практикум по дисциплине Обследование и испытание зданий и сооружений Часть первая Ряза

Работа добавлена на сайт samzan.net:

Федеральное агентство по образованию

Рязанский институт (филиал)

Государственного образовательного учреждения высшего

профессионального образования

«Московский государственный открытый университет»

Кафедра «Промышленного и гражданского строительства»

Рудомин Е.Н.

Лабораторный практикум по дисциплине

«Обследование и испытание зданий и сооружений»

Часть  первая

Рязань 2010

ББК 38.5.

УДК 69.05:620.17

Рудомин Е.Н. Лабораторный практикум по дисциплине «Обследование и испытание зданий и сооружений»: - Учеб.–метод. пособие для студентов строительных специальностей. Часть 1. Рязань: РИ (Ф) МГОУ, 2010. – 54 с.

Учебно–методическое пособие предназначено для студентов строительных специальностей  всех форм обучения, изучающих курс обследование и испытание зданий и сооружений.  Содержание и объем лабораторных работ по дисциплине «Обследование и испытание зданий и сооружений» соответствуют государственному образовательному стандарту по направлению – строительство.

В пособии содержится сведения о новейших достижениях  и тенденциях развития испытательной технике, методах неразрушающего контроля для оценки надежности и безопасности строительных конструкций.

Печатается по решению Ученого совета Рязанского института (филиала)

Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский  государственный  открытый  университет».

©	Рудомин Е.Н., 2010
©	Рязанский институт (филиал) Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский  государственный  открытый  университет», 2010

Введение

Испытание строительных конструкций является важным этапом  проверки их качества. Строитель должен уметь правильно выбрать методы и средства для проведения обследований и испытания зданий и сооружений, обработать результаты  и оценить  состояние здания или сооружения. Что дает возможность проверить методику расчета и дать правильное заключение для проведения реконструкции, усилению и технологии изготовления конструкций.

Студент знакомится  с методикой неразрушающего  контроля качества, способами создания нагрузки, приборами для измерения деформаций, перемещений, неразрушающего определения характеристик материала в элементах конструкций.

Лабораторная работа 1

1. ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ

1.1. Цели и задачи работы

Цель работы:

•  Практическое знакомство с первичной и вторичной аппаратурой, используемой в тензорезисторном методе исследования напряженно-деформированного состояния строительных конструкций.
•  Изучение методики тарировки тензорезисторов.
•  Экспериментальное определение коэффициентов тензочувствительности тензорезисторов.

Постановка эксперимента на моделях проводится в случаях, когда получить точное теоретическое решение не представляется возможным либо существует сомнение в правильности методики расчета.

Лабораторная работа выполняется в два этапа:

1- определение коэффициента тензочувствительности тензорезисторов (градуировка тензорезисторов);

2- определение напряженно-деформированного состояния модели.

Оборудование:

Лабораторная установка со стальной консольной балкой переменного сечения, индикатор часового типа, гири, тензорезисторы, многоканальный измеритель-регистратор ТЕРЕМ-4.0, мост постоянного тока, электронный тензометрический измеритель деформаций АИД-4, электромеханический тензометр, металлическая линейка, штангенциркуль.

1.2. Краткие теоретические сведения

1.2.1. Преобразователи

Все преобразователи можно разделить на две группы: активные (генераторные) и пассивные (параметрические). Из большой группы пассивных преобразователей в данной работе будем рассматривать только тензорезисторные. Преобразователи, у которых при изменении измеряемых неэлектрических величин меняется электрический параметр - сопротивление, называются резистивными. При экспериментальных исследованиях строительных конструкций применяют проволочные, фольговые и полупроводниковые резисторы. Тензорезисторы представляют собой несколько петель тонкой (0,015-0,030 мм) проволоки, оклеенной с обеих сторон бумагой. К концам проволоки сваркой или пайкой присоединены провода. Длина петли называется базой тензорезистора. Проволочные петлевые тензорезисторы изготавливаются с базой 5-50 мм и активным сопротивлением 50-400 Ом. Для изготовления проволочных тензорезисторов используются преимущественно сплавы меди и никеля (константан, элинвар, эдванс).

Все существующие в настоящее время тензорезисторы можно условно классифицировать по следующим признакам:

по конструкции - проволочные, фольговые и полупроводниковые;

по типу основы - с бумажной, пленочной и без основы;

по типу решеток - с поперечной и без поперечной чувствительности;

по назначению - для статических и статико-динамических испытаний, для измерения деформаций внутри конструкции, для кратковременных и длительных испытаний;

по влагостойкости - влагостойкие и невлагостойкие.

Таблица 1.1

Основные характеристики тензорезисторов

Характеристики тензорезисторов	Проволочные петлевые	Проволочные беспетлевые	Фольговые
тензочувствительный элемент,  низкоомные перемычки,   выводные контакты,   подложка, l – база тензорезистора
Способ образования тензочувствительного элемента	Намоткой проволоки в виде плоской или объемной спирали	Замыканием плоского пучка проволоки низкоомными перемычками	Травлением или штампованием из фольги
Основа	Бумажная, пленочная, комбинированная	Бумажная, пленочная, комбинированная	Бумажная, пленочная, комбинированная
Размеры базы l, мм: технологически допустимые рекомендуемые	2...100 5...50	1...300 3...100	0,3….200 3...30
Пределы значений S	1,8...5,6	2,0...5,6	2,0...2,3
Коэффициент относительной поперечной чувствительности	0,02...0,05	около 0	0,01...0,02
Измерительный диапазон е, %	± 0,3 до ± 5	± 1 до +15	± 0,3 до ± 5
Ползучесть, %	До 1	До 0,1	До 0,5

Все выпускаемые промышленностью тензорезисторы маркируются следующим образом. Буквами обозначается тип тензорезистора, а цифрами - его характеристики. Первая буква свидетельствует о проволочной (П) или фольговой (Ф) решетке, вторая указывает на материал решетки (К - константан), третья указывает вид основы (Б - бумажная, П - пленочная) для проволочных тензорезисторов, а для фольговых - конструкцию решетки (П - прямоугольная, Р - розеточная), четвертая буква (только для фольговых) отражает конструктивные особенности решетки.  Первая цифра указывает размер базы тензорезистора в мм, вторая - номинальное сопротивление в Ом. После ставится буква, отражающая температуру режима наклейки тензорезистора (X - не более 30° С, Г- не более 180° С). Например, ПК Б-20-150Х (Г) - тензорезистор проволочный, из константана, на бумажной основе, с базой 20 мм, номинальным сопротивлением 150 Ом, наклейка при температуре не выше + 180° С.

1.2.2. Измерительные схемы

Приборы, измеряющие линейные деформации (укорочения или удлинения), называют тензометрами. Электрические тензометры измеряют деформации с помощью электрических параметров (омическое сопротивление, емкость, индуктивность и др.). Электрические тензометры омического сопротивления состоят в основном из двух элементов: тензорезистора и регистрирующей аппаратуры (АИД-2, АИД-4 и др.).

Измерительные схемы являются входной частью электрической цепи измерительных и регистрирующих приборов. Наиболее распространенными измерительными схемами являются компенсационные, дифференциальные и мостовые. Мостовые измерительные схемы (мост Уитстона) являются наиболее распространенными для измерения относительно малых электрических величин. Они позволяют определять изменение активного сопротивления R тензорезистора, по которому можно судить об изменении неэлектрических величин.

Кoмпенсационный тензорезистор аналогичен активному и наклеен на недеформируемый образец, который изготовлен из того же материала, что и исследуемая конструкция.

Рис.1.1. Принципиальная схема тензометрического моста: Rо - активный тензорезистор; R1 - компенсационный тензорезистор; R2,  R3- внутренние сопротивления плеч моста; Rр - реохорд; Ј - гальванометр.

Рис.1.2.  Схема подключения тензодатчиков к адаптеру

 R1, R2 - постоянные резисторы, установленные в адаптере,

Rх - измеряемый тензорезистор, Rk - компенсационный резистор для учета температурных изменений.

