книги из ГПНТБ / Аронов Р.И. Испытание сооружений учеб. пособие

зависящих от состава примененного лака) хорошо заметные мелкие трещины, ориентированные нормально направлению максимальных удлинений. В сжатых зонах лаковое покрытие следует наносить после нагружения конструкции; о ха­ рактере деформаций в этом случае судят по трещинам, образующимся при раз­ грузке.

Для более детальных исследований при испытаниях моделей и отдельных элементов эффективен метод сеток, наносимых на наблюдаемую поверхность тон­ кими (порядка десятых миллиметра) штрихами. При загруженин объекта испы­ тания очертания сетки искажаются, давая отчетливое представление о направле­ нии и интенсивности возникших деформаций. После соответствующих замеров и

являющийся развитием метода сеток. При этом методе наблюдаемая сетка, на­ несенная непосредственно на поверхность или отраженная на ней от специально­ го экрана, фиксируется дважды (до и после деформации) на одном и том же фотоснимке, с той же позиции. Изображения сеток, накладываясь друг на друга, образуют на снимке характерные муаровые полосы, положение и очертание кото­ рых позволяет с большой точностью определять значения необходимых для оцен­ ки деформации параметров. Для ускорения обработки могут быть использованы автоматические считывающие устройства с передачей полученных данных на ЭВМ.

Среди прочих способов исследования напряженно-деформированного состоя­ ния материала следует в первую очередь отметить поляризационно-оптический ме­ тод, заключающийся в просвечивании поляризованным светом образцов, выпол­ ненных из оптически-активного материала.

В настоящее время этот метод начинает применяться с использованием отра­ женного поляризованного света и при испытаниях конструкций из обычных ма­ териалов; в этом случае оптически-актнвное покрытие в виде сплошного слоя на­ носят на наблюдаемую поверхность или наклеивают на нее заранее заготовлен­ ные гибкие фотоупругие пластинки.

Возможности использования рентгеновского излучения и применения поляри­ зованного ультразвука для оценки напряженно-деформированного состояния рас­ смотрены выше.

§ 6. Динамометры

При испытаниях строительных конструкций наряду со специаль­ ными применяются также динамометры обычного типа, используе­ мые и для других целей в строительной практике. Наиболее распро­ страненными из них являются динамометры, основанные на механи­ ческом принципе действия, с упругими элементами, соединенными со стрелкой или другим указателем, по положению которого бе­ рется отсчет по шкале. В большинстве случаев эти динамометры громоздки и тяжелы и не всегда обеспечивают необходимую точ­ ность и диапазон измерений.

В настоящее время все шире применяются электромеханические динамометры с тензорезисторами. На рис. 76, а показан тяговый динамометрический элемент в виде стального стержня круглого по­ перечного сечения, близкого по очертаниям к стандартным образ­ цам, используемым при испытании металла на растяжение; на рис. 76, б — кольцевой динамометр для сравнительно небольших сжимающих усилий, а на рис. 76, в —толстостенный цилиндр для измерения значительных сжимающих усилий. Показанные на этих схемах тензорезисторы как активные (рабочие), так и компенса­ ционные, расположены симметрично. Последовательное соединение

112

тензорезисторов в каждой группе исключает влияние возможной внецентренности приложения нагрузки. Рассматриваемые динамо­ метры компактны, не тяжелы и соответствуют предъявляемым к ним требованиям.

Рис. 76. Динамометрические элементы с тензорезисторами:

В отдельных случаях используются динамометрические устрой­ ства других іконструкций, как например контрольная балка для из­ мерения усилий от подвижной нагрузки (см. рис. 43).

4*—3108

ГЛАВА V

ПР О В Е Д Е Н И Е И С П Ы Т А Н И Й

§1. Подготовительные работы

Большая трудоемкость и стоимость статических загружений, на­ ряду с трудностью (а в отдельных случаях и невозможностью) повторения испытаний требуют тщательной предварительной отра­ ботки их программы. Правильность ее выбора в значительной сте­ пени предопределяет как эффективность всей предстоящей работы, так и надежность всех данных, получаемых в результате испытания.

Перед началом испытаний должна быть проведена необходимая подготовка: смонтированы нагрузочные приспособления и подготов­ лена нагрузка; установлены подмости и ограждения; обеспечено, если это вызывается условиями испытаний, дополнительное освеще­ ние мест установки приборов; согласованы перерывы в эксплуата­ ции исследуемого объекта и т. д.

Предварительные подсчеты. Уточняется требуемая испытатель­ ная нагрузка и определяются соответствующие этой нагрузке зна­ чения перемещений, деформаций, напряжений и усилий, возникаю­ щих в исследуемых элементах конструкций.

