Измерительные приборы для проведения статических испытаний конструкций

Федеральное агентство по образованию

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра МКиИС

Реферат

Измерительные приборы для проведения статических испытаний конструкций

Выполнил:

студент гр. 03−52 ПГС,

Гурьянов В.В.

З/К №11−04−040.

Принял:

преп. Хусаинов Д.М.

Казань 2011 г.

Содержание Введение

1. Испытания строительных конструкций статической нагрузкой

2. Измерительные приборы для статических и динамических испытаний

3. Обработка измеренных с помощью приборов величин

Заключение

Введение

Решая инженерные задачи, разнообразие которых неуклонно возрастает, строительное производство широко прибегает к экспериментальным методам исследования работы конструкций и сооружений. Эти методы становятся неотъемлемой частью создания новых и усиления действующих конструкций, контроля состояния конструкции в изготовлении и в процессе эксплуатации. Испытания являются основным критерием достоверности расчета и надежности сооружения.

Исследование деформаций в сооружении или его элементах позволяет составить верное представление о действительной работе конструкции и степени приближения методики расчета к реальному ее состоянию под воздействием нагрузок, о достоверности применяемых расчетных схем, расчетных сопротивлений материала и т. д.

Испытания сооружений имеют многовековую историю. Сооружения древности возводились в эпоху, когда отсутствовала наука о конструкциях и материалах. Поэтому единственным критерием оценки надежности сооружения был опыт его строительства и эксплуатации. Сооружения в сущности испытывались собственным весом в течение длительного времени их существования, так как временные нагрузки в сооружениях древности имели очень малые величины по отношению к собственному весу сооружения. Аварии по существу были примером испытаний сооружений разрушающей нагрузкой.

Экспериментальные исследования строительных конструкций и материалов, опирающиеся на научную основу, появились одновременно с созданием начал строительной механики в XVIII веке. В дальнейшем испытание стало неотъемлемой частью разработки новых конструкций. Опыты позволили изучить действительную работу сооружений, сравнивать результаты теоретических расчетов с экспериментальными и дали возможность совершенствовать методику расчета сооружений.

Методика экспериментальных работ и измерительная техника за последние годы значительно усовершенствовались. При современных исследованиях используются электрическая, оптическая и электронная измерительная аппаратура и компьютерная техника. Наиболее широкое распространение получили электротензометрические, индуктивные, струнные, пьезоэлектрические датчики. Применение этих датчиков облегчило измерения, дало возможность получать большее количество данных, вести измерения с автоматической записью результатов, вынести записывающую аппаратуру из зоны, находящейся в непосредственной близости от объекта измерений.

Широкое развитие получили дефектоскопия и определение внутренних напряжений без разрушений исследуемого образца или конструкции (электромагнитные методы, ультразвук, радиометрия).

Параллельно активно развивались и теоретические методы строительной механики, базирующиеся на опыте эксплуатации сооружений.

В нормативных документах предусмотрено проведение испытаний целого ряда сооружений и их элементов в процессе изготовления, строительства и эксплуатации. Сюда входят приемочные испытания конструкций и деталей на заводе, приемочные испытания сооружений, испытания опытных конструкций, испытания перед реконструкцией сооружений, перед решением об усилении конструкций и т. д.

Необходимость испытаний диктуется несовершенством расчетов, неоднородностью материалов и т. д., вследствие чего не удается учесть все факторы, влияющие на работу конструкции в процессе ее изготовления, строительства и эксплуатации. Достоверно оценить действительные свойства материалов, определить степень заделки элементов в узлах, выявить пространственную работу конструкции можно лишь с помощью вероятностных методов, т. е. путем эксперимента. При проектировании пространственных конструкций сложных очертаний теоретические приемы решения задач тем более не совершенны.

Введение

в расчет различных допущений упрощает решение задачи, но снижает точность определения напряженного состояния и не дает уверенности в достаточном совпадении результатов расчета с одноименными характеристиками действительной конструкции. Это особенно касается конструкций из железобетона — комплексного материала, который работает часто при наличии трещин в растянутой зоне. К тому же качество железобетона во многом зависит от выполнения технологических требований во время изготовления конструкции.

Значение испытаний еще более возрастает в тех случаях, когда появляется необходимость в усилении конструкции из-за роста нагрузок или реконструкции технологического цикла.