Компенсационный резистор должен быть установлен на ненагруженную поверхность с такой же температурой, как у объекта измерения.

1.2.3. Вторичная регистрирующая и измерительная аппаратура

При испытаниях строительных материалов и конструкций изменение выходных электрических величин преобразователей, как правило, на практике осуществляется специальными усилительными, измерительными и регистрирующими устройствами. Последние при этом состоят из нескольких функционально законченных узлов: преобразователей, измерительных схем, коммутирующих устройств, измерительного и регистрирующего устройства.

К настоящему время разработано большое количество измерительных и регистрирующих тензосистем. Для регистрации статических и медленно протекающих во времени процессов ИДЦ, АИД, ЦТМ, ИЖЦ, К-200, а также для изучения динамических процессов Н-102, Н-700 и др.

1.2.3.1. Многоканальный измеритель-регистратор ТЕРЕМ-4.0

Назначение и область применения

Многоканальный измеритель-регистратор ТЕРЕМ-4.0 предназначен для контроля за состоянием технологических процессов, обследования зданий и сооружений и др. применений, в которых необходимо одновременно измерять и регистрировать показания датчиков различных физических величин: температуры, влажности, давления, линейных перемещений, механических
	Рис. 1.3. Многоканальный измеритель-регистратор ТЕРЕМ-4.0

напряжений, теплового потока и др.

С помощью данного прибора реализованы и успешно работают измерительные комплексы:

•  для контроля развития деформаций и трещин зданий, сооружений;

для измерения теплозащитных свойств конструкций (сопротивления теплопередаче);

•  регистраторы температуры прогрева бетона монолитном домостроении;
•  многоканальные регистраторы температуры и влажности.

Пользователь имеет возможность самостоятельно создать нужный ему измерительный комплекс, выбрав типы и количество необходимых ему датчиков.

Конструктивно ТЕРЕМ-4.0 состоит из центрального блока и адаптеров (до 32 адаптеров на один центральный блок), объединенных в единую сеть четырехпроводной линией связи. Каждый адаптер собирает информацию с группы от 4 до 8 датчиков заданного вида и передает на центральный блок. Режим работы (время пуска и останова, период отсчетов и т.д.) задается пользователем. Прибор имеет энергонезависимую память, регистрирующую во времени до 100000 отсчетов.

Прибор предназначен для работы при температуре окружающей среды от -10 до +50°С, максимальной влажности 80% при 35°С и ниже без конденсации влаги и атмосферном давлении 86... 100 кПа.

Технические характеристики

Количество каналов 8...256;
Количество адаптеров, подключаемых к центральному устройству  1...32;
Количество датчиков, подключаемых к одному адаптеру (в зависимости от типа адаптера) 1...8;
Максимальное количество регистрируемых отсчетов 100 000;

Длительность регистрируемого процесса не ограничена;
Период отсчетов, задаваемый пользователем;

      -                                                                            минимальный, мин 1,

-                                                                           максимальный, час  59;
Диапазон измерения температуры, °С -55...+600;
Относительная погрешность, % ±1.0;
Диапазон измерения датчика влажности, % 0...100;
Основная абсолютная погрешность. % ±2.0;
Диапазон измерения датчика перемещения, мм 0...10;
Разрешающая способность, не хуже, мм 0.01;
Длина линии связи центрального устройства с адаптерами, не более, м  200;
Длина линии связи датчика с адаптером, не более, м 6;
Связь с компьютером RS-232;
Основные функции

индикация информации о текущем состоянии датчиков и регистрация процессов в реальном времени;

задание (изменение) параметров регистрации процесса (длительность процесса регистрации, период отсчетов и т.д.);

просмотр результатов регистрации в табличном виде и в виде графика, как в процессе работы, так и по окончании измерений;

полноценное отображение информации на графическом дисплее с подсветкой;

автоматический переход из рабочего режима в «спящий» и обратно;

полный контроль состояния аккумуляторных батарей;

выбор языка текстовых сообщений (русский или английский).

Программа компьютерной обработки

Программа предназначена для просмотра, сохранения и распечатки полученных регистратором данных. Просмотр данных возможен в табличном виде или в виде графика. Связь с компьютером осуществляется по стандартному интерфейсу RS-232.

1.3. Тарировка первичных преобразователей

До начала практического использования тензосистем необходимо обязательно выполнить ее тарировки. Так как тензорезисторы используются однократно и их индивидуальное испытание невозможно, поэтому испытывают из партии 5-10% тензорезисторов, а результаты распространяются на всю партию.

В основу работы тензорезистора положена зависимость омического сопротивления R проводника от его длины l, удельного сопротивления ρ и сечения А

.       (1.1)

Изменение удельного сопротивления проводника под действием растягивающих или сжимающих сил называют тензоэффектом. Он характеризуется коэффициентом тензочувствительности тензорезистора.

Тарировка первичных преобразователей (тензорезисторов) заключается в определении коэффициента тензочувствительности партии тензорезисторов:

;    (1.2)

где ∆R - приращение сопротивления тензорезистора;

Ro - начальное сопротивление тензорезистора;

ε = ∆L/L0 - относительная деформация тензосопротивления.

Коэффициент тензочувствительности проволочных тензорезисторов

(К = 1,8...2,2) определяется, в основном, материалом тензонити. Однако он зависит также от конструкции тензорезисторов, материала подложки, свойств клея, прикрепляющего тензорезистор к исследуемой конструкции.

При определении коэффициента тензочувствительности тензорезистора его необходимо деформировать на известную величину ∆ε и одновременно измерить приращение активного сопротивления ∆R датчика. Деформация тензорезистора осуществляется на градуировочной (тарировочной) балке, на которую он наклеен, а измерение приращения сопротивления – тензометрическим мостом.

1.4. Описание тарировочной балки

В настоящей работе применена консольная тарировочная балка, выполненная конструктивно как балка равного сопротивления.

При определении коэффициента тензочувствительности тензорезисторы наклеиваются на  консоль балки равного сопротивления  (рис. 1.4).

Момент сопротивления прямоугольного поперечного сечения Wx = bxh2/6 ≠ const  при Lx= L0      W0 = b0 h2/6 Изгибающий момент   M0 = PL0 Напряжения крайних волокон   при Lx= L0

Рис. 1.4. Схема балки равного сопротивления

В этом случае относительная деформация внешних крайних волокон балки определяется по формуле:

    (1.3)

где f - прогиб балки, h - толщина балки, L0 - длина рабочей зоны балки,

Е = 2,1·10 5 МПа.

Использование тарировочной балки дает возможность задавать относительные деформации Δε и напряжения Δσ, которые зависят только лишь от величины внешней нагрузки. Все это позволяет выполнять практическое определение коэффициента тензочувствительности К, и тарировочных коэффициентов всей системы измерения соответственно по деформациям Кε и по напряжениям Кσ.

Для определения цены деления градуировочная балка загружается и разгружается равными ступенями нагрузки (∆Р).

От приложения нагрузки одной ступени в балке возникает изгибающий момент (∆M=∆Р·L0), который, в свою очередь, вызывает изменение напряжения в крайних волокнах на величину  и изменение относительной деформации на .

1.5. Порядок выполнения работы

Определение коэффициента тензочувствительности тензодатчиков.

1.   Ознакомиться с испытательным стендом, включающим тарировочную балку, индикатор часового типа, набор грузов, многоканальный измеритель-регистратор;
2.   Включить многоканальный измеритель-регистратор, выполнить поиск адаптера, установку нуля и индикатора часового типа;
3.   Загрузить тарировочную балку различными ступенями нагрузки и на каждой ступени снять отсчеты с индикатора часового типа с целью измерения прогиба балки.

Полученные экспериментальные результаты занести в таблицу 1.2.

