Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)»

Си ПРИМЕНЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ И АКУСТИЧЕСКИХ

ТЕХНОЛОГИЙбПРИ ИССЛЕДОВАНИИ СОСТОЯНИЯ

СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

МетодическиеАуказания к выполнению лабораторных работ

Составители: П. .СамосудовД, В.Г.Тютнева И

Омск 2017

СибАДИРабота утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве методическ х указан й к выполнению лабораторных работ.

П77 Пр менение сейсм ческих и акустических технологий при исследовании состояния стро тельных конструкций [Электронный ресурс] : методические ука-

зания к выполнен ю ла ораторных ра от / сост: П. .А.Самосудов, В.Г.Тютнева. –

Электрон.дан. – Омск : С АДИ, 2017. – URL: http://bek.sibadi.org/cgi-bin/

irbis64r plus/cgiirbis 64 ft.exe. - Режим доступа: для авторизованных пользователей.

Экспер ментальные сследования позволяют определить и оценить динамические и кинемат ческ е параметры волновых полей, геометрические, деформационные и прочностные характеристики строительных конструкций при сейсмических воздействиях.

Приводятся основные аспекты ла ораторных работ: теоретическое обоснование, используемые установки и при оры, методики проведения работы и обработки экспериментальных данных, вопросы для самоконтроля.

Имеют интерактивное оглавление в виде закладок.

Предназначены для проведения лабораторных работ и самостоятельной подготовки по дисциплине «Сейсмостойкость зданий и сооружений» для обучающихся по направлениям подготовки «Строительство уникальных зданий и сооружений», «Теория и проектирование зданий и сооружений» и дипломном проектировании.

Подготовлены на кафедре «Строительные конструкции».

Текстовое (символьное) издание (2,3 МБ)

Системные требования: Intel, 3,4 GHz ; 150 МБ ; Windows XP/Vista/7 ;

DVD-ROM ; 1 ГБ свободного места на жестком диске; программа для чтения pdf-файлов Adobe Acrobat Reader

Редактор Н. . Косенкова Техническая подготовка Н.В Кенжалинова

Издание первое. Дата подписания к использованию 11.12.17. Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1

© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2017

Введение

Спектр строительных объектов, для изучения которых могут применяться методы, изложенные в лабораторных работах, довольно широк, поэтому они являются универсальными для полномасштабных исследова-

Определение физико-механических характеристик материалов конструкций, используемых для сейсмостойкого строительства методом измерения частоты собственных колебаний колебательной системы

Цель работы: познакомиться со способом определения физикомеханических характеристик материалов строительных конструкций

преобразователь, первичный измерительный пьезопреобразователь.

1.1. Методы определения упругих параметров материалов

Экспериментальные методы определения физико-механических характеристик материалов можно разделить на две группы – статические и динамические [1].

Статические методы основаны на измерении напряжения и

3

деформации. В настоящее время эти методы считаются «методами невысокой точности».

Динамические методы дифференцируются на две основные группы: резонансные, в которых в образцах возбуждают продольные или поперечные собственные колебания, и импульсные, в которых упругая деформация возбуждается при прохождении через образец звуковой волны.

В лабораторной практике наиболее предпочтительными являются резонансные методы [2]. В резонансных методах в образцах арматурных

исследуемом образце нескольких резонансных гармоник, которые ошибочно принимаются за со ственные частоты колебаний образца, а также резонансными свойствами источника колебаний, которые сложно учесть во время измерений. РезонансныеДметоды на изгибных колебаниях тоже имеют ряд недостатков, обусловленных негармоническим характером вынужденных колебаний исследуемого образца на высоких частотах, резонансными гармониками вибратора, а также чисто

1.2.Описание измерительнойИустановки

Вданной лабораторной работе реализована методика и конструктивные особенности измерительной установки для определения модуля упругости методом измерения частоты собственных колебаний колебательной системы с присоединенной массой, образованной из исследуемого образца и дополнительного груза заданной массы. Этот метод наиболее оптимален для реализации, поскольку он не требует

дорогостоящего оборудования, прост в осуществлении и позволяет

4

оперативно и с высокой точностью определить собственные частоты и тем самым рассчитать модуль упругости исследуемых образцов. Прототипом предлагаемой измерительной установки является конструкция измерительной установки [4]. В качестве образцов студенты используют металлические прямоугольные пластины длиной 100 – 300

Конструкция держателя образцов приведена на рис.1.1, а блоксхема экспер ментальной установки – на рис.1.2.