Таким образом, экспериментальные методы исследования работы материалов, конструкций и сооружений, приемочных испытаний на заводе, испытания перед реконструкцией и т. д. является завершающим этапом проверки всех применяемых в расчетах предпосылок. Они имеют важное значение для теории и практики современного строительства.

1. Испытания строительных конструкций статической нагрузкой Экспериментальные исследования сводятся к измерению деформаций, возникающих при приложении нагрузки. Конструкция деформируется в зависимости от схемы приложения и величины внешних сил, технических характеристик строительного материала и геометрических характеристик рассматриваемой конструкции.

Исследования проводятся в соответствии с программой испытаний, которая, как это отмечалось выше, регламентирует рабочую схему испытаний конструкций, величины испытательных нагрузок, схемы и порядок их приложения, размещение и тип измерительных приборов, а также содержит указания по проведению испытаний.

Рабочая схема испытываемой конструкции Рабочей схемой называют статическую схему, которая принимается при испытании конструкции. В ней отражаются: условия опирания и закрепления испытываемой конструкции на опорах, схема приложения нагрузок. Чаще всего рабочая схема та же, которая была принята при составлении проекта конструкции. Не исключено принятие иной схемы, если это вызвано изменениями работы конструкции при ееусилении или другим причинам.

Схема расположения нагрузок должна вызвать такое напряженное и деформативное состояние в конструкции, которое наиболее полно отвечает действительной ее работе при наиболее невыгодных сочетаниях нагрузки.

В рабочей схеме должно быть уделено особое внимание устойчивости элементов конструкции. Неверное приложение нагрузки может вызвать потерю устойчивости этих элементов, не отражающую действительную работу элемента в расчетной схеме.

Схема загружения при испытании однопролетных разрезных плит показана на рис. 1. По этой схеме плиты загружают на участке, равном трем длинам плиты.

Схемы загружения при испытании многопролетной (неразрезной) плиты изображены на рис. 2.

В результате получают наиболее неблагоприятные нагрузки на плиту. В продольном направлении плита загружается на участке, равном трем ее длинам. Размещение нагрузок при испытании однопролетных балок с разрезными и неразрезными плитами дано на рис. 3, а схема загружения отдельных балок при их приемочных ис пытаниях приводится на рис. 4.

Размещение нагрузок при испытании однопролетных балок с разрезными и неразрезными плитами дано на рис. 3, а схема загружения отдельных балок при их приемочных ис пытаниях приводится на рис. 4.

При испытании решетчатых конструкций в виде ферм применяются различные схемы загружения, в зависимости от конструктивного исполнения фермы и реального приложения нагрузки.

Рис. 1. Схема загружения разрезной плиты Рис. 2. Схема загружения неразрезной плиты.

Рис. 3. Схема загружения однопролетной балки с разрезными (а) и неразрезными (б) плитами Если требуется определить наибольший прогиб фермы или максимальные усилия в стержнях верхнего и нижнего поясов, то фермы всех очертаний загружают по всему пролету. Для определения наибольших усилий в стержнях решетки в начале ферму загружают односторонней нагрузкой (рис. 5, а), а затем догружают по всему пролету (рис. 5, б).

Рис. 4. Установка для испытания балок:

1-испытательная нагрузка; 2-опорные тумбы; 3-страховочные опоры; 4-испытываемая балка; 5-настил площадки.

Рис. 5. Схемы загружения ферм временной нагрузкой:

а-загружение левой половины пролета; б-загружение фермы по всему пролету.

Загружение стропильной фермы на объекте показано на рис. 6, схема приложения нагрузки при приемочных испытаниях фермы дана на рис. 7. Один из возможных вариантов создания горизонтального усилия показан на рис. 8.

Рис. 6. Загружение фермы на объекте:

а-подвеска грузов к узлам нижнего пояса; б-через распределительные балочкн; 1-нагружаемая ферма; 2-подвески; 3-грузовые площадки; 4-распределительиые балочки.

Рис. 7. Схема приложения нагрузки при приемочных испытаниях Испытательные нагрузки получают с помощью грузов в виде песка, руды, слитков, кирпича, воды и т. д. или с помощью домкратов, сжатого воздуха.

Испытательной нагрузкой называют нагрузку (включая собственный вес конструкции), которая прикладывается к конструкции в процессе испытания.

Предельную величину нагрузки, по результатам воздействия которой производится оценка качества конструкции, называют контрольной нагрузкой.

