книги из ГПНТБ / Ананьин, Г. П. Управление качеством продукции на заводах железобетонных изделий учебное пособие

- 20 -

чения изделия колеблются вдоль продольной оси, при крутильных точки поперечного сечения закручиваются, а при изгибных снещаются и поворачиваются относительно продольной оси.

При виброиспытаниях чаще всего используют изгибные коле­ бания. Изгибные колебания готовых изделий типа стержня (балок, колонн) описываются известным дифференциальным уравнением

(37)

где Е - динамический модуль нормальной упругости материала;

/- момент инерции сечения;

£J - линейная жесткость;

т- погонная масса стержня;

Т- время.

Уравнение (37) допускает разделение переменных, и его решение обычно записывается в виде суммы произведений двух со­ множителей

(38)

л =1

где Хп зависит только от координаты и отражает упругую

форму изогнутой оси стержня' при колебаниях (стоя­ чую волну);

хп =ct$ii\knx +сгси&кпх +cishknx+c/'Cliknx ;

Тп зависит только от времени и определяет закон одно­

временного изменения всех ординат оси стержня в процессе колебаний^

Тп = i 4 s i n / Я Т + J ? c o s / ftT ;

- 21 -

Численное значение величины Л я определяется граничны­ ми условиями. Так, для стержня с незакрепленными концами гра­ ничными условиями будет отсутствие опорных моментов и перере­ зывающих сил в концевых сечениях, т.е.

Х^(0,0=Х"(0Л)--Ъ.

венных колебаний стержня для любого тона получится из уравне­ ния

а - шарнирно-опертой балки; б - сво­ бодной балки

- 22 -

Кроме узловых сечений, при изгибных колебаниях можно вы­ делить сечения, в которых кривизна стержня меняет знак и от­

сутствуют нормальные напряжения. Эти сечения обозначены на рисунке звездочкой.

Характер колебаний при вибрационном методе контроля явля­

Уравнение (3?) является приближенным, так как оно не учи­ тывает возникающих при изгибных колебаниях инерционных сил вращательного движения сечений и перерезывающих инерционных сил в сечениях.

Эти факторы оказывают существенное влияние на короткие *

При вибрационных испытаниях конструктивных элементов ти­ па стержней уравнение (40) является исходным для определения физико-механических (Е,Ш ), геометрических и конструктивных ( J , l , Л, Т ) характеристик изделий. В этом случае из­ менение частоты колебаний в зависимости от изменения физико­ механических, геометрических и конструктивных характеристик будет описываться выражением

Если на стержень, колеблющийся в поперечном направлении, действует продольная сила + JV , то при шарнирном закреп­ лении частота колебаний определится по формуле (знак плюс соответствует растяжению, знак минус -7 сжатию стержня)..

- 23 -

(42)

Формула (42) дает возможность определять по частоте нагиб­ ных колебаний значения силы J\T в сжатых стержнях (стойках,

колоннах). Возрастание продольной силы сопровождается уменьше­ нием частоты колебаний, и при N = Л частота равна нулю,

так как несущая способность стержня по условиям продольной устойчивости исчерпана.

При действии на весьма гибкий стержень растягивающей силы

Формулу (44) можно использовать при вибрационном контроле натяжения арматуры предварительно-напряженных железобетонных конструкций до их бетонирования и при измерении деформаций по­ средством телетензометров. При этом в необходимых случаях сле­ дует учитывать характер закрепления концевых сечений.

При продольных колебаниях стержня решение дифференциаль­ ных уравнений колебательного процесса позволяет получить рас­ четную формулу частоты для первого тона в виде

- 24 -

применять для определения вибрационным способом модуля нормаль­ ной упругости материала лабораторных образцов.

Изложенная методика при внесении соответствующих коррек­ тивов в расчетные формулы может быть использована при вибра­ ционных испытаниях плоских изделий типа плит для определения по частоте колебаний их физико-м»ханичееких, геометрических и конструктивных характеристик.

Вибрационный метод применим также для контроля готовых изделий криволинейного очертания, например арок. Основным кри­ терием качества арок является начальная жесткость сечений, ко­ торая определяет прочностные и деформационные свойства бетона и арматуры. Ее изменение связано с наличием дефектов.

При несимметричных нагрузках на арку отдельные сечения

рукций может определяться по известным формулам для прямых стержней.

