г
о
сти".

Между прочностью бетона и размером отпечатка существует завис
и-
мость, при помощи которой определяется пр
и
ближённое значение предела
прочности бет
о
на.

31



Рис.
3.
3. Молоток системы И.А. Физделя:

1



деревянная
ручка;
2



уда
рник;
3



стальной шарик

= 17
,
5 мм


Для измерения отпечатков применя
ю
т лупу со шкалой или микроскоп
Бринелля. Производится два перпендикулярных по направлению измер
е-
ния диаметров отпечатка. Определив среднеарифметический диаметр, по
тарировочной кривой "
прочность


диаметр отпечатка" нах
о
дят прочность
бетона.

Построение тарировочной кривой

(тарирование моло
т-
ка Физделя) производится аналогично склерометру (п.
3
.3.
2
). Вместо в
е-
личины отскока подставляется усреднённый диаметр отпеча
т
к
а.


3
.3.4
.

Молоток Кашкарова

Используется молоток Кашкарова для определения прочности бетона
методом пластических деформаций (рис.
3.
4). Устройство его позволяет
исключить влияние колебаний силы удара на результаты измерений, так
как отпечатки п
о
лучаются о
дновременно на бетоне и на стальном стержне
5

(обра
з
це).




Рис.
3.
4. Молоток конструкции К.П. Кашкарова:

1



корпус;
2



металлическая рукоятка;
3



стакан

с отверстиями;
4



головка;
5



стальной стержень
(образец)
=10

мм;
6



шарик
=10 мм


Образец
5

изготавливают из стали круглого сечения ВСт.3 с твёрд
о-
стью 20 МПа по Мейеру, длиной 150 мм и ди
а
метром 10 мм. Один конец
стержня заострён для облегчения введения его в отверстие стакана моло
т-
ка
3
.

2

3

1

2

1

3

6

5

4

32

Определение марки бетона проис
ходит следующим образом. На нам
е-
ченном участке поверхности изделия с разм
а
ха наносят серию ударов

(не менее 10) с достаточной силой, чтобы получить чёткие, удобные для
измерения отпеча
т
ки.

По отношению диаметров отпечатков на бетоне и образце (
б
/
о
)

с п
омощью тар
и
ровочной кривой определяют прочность бетона.

Построение тарировочной кривой

(тарирование молотка
Кашкарова) производится аналогично склерометру (п. 3.
3
.
2
). Вместо в
е-
личины отскока подставляется усреднённое число отношений

диаме
т
ров.


3
.3.5
.

Молоток Кима

Молоток Кима используется для определения прочности бетона ко
с-
венным методом (пластических деформаций). В основном он состоит из
ударной части и рукоятки
2
. Ударная часть состоит из ударника
3

со
стальным шариком
6
, к котор
ому прикреплена пружина и шток
а

5

с тремя
ри
с
ками (рис.
3.
5).



Рис.
3.
5. Молоток конструкции Кима:

1



стакан с пружиной;

2



рукоятка;
3



ударник;
4



цилиндр с сальниковой набивкой;

5



шток с делениями;
6



шарик
=10 мм
;
7



крышка стакана;

8



сальниковая крышка


Для определения прочности бетона элемента конструкции по его п
о-
верхности наносится серия ударов. По усреднённым размерам образова
в-
шихся отпечатков
,

можно судить о прочности бетона. Контроль силы уд
а-
ра
осуществ
ляется

по выходу штока из корпуса ударной части. С пом
о-
щью тарировочной кривой в зависимости от размера отпечатка и силы
удара определяется прочность бетона исследуемого элемента констру
к-
ции. Т
а
рирование молотка производится аналогично молоткам Физделя и
К
ашк
а
рова.

33

3
.3.6
.

Учёт факторов, влияющих на результаты определения



прочности бетона методом упругого отскока

и методом


пластических дефо
р
маций

При определении прочностных характеристик бетона методами упр
у-
гого отскока и
пластических деформаций получаются результаты с нев
ы-
сокой погрешностью лишь в том случае, если для построения тарирово
ч-
ной кривой и
с
пользовались кубики, основные показатели которых (состав
бетона, технология изготовления, свойства использова
н
ных материалов
,
условия твердения и т.

д.) были одинаковыми с бетоном исследуемой ко
н-
струкции.

В практической деятельности эти условия в основном не соблюдаются
и поэтому необходимо вводить поправо
ч
ные коэффициенты.

Одним из основных факторов, влияющих на результаты опр
еделения
прочности бетона, является
содержание

в нём
влаги
. Влажность бетона
меняется в зависимости от эксплуатационных условий. Учёт влияния вл
а-
ги в этом случае осуществляется по формуле
, где



предел
прочно
сти бетона испытываемой конструкции;


поправочный коэ
ф-
фициент;


предел прочности бетона на сжатие с влажностью, соотве
т-
ствующей тарировочной кривой.