Такие подсчеты являются продолжением перерасчетов, выпол­ няемых по результатам освидетельствования (см. выше раздел два, гл. IV) и производятся с учетом всех выявленных при этом отступ­ лений от проекта, уточненных характеристик материала, обнаружен­ ных ослаблений и т. д. В сооружениях с неявно выраженной расчет­ ной схемой (допускающей выбор нескольких возможных вариантов) предварительные подсчеты должны быть выполнены по всем этим схемам. Сравнение с результатами испытаний позволяет в дальней­ шем выбрать из них наиболее близкую к действительной работе сооружения.

Аналогично поступают в отношении модуля упругости и других характеристик материала^ если до начала испытания значения их не могут быть надежно определены. Эти подсчеты ведутся в преде­ лах возможных диапазонов с дальнейшим уточнением фактических значений по результатам испытаний.

§ 2. Размещение приборов

Перед испытанием составляется схема расположения измери­ тельных приборов с указанием их типа и характеристик. При этом учитываются следующие положения:

П4

1) измерения наиболее ответственных параметров, определяю­ щих работоспособность сооружения, следует (для исключения воз­ можности ошибок) дублировать, применяя приборы различного принципа,действия. Так, например, прогиб ферм, измеренный с по­ мощью прогибом еров, целесообразно проверять путем нивелиро­ вания;

2) к группам однотипных приборов добавляется контрольный, находящийся в тех же условиях, но расположенный на элементе, не участвующем в работе сооружения. Изменение показаний контроль­ ного прибора позволяет учесть влияние внешних факторов на результаты измерений и внести в них соответствующие по­ правки;

3) в то же время не следует без особой в этом необходимости увеличивать общее число устанавливаемых приборов. Лишние при­

Нецелесообразно ставить приборы в зоне «нулевых» отсчетов (на­ пример, тензометры вдоль нейтральной оси изгибаемого элемента), поскольку даже небольшие погрешности измерений в данном случае

115

2-2. Разм ещ ение приборов при измерении углов наклона

В балочных конструкциях 'наиболее целесообразно измерять по­ ворот опорных сечений ('рис. 78). В разрезных балках угол наклона упругой линии здесь является максимальным и вблизи опор почти не меняется, что позволяет без существенных погрешностей в ре­ зультатах измерений выбирать для установки приборов наиболее удобные позиции. Возможен также вынос клинометров и на консо­ ли балки за опорами.

Рис. 78. Установка приборов для измерения углов наклона:

/, 2 —клинометры; 3 —начальное положение оси балки; 4 — упругая линия изогнутой оси балки

Более сложный случай размещения клинометров при неизвест­ ной заранее ориентировке угловых перемещений (установка «розет­ кой») приведен выше на рис. 66.

2-3. Разм ещ ение приборов при измерении деформаций

Выбор позиций для крепления тензорезисторов, механических тензометров и других приборов, применяемых при определении де­ формаций, важен с точки зрения возможностей и полноты анализа напряженно-деформированного состояния исследуемого материала. Ниже кратко рассмотрены основные случаи, встречающиеся при ис­ пытаниях конструкций и их отдельных элементов.

И змерения при одноосно-напряж енном состоянии м атер и ал а —

при определении продольных деформаций (нормальных к попереч-

Рис. 79. Расстановка тензометров по периметру попе­ речного сечения стержней:

1—4 —тензометры, установленные перпендикулярно плоскости сечения

116

ным сечениям элементов) в стойках, колоннах, ригелях рам, поясах

ирешетке ферм, балочных конструкциях и т. д.

Вкачестве примера на рис. 79 показано несколько поперечных сечений *. Базы приборов на схемах ориентированы по направлению измеряемых деформаций, т. е. перпендикулярно плоскости чер­

тежа.

Действие одной лишь продольной силы при отсутствии изгибаю­ щего момента. В сечении создается равномерное напряженное со­ стояние.

Для определения возникающих деформаций теоретически была бы достаточна установка одного лишь прибора. Считается, однако, необходимым проведение измерений не менее чем в двух точках (рис. 79, а), поскольку: 1) отсчет по одному лишь прибору недоста­ точно надежен ввиду возможности случайных погрешностей и 2) в отсутствии эксцентриситета приложения усилия необходимо убедиться по равенству показаний обоих приборов.

Совместное действие продольной силы и изгибающего момента.

В сечении создается неравномерное напряженно-деформированное состояние.

Если плоскость действия момента извебтна, то для измерения возникающих деформаций необходимо установить не менее двух приборов — в точках пересечения периметра сечения с плоскостью действия сил (иа рис. 79, а момент приложен в плоскости У). Для контроля целесообразно выбрать еще одну позицию для проведения измерений в наиболее напряженной зоне сечения. При небольшом расстоянии между крайними точками в плоскости действия момента (плечо h на рис, 79, а) установка контрольного прибора обяза­ тельна.