Величина контрольной нагрузки при проверке жесткости принимается равной нормативной нагрузке. Оценку конструкции по прочности производят по величине разрушающей нагрузки, представляющей собой расчетную нагрузку, умноженную на коэффициент С. Для металлических конструкций С—1,25; железобетонных С—1,2−1,6.

Рис. 8. Вариант приложения горизонтального усилия Опытные конструкции доводят до разрушения после того, как они выдержат контрольную нагрузку. Это делается в целях лучшего понимания работы конструкции и последующего ее проектирования с усилением слабых мест и, наоборот, облегчением элементов, имеющих запасы прочности.

Величина контрольной нагрузки по образованию трещин принимается равной расчетной для конструкций I категории трещиностойкости и нормативной — для II категории.

Принят следующий порядок нагружения.

В начале проводят пробное нагружение конструкции нагрузкой, не превышающей 25−30% контрольной и осуществляемой в 2−3 этапа. После необходимой выдержки под нагрузкой конструкция также поэтапно разгружается до нуля. Делается это для устранения обжатия узлов, опор и т. д. Далее нагрузка прикладывается ступенями, составляющими 10−20% от контрольной нагрузки. Количество ступеней нагружения до достижения контрольной нагрузки обычно принимают равным 4−6, но один из них должен соответствовать нормативной нагрузке, если испытание проводят до расчетной нагрузки.

После загружения каждой ступени дается выдержка для затухания деформаций и производятся отсчеты по приборам. При такой системе загружения можно определить момент появления первых трещин, проследить процесс их развития.

После того, как достигнута контрольная нагрузка, дается выдержка для металлических конструкций в 30 90 минут, для деревянных и железобетонных — 12−48 часов.

Для металлических конструкций отсчеты по приборам следует снимать через 15 минут после окончания загрузки, для железобетонных — через 12 часов, деревянных — через 24 часа. Разница во времени объясняется тем, что в дереве и бетоне деформации нарастают постепенно.

Измерение величин нагрузок производится с помощью динамометров, манометров, а также взвешиванием грузов.

Размещение приборов на испытываемых конструкциях Выбор типов приборов и мест их установки зависит от целей и задач проводимых измерений. Измерительные приборы устанавливаются в тех точках и сечениях, перемещения и деформации которых являются наиболее характерными для исследуемой конструкции.

Прогибы измеряются в середине пролета (рис. 9). Чтобы исключить влияние осадки опор или их обжатия на величину измеряемых прогибов, прогибомеры устанавливаются также у опор. Величина прогиба (рис. 9) определяется по формуле

f = C;

Рис. 9. Измерение прогиба балки.

Установка трех прогибомеров исключает также влияние на показания приборов деформаций проволоки, так как удлинения трех проволок почти одинаковы. Если требуется получить кривую прогибов по всей длине пролета, прогибомеры устанавливаются чаще.

Приборы для измерения деформаций (тензометры, индикаторы, тензодатчики) устанавливаются или наклеиваются в тех сечениях, в которых определяются деформации волокон, а по ним — напряжения в стали, бетоне или арматуре. Это прежде всего расчетные сечения.

В железобетонных балках деформации замеряются в середине пролета и у опор. Приборы устанавливаются в сжатой зоне на бетон, а в растянутой — на арматуру. При испытании балок тензометры размещаются в основном по верхнему и нижнему поясам, а при испытании ферм кроме того, на элементах решетки.

В центрально сжатых или растянутых элементах приборы устанавливаются по осям симметрии сечений. В изгибаемых и внецентренно сжатых элементах, где деформации по высоте сечения не одинаковы, измерения производят в нескольких точках по высоте сечения.

При необходимости исследуются также стыки конструкций, места заделки преднапряженной арматуры, опорные узлы (в арках и фермах) и т. д.

Постановка индикаторов в торцах конструкции и на концах стержней дает возможность определить общее удлинение или укорочение балок, колонн, ферм и других конструкций.

Желательно приборы ставить симметрично по обеим сторонам конструкции. В результате получают дублирующие данные.

Количество приборов зависит от характера испытаний. При научных исследованиях приборов устанавливается больше.

Нужно помнить, что глубина и широта исследований не всегда зависит от количества приборов. Чрезмерное количество приборов вызывает затруднения при наблюдении за ними, усложняет обработку полученных данных и может снизить эффективность испытаний. Следует стремиться к надежной и продуманной схеме расстановки приборов, используя их в минимально необходимом количестве.

