ВВЕДЕНИЕ

На строительных факультетах для студентов специальности «Промышленное и гражданское строительство» программой курса «Железобетонные конструкции» предусматривается проведение следующих лабораторных работ:

№1. Определение прочности материалов лабораторных образцов с применением неразрушающих методов. Освидетельствование образцов.

№2. Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению.

№3. Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по наклонному сечению от действия поперечной силы.

№4. Испытание предварительно-напряженной балки на изгиб.

№5. Испытание железобетонной стойки на внецентренное сжатие:

а) случай больших эксцентриситетов;

б) случай малых эксцентриситетов.

Все испытания лабораторных образцов проводятся при кратковременных нагрузках, задаваемых скоростью нагружения.

Лабораторные работы являются важной составной частью учебного процесса по изучению курса «Железобетонные конструкции». При выполнении их студенты знакомятся с методикой испытания и приобретают некоторые навыки экспериментальных исследований железобетонных конструкций.

Наблюдая за поведением конструкций на протяжении всего процесса испытаний – от начала нагружения до разрушения, студенты получают наглядное представление о действительной работе железобетонных конструкцй и их составных элементов в восприятии внешней нагрузки.

Образцы железобетонных балок с обычной арматурой – для испытаний на изгиб с разрушением по нормальному сечению и с разрушением по наклонному сечению, а также с предварительно-напряженной арматурой приняты одинаковых размеров. Это позволяет составить результаты испытаний балок.

Определение деформаций в бетоне и арматуре, прогибов и ширины раскрытия трещин в испытываемых конструкциях осуществляется с помощью приборов (тензометров, прогибомеров и индикаторов, отсчетного микроскопа), что дает возможность проверить экспериментально теоретические положения, принятые в расчетах железобетонных конструкций.

Для сопоставления результатов испытаний с теоретическими студентам необходимо выполнить поверочные расчеты испытываемых образцов и вычислить процент расхождения.

В поверочных расчетах характеристики бетона и арматуры принимаются по данным испытаний контрольных образцов материалов, а размеры балок и стоек – по результатам их освидетельствования.

После выполнения лабораторных работ студент обязан оформить все материалы в виде отчета в соответствии с настоящими методическими указаниями и сдать преподавателю.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

С настоящими методическими указаниями студенты знакомятся самостоятельно до лабораторных занятий. Перед началом испытаний образцов они получают консультацию преподавателя о порядке выполнения работ, об испытательных машинах и приборах, а также о правилах поведения в лаборатории и технике безопасности.

Лабораторная работа №1 состоит в основном из подготовительных, но очень важных этапов, выполняемых перед началом испытаний образцов железобетонных балок и стоек. Она включает: а) испытание контрольных кубов и призм и сравнение полученных прочностных характеристик бетона с результатами определения их неразрушающими методами; б) испытание контрольных образцов арматуры; в) осмотр и обмер образцов с установлением дефектов и отклонений, влияющих на результаты опыта; определение защитного слоя арматуры, разметку и подготовку мест для установки приборов и приспособлений.

После получения фактических данных о размерах и прочностных характеристиках материалов лабораторных образцов выполняется их поверочный расчет с целью определения теоретических разрушающих нагрузок и назначения величины ступеней нагружения.

Испытание балок производится на универсальной испытательной машине марки ГМС-50, а стоек – на прессе марки ПММ-250.

Оснащение образцов приборами и приспособлениями осуществляется после установки их на испытательные машины.

Загружение ведется ступенями, величина которых не должна превышать 0,05-0,1 от разрушающей нагрузки.

После каждой ступени нагружения делается выдержка 3-5 минут. Под нормативной нагрузкой балки выдерживаются 10 минут. Во время выдержек снимаются отчеты по приборам, производится осмотр конструкций, фиксируется появление и развитие трещин, измеряется ширина их раскрытия в уровне расположения арматуры. Измеряются три-четыре наиболее раскрывшиеся трещины в одних и тех же местах, помеченных на боковых поверхностях образцов. Для лучшей видимости трещин поверхность балок и стоек перед испытаниями окрашивается жидким известковым раствором.