1.   Разгрузить балку в той же последовательности и на каждой ступени снять отсчеты с указанных приборов с целью проверки ранее полученных экспериментальных результатов и выявления процессов релаксации в клеевом слое тензодатчиков;
2.   Определить экспериментальные значения относительной деформации балки при загружении внешней нагрузкой.
3.   Используя экспериментальные значения приращения относительной деформации материала тарировочной балки, и определить коэффициент тензочуствительности поверяемых тензосопротивлений.
   1.  Отчет о работе
4.  Схема тензорезистора.
5.  Схемы градуировочной балки с наклеенными тензорезисторами и точкой приложения силы.
6.  Таблицы результатов градуировки тензорезисторов.

Таблица 1.2

Результаты измерения прогиба балки

ΔР, Н

Δε ∙ 10 -5

Δσт, Мпа

Показания регистратора тензорезистации

отсчет по индикатору, мм

Прирощение прогиба, Δf, м

тензорезистор №

тензорезистор №

тензорезистор №

тензорезистор №

растяжение

сжатие

растяжение

сжатие

Δσэ, Мпа

Kσ1 = Δσэ/Δσт

Δεэ

Kε1 = Δεэ/Δεт

Δσэ, Мпа

Kσ2 = Δσэ/Δσт

Δεэ

Kε2 = Δεэ/Δεт

Нулевой отсчет по индикатору, мм

f0 =_______

При загружении

При разгружении

Контрольные вопросы

1.  Что такое тензорезистор?
2.  Как определяется коэффициент тензочувствительности?
3.  Как работает тензометрический мост?
4.  Для чего предназначен компенсационный тензорезистор?
5.  Почему тарировка тензорезисторов проводится на консоли равного сопротивления?

Лабораторная работа 2

1.  ОБСЛЕДОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ МОДЕЛИ СТАЛЬНОЙ БАЛКИ

2.1. Цели и задачи работы

Ознакомиться с методикой обследования, перерасчета, испытания, обработки и анализом результатов испытания модели стальной балки.

Оборудование:

Лабораторная установка с моделью стальной балки, индикатор часового типа, клинометр, гири, тензорезисторы, мост постоянного тока, электронный тензометрический измеритель деформаций АИД-4, электромеханический тензометр, металлическая линейка, штангенциркуль.

2.2. Описание испытательного стенда

Обследованию и испытанию подвергается стальная балка прямоугольного сечения.

Схема балки представлена на рис. 2.1. Загружение балки осуществляется грузами. Величина прогиба измеряется с помощью индикатора часового типа, а деформации - тензодатчиками (тензорезисторами).

Опорные  элементы балки выполнены в виде шарнирных узлов. Деформации балки при ее загружении регистрируются электронным тензометрическим измерителем деформаций АИД-4М.

2.3. Обследование модели балки

Перед проведением испытаний необходимо детально визуально обследовать модель, а в случае необходимости произвести инструментальное обследование.

В задачи визуального обследования должны входить следующие операции:

проверка соответствия общих геометрических размеров конструкции исходным (проектным) данным;

установление соответствия сортамента исходным (проектным) данным;

первичная оценка соответствия расчетной схемы балки фактической ее конструкции, а также ее граничным условиям;

выявление наличия дефектов.

В задачи инструментального обследования конструкций входят:

- установление фактической марки металла, применяемого в обследуемой балке;

- выявление с помощью методов неразрушающей дефектоскопии скрытых от визуального обследования дефектов в балке;

- определение фактического сечения балки.

Результаты проведенных обследований следует оформить в виде отдельных эскизов, таблиц и рисунков.

2.4. Перерасчет балки по результатам обследования

До начала испытания модели выполняют приблизительную оценку ее несущей способности по 1-й и 2-й группе предельных состояний. При этом используют фактические геометрические и прочностные характеристики модели балки.

2.4.1. Расчет по первой группе предельных состояний

Вычисляется момент сопротивления поперечного сечения балки:

,     (2.1)

где b - ширина сечения рабочей балки, м;

     h - высота сечения балки, м.

Определяется изгибающий момент на расстояниях от опоры

;   ;   ;   ,  (2.2)

где  Р - нагрузка в Н;

L - расстояние между опорами, м;

Находятся напряжения в исследуемых сечениях балки:

.     (2.3)

2.4.2. Расчет по второй группе предельных состояний

Вычисляется момент инерции поперечного сечения балки:

.     (2.4)

Определяется прогиб в середине пролета балки (при L/2):

    ,    (2.5)

где Е – модуль упругости материала балки, Па.

Находится относительный прогиб и сравнивается с предельно допустимым:

.    (2.6)

Угол поворота сечения в опорах балки

.    (2.7)

Все результаты расчета сводятся в табл. 2.1 и 2.2.

Выполнив теоретическую оценку несущей способности балки, следует сделать вывод о необходимости испытания исследуемой балки.

Рис. 2.1. Испытание модели стальной балки

а - испытательный стенд, б - расчетная схема балки;

1,2, 3, 4, 5, 6 - тензорезисторы, 7 - индикатор часового типа, 8 – грузы.

2.5. Порядок выполнения работы

1.  Ознакомиться с устройством стенда и работой приборов.
2.  Выполнить обследование модели балки с регистрацией полученной информации.
3.  Рассчитать модель балки по первой и второй группам предельных состояний и результаты расчета оформить в табл. 2.1 и 2.2.

Таблица 2.1

Перерасчет по 1 группе предельных состояний

Расчетные параметры	Величина нагрузки, Н.
	P1 =	P2 =	Р3 =	Р4 =
Wht, m 3
ML/4, н · м
Ml/2, н· м
σL/4, н/м2
σL/2, н/м2
Таблица 2.2 Перерасчет по II группе предельных состояний
Расчетные параметры	Величина нагрузки, Н.
	P1 =	P2 =	Р3 =	Р4 =
Jht, м 4
f, м
f/L
ΘА
ΘВ

1.  Оснастить модель балки приборами.
2.  Пригрузить балку «нулевой» нагрузкой, снять отсчеты с приборов и записать их в табл. 2.3.
3.  Приложить к середине балки нагрузки и снять отсчеты по приборам

(табл. 2.3).

1.  Определить значения экспериментальных напряжений в сечениях L/2 и L/4 и сравнить их с теоретическими расчетами (табл. 2.4).

σ = Кε Е ∆С,

где Кε - тарировочный коэффициент (тензочувствительности).

1.  Построить теоретические и экспериментальные кривые зависимости «нагрузка-напряжение», «нагрузка-прогиб».

  Таблица 2.3

Результаты эксперимента

№ тензорезистора

Начальный отсчет

Ступени загружения, Н

Р1 =

Р2 =

Р3 =

Р4 =

Со

С1

∆С1

σ1

С2

∆С2

σ2

С3

∆С3

σ3

С4

∆С4

σ4

1

2

3

4

5

6

Прогиб в середине пролета балки

Начальный отсчет индикатора, t0

Показание индикатора

t1

=

t2

=

t3

=

t4

=

Прогиб

f1

=

f2

=

f3

=

f4

=

f/L

Угол поворота сечения в опорах балки

Начальный отсчет индикатора клинометра, j 0

Величина плеча клинометра

Показание индикатора

j1

=

j2

=

j3

=

j4

=

Величина перемещения точки клинометра, h =j1 - j 0

Угол поворота

Θ1

=

Θ2

=

Θ3

=

Θ4

=

1.  Вычислить значения конструктивных поправок к теоретическим расчетам балки.
2.  Сделать выводы о работе балки по 1 и II группе предельных состояний.
3.  Необходимо указать, при каком значении нагрузки относительный прогиб превышает допустимый.