Проведение испытаний статической нагрузкой Перед началом испытаний проводится подготовка конструкции, которая сводится к ее очистке, зачистке мест установки приборов, побелке поверхностей для железобетонной конструкции, сооружению приспособлений для создания нагрузок, сооружению страховочных и рабочих подмостей. К подготовительным работам относятся также установка приборов в соответствии с рабочей схемой, проверка работоспособности системы силового возбуждения и измерения.

Подготовленную к испытаниям конструкцию выдерживают 12−20 часов для наблюдения за влиянием колебаний температуры на деформации в конструкции и показания приборов.

Далее производятся первоначальные отсчеты и ведется нагружение в соответствии с программой испытаний. Приложение нагрузки осуществляется плавно, без ударов и толчков. В процессе испытаний ведутся журнал и ведомости испытаний, куда заносятся отсчеты приборов, данные замеров трещин, особенности поведения конструкции.

Осмотр конструкции следует производить каждый раз после увеличения нагрузки на одну ступень. При приближении нагрузки к нормативной особое внимание уделяют обнаружению трещин в бетоне. Если они образовались, то за ними ведутся наблюдения, границы трещин отмечаются. строительный измерительный прибор конструкция По результатам освидетельствования конструкции после испытаний составляется акт.

Особое место в процессе испытания должны занимать вопросы техники безопасности. Наиболее опасно для людей случайное разрушение конструкции. Поэтому устраивают страховочные подмости, способные воспринять на себя вес обрушивающейся конструкции. Подмости проектируют так, чтобы зазоры между ними и конструкцией не препятствовали перемещениям ее элементов при испытании.

Подмости для передвижения людей должны быть снабжены лестницами, перилами и другими ограждениями (навесы, козырьки).

Временные конструкции и площадки под грузы (платформы) должны быть надежными. Грузовые платформы располагают на расстоянии 10 — 40 см от пола.

Очень важно оградить испытания от посторонних лиц. Желательно устройство дистанционного управления домкратами и приборами.

Испытаниями руководит одно лицо.

Особенности испытаний эксплуатируемых или построенных конструкций (натурных испытаний) заключаются в том, что:

— элементы испытываются в составе пространственных конструкций без выделения их в более простые линейные или плоские системы;

— испытания проводятся на месте их работы;

— при испытании конструкции не доводятся до разрушения;

— часто не удается обнаружить проектных материалов, поэтому во время освидетельствования приходится производить тщательные обмеры с составлением чертежей;

— во время освидетельствования производится осмотр конструкций и фиксируются повреждения, условия опирания и степень заделки;

— испытания отдельных элементов производятся не до определенной заранее нагрузки, а до появления в элементах напряжений и усилий, на основании которых можно дать правильную оценку их несущей способности, жесткости и трещиностойкости.

По полученным при испытаниях данным о величине нормативных и расчетных нагрузок судят о их соответствии с реально действующими или ожидаемыми нагрузками и решают вопрос о необходимости усиления конструкции.

В процессе увеличения нагрузки, например, надстройки здания, организуется непрерывное наблюдение за состоянием конструкций. После завершения строительных работ рекомендуется провести повторные измерения напряжений в конструкции.

Особенности испытаний новых, завершенных строительством зданий и сооружений перед сдачей их в эксплуатацию изложены в действующих государственных, отраслевых и ведомственных стандартах, нормах, инструкциях и указаниях.

Обработка материалов испытаний и оценка состояния конструкции.

Обработка проводится в два этапа: полевая обработка показаний приборов; камеральная обработка материалов испытаний.

Полевая обработка сводится к заполнению всех граф журнала, т. е. вычислению конечных результатов каждого измерения (вычислению прогибов, напряжений, модулей упругости и т. д.).

Для каждой точки наносят измеренные величины на заранее построенные теоретические кривые. Нанесение опытных данных на теоретические кривые позволяет судить не только о характере работы конструкции, но и дает возможность перехода к следующему циклу загружения.

Камеральная обработка представляет собой дальнейшую обработку полученных данных для последующего заключения о состоянии конструкции. Статистическую обработку полученных в результате испытаний данных проводят в соответствии с рекомендациями [1, 3, 5].

Оценка состояния конструкции по прочности производится путем сравнения теоретического напряженного состояния, полученного от нормативной, расчетной или другой контрольной нагрузки, с экспериментальным. Оценка конструкции по жесткости производится путем сравнения фактических и теоретических прогибов.

При установлении степени соответствия между расчетной нагрузкой и нагрузкой, разрушающей конструкцию, пользуются коэффициентом запаса, назначаемым в пределах от 1,6 до 3,0, т. е. разрушающая нагрузка должна быть в 1,6−3,0 раза больше расчетной. Опытная конструкция удовлетворяет условиям, если ее разрушение наступило под нагрузкой, составляющей не менее 0,95 теоретической разрушающей нагрузки.

Оценка бетона по трещинообразованию или раскрытию трещин прозводится на основании сравнения фактического момента появления трещин или ширины их раскрытия с теоретическим или нормативным значением этих величин.

Конструкции I и II категорий трещиностойкости признаются удовлетворительными, если появление первых трещин произойдет при нагрузке, превышающей проектную. Для I категории эта нагрузка должна быть равна или более расчетной, для II категории — нормативной. Конструкция III категории трещиностойкости признается годной, если при нормативной нагрузке раскрытие трещин не превышает соответственно 0,1 или 0,3 мм в зависимости от вида конструкции.

Технический отчет по результатам испытаний обязательно должен содержать:

— программу испытания с обоснованием его необходимости, принятой методикой и перечнем ожидаемых результатов;

— предварительный расчет испытываемой конструкции на испытательные нагрузки с определением ожидаемых величин усилий, напряжений, прогибов, перемещений и других данных в заданных программой точках и сечениях;

— схему испытательного стенда с размещением испытываемой конструкции, измерительных и контролирующих приборов и аппаратуры;

— описание хода испытаний и регистрацией всех установленных в ходе испытаний непредвиденных особенностей;

— результаты испытаний (таблицы, графики, эпюры, фотограмметрические снимки и другие документальные свидетельства, полученные в результате испытаний);

— сопоставление теоретических и экспериментальных данных;

— анализ и объяснение причин отличия результатов от теоретических расчетов;

— выводы по проведенному испытанию, рекомендации и предложения;

— приложения (ведомости испытаний, обмерочные чертежи испытанной конструкции, сертификаты на материалы или акты их испытаний и другие экспериментальные данные).

2. Измерительные приборы для статических и динамических испытаний Для замеров перемещений и деформаций испытываемых конструкций или их элементов применяют специальные измерительные приборы, основанные на принципах механического или электрического увеличения. В настоящее время на шли широкое применение электрические приборы, которые позволяют замерить неэлектрические величины электрическими методами.

В зависимости от характера измеряемых величин деформаций и перемещений для статических испытаний применяют следующие приборы:

— прогибомеры и индикаторы часового типа, предназначенные для определения линейных перемещений отдельных точек конструкции;

— клинометры, используемые для измерения угловых перемещений (углов поворота) сечений элементов;

— тензометры и компораторы, применяемые для определения деформаций отдельных волокон на небольшом участке элемента конструкции;

— сдвигомеры, фиксирующие деформации смещения параллельных волокон на сдвиге.

Прогибомеры — приборы для измерения прогибов, вертикальных и других перемещений в любом направлении. В испытательной практике используются многие типы прогибомеров с проволочной связью. Наибольшее применение нашли прогибомеры Н. Н. Максимова (ПМ-2 и ПМ-3) и Н. Н. Аистова (ПАО-5 и ПАО-6). В пргибомерах с проволочной связью проволока прикрепляется к испытываемой конструкции, а на свободном конце подвешен груз (1−3 кг). Прогибомер устанавливают на неподвижной опоре или на специальном штативе. Иногда прогибомер устанавливают на конструкции, тогда проволока крепится к неподвижной опоре.

Для измерения небольших по величине перемещений могут быть использованы индикаторы часового типа, которые или устанавливают на неподвижной опоре с упором подвижного измерительного стержня в испытываемую конструкцию, или закрепляют на конструкции с упором подвижного стержня на неподвижную опору. Индикаторы просты в обращении и обладают высокой точностью.

Обработка показаний прогибомеров и индикаторов заключается в определении перемещения точки по формуле

=(N2-N1)mk,

где т — цена деления шкалы прибора; Nj и N 2 — отсчеты по шкале прибора; к — поправочный коэффициент, принимаемый по паспорту прибора.