Если плоскость действия момента неизвестна, то необходима ус­ тановка трех приборов—для определения воздействий N, Мх и М у . Соответствующий пример приведен на рис. 79, б. На рис. 79, в показана та же установка, но с добавлением контрольного прибора.

Действие продольной силы, изгибающих моментов и изгибнокрутильного момента В. Для определения N, Мх, Мѵ к В требуется установить не менее четырех приборов. На рис. 79, г приведен со­ ответствующий пример для тонкостенного двутавра. И здесь целе­ сообразно включать дополнительно контрольный прибор.

Измерения при плоско-напряженном состоянии материала. Из­ мерять деформации в условиях плоско-напряженного состояния приходится при испытаниях листовых конструкций (резервуаров, газгольдеров и т. д.), балок-стенок и др.

Для уточнения напряженного состояния материала необходимо при этом устанавливать в рассматриваемой точке несколько тен­ зометров по разным направлениям. Наиболее удобно при этом применять тензорезисторы, приклейка которых в любом заданном направлении не вызывает затруднений. Количество тензорезисто-

* Примеры относятся к металлическим конструкциям, но те же соображения справедливы и для элементов из любых других материалов.

ров, требуемых в каждой точке, определяется условиями поставлен­ ной задачи. Рассмотрим два случая.

Случай 1. Направление главных напряжений (а, следовательно, и главных деформаций) в исследуемой точке известно. Должны быть найдены главные деформации ет ах и ет іп* (задача с двумя неизвестными). Для их определения требуется крепление не менее двух тензорезисторов, ориентируемых обычно по заданному направ­ лению главных напряжений под углом 90° друг к другу (рис. 80,. а). Для контроля показаний добавляют третий тензорезистор под уг­ лом 45° к предыдущим (рис. 80, б — «прямоугольная розетка»).

Рис. 80.' Схемы размещения тензорезисторов в двухмерном поле деформа­ ций:

а — под углом 90е; б —прямоугольная розетка; в —веерная прямоугольная розетка; г — равноугольная дельта-розетка; д — Т-дельта-розетка

Случай 2. Главные направления неизвестны. Должны быть опре­ делены как величины, так и направления вшах и ет ш (задача с тре­ мя неизвестными). Необходимо крепление не менее трех тензорезясторов. Чаще всего применяется та же прямоугольная розетка (рис. 80, б). Для контроля может быть под углом добавлен четвер­ тый тензорезистор (рис. 80, в — «веер»).

* По найденным значениям ет ах и етіп деформации в любом другом направ­ лении определяют расчетным путем.

118

Возможно использование розеток и других конфигураций, на­ пример «равноугольной» розетки (рис. 80, г) с тремя тензорезисторами, ориентированными под углом 60° друг к другу. Развитием ее является Т-дельта-розетка с четырьмя тензорезисторами (рис. 80,5).

Ввиду небольших размеров тензорезисторов размещение их на поверхности конструкций обычно не вызывает затруднений. В очень стеоненных условиях, для экономии места (а также при резко ме­ няющемся поле 'напряжений), можно пользоваться розетками с сов­ мещенными тензорезисторами (рис. 81), наклеенными заранее на общую основу.

И змерение деформ аций при объемно-напряж енном состоянии м атери ала. Систематически такие наблюдения проводятся на объ­ ектах гидротехнического строительства, где установка закладных тензометров при бетонировании массивов крупных плотин необхо­ дима для дальнейшего наблюдения за их работой в процессе экс­ плуатации. В других случаях подобные измерения ставятся, глав­ ным образом, с целью исследований.

Рассматриваемая задача является методически наиболее сложной, посколь­ ку измерительные приборы должны быть расположены в толще материала и при­ сутствие их не должно вызывать искажений поля напряжений , в исследуемой точке.

Направление деформаций в материале в общем случае неизвестно. Для определения величин главных деформаций (3 параметра) и их ориентации (также 3 параметра) требуется установка в зоне каждой исследуемой точки не менее шести приборов. Целесообразно применять для этой цели (в крупных бетонных массивах) рассмотренные выше струнные тензометры, обеспечивающие в данных условиях получение наиболее надежных результатов.

Во время бетонирования важно сохранить заданную ориентацию устанавли­ ваемых приборов, для чего тензометры крепят к легкому, но прочному каркасу из арматурной проволоки. Рядом с каждой группой тензометров помещают конт­ рольные приборы для исключения влияния изменений температуры, усадки бето­ на и других факторов, носящих искажения в регистрируемые показания.