и б А

Рис. 1.1. КонструкцияДкамеры-держателя

Держатель образцов образован массивным опорным цилиндром 1, снабженным осевым каналом, через который вставляетсяИизолированный от камеры токоввод 2. В верхней торцевой части держателя имеется цилиндрическое углубление, в которое вставляются электроизолирующая шайба 3, тонкий токопроводящий металлический диск 4 и датчик механических колебаний 5. В качестве датчика колебаний используется дисковый керамический пьезоэлектрический преобразователь или магнитоэлектрический с резонансной частотой от 4 до 7 МГц. Акустический контакт датчика 5 с исследуемым образцом 8 осуществляется через ступенчатую металлическую крышку 7, которая закрепляется с помощью прижимных болтов 6, снабженных спиральными пружинами, предназначенными для исключения критической деформации и механического разрушения датчика.

5

Рис. 1.2. Блок-схема экспериментальной установки

Электрический контакт датчика 5 с электронным блоком осуществляется через ВЧ-кабель. Исследуемый образец закрепляется в зазоре между металл ческой крышкой 7 и прижимной ступенчатой

Макет колебательной системы (рис.1.3) образован горизонтально расположенным тонким упругим прямоугольным образцом, плотностью, длиной l, шириной а и толщиной h. Нижний конец пластины жестко

закреплен в массивной опоре.

В верхней точке свободного конца пластины закреплен дополнительный груз массой m0. Обозначив отклонение верхнего конца образца от положения устойчивого равновесия через х, уравнение

6

Это однородное линейное дифференциальное уравнение второго

7

порядка. Момент сил трения и сопротивления при колебаниях образца много меньше момента возвращающей силы, поэтому в уравнении (1.6) они не учитываются. При сравнении уравнения (1.6) с уравнением гармонического осциллятора [5] можно найти квадрат циклической частоты собственных колебаний образца:

Введя обозначение 16 23 c , где с = 52,58 – постоянная величина

h2

Полученная формула в точности совпадает с эмпирическим выражением (1) для модуля упругости, определяемого по методике E. В. Панченко [3].

Аналогичные расчеты для цилиндрического однородного

8

1.4. Порядок проведения лабораторной работы

Порядок определения собственной частоты колебаний исследуемого образца следующий. Один конец исследуемого образца закрепляется между зажимом и крышкой пьезопреобразователя или вибромеханического преобразователя (см. рис.1.1). Свободный конец образца приводится в свободное колебательное движение посредством его однократного отклонения от равновесного горизонтального положения. Полученные так м образом свободные (собственные) механические

отдельных синусоидальных колебаний на экране осциллографа. Компьютерный осциллограф снабжен блоком электронной памяти и частотомером, что позволяет фиксировать наИэкране синусоидальные колебания образца и отсчет частоты в цифровой форме. После получения устойчивой осциллограммы электрических колебаний на экране осциллографа осциллограмма фиксируется кнопкой «память» и осуществляется считывание величины частоты синусоидальных собственных колебаний образца в цифровой форме непосредственно с экрана осциллографа. Для нормальной работы системы «осциллограф– мультиметр» необходимо, чтобы изменение амплитуды сигнала в процессе измерения не превышало 10%, а длительность установившегося режима колебаний содержала не менее десяти колебаний. Измерения частоты проводятся не менее 10 раз.

9