Клинометры — приборы для определения углов поворота — измеряют тангенсы углов. Наибольшее распространение получили клинометры Стопани, Аистова и рычажные клинометры. Клинометры представляют собой устройства, близкие к геодезическим инструментам.

Тензометры — механические приборы для измерения деформаций в волокнах — измеряют удлинение или укорочение волокон элемента. Наибольшее распространение получили тензометры Гугенберга и Аистова. Тензометры измеряют деформации волокон на участке между ножом и подвижной призмой. Это расстояние называется базой измерения. Наиболее широко применяемые тензометры имеют базу l=20 мм. Деформации измеряются с точностью до 0,001 мм. Обработка измерений сводится к определению абсолютной деформации по формуле.

По полученной деформации на участке l вычисляют ве личину относительной деформации? =, по которой находят напряжение в волокне испытываемого элемента. Здесь Е — модуль упругости материала.

Сдвигомерыто же тензометры, но они устанавливаются по четырем точкам и фиксируют сдвиг одной пары точек относительно другой. Тем самым измеряется смещение параллельных волокон относительно друг друга.

Электрические тензометры сопротивления. Измерения деформаций электротензометрами основаны на изменении омического сопротивления тонкой проволоки, вызываемого изменениями ее геометрических размеров при растяжении и сжатии.

Датчики представляют собой два слоя тонкой бумаги или пленки, внутри которых располагается решетка из медноникелевой (константановой) проволоки диаметром 20−30 микрон (рис.9). База измерения l изменяется от 10 до 50 мм, но при необходимости может быть от 3 до 180 мм. Датчики имеют омическое сопротивление от 50 до 400 ом. Точность измерения деформаций составляет до 1,0−1,5%.

Успех производимых измерений в большой степени зависит от тщательности проклейки датчиков к испытываемым элементам. Наклеенный на зачищенную поверхность датчик будет претерпевать те же деформации, что и исследуемый элемент; сопротивление его изменится в зависимости от знака деформации.

Величина электрического сигнала мала, поэтому при измерениях применяют специальные измерительные схемы или усилительные устройства с целью повышения чувствительности.

Измерение деформации (приращения омического сопротивления) датчика производится с помощью мостовой схемы. Мостовая схема (рис.10) обеспечивает высокую чувствительность и точность регистрации сигнала вследствие того, что шкала измерительного прибора в этом случае рассчитана только на замеры приращений R, а не полных сопротивлений R+R.

Рис. 18. Электрические тензометры сопротивления:

а — проволочный петлевой; б — фольговый петлевой; в — проволочный без поперечной чувствительности; гполупроводниковый напыляемый. 1- тензор щетка; 2 — основа; 3 — выводы; 4 — пермычка.

Датчик R, А наклеен на исследуемый элемент. Это рабочий датчик. RK — компенсационный датчик. Этот датчик наклеивают на отдельную деталь из того же материала, что и испытываемый элемент, и помещают в равные с рабочим датчиком условия. От изменения температуры, сопротивле ния в этих датчиках изменяются на равную величину, тем самым достигается компенсация температурных напряжений.

R1 и R 2 — сопротивления внутри измерительного устройства. Эти сопротивления переменные, что позволяет уравновешивать сопротивления в ветвях моста и применять при измерении метод нулевого отсчета. Когда мост сбалансирован, разность потенциалов между точками BD (см. рис.10) будет равна 0.

При деформации исследуемого элемента рабочий датчик изменяет свое омическое сопротивление, мост будет разбалансирован, а стрелка гальванометра или показания другого измерительного прибора сойдут с нулевого деления, т. е. укажут наличие тока. Тогда при помощи реохорды баланс моста восстанавливается, и снимается отсчет по шкале, которая отградуирована так, что одно деление шкалы соответствует единице относительной деформации или напряжения.

Рис. 10. Мостовая электрическая схема при измерении деформации.

Фактическая схема, поскольку измеряются деформации в разных точках конструкции, и следовательно установлено несколько датчиков, имеет вид, показанный на рис. 11. В настоящее время при производстве испытаний предусматривается возможность непосредственной передачи отсчетов в компьютер и обработка их параллельно измерениям.

Электрические тензометры помимо измерения деформаций волокон могут быть использованы для измерения прогибов и других перемещений. При этом используют схему консольной балочки (рис.11). Электрические тензометры позволяют также измерять деформации при быстро протекающих процессах (при действии динамической нагрузки).