Таблица 2.4

Сравнительный анализ экспериментальных и теоретических напряжений

№ тензорезистора	Место установки тензорезисторов	Ступени загружения, Н
		P1=	Р2 =	Рз =
		Напряжения	По- пра- вка К1	Напряжения	По- пра- вка К2	Напряжения	По- пра -вка К3
		экспер.	теор.		экспер.	теор.		экспер.	теор.
		σ1 э	σ1 т		σ2 э	σ2 т		σ3 э	σ3 т
1
2
3
4
5
6

1.  Отчет о работе
2.  Схема модели стальной балки с наклеенными тензорезисторами и установленными приборами.
3.  Таблицы результатов измерений и расчетов.
4.  Выводы о работе балки.

Контрольные вопросы

1.  С какой целью определяются напряжения в исследуемых сечениях балки?
2.  С какой целью определяется относительный прогиб балки?
3.  Какими приборами определяются углы поворота сечения балки на опорах?
4.  Какими приборами определяется прогиб балки?
5.  Сколько приборов необходимо для определения прогиба балки?

Лабораторная работа 3

3. ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЁННОГО СОСТОЯНИЯ МОДЕЛИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СВАРНОЙ ФЕРМЫ ПРИ ДЕЙСТВИИ СТАТИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ

3.1. Цели и задачи работы

1.  Ознакомление с методикой и техникой проведения статических испытаний элементов строительных конструкций на примере испытания модели металлической фермы
2.  Определение экспериментальным путем напряженного состояния элементов (поясов, стоек, раскосов) фермы и действующих в них усилий при заданной схеме нагружения.
3.  Выполнение расчета фермы в программном комплексе ЛИРА 9.4.
4.  Сравнение полученных усилий в стержнях по результатам расчета и эксперимента.
5.  Выявление особенностей действительной работы исследованной фермы и причин возможных различий между экспериментальными и расчетными данными.

Оборудование:

Лабораторная установка со стальной фермой, индикатор часового типа, прогибомер,  тензорезисторы, мост постоянного тока, электронный тензометрический измеритель деформаций АИД-4, электромеханический тензометр, металлическая линейка, штангенциркуль.

3.2. Краткие теоретические сведения

Исследуемая в настоящей лабораторной работе ферма является простой статически определимой системой. Расчет ферм выполняется методами строительной механики по идеализированной расчетной схеме, которая предполагает: шарнирное соединение стержней фермы в узлах, действие продольных усилий по осям центров тяжести сечений, идеальную прямолинейность всех элементов фермы и расположение их строго в одной плоскости, отсутствие трения на опорах и т.д. Теоретически в стержнях идеализированных систем возникают только продольные силы, при этом стержни фермы работают либо на растяжение, либо на сжатие. В целом работа ферм аналогична работе двутавровых балок: пояса ферм воспринимают изгибающий момент, а решетка (раскосы и стойки) служит для связи между поясами и воспринимает поперечную силу.

Нагрузка на ферму передается строго по узлам,  воздействие каких-либо внешних сил на стержни фермы между узлами не допускается. Особенно опасна эта нагрузка для сжатых стержней фермы.

Подбор сечений элементов металлических ферм и расчетов узлов производится в соответствии с требованиями СНиП П-23-81 «Стальные конструкции».

1.  Одноосное напряжённое состояние

Одноосное напряжённое состояние характерно для стержневых конструкций (плоские фермы, рамы), а также для поперечных сечений балок.

Предположим, что на рис. 3.1, а изображен фрагмент рамы - стойка и усилия N,  Mx , и My в поперечном сечении на высоте Z.

Направления усилий примем такими, чтобы каждое из них вызывало растяжение в первом квадранте координатной системы X-Y .

На рис. 3.1б показано само сечение и тензодатчики в точках а, в, с, d, наклеенные на поверхность стержня в направлении продольных волокон. Расположение точек замера деформаций принимают из соображений наиболее активной работы тензодатчиков, а их количество должно быть не меньше числа искомых усилий в сечении, т. е. трёх. Целесообразность установки четырёх и более тензодатчиков станет понятной из последующих рассуждений.

Рис. 3.1. К определению усилий по фибровым деформациям в поперечном сечении рамного стержня:

а - фрагмент стержня; б - схема размещения тензодатчиков

Пусть ось Z проходит через центр сечения в точке O, а X и Y - главные центральные оси этого сечения.

Измерив деформации εа , εв и εс по закону Гука определяют нормальные напряжения в тех же точках:

 (3.1)

Для вычисления усилий в сечении воспользуемся известными формулами:

  (3.2)

Подставив в них значения напряжений из выражений (3.1), получим четыре уравнения относительно трёх искомых неизвестных усилий N,  Mx , и My определить которые можно решением трёх из четырёх уравнений в любой комбинации. Так, например, из системы уравнений (а), (в), (с) получим опытные значения усилий:

 (3.3)

Решая систему из трёх уравнений в другой комбинации, например (а), (б), (b), получим несколько иные значения N,  Mx, и My.  Если они отличаются от предыдущих в допустимых пределах, то найденные деформации и усилия считаются достоверными.

1.  Расчет на прочность центрально растянутых и сжатых элементов

Расчет на прочность элементов, подверженных центральному растяжению или сжатию силой следует выполнять по формуле

 .     (3.3)

Расчет на устойчивость элементов, подверженных центральному сжатию силой , следует выполнять по формуле

,     (3.3)

где

определяются по таблице приложения 1 в зависимости от условной гибкости и .

	- расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести;
	- условная гибкость ();
	- гибкость ;
	- приведенная гибкость стержня сквозного сечения;
	- радиус инерции сечения;
;	- радиусы инерции сечения относительно осей соответственно и  ;
	- расчетная, условная длина;

3.3. Описание испытательного стенда фермы

Геометрическая схема фермы показаны на рис.3.2. Особенностью испытываемой фермы является расположение опор в уровне нижнего пояса. Такая схема приложения нагрузки при расположении опор в уровне нижнего пояса обеспечивает устойчивость фермы в ее плоскости без применения каких-либо дополнительных горизонтальных связей.

Ферма изготовлена из стали. Геометрические параметры уголков фермы приведены в табл.3.1. При испытании фермы нагрузка прикладывается к среднему узлу нижнего пояса с помощью гидравлического домкрата. Величина нагрузки определяется с помощью динамометра.

Для экспериментального определения напряженного состояния стержней фермы в данной работе осуществляется измерение продольных деформаций в нескольких точках рассматриваемых сечений. Измерение деформаций производится тензорезисторами, схема расположения которых в поперечном сечении стержней фермы показана на рис.3.2, и одновременно величину деформаций измеряют электромеханическим тензометром.

А.

Б.

Рис. 3.2. Схема модели фермы: а - расположение тензорезисторов в сечениях элементов фермы; б – схема наклейки тензорезисторов в сечениях элементов фермы

  Таблица 3.1

Основные значения равнополочного уголка по ГОСТ 8509-93

№	Наименование и обозначение
	Ширина полки	мм	32
	Толщина полки	мм	5
	Площадь поперечного сечения	A, см2	3,28
	Масса 1 метра уголка	кг	2,58
		Z0, см	1.05
		Jxy, см4	2.1
	Х - Х	Jx, см4	3,61
		Wx, см3	1,47
		ix, см	1,05
	Х0 – Х0	Jx0, см4	5,71
		ix0, см	1,32
	Y0 – Y0	Jy0, см4	1.52
		Wy0, см3	1.02
		iy0, см	0.68

3.4. Порядок выполнения работы и обработка результатов

1.  Проверка геометрических размеров исследуемой фермы и сечения ее элементов.
2.  Определение по сортаменту геометрических характеристик сечений элементов.
3.  Составление схемы приложения испытательных нагрузок с указанием их величин.
4.  Выполнение расчета фермы на действие испытательной нагрузки и определение усилий в элементах фермы c использованием программного комплекса Лира.
5.  Проверка и при необходимости корректировка расположения фермы на опорах с целью исключения случайных эксцентриситетов.
6.  Проверка работы измерительных приборов при выполнении нескольких тренировочных загружений фермы. Величине тренировочной нагрузки принимается в пределах 0,2...0,4 от полного значения испытательной нагрузки.
7.  Тщательный контроль расположения тензорезисторов в исследуемых сечениях и измерение расстояния от продольной оси тензорезисторов до кромок уголков.
8.  Последовательное ступенчатое загружение фермы и регистрация на каждой ступени показаний измерительных приборов.
9.  Запись результата измерений в табл. 3.2.
10.   Напряжения в стержнях фермы (в точках измерения) вычисляют, предполагая одноосное напряжения состояние по закону Гука. Деформацию находят, умножая разность отсчетов на цену деления измерительного прибора 2٠10-6.
11.  Для каждого сечения необходимо построить эпюры напряжений и вычислить по экспериментальным данным осевое усилия NЭ, а также найти величину случайных изгибающих моментов Мх и My. Вычисление деформаций элементов фермы в указанных сечениях производится в табличной форме (см. табл. 3.2).
12.   Сравнить экспериментальные данные усилий и напряжений в элементах фермы со значениями, полученными с помощью программного комплекса Лира.
13.  Результаты обработки экспериментальных данных и расчета фермы записываются в табл.3.3.

Таблица 3.2

Результаты измерений

№ стержня фермы и № сечения по схеме	№ тензорезисторов	Отчеты по приборы при F=0	1 ступень нагружения	2 ступень нагружения
			F=           ,Н	F=        ,Н
			отсчет по прибору при R	Разность отсчетов ∆	σ, МПа	отсчет по прибору	Разность отсчетов ∆	σ, МПа

Примечания: 1. При вычислении разности отсчетов на каждом этапе загружений фермы за начальный отсчет всегда принимают показания прибора при F=0 (т.е. когда ферма не нагружена).

Таблица 3.3

Сравнение расчетных и экспериментальных данных

Исследуемые сечения фермы	Результаты расчета	Результаты эксперимента
	Np, kH	σр, МПа	Nэ, кH	σэ, МПа	Мх , кНМ	Мy, кНМ

3.5. Отчет о работе

1.  Указать цель и задачи работы.
2.  Дать характеристику исследуемой фермы с указанием всех размеров.
3.  Описать методику проведения эксперимента.
4.  Представить результат статического расчета фермы c использованием программного комплекса Лира.
5.  Построить эпюры вычисленных напряжений для заданных поперечных сечений стержней фермы.
6.  Экспериментально определить фактические внутренние усилия в стержнях фермы.

7. Сравнить результаты эксперимента и расчета. Сделать выводы об особенностях действительной работы фермы.

3.6. Контрольные вопросы

1.  Каковы особенности применения тензометрического метода измерения деформаций при испытании модели металлической фермы?  (Выбор базы и типа тензорезисторов, выбор схемы коммутации тензорезисторов, особенности схемы наклейки и др.)
2.  Какими способами может осуществляться загружение модели фермы при статических испытаниях?
3.  Как экспериментально определяются внутренние усилия в стержнях фермы по измеренным в них деформациям?
4.  В чем проявляются особенности действительной работы модели фермы,  выполненной из одиночных уголков?
5.  Каковы основные причины расхождений в значениях усилий в стержнях фермы, полученных расчетным и экспериментальным путем?
6.  Как влияет геометрические несовершенства изготовления модели фермы на напряженно-деформированное состояние стержней?

3.7. Темы научно-исследовательских работ

1.  Исследование влияния эксцентриситета приложения узловой нагрузки на напряженное состояние стержней фермы.
2.  Исследование влияния эксцентриситета опорной реакции на распределение напряжений в стержнях фермы.
3.  Исследование зависимости случайных изгибающих моментов длины и гибкости стержней фермы.
4.  Испытание фермы при загружении ее несколькими нагрузками и экспериментальная проверка принципа независимости действия сил.

Экспериментальное исследование перемещения узлов фермы и сравнение результатов с аналитическим расчетом.

Лабораторная работа 4

4. МЕХАНИЧЕСКИЕ НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА

4.1. Цели и задачи работы

Освоить методику определения прочности бетона в изделиях и сооружениях без их разрушения с помощью механических методов, основанных на статическом или динамическом воздействии штампов различной формы на поверхность бетона.

Оборудование: молоток Кашкарова, эталонный стержень, электронный измеритель прочности бетона ИПС-МГ4, измеритель прочности бетона ПОС-50МГ4, измерительный угловой масштаб, металлическая линейка, бетонные образцы.

4.2. Общие сведения

Достоинства механических методов. Основной механической характеристикой бетона и мерой его прочности является предел прочности при сжатии. Определение прочности бетона пока ещё в большинстве случаев осуществляется по результатам классических разрушающих испытаний бетонных образцов на прессах. Несмотря на то, что данный метод пока ещё наиболее распространенный на практике, он не позволяет осуществлять надежный контроль прочности бетона из-за ряда недостатков, связанных:

- с различным нарастанием прочностных свойств бетона в образцах и строительных конструкциях из-за неодинаковых температурно-влажностных условий окружающей среды;

с отсутствием возможности определения прочностных свойств бетона в
различных зонах обследуемой конструкции;

с практической возможностью определения фактической прочности бетона на сжатие при решении вопроса о возможности досрочного нагружения строящегося монолитного сооружения, для пересчета несущей способности эксплуатируемых и реконструируемых строительных конструкций и в ряде других случаев.

Всё отмеченное свидетельствует, таким образом, о необходимости широкого использования неразрушающих методов со всеми их положительными свойствами в определении прочности бетона непосредственно в конструкциях, не подвергая их разрушению.

1.  Классификация механических методов определения прочности бетона

Все механические методы определения прочности бетона разработаны на основе существующих методов определения твердости металлов (Н), последняя величина отражает в известной степени предел прочности при разрушении металла (Rсж), т.е. Rсж = f(H).

Все методы определения твердости бетона подразделяются на статические и динамические в зависимости от вида движения внедряемого тела (штампа или бойка).

К статической группе следует отнести приборы, разработанные Хайду-ковым Г.К., Годером А.И., Рачевским Р.М., а к динамической группе - приборы, разработанные Вильямсом, Милявским М.Л., Заборко Б.М., Фидзелем И.А. и Кашкаровым К.П. При статическом методе штамп медленно и непрерывно вдавливается в испытываемый бетон определенной силой. При динамическом методе штамп вдавливается в бетон за счет энергии удара (от руки, пружины, свободного падения штампа, выстрела и т.д.). Размер отпечатка, оставляемого на поверхности бетона штампом шаровой или конической формы, принимается при последующих измерениях за меру твердости бетона, которая зависит не только от прочности бетона, но и от величины силы, воздействующей на штамп. Поэтому для установления однозначной зависимости показателя прочности бетона от размера отпечатка или высоты отскока штампа, необходимо статическую силу или силу удара прикладывать при испытании всегда постоянной или автоматически учитывать её изменчивость самим прибором. Последний факт имеет место в эталонном молотке Кашкарова К.П., электронном измерителе прочности бетона ИПС-МГ4, измеритель прочности бетона ПОС-50МГ4 методом отрыва со скалыванием по ГОСТ 22690, которые получили наиболее широкое применение.

4.3. Молоток Кашкарова К.П.

4.3.1. Устройство и принцип работы

При ударе молотком (рис.4.1) по конструкции на поверхности бетона образуются отпечатки диаметром Dб, а на эталонном стержне диаметром Dэ (больший диаметр эллипса). Между отношением и пределом прочности бетона на сжатие Rсж существует, как было выше отмечено, определенная связь, которая практически не зависит от силы удара.

4.3.2. Тарировочная кривая и метод её получения

При организации неразрушающих испытаний конструкций из бетона и железобетона с целью определения прочности бетона на сжатие следует предварительно построить тарировочную кривую (рис. 4.2), для чего необходимо провести параллельные испытания бетонных образцов неразрушающими и разрушающими методами. Предел прочности бетона разрушающим методом определяется как среднее арифметическое от результатов проведенных испытаний с точностью до 0,1 МПа. Кубические бетонные образцы размером 20x20x20 см изготовлены из трёх замесов бетонной смеси одинакового состава из одних и тех же материалов, твердеющих в одинаковых условиях с влажностью 2-6%.