При отсутствии тарировочных данных, учитывающих изменение
в
лажности, допускается принимать значения п
о
правочных коэффициентов

в зависимости от степени влажности бетона по табл
.

3.
1.

Таблица
3.
1

Значение поправочного коэффициента
,


учитывающего влажность б
е
тона

Влажность поверхности бетона
,

%

Значения

Д
о 1

0
,
96

6 (естественная)

1

8

1
,
1

12 (увлажнённая)

1
,
2

Мокрая (полное насыщение)

1
,
3


Вторым фактором, от которого зависит результат определения предела
прочности бетона, является его
возраст
.

При отсутствии опытных данных, учитывающих из
менение предела
прочности на сжатие в зависимости от возраста, можно пользоваться тар
и-
ровочными кривыми, построенными для бетона в возрасте 28 суток. Изм
е-
нение прочности бетона во времени учитывается умножением пол
у
ченной
прочности при испытании на поправо
чный коэффициент
(
табл
.

3.
2
)
.

34

На результаты измерений склерометром существенное влияние оказ
ы-
вают
габариты (массивность) испытыва
е
мого образца
. При испытании
тонкой пластины (например, полка пустотной плиты) она деформируется
под воздействием ударника
и

ре
зультат испытания получается заниже
н-
ным.


Таблица
3.
2

Значение поправочного коэффициента
,


учитывающего возраст б
е
тона




п/п

Во
з
раст
,

су
т

Молотки

Склерометр

1

3

1
,
05

1
,
1

2

10

1
,
05

1
,
05

3

28

1
,
0

1
,
0

4

90

0
,
9

0
,
9

5

180

0
,
8

0
,
85

6

360

0
,
75

0
,
8

7

540

0
,
75

0
,
8


Что касается других факторов, таких как
сила удара
,

способ нанесения
удара и др.
, влияние их на точность определения прочности бетона н
и-
чтожно и практического значения не имеет.


3
.3.7
.

Прибор Польди

Прибор разработан Чехословацкой Академией наук

(рис.

3.
6) и служит
для определения прочности стали по её твёрдости (косвенный метод). Для
определения прочности прибор устанавливают перпендикулярно на оч
и-
щенной поверхности элемента конструкции и по верху бойка
2

наносят
удар слесарным молотком. В резул
ьтате удара шарик
4

оставляет отпеча
т-
ки на теле элемента диаметром

и на образце
3

диаметром
. Твё
р-
дость образца

известна з
а
ранее, а твёрдость стали конструкции

о
пределяется из выраж
е
ния:


,


где



ди
а
метр шарика, равный 10 мм;

.


35

Твёрдость

определяется лабораторными ис
-
пытаниями отдельно для каждого обра
з
ца.

Размеры диам
етров

и

определяются как
средние по 6...8 отпечаткам. Диаметр каждого отп
е-
чатка измеряется в двух взаи
м
но
-
перпенди
ку
ляр
ных
направлениях

и

и
вычисляется

средн
ий ге
о-
метрический
. Результаты измерений рек
о-
мендуется зап
и
сывать в табличной форме.






По твёрдости

определяется временное сопротивление стали по фо
р-
муле
.

По

в [2,
табл
.

51
]

подбирается класс
стали. Так как прочность стали определяется через её твердость, поэтому
метод получил название ко
с
венный.


3
.4
.
К
раткое излож
е
ние работы

Работа состоит из трёх разделов.

Первый раздел



определение прочности бетона по ск
орости прохо
ж-
дения ультразвука. Через бетонный образец пропускается ультразвук. По
прибору УКБ
-
1 определяется время прохождения сигнала через образец
, а по нему подсчитывается скорость ультразвука
. По зависим
ости
Ньютона

вычисляется динамический модуль упр
у
гости
, по
которому определяется класс бетона. При определении времени прохо
ж-
дения ультразвука через образец

необходимо ручкой определен
ия вр
е-
мени прибора сдвинуть точку

на экране (
см.
рис.
3.
1) в начало коорд
и-
нат
(точка
) и после этого брать отсчёт времени

в микр
о
секундах
(

с).

Влияние поперечных

размеров образца учитывается коэффициентом
, который выбирается из табл
.

3.
3.



Рис. 3.6. Шариковый при
бор Польди:
1



корпус;

2



боёк;
3



образец;
4



шарик
=10 мм;
5



пру
жина

36

Для определения времени

(
см.
рис
.

3.
1) точка

сдвигается в начало
координат и берётся отсчёт.

Динамический
модуль упругости определяется по формуле

,

где



объемный вес бетона
,

кН/м
2
. По

определяется статический м
о-
дуль упругости в соответс
т
вии с табл
.

3.
4.

Таблица
3.
3

Значения коэффициента


Соотношение между

и размерами сеч
е
ния



(стержень)



(плита)



(массив)



В табл
.

3.3



коэффициент Пуассона, принимаемый равным
0,2

для
бетона;


и



размеры конструкции поперёк направления прозвучив
а-
н
ия;




длина ультразвуковой волны, определяемая по периоду колеб
а-
ний

;


;


.

Таблица
3.
4

Определение статического модуля

упругости

по динам
ическому



кПа


кПа

20000


50000




8000

50000


60000




15000
6/5

60000


70000




22000
10
/7

свыше 70000



Для определения прочности бетона

на сжатие по значению


см.

табл
.

3.
5,
в которой выписаны из
[
1,
табл
.

18
]

значения модуля упруг
о-
сти для бетона естественного твердения (к лабораторной работе

образцы
изгот
о
вл
я
ются при естественном тверд
е
нии).


37

Таблица
3.
5

Величины начального модуля

упругости бетона


Класс

бетона

В3.5

В5

В7.5

В10

В12.5

В15

В20

В25

В30

В35

В40

В45

В50

В55

В60

Модуль

упругости


9
,
5/96
,
9

13
,
0/133

16
,
0/163

18
,
0/184

21
,
0/214

23
,
0/235

27
,
0/275

30
,
0/306

32
,
5/331

34
,
5/352

36
,
0/367

37
,
5/382

39
,
0/398

39
,
5/403

40
,
0/408


Примечание.

В числителе

указаны значения в МПа,
в знаменателе



в кг/см
2
.


Во втором разделе

работы определяется прочность бетонного кубика
склер
ометром Шмидта. По каждой грани кубика производят от трёх до
пяти ударов. Со шкалы прибора снимаются показания, и по тарировочной
кривой вычисляется прочность. Средняя арифметическая величина пр
и-
нимается как прочность бетона испытываемого кубика.

Для озна
комления с другими приборами по определению прочности
бетона демонстрируется методика определения прочности молотками
Физделя, Кима и Кашкарова.

В третьем разделе

с помощью пр
и-
бора Польди определяется прочность
стали. В прибор вставляется образец


брусок
из стали, на торце которого в
ы-
давлен номер. Испытания пров
о
дятся

на стальной пластине
в
соответств
ии с


п.
3
.3.
7
,


определяется по данным
табл
.

3.
6.

По твердости

определяется временное сопротивление стали по
формуле п.
3
.3.
7

либо по графику
(
рис
.

3.
7
)
.

По

и СНиП "Стальные конструкции"
[
2
]
подбирается класс стали.
Ниже приведена табл
.

3.
7, в которой выписаны из
[
2
,
табл
.

51
]

отдел
ь
ные
значения для лист
о
вой стали.





Таблица 3.6

Величин
а


твёрдости образца


Номер
обра
з
ца

(на торце)

,

МПа

3

20

45

1290

1100

2
070


38




Рис.
3.
7. График соотношения временного сопротивления и твёрд
о
сти стали


Таблица
3.
7

Нормативные сопротивления листового проката

[
2]

Сталь

Толщина проката, мм

Нормативное
1

сопротивление
,

МПа (кгс/мм
2
), прока
т
а

С235

От 2

до 40

360 (37)

С245

От 2 до 20

370 (38)

С255

От 2 до 10

Св. 10 до 40

380 (39)

370 (38)

С275

От

2 до

10

Св.

10 до

20

380 (39)

370 (38)

С285

От

2 до

10

Св. 10 до

20

390 (40)

380 (39)

С345

От

2 до

10

Св.

10 до

20

Св.

20 до

40

490 (50)

470 (48)

460 (47)

С375

От

2 до

10

Св.

10 до

20

Св.

20 до

40

510 (52)

490 (50)

480 (49)






1

За нормативное сопротивление принято нормативное значение временного с
о-
противления по ГОСТ 27772
-
88.

,

МПа

,

МПа

108
0

110
0
112
0 1140

116
0
118
0


120
0
122
0

124
0


126
0


128
0


1300
132
0


134
0

460


440


420


400


380


360

39

3
.5
.
Порядок выполнения работы

Перед началом выполнения работы учебная группа делится на три
бригады. Каждая бригада получает своё задание по трём разделам. Раб
о-
тают од
новременно три бригады по одному из трёх разделов. По мере в
ы-
полнения работ они производят обмен разделами. Для лучшей организ
а-
ции работ из числа студентов назначается руковод
и
тель.

Рекомендуе
мая

последовател
ь
ность

выполнения работы
.

Первый раздел.

"Опреде
ление прочности бетона по скорости пр
о-
хождения ультр
а
звука ":

1)


в журнале зарисовываются схема измерения,
изображение сигнала
на ЭЛТ УКБ
-
1, отмечаются исходные точки;

2)


измеряются линейные размеры бетонного образца;

3)


в трёх направлениях производятся измерени
я времени прохождения
ультразвука ч
е
рез образец согласно п.
3.3.1;

4)


проверяются результаты измерений.

Второй раздел.

"Определение прочности бетонного кубика склер
о-
ме
т
ром Шмидта":

1)


в журнале зарисовывается кинематическая схема склерометра;

2)


испытывается бет
онный образец согласно п.
3.3
.
2
;

3)


по тарировочной кривой определяется прочность бетона;

4)


производятся пробные испытания молотками Физделя, Кашкарова,
Кима для ознакомления.

Третий раздел.

"Определение прочности стали прибором Польди":

1)


замеряется толщина и
спытуемого образца;

2)


в прибор вставляется образец, номер и значение твёрдости которого
фиксируются в журнале;

3)


производятся испытания
в
соответств
ии с

п.
3.3.7
.

После завершения лабораторных испытаний производится камерал
ь-
ная обработка полученных результат
ов по ра
з
делам.

Все полученные результаты аккуратно заносятся в соответствующие
графы журнала (прил
. В
). В заключении необходимо сделать в
ы
вод.


3
.6
.
Содержание отчёта

1.

Схемы измерительных приборов.

2.

Результаты измерений.

3.

Расчёты по полученным экспериментал
ьным данным.

4.

Заключение о проведении эксперимента.


40

3
.7

.
Контрольные вопросы

1.

Что можно определить с помощью ультразвукового прибора?

2.

Какой принцип используется в склерометре для определения про
ч-
ности б
е
тона?

3.

Каков порядок тарирования молотков Физделя
,

Ка
шкарова
,

К
и
ма?

4.

Каков порядок определения прочности бетона молотк
ами

Физделя
,

Кашк
а
рова
,

Кима?

5.

Как и почему поперечные размеры конструкции влияют на резул
ь-
таты ультр
а
звуковых измерений?

6.

Каков порядок определения прочности стали косвенным методом?
Почему мет
од наз
ы
вается косвенным?

7.

Как определяется глубина микротрещины?

8.

Способы определения микротрещин в железобетонных резерву
а
рах?


Л
абораторная работа
№ 4

О
ПРЕДЕЛЕНИЕ ОПОРНОГО
МОМЕНТА

И ЖЁСТКОСТИ БАЛКИ

4
.1
.
Цели и зад
а
чи

1.

Оз
наком
ление

с приборами для измерения

угла поворота сечения и
перемещений.

2.

Изучение методики установки и особенностей эксплуатации измер
и-
тельных приборов
,

измеряющих углы пов
о
рота.

3.

Оз
наком
ление

с методикой определения жёсткости и усилий в ст
а-
тически неопредел
и
мых конструкциях.

4.

Определение тео
ретических параметров в статически неопредел
и-
мой балке и сравнение их с результатами, пол
у
ченными опыт
ным путем
.

5.

Определение погрешности при исп
ы
тании.

6.

Составление заключения по результатам испыт
а
ния.


4
.2.
Оборудов
а
ние и приборы

1.

Клинометр с уровнем (2 шт
.).

2.

Индикаторы часового типа.

3.

Статически неопределимая конструкция.

4.

Станок для испытания.

5.

Набор гирь (5,10 кг).

6.

Металлич
е
ская линейка 1м (ГОСТ 427
-
56).

7.

Калькулятор.

8.

ЭВМ.

41

4
.3
.
Характеристик
а

к
линометр
а

с уровнем

Клинометр с уровнем относится к группе механ
ических приборов с
непосредственным отсчётом (клинометр Сто
п
пани, рис.

4.1
). Применяется
он для измерения угла поворота сечения (тангенс угла) элементов конс
т-
рукций (балок, арок, сводов, ферм, стоек рам и т. д.). При достаточно м
а-
лом угле поворота тангенс
можно приравнять к величине угла в радианах.
Допускаемой при этом погрешностью можно пре
небречь, так как она не
выходит за пределы погрешности изм
е
рений.

Клинометр состоит из чувствительного уровня
1
, опирающегося на
станину
2

посредством шарнира
3

и пруж
ины
4
, микрометрического винта
5
, проходящего через скобу станины, круглого лимба
6

с делениями и н
е-
подвижной стрелки
7

для взятия о
т
счётов.



Рис.
4.
1
. Клинометр с уровнем:

1



уровень;
2



станина;
3



цилиндрический
шарнир;
4



пластинчатая пружина;

5



микроме
т
рический винт
;

6



лимб

с делениями; 7


неподвижная стрелка;

8


сферический ша
р
нир


Погрешность клинометра зависит от величины базы прибора и хода
микрометрического винта и колеблется в пр
е
делах (2…6)". Сферический
шарнир
8

и винт
5

позволяют независимо от положения станины прив
о-
дить уровень в г
о
ризонтальное положение, а ось станины располагать в
плоскости, совпадающей
с

плоскост
ью

изгибаемой конструкции
,

или
п
а-
раллельно

ей
.

Для установки прибора на элементе конструк
ции используется спец
и-
альная стру
б
цина, являющаяся неотъемлемой частью прибора.

После установки клинометра на конструкцию вращением лимба ур
о-
вень устанавливается в горизонтальное пол
о
жение, воздушный пузырёк
уровня нах
о
дится на середине, затем по стрелке б
ерётся отсчёт
. Далее
к испытываемой конструкции прикладывается нагрузка. При деформации
элемента конструкции сечение, к которому прикреплен клинометр, пов
о-
42

рачивается
,
и уровень выходит из горизонтального положения. Вращен
и-
ем лимба
уровень возвращается в горизонтальное положение
,

и заново б
е-
рётся отсчёт
. Тангенс угла поворота в радианах при этом определяется
по форм
у
ле


где



разница отсчётов
;



цена деления лимба клиноме
т
ра
:

;




ход микрометрического винта (шаг резьбы 0
,
375 мм);




число дел
е-
ний шкалы лимба (обычно 360);




ба
за прибора, 185 мм.


4
.4
.

Краткое изложение работы

В работе испытывается балка с одним шарнирным концом

и другим
упруго защемлё
н
ным

(рис.
4.2
).




Рис.
4.2
. Статически неопредел
имая балка


При загружении силой

на упруго защемлённом конце возникает м
о-
мент
, величину которого необходимо определить. Изгибная жёс
т
кость
балки

также считается неизвестной.

Для опреде
ления неизвестных составляются уравнения, устанавл
и-
вающие зависимость между усилиями и перем
е
щениями:


;

;

.

А


И1

И3

В

Р

И2

КА

КВ

М

43

Из трёх уравнений выбирают два и после совместного решения нах
о-
дят изгибающий
момент у опоры

и жёсткость балки
. Таким обр
а-
зом, работа состоит в загружении балки определённой нагрузкой и эксп
е-
риментальном определении какой
-
либо пары перемещений (


или
), указываемой препод
а
вателем.

Осадки опор и перемещение среднего сечения определяются с пом
о-
щью индикат
о
ров часового типа
.

Углы поворотов определяются клинометрами с уровнем. Перед ка
ж-
дым новым взят
ием отсчёта вращением лимба устан
авливается

пузырёк
уровня в среднее п
о
ложение.

В работе использ
у
ются два клинометра на опорах

и
.

Нагрузка прикладывается ступенями, отсчёты по приборам заносятся в
журнал, при
мер заполнения которого пр
и
веден в прил
.

Б.

Все расчёты делаются для последней ступени нагрузки, отсчёты на о
с-
тальных ступенях делаются для контроля испытания и правильности п
о-
казаний приборов. Осадки опред
е
ляются по формулам:

;
;
.

Величина прогиба вычисляется по формуле (рис.
4.3
):

.


Рис.
4.3
. Схема для определения углов пов
о
рота


Углы поворота от горизонтали определ
я
ются по форм
улам:

;


.

44

При определении угла

необходимо учесть угол наклона оси балки

за счёт разных осадок опор

и

(рис.
4.3
):

;


;

.

Из уравнений определяются изгибающий момент

и изгибная жёс
т-
кость
. Теоретическое значение изгибающего момента при условии а
б-
солютно ж
ёсткой заделки

.


При отсутствии заделки (шарнир)
. Отсюда следует, что знач
е-
ние искомого изгибающего момента должно находиться между этими
двумя значени
я
ми.


4
.5.
Порядок выполнения работы

Перед началом выпо
лнения работы учебная группа делится на две бр
и-
гады. Каждая бригада получает своё задание. Для лучшей организации р
а-
бот из числа студентов назначаются руковод
и
тели бригад.

1.


В

журнале зарисовываются схемы измерительных приборов, их у
с-
тановки и размещение (к
линометр и индик
а
тор)
.

2.


Р
азбивается заданная нагрузка на ступени (две, три ступени)
.

3.


П
роизводятся замеры необходимых для расчётов геометрических
параметров (пролёт балки, расстояния от опор до сосредоточенной силы,
база кл
и
нометра)
.

4.


П
роизводится контроль

правильности установки приборов
.

5.


С
нимаются начальные отсчёты с приборов
.

6.


П
рикладывается нагрузка первой ступени
.

7.


С
нимаются отсчёты с приборов
.

8.


П
рикладывается нагрузка второй ступени
.

9.


С
нимаются отсчёты с приборов
.

10.

П
роизводится контроль процесса испыта
ния
.

11.

П
рикладывается следующая нагрузка с соответствующим контр
о-
лем и т.

д. до п
о
следней ступени
.

12.

П
роизводится разгрузка в обратном порядке со сверкой результ
а
тов
.

13.

П
роизводится камеральная обработка полученных результатов по
последней ступени
.

14.

П
ишется заклю
чение по результатам испытания.

45

Все полученные результаты аккуратно заносятся в соответствующие
графы журнала

(
прил
.

Б). В заключении необходимо сделать вывод и
обосновать пол
у
чившуюся погрешность.


4
.6
.
Содержание отчёта

В отчёте должны быть освещены сле
дующие темы.

1.

Кинематические схемы измерительных приборов.

2.

Формулы для обработки результатов измерений.

3.

Результаты измерений.

4.

Заключение о проведении эксперимента.

5.

Выводы
о
погрешности полученных результатов.


4
.7.
Контрольные вопросы

1.

В каких конструкциях
жёсткость считается известной и в каких нет?

2.

Перечислите основные элементы клинометра и индикатора. Нар
и-
суйте их схемы.

3.

Каков порядок взятия отсчётов по клинометру?

4.

Как измерить угол поворота сечения с помощью мессур, прогибом
е-
ров?

5.

Для каких конструкций не
льзя определить усилия с помощью тенз
о-
метрии и п
о
чему?

6.

Сколько приборов и каких потребуется для определения опорных
моментов в неразрезной балке (металлической, железобетонной, деревя
н-
ной)?















46

ПРИЛОЖЕНИЕ

А

Кафедра
©
Строительные

к
онструкции
ª
. ИТС

ДВГУПС

ЖУРНАЛ ИСПЫТАНИЙ

ВЫПОЛНИЛ
Иванов

И.И.

ГРУППА



№ 451

"ОБСЛЕДОВАНИЕ И ИСПЫТ
А
НИЯ

ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ"

Лабораторная работа №

1

"
Определение напряженного состо
я
ния

балки с помощью прогибомеров

и

тенз
о
метров".


Схемы приборов:


Тензометр Гугенбергер
а


:


Прогибомер Максим
о
ва


:


Т
ензометр
А
и
стова

:






Схема установки и размещения приборов:









Ж
урнал испытаний


Номер

ступени

Р
,

кН

Прогибомеры

Тензометры

,

мм

П1

П2

П3

ТГ

ТА

отсч.


отсч.


отсч.


отсч.


отсч.


0

0

802



730



527



37
,
2



36
,
4





1

60

803

1

732

2

527

0

36
,
2

0
,
8

38
,
5

2
,
1

0
,
15

2

120

804

2

735

5

528

1

35
,
6

1
,
6

40
,
2

3
,
8

0
,
35

3

180

804

2

738

8

528

1

34
,
8

2
,
4

42

5
,
6

0
,
65

Геометрические параме
т
ры:

118 см;


2 см;


6 см;


40 см;


33 см.

Базы тенз
о
метров:

20 мм

40 мм


Цена деления прогиб
о
мера:



47

Окончание прил. А


Контроль испытаний:





Модуль упругости:


Обработка результатов по последней ступени:


по тензометру Гугенбергера


теоретические напряжения


расхождение с опытом
,
%


по тензометру Аистова

теоретические напряжения


расхождение с опытом
,

%:


ЗАКЛЮЧЕНИЕ:
П
о тензометру Аистова результа
ты получились
ближе к теоретическим, чем по
тензометру
Гугенбергер
а
. Это можно
объяснить большей базой. Чем больше база, тем меньше погрешность
измер
е
ния.


10 октября
200
10
г
.



Выпо
л
нил:


48

ПРИЛОЖЕНИЕ

Б

Кафедра

©Строительны
е

конс
т
рукцииª ИТС

ЖУРНАЛ ИСПЫТАНИЙ

ВЫПОЛНИЛ
Иванов И.И
.
ГРУППА




441

ОБСЛЕДОВАНИЕ И ИСП
Ы
ТАНИЕ

ЗДАНИЙ И СООРУЖ
Е
НИЙ

Лаб
о
раторная работа № 2

"
Тарирование электротенз
о
метра.

Определение напряженного с
о
стояния

балки с помощью электроте
н
зометрии".


С
хемы п
риборов:

Т
ензорезистор




И
змерительн
ый

мо
с
т



Схема тарировочной балки:



Журнал тарирования:


Н
о
мер

ступ
е-
ни

,


к
Н

Тензорезисторы

Тенз
о
мет
р





Отсчёт


Отсчёт



О
т
счёт



0

614



420




12



1

15

702

88

336

84

84

30

18


Определение цены деления тензорез
и
сторов

.

Схема установки и размещения приборов








49

Окончание прил.
Б


Таблица показани
й тензорезисторов


Номер

ступени


Р
,


кН








О
т
счёт


О
т
счёт


О
т
счёт


О
т
счёт


Отсчёт


Отс
ч
ёт


Отсчёт


0

0

560



829



469



487



543



413



507



1

240

540

-
2
0

812

-
17

460

-
9

487

0

553

10

430

17

525

18

2

480

522

-
38

794

-
35

451

-
18

486

-
1

562

19

446

33

543

36

3

720

504

-
56

777

-
52

442

-
21

486

-
1

572

29

463

50

561

54


Экспериментальные напряжения для последней ступени:

;

;

;

;

;

;

.


Теоретические напряжения:



Расхождение с опыто
м,
%:





ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

Низк
ая погрешность результатов показывает, что
т
а
рирование тензорезисторов произведено с достаточной точностью
,


и эксперимент пр
о
изведен без ошибки.



10 октября 200
10
г.







Выполнил
:


50

ПРИЛОЖЕНИЕ

В

Кафедра
©
Строительные

к
онс
т
рукции
ª
. ИТС

ЖУРНАЛ ИСПЫТАНИ
Й

ВЫПОЛНИЛ

Иванов

И.И.

ГРУППА


451

"ОБСЛЕДОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЯ

ЗД
А
НИЙ
И СООРУЖЕНИЙ"

Лабораторная работа №

3

"
Неразрушающие методы

испытания

мат
е
риалов".


1.

О
пределение прочности бетона ультразвуковыми приборами.


С
хема измерения


И
зображ
е
ния на
ЭЛТ






Вывод
:
Бетон класса
В25


2.
Определение прочности бетона скл
е
рометром Шмид
та.




Схема склерометра












Вывод
: прочность соответствует

усло
в
но
му



классу бетона В
25

Номер

удара

Отсчёт

по шк
а
ле

Про
ч
ность


1

32

320

2

30

290

3

31

300

4

31

300

5

35

380

Средняя про
ч
ность:

330



Номер

и
з
мер


мс


мс


см

1

44

45

20

2

42

46

20

3

40

47

20

средн.

42

56

20


51

Окончание прил.
В


3.
Определение прочности стали косвенным методом.


1.

Стальная пластина

2.

Шарик

3.

Образец

4.

Ударник

5.

Корпус прибо
ра




Журнал испытаний


№ изм
е-
рения

на стандартном образце

на испытываемом образце







1

2
,
5

2
,
4

2
,
45

1
,
9

2

1
,
95

2

2
,
4

2
,
6

2
,
5

2

2
,
1

2
,
05

3

2
,
1

2
,
2

2
,
15

1
,
8

1
,
9

1
,
85

4

2
,
2

2
,
3

2
,
25

1
,
9

2

1
,
95

5

2
,
1

2
,
2

2
,
15

1
,
9

1
,
8

1
,
85

сре
д
ние

2.3

сре
д
ние

1
,
93






ВЫВОД:
Сталь класса
C
345



ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

Согласно проведенным исп
ытаниям можно сделать
следующее заключ
е
ние:



б
е
тон представленных образцов имеет прочность класса В25;



сталь


С345.

Следует отметить, что совпадение результатов определения про
ч-
ности бетона разными способами
свидетельствует

о малой погрешн
о-
сти испытан
ия.


20 октября 2010

г.








Выполнил:

Схема пр
ибора Польди



52

ПРИЛОЖЕНИЕ
Г

Кафедра
©
Строительные

к
онс
т
рукции
ª
. ИТС ДВГУПС

ЖУРНАЛ ИСПЫТАНИЙ

ВЫПОЛНИЛ
:
Иванов


И.И.

ГРУППА


451

"ОБСЛЕДОВАНИЕ И ИСПЫТ
А
НИЯ

ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ"

Лабораторная работа №

4

"
Определение опорного момента

и жёсткости балки".


С
хемы приборов
:



Клинометр с уровнем

Инд
и
катор




Цена деления:

;




Схема установки и размещения приб
о
ров




Журнал испытаний



Номер

ступ
е
ни


Р
,

кН

Отсчёты по приборам

К
А

К
В

И
А

И
В








И
с

О
тсч
.


О
тсч
.


О
тсч
.


О
тсч
.


О
тсч
.


0

0

108





129



973



828



1

0
,
2

358

250



133

4

872

101

920

92

2

0
,
4

608

500



136

7

764

209

1010

182


















53

Окончание прил.
Г


Для последней ступени.

Осадки:

;

;

Углы:



Решение системы уравн
е
ний:

;



Выполнил:

20 октября 2010 г






54

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ
СПИСОК

1.
СНиП 2.03.01
-
84*
. Бетонные и железобетонные конструкции / Го
с-
строй СССР.
-

М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1991.


77 с.

2.
СНиП
II
-
23
-
81
*
. Стальные конструкции / Госстрой СССР.


М.

:
ЦИТП Госстроя СССР, 1991.


96 с.

3.
Обследование и испытание зданий и сооружений

/

п
од ред. В.И. Рим
-
шина
.



М.

: Высшая школа
,

2006
.



653 с.

4.
Обследование и испытание сооружений

/
О.В.

Лужин
[
и др.
]
.



М.

:
Стро
й
издат. 1987.


263 с.

5.
Золотухин
,

Ю.Д. Испытание строительных конструкций

/
Ю.Д. З
о-
лотухин
.



Минск

: Высшая школа
,

1983.


208 с.


6.
Методы и ср
едства испытания строительных конструкций

/
Г.Я.

Почтовик
[
и др.
]
.




М.

: Высшая школа
,

1973.


158 с.

7.
Шишкин
,

И.Ф. Метрология, стандартизация и управление качеством

/
И.Ф. Шишкин
.


М.

: Изд
-
во Стандарт
,

1990.


341 с.

























55

СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ

................................
................................
................................
.............................

3

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

.......................

4

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
.......

5

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

........................

6

Л
абораторная работа
№ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЁННОГО СОСТОЯНИЯ
БАЛКИ С ПОМОЩЬЮ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ

................................
................

7

1.1. Цели и задачи

................................
................................
................................
..............

7

1.2. Оборудование
и приборы

................................
................................
...........................

8

1.3. Характеристики используемых приборов

................................
................................

8

1.3.1. Прогибомеры Максимова

................................
................................
....................

8

1.3.2. Тензометры Гугенбергера

................................
................................
...................

9

1.3.3. Тензометр
ы Аистова

................................
................................
..........................

10

1.3.4. Погрешность измерений

................................
................................
....................

11

1.4. Краткое изложение лабораторной работы

................................
..............................

13

1.5. Порядок выполнения работы

................................
................................
...................

15

1.6. Содерж
ание отчёта

................................
................................
................................
....

16

1.7. Контрольные вопросы

................................
................................
..............................

16

Л
абораторная работа
№ 2. ТАРИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОТЕНЗОМЕТРА.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЁННОГО СОСТОЯНИЯ БАЛКИ С ПОМОЩЬЮ
ЭЛЕКТРОТЕНЗ
О
МЕТРИИ

................................
................................
................................
.

17

2.1. Цели и задачи

................................
................................
................................
.............

17

2.2. Оборудование и приборы

................................
................................
.........................

17

2.3. Характеристики используемых приборов

................................
..............................

18

2.3.1. Тензорезистор

................................
................................
................................
.....

18

2.3.2.

Индикаторы часового типа

................................
................................
................

21

2.4. Краткое изложение работы

................................
................................
......................

22

2.5. Порядок выполнения работы

................................
................................
...................

23

2.6. Содержание отчёта

................................
................................
................................
....

24

2.7. Контрольн
ые вопросы

................................
................................
..............................

25

Л
абораторная работа
№ 3. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ
МАТЕРИАЛОВ

................................
................................
................................
....................

25

3.1. Цели и задачи

................................
................................
................................
.............

25

3.2. Оборудование и приборы

................................
................................
.........................

25

3.3. Характеристики используемых приборов

................................
..............................

26

3.3.1.

Ультразвуковой прибор УКБ
-
1

................................
................................
.........

26

3.3.2.

Склерометр Шмидта

................................
................................
..........................

29

3.3.3.

Молоток Физделя

................................
................................
...............................

30

3.3.4.

Молоток Кашкарова

................................
................................
...........................

31

3.3.5.

Молоток Кима

................................
................................
................................
.....

32

3.3.6.

Учёт факторов, влияющих на результаты определения


прочности бетона методом упругого отскока и методом



пластических деформаций

................................
................................
................

33

3.3.7. Прибор Польди

................................
................................
................................
...

34

56

3.4. Краткое изложение работы

................................
................................
.....................

35

3.5. Порядок выполнения работы

................................
................................
..................

39

3.6. Соде
ржание отчёта

................................
................................
................................
...

39

3.7. Контрольные вопросы

................................
................................
.............................

40

Л
абораторная работа
№ 4
.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПОРНОГО МОМЕНТА

И ЖЁСТКОСТИ БАЛКИ

................................
................................
................................
.....

40

4.1. Цели и задачи

................................
................................
................................
.............

40

4.2. Оборудование и приборы

................................
................................
.........................

40

4.3. Характеристика клинометра с уровнем

................................
................................
..

41

4.4. Краткое изложение работы

................................
................................
......................

42

4.5. Порядок выполнения работы

................................
................................
...................

44

4.6. Содержание отчёта

................................
................................
................................
....

45

4.7. Контрольные вопросы

................................
................................
..............................

45

ПРИЛОЖЕНИЕ А

................................
................................
................................
................

46

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

................................
................................
................................
.................

48

ПРИЛОЖЕНИЕ В

................................
................................
................................
................

50

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

................................
................................
................................
.................

52

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

................................
................................
.................

54














Учебное издание


Якутин

Геннадий Семенович




СТАТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИ
Я

СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУ
КЦИЙ


Методическое пособие

по выполне
нию лабораторных работ


Редактор

Н.В. Смышляева

Технический редактор
А.А. Курилко

————————————————————————————

План 2012 г. Поз.
4
.
20
. Подписано в печать
27
.04.2012.

Уч.
-
изд. л.
3
,
5
. Усл. печ. л.
3
,
3
. Зак. 1
58
. Тираж
5
0 экз. Цена 2
04

р.

——————————————————
——————————

Издательство ДВГУПС

680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, 47.



Приложенные файлы

  • pdf 8923506
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий