Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Диагностика и испытание строительных конструкций» Для студентов направления «Строительство» (стр. 1 из 8)

Ю.К. Басов, И.В. Грицишен

Методические указания по выполнению лабораторных работ

по дисциплине

«Диагностика и испытание строительных конструкций»

Для студентов направления «Строительство»

Москва

Издательство Российского университета дружбы народов

2009

Введение

Железобетон как конструкционный материал значительно моложе металла, дерева и даже пластмасс. История развития этого материала едва насчитывает 150 лет. Несмотря на такой относительно короткий срок, железобетонные конструкции «завоевали» весь мир и стали самым крупным распространённым материалом. Объём производства бетона и железобетона настолько велик, что занимает второе место в деятельности человека после воды.

Но дешёвый, долговечный и доступный железобетон оказался исключительно сложным для проектировщиков. Совместная работа двух различных по своим свойствам материалов (бетона и стали) оказалась трудной для понимания, для создания эффективной теории расчёта. Вот почему до настоящего времени придают и, очевидно, ещё долго будут придавать исключительное значение экспериментальным исследованиям.

Без эксперимента не выявить механизм разрушения конструкции, образования в ней трещин, не понять распределения усилий в сечениях и многое другое. Особенно это трудно воспринимать студентам, впервые сталкивающимся с работой столь сложного материала. Помочь им могут лабораторные работы, эти научные мини исследования реальных железобетонных конструкций.

Лабораторный практикум предназначен для изучения курса «Железобетонные и каменные конструкции» на всех специальностях строительного профиля.

Лабораторные работы проводятся специализированной учебной лабораторией железобетонных и каменных конструкций, оборудованной необходимыми установками и приборами. Результаты проведённых испытаний каждой бригадой объединяются и анализируются для проведения статистического анализа и определения доверительных интервалов, используемых в других лабораторных работах или в научных исследованиях, осуществляемых студентами или научными сотрудниками кафедры. Это обстоятельство должно, с одной стороны, повысить ответственность студентов за достоверность получаемых результатов, а с другой уменьшить расходы для накопления данных по экспериментальным исследованиям подобного характера.

Лабораторные работы смогут принести пользу лишь в том случае, если студентом будет проявлена не только внимательность, но и самостоятельность при испытаниях, не будут пропущены и найдут объяснения все нюансы поведения конструкции под нагрузкой.

Хотелось бы обратить внимание студентов и на следующее обстоятельство. Проведение лабораторных работ с реальным разрушением образцов, с использованием современной испытательной и измерительной техники – наиболее дорогой компонент обучения, который лишь однократно обеспечивается выделенными бюджетными средствами на обучение. Поэтому пропуск таких занятий по любым причинам потребует дополнительных неучтённых финансовых затрат, которые при пропуске без уважительных причин должны осуществляться за счёт самого студента.

Лабораторная работа № 1

«Приборы и измерительная аппаратура»

Измерение деформаций, ширины раскрытия трещин и прогибов испытываемых конструкций требует разнообразных приборов и аппаратуры. При испытаниях строительных консрукций широкое применение получили приборы, позволяющие замерять неэлектрические величины (перемещения и деформации) электрическим методом (метод тензометрирования). Кроме метода тензометрирования, при проведении лабораторных работ необходимо использование и механических приборов (прогибомеров и индикаторов).

1. Тензорезисторы и тензометрическая аппаратура.

В основу метода замера деформаций тензорезисторами положен тензометрический эффект – изменение электрического сопротивления проводника и полупроводника при деформации. Наиболее широкое распространение получили проволочные тензорезисторы, у проволочного тензорезистора тензометрический эффект заключается в изменении электрического сопротивления металлической проволоки при упругой деформации.

Тензорезисторы представляют собой несколько близко расположенных петель констановой проволоки (в виде решётки), наклеенной специальным эластичным клеем на полоску тонкой бумаги (рис.1).

К концам проволочной решётки для удобства электромонтажа припаивают тоководы в виде медной проволоки диаметром 0,1-0,2мм и длиной 20-30мм. Так как тензорезистор должен обладать высокой тензочувствительностью, большим удельным сопротивлением и малым температурным коэффициентом сопротивления, то обычно решётки тензорезистора изготавливают из сплавов меди с никелем (константин, эдванс, элинвар и другие) диаметром 0,12-0,3мм.

К положительным качествам тензорезистора относятся:

- возможность непосредственной регистрации деформаций как на поверхности, так и внутри конструкции;

- высокая точность измерения деформаций;

- возможность измерения деформаций на всех ступенях нагрузок, вплоть до текучести арматуры в конструкции;

- сравнительная простота установки тензорезистора на исследуемую конструкцию;

- относительная простота и дешевизна изготовления проволочных тензорезисторов при малой их массе и незначительных размерах;

- возможность измерения деформаций одновременно во многих точках конструкции.

Наряду с этим тензорезисторы имеют ряд недостатков:

- не очень высокая электрическая чувствительность, что обуславливает необходимость применения сложной регистрирующей аппаратуры;

- пониженная чувствительность при малой базе (<20 мм) из-за податливости клея, применяемого для изготовления и наклейки тензорезисторов;

- чувствительность к температуре окружающей среды, влияющей на показания тензорезисторов, что вызывает необходимость в применении компенсационных тензорезисторов;

- возможность использования каждого тензорезистора только один раз.

Базу тензорезисторов выбирают в зависимости от характера и задач эксперимента и учитывают однородность материала, из которого изготовлена конструкция. При выполнении лабораторных работ используют в основном тензорезисторы: для измерения деформаций в бетоне – с базой 50мм; а для измерения деформаций в арматуре – с базой 20мм.

Величина деформаций в большинстве случаев не выходит за пределы относительных единиц от 1·10^-6 до 1·10^-3. Измерение столь малых деформаций требует, как правило, применения высокочувствительной регистрирующей аппаратуры с электронными усилителями.

При статических испытаниях опытных

образцов применяются измерители деформаций типа АИД-2М. Данный измеритель предназначен для измерения статических и медленно меняющихся деформаций с автоматической балансировкой моста и визуальным отсчётом. Цена деления данного измерителя 1·10^-5, предел измерения в относительных деформациях - 1·10^-5 до 1·10^-2.

Для измерения статических деформаций в основном применяются приборы, работающие по схеме уравновешенного измерительного мостика (мост Уинстона). Тензорезистор, закреплённый на испытываемой конструкции, является первичным прибором, воспринимающим её деформации, возникающие под действием нагрузки, одновременно является одним из плеч моста, а измерение его сопротивления при деформации вызывает разбалансировку моста.

Мостовая схема обеспечивает высокую чувствительность и точность регистрирующего устройства вследствие того, что шкала измерительного прибора в этом случае рассчитана только на замеры приращений, а не полных сопротивлений. Мост состоит (рис.2) из активного тензорезистора R1, компенсационного тензорезистора R2, который включают в смежное плечо моста для устранения температурных погрешностей при измерении деформаций, и сопротивлений R3, R4, образующих внутренний полумост.

Балансировка моста осуществляется реохордом, снабжённым шкалой для отсчёта деформаций. В измерительную диагональ моста включён индикатор баланса моста «И». Если мост находится в равновесии, т.е. сбалансирован, то в измерительной диагонали ток не протекает, и стрелка индикатора баланса «И» будет находиться в среднем (нулевом) положении. В связи с деформацией конструкции, на которую наклеен тензорезистор, происходит изменение его омического сопротивления и равновесие моста нарушается, стрелка индикатора отклоняется от первоначального положения в ту или другую сторону в зависимости от вида деформации (сжатие и растяжение). Так как изменение сопротивления активного тензорезистора очень мало, то в схему измерителей деформации вводят усилители.

К измерительным приборам, имеющим один внутренний полумост, можно подсоединить только один активный тензорезистор. Однако при испытании конструкции обычно требуется замерить деформации в нескольких точках. Тогда для измерения деформаций необходимы дополнительные устройства – монтажные колодки для подключения тензорезисторов, переключатели и соединительные кабели.

Схема тензометрической установки для измерения деформаций представлена на рис.3. Подключение аппаратуры осуществляется следующим образом: к клеммам «А», «О» и «К» переключателя подключают провода от соответствующих клемм электронного измерителя деформаций. При помощи соединительных кабелей активные (рабочие) и компенсационные тензорезисторы подключают к соответствующим монтажным колодкам. Электронный измеритель деформаций и автоматический переключатель заземляют. Включают тумблер «стоп-работа» автоматического переключателя, при этом загорается сигнальная лампа.