Все отсчеты по приборам заносятся в специальный бланк-журнал испытаний.

Последние ступени нагружения рекомендуется уменьшать на половину. Это позволяет точнее установить величину разрушающей нагрузки.

Момент разрушения конструкций определяется по одному из следующих признаков:

а) напряжения в арматуре достигли предела текучести (интенсивный рост деформаций без увеличения нагрузок);

б) разрушилась сжатая зона бетона (отслоение лещадок);

в) ширина раскрытия трещин превышает 3 мм;

г) прогиб в середине пролета балки превышает 1/50.

В процессе испытания образцов определяются:

1. Величина разрушающей нагрузки.

2. Прогиб балок при нормативной нагрузке.

3. Нагрузка, соответствующая образованию первых видимых трещин, характер их развития и максимальная ширина раскрытия при нормативной нагрузке.

Стойки следует загрузить ступенями нагрузки, равными примерно 10% от величины контрольной разрушающей нагрузки. За разрушающую принимается максимальная нагрузка, воспринимаемая образцом.

По результатам испытаний и сравнению теоретических и опытных данных должны быть сделаны выводы. Следует также зарисовать картины разрушения, произвести вскрытие арматуры в расчетных сечениях. Обнаруженные отклонения необходимо учесть при обработке результатов испытаний.

Процесс проведения каждой лабораторной работы должен быть отражен в соответствующем журнале.

Ниже даны описание лабораторных работ и форма журнала к ним.

Настоящие методические указания составлены в соответствии с требованиями стандартов:

ГОСТ8829-77. Изделия железобетонные сборные. Методы испытаний и оценки прочности, жесткости и трещиностойкости;

ГОСТ 12004-81. Сталь арматурная. Методы испытаний на растяжение;

ГОСТ 18105-86. Бетоны. Правила контроля прочности;

ГОСТ 17624-87. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности;

ГОСТ 10180-78. Бетоны. Методы определения прочности на сжатие и растяжение;

ГОСТ 24452-80, ГОСТ 24544-81, ГОСТ 24545-81. Бетоны. Методы испытаний.

Памятка студенту.

1. Студент должен заранее подготовиться к выполнению лабораторной работы, ознакомиться с методикой ее проведения, вычертить схемы, эскизы, таблицы в журнале испытаний.

2. Лабораторные работы выполняются в составе полугруппы под руководством преподавателя. Каждый студент ведет записи измерений и наблюдений, проводит теоретические вычисления и анализ результатов самостоятельно.

3. Студент обязан бережно относиться к приборам, машинам и оборудованию лаборатории. Устанавливать приборы и приспособления, пускать машины – только с разрешения преподавателя.

4. Отчет по всем лабораторным работам с аккуратно выполненными схемами, заполненными таблицами журналами испытаний, с необходимыми вычислениями и выводами предъявляется преподавателю. По материалам отчета проводится собеседование и защита сделанной работы.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный

университет

Лаборатория железобетонных конструкций

ЖУРНАЛ

лабораторной работы №1 (2, 3, 4, 5) по курсу

железобетонных конструкций

Студент _____________________________________

группа ________________ курс _________________

институт ____________________________________

_________________ 200 _ г.

Санкт-Петербург

2006

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Определение прочности материалов лабораторных образцов

Работа состоит из следующих этапов:

1. Испытание контрольных кубов с целью определения прочности бетона.

2. Определение прочности бетона в образцах неразрушающими методами.

3. Определение призменной прочности бетона.

4. Определение начального модуля упругости бетона.

5. Определение физико-механических свойств арматурной стали.

6. Освидетельствование образцов и подготовка их к испытаниям.

1. Испытание контрольных кубов бетона

Основная механическая характеристика бетона – кубиковая прочность, т.е. временное сопротивление сжатию R, определяется по контрольным кубам (не менее трех) размером 15х15х15 см, которые изготовляются и испытываются согласно ГОСТ 10180-78 «Бетон. Методы определения прочности на сжатие и растяжение». При образцах другого размер и другой формы (допустимых ГОСТ 10180-78) результаты испытаний приводят к показателям прочности эталонных образцов 15х15х15 см, умножая их на переводной коэффициент α, который допускается устанавливать опытным путем. Переводные коэффициенты устанавливают отдельно для каждого класса бетона и каждой испытательной машины делением средней прочности бетона серии эталонных образцов на среднюю прочность бетона серии неэталонных образцов. Количество образцов-близнецов каждого размера в серии должно быть не менее 24. Минимальные значения коэффициентов приведены в табл.2. Размеры образцов принимаются в зависимости от наибольшей крупности зерен заполнителя и должны соответствовать указанным в табл.1.

Таблица 1.

Наибольшая крупность зерна заполнителя	Наименьший размер образца, мм
	Ребро куба, сторона поперечного сечения балочки	Диаметр цилиндра
10	70	70
20	100	100
40	150	150
70	200	200
100	300	-

Таблица 2.

Форма и номинальный размер образца, см		Переводной коэффициент α
Кубы:
	7х7х7	0,85
	10х10х10	0,91
	15х15х15	1,00
	20х20х20	1,05
	30х30х30	1,10
Цилиндры
	7х7	1,16
	10х20	1,16
	15х30	1,20
	20х40	1,24

Бетон в контрольных кубах должен уплотняться тем же методом, что и в опытных образцах, для возможности сопоставления их кубиковой прочности. Твердение и хранение кубов производят в одинаковых с лабораторными образцами термовлажностных условиях.

Перед испытанием кубы осматривают, измеряют и взвешивают. При осмотре определяют рабочие грани кубов, которые будут прилегать к плитам пресса, и отмечают их мелом. Опорные грани выбирают так, чтобы сжимающая сила была направлена параллельно слоям укладки бетона в формы. Грани должны быть чистыми и параллельны между собой.

Измерение размеров кубов производят штангенциркулем или металлической линейкой с точностью до 1 мм.

Каждый линейный размер образца вычисляют как среднее арифметическое результатов двух измерений по серединам двух противоположных граней.

Взвешивание кубов производят для определения их массы и средней объемной массы бетона. При отклонении частных значений объемной массы в кубах более чем на 3% от среднего значения серию кубов бракуют и не подвергают испытанию.

где: m – масса бетонного образца, кг;

V – объем образца, м³.

Нагрузка на образец при испытании должна возрастать непрерывно и равномерно со скоростью 0,6 МПа в секунду до его разрушения. Достигнутое в процессе испытания максимальное усилие принимают за величину разрушающей нагрузки.

Предел прочности образца при сжатии R (в МПа) вычисляют для каждого образца по формуле:

где: P – разрушающая нагрузка, кН;

F – средняя рабочая площадь образца, см²;

α – переводной коэффициент к прочности эталонного образца.

По результатам испытаний всех образцов серии определяют величину средней прочности по формуле:

где: - средняя прочность серии образцов данного размера, МПа;

R_i – предел прочности отдельных образцов данного размера в се рии, МПа;

n – количество образцов данного размера в серии.

Определяют также величину коэффициента вариации прочности бетона в серии образцов v формуле:

где: s – среднеквадратичное отклонение прочности бетона в серии образцов (в МПа), рассчитываемое по формуле:

Если в серии из трех образцов предел прочности любого крайнего образца отличается от предела прочности среднего образца более чем на 15%, оба крайних значения прочности отбрасывают и за среднюю прочность бетона принимают результат испытания среднего по прочности образца.

В сериях из двух образцов среднюю прочность бетона серии вычисляют как среднее арифметическое значение пределов прочности обоих образцов.

Результаты испытаний вносятся в табл. 3.

Таблица 3

№ п/п

Проектная марка

Дата испытания

Возраст в днях

Размеры образца, мм

Площадь F, см2

Объем образца V, м3

Масса образца m, кг

Разрушающая нагрузка P, кгс

Предел прочности образца Pi , МПа

Переводной коэффициент, α

Временное сопротивление сжатию R = Ri∙α , кг/см2

Средняя прочность бетона R = ∑R/n , кг/см2

Примечание

Высота h

Ширина b

Длина a

1

2

3

Нормативное сопротивление бетона определим по формуле:

где: v – коэффициент вариации прочности бетона.