Простейшим прибором для измерения амплитуды колебаний в динамических испытаниях служит вибромарка (рис. 12). С целью повышения точности измерения вместо непосредственного измерения амплитуды, а снимают по шкале отсчет h, и вычисляют амплитуду по формуле a=l, ld

Рис. 11. Использование электрических тензометров сопротивления при измерении прогибов и других перемещений.

Рис. 12. Использование мостовой электрической схемы при измерениях деформаций в разных точках конструкций Рис. 13. Вибромарка.

Значения величин в формуле показаны на рис. 13.

Обычно при динамических испытаниях измерения частоты и амплитуды колебаний выполняются с помощью механических и электрических приборов, снабженных устройством для записи виброграмм (под виброграммой понимают запись движения исследуемой точки во времени).

Из механических приборов применяют ручные вибрографы (BP) и вибрографы Гейгера. В последнее время широкое применение находят электрические приборы: маятникового типа индуктивные и тензометры сопротивления с консольной механической схемой.

Для измерения частоты колебаний может быть использован электротензометр, так как измеряемые им изменения деформаций происходит с частотой колебаний конструкции. Сигнал усиливают с помощью усилительного устройства.

В качестве регистрирующей аппаратуры используют компьютер или многошлифовые осцилографы. Тензометры подключают к усилительной и регистрирующей аппаратуре по схеме, показанной на рис. 14.

Рис. 14. Схема подключения тензометров к усилительной и регистрирующей аппаратуре.

3. Обработка измеренных с помощью приборов величин Значение степени точности результатов измерений позволяет внести в них нужные коррективы и дать более правильную оценку исследуемой конструкции.

Каждое измерение может содержать в себе ошибку Dа, т. е. величину, представляющую собой разность между измеренным, а и действительным а0 значениями исследуемого параметра. Принято считать, что при чтении каждого отсчета по шкале прибора можно ошибиться на половину деления. В худшем случае при снятии двух отсчетов ошибка в разности N 2 — N1 будет равна одному делению шкалы. Тогда относительная ошибка

=

Следовательно, для уменьшения ошибки следует иметь большую разность N2 — N{, что можно достигнуть увеличением чувствительности прибора за счет увеличения базы измерения, большего усиления сигнала и т. д.

На точность измерения влияют и другие факторы, например, точность определения величины испытательной нагрузки, точность размеров конструкции, точность определения свойств материалов, влияние условий эксперимента и др. Общую точность результатов испытаний можно представить, как сумму относительных ошибок, возникающих от различных факторов.

При выполнении нескольких измерений одинаковой точности наиболее вероятным значением измеряемой величины является среднее арифметическое. Обработка измеренных величин сводится, таким образом, к получению средних.

Кроме систематических ошибок, о которых шел разговор выше, возможны просчеты и описки. Этого рода ошибки обнаруживаются при обработке первичных результатов измерений, и они должны быть исправлены или отброшены. Если число наблюдений не велико, как правило, не удается воспользоваться методами математической статистики. Ошибка чаще обнаруживается при построении графиков. В этом случае эксперимент должен быть повторен.

При производстве большого количества измерений одной и той же величины обнаружить случайную ошибку или промах помогает теория вероятностей и методы математической статистики. Методика обработки измеренных величин при выполнении массовых измерений и оценка их точности подробно изложены в [1, 3] и др.

Заключение

Методы и средства являются важными элементами экспериментального изучения действительной работы строительных конструкций, зданий и сооружений. Эти методы и средства интенсивно развиваются и совершенствуются.

Для определения плотности бетонов используются рычажные лабораторные равноплечные, настольные гирные или циферблатные весы. Определение структуры бетона методом микроскопического количественного анализа заключается в изучении размеров сечений частиц и пор в плоскости среза материалов (шлифов и пришлифовок). Производится это с помощью универсальных исследовательских микроскопов, оборудованных постоянной фотокамерой и измерительным устройством.

Деформации бетонных образцов при определении их прочностных характеристик измеряются с помощью приборов, предназначенных для измерения линейных размеров (микрометрические скобы) и перемещений (реечно-шестереночные индикаторы, прогибомеры и т. п.), приспособленные для измерения деформаций, а также с помощью специальных средств измерений (рычажных, оптико-механических, тензорезисторных, емкостных и индуктивных преобразователей).

Статический модуль упругости вычисляется по замеренным усилиям, геометрическим размерам поперечного сечения образца и деформациям. Для определения динамических модулей упругости, модуля сдвига, коэффициента Пуассона и логарифмического декремента колебаний используются неразрушающей механические и ультразвуковые испытания.

Для обеспечения проведения соответствующих испытаний в ЦНИИ ОМТП Госстроя СССР разработаны рекомендации по составу основного типового оборудования лабораторий строительных организаций. Для испытания образцов строительных материалов на сжатие рекомендованы гидравлические прессы усилием 50—5000 кН, для испытания образцов металла и других строительных материалов на растяжение и изгиб — разрывные универсальные машины усилием 50—2000 кН, а также пресс Бринелля, отсчетные микроскопы и твердомеры, маятниковые копры, динамометры образцовые tfa сжатие усилием 50—3000 кН, динамометры образцовые на растяжение усилием 500—2000 кН, манометры технические и образцовые на 12—500 ат. Для измерения прогибов рекомендованы прогибомеры типа Аистова и индикаторы часового типа. Для взвешивания рекомендовано весовое оборудование на 0,2—50 кг.

Для определения прочности бетона рекомендовано применение шариковых молотков и ультразвуковых приборов. Для измерения защитного слоя бетона — магнитострикционный прибор, для контроля натяжения арматуры — приборы механического действия частотные. Для определения плотности и влажности бетона и грунта предложено использование радиоизотопных приборов. В список приборов включены также дефектоскоп (магнитный карандаш), магнитографический детектор, адгезиметр, импульсный ультразвуковой дефектоскоп, ультразвуковой портативный импульсный дефектоскоп, ультразвуковой резонансный толщиномер, гамма-аппарат. Выпускаемые промышленностью приборы представлены в приложении.

Основными факторами, которые подлежат особенно тщательному обследованию, являются: неравномерность осадки здания; качество выполнения отмосток по периметру здания; наличие трещин в стенах и перекрытиях; размеры швов между наружными стеновыми панелями; герметичность стыков наружных стеновых панелей; прогибы перекрытий; температурно-влажностный режим помещений; гидроизоляция полов в санузлах и ванных комнатах, балконов и кровли; качество наклейки обоев, малярных и облицовочных работ; качество полов и столярных изделий; звукоизолирующая способность перегородок и перекрытий.

Решение отмеченных задач осуществляется органолептическими, геодезическими, механическими и другими методами. В частности, для определения воздухопроницаемости стыков используется дефектоскоп ИВС-2, принцип действия которого основан на отсосе воздуха через стык. Для измерения толщины эластичных покрытий, наклеенных на твердые основания, используется прибор, действующий по принципу индикатора часового типа. Адгезия тиоколовых герметиков к бетонным и цементно-песчаным поверхностям стыков определяют с помощью адгезиометра. Пробы тиоколового герметика вырезают из стыков и испытывают на разрыв. Для определения перепада температуры воздуха используют термощупы. Влажность воздуха определяют психрометром.

Современные тенденции в развитии методов испытания сооружений связаны с совершенствованием аппаратурного обеспечения. Основы физических методов разработаны достаточно полно. Широкое распространение в практике исследования работы конструкций получают: тепловизионная техника, лазерные приборы, голографическая интерференция, дистанционные установки для фиксации исследуемых параметров, однако существенные трудности возникают при разработке новых измерительных систем.

Одно из магистральных направлений в совершенствовании измерительной техники связано с широким использованием микропроцессоров как для переработки первичного сигнала в измеряемую величину, так и для статистической обработки получаемых результатов.

Единство представления получаемых результатов может быть достигнуто лишь при использовании для обработки достижений математической статистики (дисперсионного, корреляционного, регрессионного анализов), методов корреляционной и спектральной теории случайных процессов, теории математического планирования экспериментов.

Все это требует поднять инженерный эксперимент в строительстве на качественно новый уровень, что будет отвечать тем задачам, которые ставят перед советскими строителями решения правительства.

1. Лужин О. В., Злочевский А. Б. Обследование и испытание сооружений. Учебник. М.: Стройиздат 1987.

2. Козачек В. Г., Нечаев Н. В. Обследование и испытание зданий и сооружений. Учебное пособие для вузов. М.: Высш. шк., 2004.

3. А. А. Калинин. Обследование, расчет и усиление зданий и сооружений. Учебное пособие. М.: 2004.

4. СНиП 2.01.07−85. Нагрузки и воздейстсвия. М., 1986. 36 с.