Для арок характерны два независимых типа колебаний: ра­ диальные, связанные с деформациями сжатия и растяжения по осе­

так же как и плоских изделий, зависит от физико-механических и конструктивных характеристик и, кроме того, от центрального

- 25 -

Вибрационный контроль арочных элементов наиболее эффекти­ вен в том случае, когда можно обеспечить опирание концов кон­ струкции как идеально шарнирное или надежно защемленное.

В связи с трудностями создания таких опор при массовом контроле качества продукции часто прибегают к испытанию отдель­ ных арочных элементов со свободными концами.

Колебания первого тона в условиях свободно-опертых концов арки представлены на рис. 7. Вид этих колебаний сходен с изгибными колебаниями свободной балки, форма первого тона прямосимметричная, не характерная для шарнирно-опертых и защемленных арок.

s

Рис. 7. Первый тон иггибных колебаний незакрепленной арки

§5. Приборы вибрационных методов контроля

Взависимости от характера возбуждения изгибных колеба­ ний вибрационный контроль может осуществляться резонансным способом или способом затухающих колебаний.

Резонансный способ (рис. б) заключается в том, что в се­ редине пролета испытываемого изделия устанавливается электро­ динамический возбудитель, обеспечивающий незатухающие колеба­ ния. На некотором расстоянии от возбудителя устанавливается

- 26 -

приемник, преобразующий колебания в электрические сигналы, идущие на индикатор резонанса, С помощью индикатора резонанса определяют логарифмический декремент затуханий, а по шкале из­ мерительного генератора - частоту колебаний.

Рис. 8. Резонансный способ вибрационного метода контроля: I - бетонный элемент; 2 - воз­ будитель колебаний; 3 - прием­ ник колебаний; 4 - измеритель­ ный генератор; 5 - индикатор

резонанса колебаний

При способе затухающих колебаний, показанном на рис.9 , в середине пролёта изделия специальным молотком наносят удар, возбуждая тем самым колебания, которые поступают в приемник, затем в виде электрических сигналов в формирующее устройство импульсов с блоком задержки, далее в генератор стандартной частоты и измеряются электронным измерителем. Частота колеба­ ний определяется по формуле

f = , т til

где N - число измеряемых периодов колебаний;

t- длительность периода импульса стандартной частоты;

Л- число импульсов стандартной частоты.

Рис. 9. Способ затухающих колебаний вибрационного метода

контроля: __

I - бетонный элемент; 2 - удар­ ник; 3 - приемник колебаний; 4 - формирующее устройство им­ пульсов; 5 - генератор стан­

дартной частоты; 6 - электрон­ ный измеритель частоты

- 29 -

Наиболее совершенным является измеритель амплитудного за­ тухания ИАЗ (рис.10). Этот прибор состоит из измерительного блока и выносных элементов с кабельными линиями. Колебания улавливаются звуноприеьяшком и преобразуются в электрические сигналы, фиксируемые осциллографом. Декремент затухания опре­ деляется по логарифму отношения амплитуд.

§ 6. Контроль режимов вибрации при уплотнении бетонной смеси

Уплотнение бетонной снеси -• наиболее ответственный этап технологического процесса изготовления бетонных и железобетон­ ных изделий и конструкций.

Качественное уплотнение бетонной смеси при формовании из­ делий обеспечивается назначением оптимальных режимов уплотне­ ния и эффективной работой виброуплотняющего оборудования, т.е. равномерной передачей вибрационного воздействия на бетонную смесь.

По данным обследования заводов железобетонных изделий, режимы работы виброагрегатов не всегда соответствуют принятой технологии изготовления изделий, в результате увеличивается враыя вибрации, создаются дополнительный шум и вредное воздей­ ствие вибрации на обслуживающий персонал. В связи с этим очевид­ на необходимость контроля как процесса уплотнения, тац и рабо­ ты уплотняющих агрегатов.

В табл. 2 приведены приборы и аппаратура для определения режимов вибрации. Наряду с серийно выпускаемыми приводятся при­ боры, изготавливаемые различными организациями в небольших ко­ личествах. /

По своим техническим данным особого внимания заслуживает аппаратура BAI-2, разработанная Сибирским отделением АН СССР. Эта аппаратура портативна и, имея широкий амплитудный я частот­

ный диапазоны, позволяет контролировать различные величины, ха­ рактеризующие вибрацию.

Хорошо зарекомендовала себя также аппаратура с индуктивны­ ми датчиками ВМ6-5М, которая предназначена для измерения вибра­ ций, ускорений, давлений и перемещений.