	Рис. 4.1. Конструктивная схема  эталонного молотка К.П. Кашкарова: 1 - головка, 2 - стакан, 3 - корпус, 4 - пружина, 5 - шарик, 6 - эталонный стержень, 7 – ручка.

4.3.3. Факторы, влияющие на точность прочности бетона

При определении прочности бетона молотком Кашкарова в случае использования тарировочной кривой (рис. 4.2), которая получена на кубических бетонных образцах, равноценных по составу, условию изготовления и хранения с бетоном исследуемой конструкции, опыт дает удовлетворительные по точности результаты. При несоблюдении вышеуказанных условий в полученные результаты необходимо вводить поправочные коэффициенты, учитывающие:

Рис. 4.2. Тарировочная кривая для молотка Кашкарова К.П.

•  фактическую влажность бетона ( Квл), табл. 4.1:

Таблица 4.1.

Влажность бетона, %	1	2-6	8	12	Мокрая поверхность
Квл,	0.96	1	1.1	1.2	1.4

•  вид смазки опалубочных элементов ( Кс), табл. 4.2:

Таблица 4.2.

Вид смазки	Эмульсионная	Автол	Известковая	Петролатум	Асф. лак
Цвет	Светлый	Светло-синий	Светлый	Темно-серый	Черный
Кс	1	1.2	1.1	1.2	1.4	2.2

•  продолжительность твердения бетона в естественных условиях (Kt), табл.4.3:

Таблица 4.3.

Возраст бетона в сут.	3	7	8	56
К1	1.4	1.2	1.06	1.00

•  количество отпечатков, необходимое для получения ошибки не более

10-15%, следует определять по следующей эмпирической формуле:

,    (4.1)

где Rmax 1, Rcp, Rmjn - наибольшее, среднее и наименьшее значения прочности бетона;

К - коэффициент, зависящий от количества сделанных отпечатков (табл.4.4):

Таблица 4.4

Количество отпечатков	5	6	7	8	9	10	20
К	0.43	0.395	0.370	0.350	0.337	0.325	0.292

•  предел прочности стали, из которой изготовлен эталонный стержень, используемый в молотке Кашкарова К. П.

4.3.4. Обработка результатов измерений

1. Устанавливается наличие аномальных результатов испытания в полученной совокупности Dб1, Dб2 ,…, Dбi, для чего определяется среднее арифметическое значение диаметра отпечатка на бетоне:

,     (4.2)

где n - число измеренных отпечатков.

2. Определяются значения отклонений (Дбi -Дб ср) и вычисляется среднее квадратичное отклонение:

     ,   (4.3)

3. Результаты испытаний признать удовлетворительными, если выполняется условие:

Тi < Тк,

где                                                     (4.4)

Tk - допустимое значение, принимаемое по табл. 4.5.

                                                                       Таблица 4.5

n	3	4	5	6	7	8	9	10
тк	1.74	1.94	2.08	2.14	2.27	2.33	2.39	2.44

Таблица 4.6

Результаты определения прочности бетона молотком Кашкарова К.П.

№ п/п	Dбi,	Dбi - Dбср,	(Dбi - Dбср)2,	Tбi	Dэi,	Dэi - Dэсp,	(Dэi - Dэсp)2,	Tэi		Rb, МПа
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
	Dбср=	Sб=	Dэcp, =	Sэ=

4. При наличии аномальных результатов следует выбраковать отпечатки диаметрами:

Dбi < 0.3 D и    Dбi > 0.7D,    (4.5)

где D - диаметр шарика молотка Кашкарова К.П.

5. Затем найти сумму .                 (4.6)

6. Аналогичные расчеты произвести для отпечатков на эталонном стержне.

7. Найти отношение

         (4.7)

и установить прочность бетона по тарировочной кривой.

4.4. Электронный измеритель прочности бетона ИПС-МГ4

4.4.1. Назначение и область применения

Электронный измеритель прочности бетона ИПС-МГ4 (рис. 4.3) предназначен для неразрушающего контроля прочности бетона, железобетонных изделий, конструкций и строительной керамики методом ударного импульса. Прибор позволяет, также, оценивать физико-механические свойства материалов в образцах и изделиях (прочность, твердость, упруго-эластические свойства), выявлять неоднородности, зоны плохого уплотнения, наличия расслоений.

Область применения прибора - контроль прочности бетона на предприятиях стройиндустрии и объектах строительства, а также при обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений.

Диапазон рабочих температур от -10° С до + 40° С, относительная влажность воздуха до 80%, атмосферное давление от 630 до 800 мм рт.ст. (86... 106,7 кПа).

Прибор обеспечивает определение прочности в диапазоне 3...100МПа. Предел допускаемой основной погрешности определения прочности в диапазоне З…100МПа не более +(-)10%. Питание осуществляется от пяти аккумуляторов типа Д-0,26. Ток, потребляемый прибором от батареи, не более 10мА. Время одного измерения не более 2 секунд.

4.4.2. Устройство и принцип работы

Принцип работы прибора основан на измерении параметра акустического импульса, возникающего на выходе склерометра при ударении бойка о поверхность контролируемого материала. Конструктивно прибор выполнен в виде двух блоков: электронный блок и склерометр (преобразователь).

Испытания проводятся на участке размером не менее 100 см2 изделия (конструкции) при его толщине не менее 50 мм. При определении прочности обследуемых участков должно приниматься по программе обследования, но менее трех.

Рис. 4.3. Электронный измеритель прочности бетона ИПС-МГ4

Граница участка между точками испытания должно быть не менее 15мм, расстояние мест проведения испытаний до арматуры должно быть не менее 50мм. шероховатость поверхности бетона на участке испытаний должна быть не более -40 мкм, что соответствует шероховатости поверхности кубов, испытанных при калибровке прибора.

Используется только для включения и выключения прибора. Прибор выключается автоматически через 10 минут,   если не нажимались кнопки и не проводились измерения.

Используется для перевода прибора из любого из режимов в основное меню к экранам «Выбор режима» и «Настройки».

Используется для обработки и записи в Архив результатов измерений, а также для активации мигания изменяемых параметров и фиксации мигающих значений пара  метра, а также для просмотра дополнительной информации в режиме «Архив».

Используются для изменения мигающих значений параметра, для выбора режима и для просмотра (перелистывания) содержимого Архива.

Используется в режиме измерений для вывода на индикатор  типа контролируемого изделия, а также для исключения ошибочного замера. При просмотре Архива для вывода на индикатор промежуточных значений прочности.

Используется для выбора направления удара бойка склерометра по поверхности испытываемого изделия и в режиме «Градуировка» для ввода значения Rф.

Используется в режиме измерений для корректировки любой из 9 базовых зависимостей в соответствии с Приложением 9 ГОСТ 22690 и в режиме «Градуировка» для записи индивидуальных зависимостей, установленных пользователем. Активирует и фиксирует установленное значение Кс.

В необходимых случаях допускается зачистка поверхности изделия абразивным камнем. Число испытаний на участке должно быть не менее 10. Контроль прочности бетона прибором может производиться по результатам испытаний контрольных образцов размеров не менее 100x100x100 мм или по результатам определения прочности бетона в изделиях и конструкциях.

На лицевой панели блока электронного (см. рис. 4.3) размещены графический индикатор и клавиатура, предназначенная для управления прибором.

4.4.3. Выбор режима работы

Выбор режима осуществляется из экранов «Выбор режима»

и «Настройки», кнопками        ,         , путем перемещения мигающего поля на выбранный режим (настройку) и его фиксацию кнопкой

 

При включении питания прибор находится в режиме измерения. Установленная градуировочная зависимость высвечивается в верхней строке индикатора.

4.4.4. Порядок ввода  установок

Порядок ввода градуировочной зависимости:

Нажатием кнопки           возбудить мигание верхней строки индикатора, кнопками                        выбрать требуемую градуировочную зависимость

В режиме 1 осуществляется контроль прочности бетона с использованием одной из 9, записанных в программном устройстве прибора, базовых градуировочных зависимостей, учитывающих вид бетона и крупного заполнителя:

тяжелый бетон на граните;    - керамзитобетон;

тяжелый бетон на известняке;    - шлакопемзобетон;

тяжелый бетон на гравии;    - кирпич силикатный;

тяжелый бетон на граншлаке;    - кирпич керамический.

мелкозернистый бетон;

зафиксировать кнопкой         

► Режима твердения бетона НОРМ/ТВО:

Нажатием кнопок            …     выбрать режим твердения бетона и зафиксировать кнопкой        , при этом мигание перемещается на возраст контролируемого бетона;

► Возраста бетона:

Нажатием кнопок,                     , выбрать предполагаемый возраст контролируемого бетона - 7, 28, 100 суток для бетона нормального твердения, или 1, 28, 100 суток для бетона, подвергнутого термической обработке, и зафиксировать кнопкой            ;

►Направления удара:

Выбор направления удара осуществляется нажатием кнопки                ;

►Коэффициента совпадения Кс:
Коэффициент Кс вычисляется в соответствии с ГОСТ 22690.

Для ввода значения Кс необходимо кнопкой

возбудить мигание параметра, кнопками           .            установить его значение и зафиксировать кнопкой                  ;

►Типа изделия:

В приборе также предусмотрена возможность «маркировки» измерений типом контролируемого изделия из ряда:

балка;        - наружная стена;         - ферма;

колонна;        - внутренняя стена;      - полы;

фундаментный блок;    - плита;                 - свая.

стяжка;        - ригель;

Вывод типа изделия на индикатор производится кнопкой            .

4.5. Измеритель прочности бетона ПОС-50мг4

4.5.1. Назначение и область применения

Прибор предназначен для неразрушающего контроля прочности бетона монолитных и сборных железобетонных изделий и конструкций методом отрыва со скалыванием по ГОСТ 22690.

Диапазон рабочих температур от минус 10°С до плюс 50°С, относительная влажность воздуха до 95%, атмосферное давление от 630 до 800 мм рт. ст. (86  до   106,7 кПа).

Прибор соответствует обыкновенному исполнению изделий третьего порядка по ГОСТ 12997 и является рабочим средством измерений.

Рис. 4.4. Общий вид прибора ПОС-50МГ4

4.5.2. Технические характеристики

Диапазон измерения усилия вырыва анкерного устройства от 5до 50 кН;

Диапазон определения прочности бетона - от 5 до 100 МПа;

Предел допускаемой основной относительной погрешности измерения усилия не более ±2 % действующего значения;

Допуск перпендикулярности при приложении нагрузки не более 4 мм на высоте 100 мм;

Размеры анкерного устройства Ø16x35 мм, Ø24x30 мм, Ø24x48 мм

Скорость нагружения 1,5...3,0 кН/сек (150...300 кГс/сек);

4.5.3. Устройство и принцип работы

Принцип работы прибора основан на измерении усилия местного разрушения бетона при вырыве из него анкерного устройства и вычислении соответствующей прочности бетона по известным формулам.

4.5.4. Подготовка изделия и анкерного устройства для проведения испытаний

Разметку участка изделия для проведения испытаний производят после визуального осмотра поверхности бетона (наличие видимых трещин, границ ярусов бетонирования, сколов и наплывов бетона) и определения расположения и глубины залегания арматуры.

Отверстие для заложения анкера сверлят в центрах арматурных ячеек после выявления арматурной сетки на расстоянии не менее 150 мм от границ ярусов бетонирования при условии, что в радиусе 90 мм от центра отверстия нет видимых дефектов (трещины, сколы и наплывы бетона).

Отверстие для заложения анкера должно быть не ближе 150 мм от края изделия и не ближе 70 мм от ближайшего арматурного стержня или закладной детали.

Расстояние между отверстиями (местами испытаний) должно быть не менее 200 мм, а глубина заложения анкера должна превышать размеры крупного заполнителя не менее чем в 1,2 раза.

Глубина отверстия под анкер должна быть на 10 мм больше длины заделки анкера (Ø24x48, Ø24x30, Ø16x35).

Навернуть на резьбовой хвостовик анкерного устройства тягу с микрометрической гайкой.

Заложить анкерное устройство с тягой в подготовленное отверстие до упора выравнивающей шайбы в поверхность бетона (рис. 4.5.) и создать предварительное напряжение в зоне установки анкера, для чего ключом под

19 мм довернуть тягу по часовой стрелке, не допуская вытягивания анкера из отверстия. Затяжку произвести с легким усилием (момент затяжки 45...50кГсּсм).

Рис. 4.5. Анкерное устройство 1 – тяга, 2 – лыска под ключ 19 мм, 3 – микрометрическая гайка, 4 – тарельчатая шайба, 5 – выравнивающая шайба, 6 – рабочий стержень с раздвижным конусом, 7 – сегментные рифленые щеки, 8 – отверстие под анкерное устройство.

4.5.5. Подготовка прибора для проведения испытаний

Довернуть микрометрическую гайку до упора в поверхность изделия и нанести на бетон видимую риску напротив нулевого деления шкалы гайки.

Примечание: При проведении испытаний следует обращать внимание на положение штока рабочего цилиндра. В исходном состоянии вылет штока из корпуса силовозбудителя составляет 8 ± 1,0 мм. Рабочий ход штока не более 9 мм.

Подключить электронный блок к разъему силовозбудителя (соединительный кабель прилагается) и включить питание.

Задать и ввести вид бетона, условия твердения бетона (нормальное или ТВО), тип применяемого анкерного устройства (Ø24x48, Ø24x30, Ø16x35), а затем тип изделия, подвергаемого испытаниям.

При этом в формулу для вычисления прочности бетона автоматически вводится значение коэффициента m2.  Вычисление прочности бетона производится по формуле:

                                       R = m2ּP     (4.8)

где: m2 –– коэффициент пропорциональности для перехода от усилия вырыва к прочности бетона (значения коэффициента m2, записанные в программном устройстве прибора, приведены в таблице 4.6.);

Р — усилие вырыва фрагмента бетона (контрольное усилие), кН;

Таблица 4.6.

Условие твердения бетона	Глубина заделки анкера, мм	Значение коэффициента m2 для бетона
		тяжелого	легкого
Нормальное (естественное)	48	0,9	1,0
	35	1,7	1,9
	30	2,5	2,7
Тепловая обработка	48	1,1	1,0
	35	2,0	2,2
	30	2,7	3,1

4.5.6. Выполнение испытаний

Выполнить испытание, для чего, равномерно вращая рукоятку нагружения по часовой стрелке, произвести нагружение анкера до контрольного усилия или до отрыва фрагмента бетона и зафиксировать нагрузку Р. После чего довернуть микрометрическую гайку до упора в поверхность бетона и определить величину проскальзывания анкера Δh с точностью до 0,1 мм (цена деления микрометрической гайки 0,1 мм).

Для получения соответствующей прочности бетона нажать кнопку ВВОД, при этом производится автоматическое вычисление прочности бетона по формуле (1), а индикатор имеет вид, например:

 

Если вырыва не произошло или величина проскальзывания анкера  превышает длину анкера Δh более чем на 10%, то испытание бракуют и выполняют его повторно, закрепляя анкер вновь в том же или соседнем отверстии.

Если проскальзывание в пределах нормы, то необходимо рассчитать поправку по формуле:

 .     (4.9)

В этом случае измеренное усилие Р необходимо умножить на коэффициент γ и пересчитать заново значение R.

Для реализации корректировки значений Р и R необходимо нажатием кнопки F вывести на индикатор экран:

Нажатием кнопок ↑ (↓) ввести значение Δh, считанное с микрометрической гайки, например 3,6 мм и, нажатием кнопки ВВОД, выполнить корректировку.

Индикатор при этом имеет вид, например:

Значения Rк и Рк заносятся в память прибора и маркируются типом изделия, датой и временем испытания.

4.6. Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с конструкцией эталонного молотка Кашкарова К.П., электронным измерителем прочности бетона ИПС-МГ4, измеритель прочности бетона ПОС-50МГ4.

1.   Измерить основные размеры испытываемых образцов для последующего определения их влажности.
2.   Определить механическими методами прочность бетона (табл. 4.6).
3.   Определить фактическую прочность бетона испытываемых образцов, подвергнув их одноосному сжатию на прессе вплоть до разрушения.
4.   Определить влажность бетона образца весовым методом, откорректировать результаты, полученные с помощью молотка Кашкарова.

6. Выполнить сравнение и анализ полученного материала различными приборами с последующими выводами.

4.7. Отчет о работе

1.  Указать цель и задачи работы.
2.  Описать устройство приборов и методику проведения эксперимента.
3.  Представить результат проведения эксперимента тремя способами определения прочности бетона.
4.  Сравнить результаты эксперимента и сделать выводы об механических методах определения прочности бетона.

4.8. Контрольные вопросы

1.  Конструкция и принцип работы эталонного молотка Кашкарова К.П.
2.   Конструкция и принцип работы электронного измерителя прочности бетона ИПС-МГ4.
3.  Конструкция и принцип работы измерителя прочности бетона ПОС-50МГ4.
4.  Область применения эталонного молотка Кашкарова К.П.
5.  Область применения электронного измерителя прочности бетона ИПС-МГ4.
6.  Область применения измерителя прочности бетона ПОС-50МГ4.

4.9. Темы научно-исследовательских работ

1.  Исследование влияния влажности на показатели прочности бетона при измерении прочности бетона ПОС-50МГ4.
2.  Исследование влияния влажности на показатели прочности строительных материалов при измерении электронным измерителем прочности ИПС-МГ4.

Список литературы

1.  Землянский А.А. Обследование и испытание зданий и сооружений: Учебное пособие. - М.: Изд-во АСВ, 2001.  
2.  Кунин Ю.С., Горбунов И.А., Шмаков Г.Б., Ивлечев А.В. Методические указания по курсу «Обследование, испытание и реконструкция зданий и сооружений»: М.: МГСУ, 2002.
3.  Обследование и испытание зданий и сооружений: Учеб. для вузов/ В.Г. Казачек, Н.В.Нечаев, С.Н. Нотенко и др.; Под ред. В.И. Римшина. – 2-е изд. Переаб. и доп. - М.: Высш. шк., 2006.  
4.  Авдейчиков Г.В. Испытание строительных конструкций: Учебное пособие (конспект лекций). - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2009.
5.  Лужин О.В. Злочевский А.Б.. Горбунов И.А. Волохов В.А. Обследование и испытание сооружений. - М.: Стройиздат,1987.
6.  СНиП 2.03.01-84*СНиП 2.04. Бетонные и железобетонные конструкции. - Минстрой России. - М.: ГП ЦПП, 1995.
7.  СП 52-101-2003. Свод правил по проектированию и строительству. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. М.: ГУП "НИИЖБ", ФГУП ЦПП, 2004
8.  СНиП II-23-81*  Стальные конструкции. - Госстрой России. - М.: ФГУП ЦПП, 2005.
9.  СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций  зданий и сооружений. Госстрой России. – М.: ФГУП ЦПП, 2004.
10.  Фролов А.К., Бедов А.И., Шпанова В.Н., Родина А.Ю., Фролова Т.В. Проектирование железобетонных, каменных и армокаменных конструкций: Учеб. пособие. М.: АСВ, 2004.
11.   ГОСТ 18105-86. Бетоны. Правила контроля прочности – М.: Изд-во cтандартов 1987.

Приложение 1

Коэффициенты продольного изгиба центрально-сжатых элементов

Гибкость	Коэффициенты для элементов из стали с расчетным сопротивлением ,  МПа (кгс/см)
	200 (2050)	240 (2450)	280 (2850)	320 (3250)	360 (3650)	400 (4100)	440 (4500)	480 (4900)	520 (5300)	560 (5700)	600 (6100)	640 (6550)
10	988	987	985	984	983	982	981	980	979	978	977	977
20	967	962	959	955	952	949	946	943	941	938	936	934
30	939	931	924	917	911	905	900	895	891	887	883	879
40	906	894	883	873	863	854	846	839	832	825	820	814
50	869	852	836	822	809	796	785	775	764	746	729	712
60	827	805	785	766	749	721	696	672	650	628	608	588
70	782	754	724	687	654	623	595	568	542	518	494	470
80	734	686	641	602	566	532	501	471	442	414	386	359
90	665	612	565	522	483	447	413	380	349	326	305	287
100	599	542	493	448	408	369	335	309	286	267	250	235
110	537	478	427	381	338	306	280	258	239	223	209	197
120	479	419	366	321	287	260	237	219	203	190	178	167
130	425	364	313	276	247	223	204	189	175	163	153	145
140	376	315	272	240	215	195	178	164	153	143	134	126
150	328	276	239	211	189	171	157	145	134	126	118	111
160	290	244	212	187	167	152	139	129	120	112	105	099
170	259	218	189	167	150	136	125	115	107	100	094	089
180	233	196	170	150	135	123	112	104	097	091	085	081
190	210	177	154	136	122	111	102	094	088	082	077	073
200	191	161	140	124	111	101	093	086	080	075	071	067
210	174	147	128	113	102	093	085	079	074	069	065	062
220	160	135	118	104	094	086	077	073	068	064	060	057
Примечание. Значения коэффициентов в таблице увеличены в 1000 раз.

Учебное издание

Рудомин Евгений Николаевич

Лабораторный практикум по дисциплине

«Обследование и испытание зданий и сооружений»

Часть  первая

Подписано в печать 12.05.2010       

Формат 6084 /1 16. Бумага типограф.

Печать офсетная.

Уч.- изд. л. 3,4.  

Тираж 500 экз.  

Заказ №

Рязанский институт (филиал) Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский  государственный  открытый  университет»

390000, г. Рязань, ул., Право-Лыбедская, 26/53.

PAGE  54

1. немая ишемия стабильная стенокардия нестабильная стенокардия инфаркт миокарда сердечная недостаточнос
2. а класса Хайдуковой Н
3. Большая Игра многие большие малые события являются частями Игры Богов
4. Реферат- Экологические стандарты
5. Динамические неоднородности и континуальные среды акустоэлектроники
6. Чацкий С Юрского и О Меньшикова как инвариант культурного героя современности
7. pr 'd2'e0'e'e8'ec 'f7'e8'ed'ee'ec 'e1'f3'eb'ee 'e4'ee'e2'e5'e4'e5'ed'ee 'f9'ee 'd3'cf'c 'e7 'c3'c2'cf 'ec'e0'b 'ef'e5'f0'f1'ef'e5'e'f2'e8'e2'f3 'e7
8. хореографическое искусство муниципального образовательного учреждения дополнительного образовани
9. Конституционный Суд РФ в системе органов государственной власти
10. Конвенция ООН 1980 года
11. 000023087 TPU cover cse for Smsung i8160 Glxy ce 2 white 70 грн
12. Переговоры1
13. Тема 6 Личность и общество 1
14. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
15. Угри
16. реферата 1. Вступление 2.
17. А ти вмієш Мета-навчальна-навчати новим ЛО і закріпити їх вживання в усному мовленні
18. Историческое наследие Тракая Минск ~ Вильнюс ~ Тракай ~ Минск 1 день Суб
19. источником и средством воспитания личности служит мировая культура отражающая накопленный человечеством.html
20. ИСТОРИЯ Семинар 1

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе