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

избыточное давление воздуха п вакуум в так называемом «газовом пространстве»' резервуара (над залитой жидкостью) должны превышать проектные: избыточное давление — на 25%, а вакуум в зависимости от типа резервуаров — на 25—50%.

При испытаниях опытных объектов, передача которых в эксплуа­ тацию не предусматривается, указанные выше ограничения отпада­ ют и максимум нагрузки назначается в зависимости от поставлен­ ной задачи.

Если целью испытания является определение несущей способно­ сти или исследование условий появления местных повреждений (трещин, сколов и т. п.), то значения максимальной нагрузки уточ­ няют непосредственно в процессе эксперимента в соответствии с его результатами. Однако до начала испытания этот максимум должен быть оценен ориентировочно для подсчета требуемой нагрузки. По­ следняя должна браться «с запасом» во избежание задержек в хо­ де испытания в случае ее недостаточности.

Испытание железобетонных изделий серийного изготовления и

отбор контрольных образцов проводятся в соответствии с указания­ ми ГОСТ 8829—66:

при проверке на прочность-—контрольная нагрузка принимает­ ся равной расчетной, умноженной на коэффициент С, численные значения которого -берутся от 1,4 до 2,0 в зависимости от типа конст­ рукции, вида примененного бетона и характера ожидаемого разру­ шения;

при проверке на жесткость — контрольная нагрузка принимает­ ся равной нормативной в наиневыгоднейшем ее положении;

при проверке на трещиностойкость — для изделий первой кате­ гории трещнностойкости нагрузка берется равной 1,05 от расчетной

идля второй категории — 1,05 от нормативной.

§2. Последовательность приложения

иснятия нагрузки

Ступени нагружения. При их назначении исходят из следующих соображений: с одной стороны, чем меньше каждая ступень, тем чаще в процессе нагружения могут быть взяты отсчеты по прибо­ рам. Графики исследуемых характеристик строятся, следовательно, более четко (по большему числу точек); это особенно существенно при наличии нелинейной зависимости между нагрузкой и исследуе­ мой характеристикой; с другой стороны, с уменьшением ступеней нагрузки возрастает их общее число, что делает процесс испытания более длительным и трудоемким.

В каждом конкретном случае приходится находить оптимальное решение, учитывая эти положения.

Так, например, для контрольных испытаний образцов железобетонных изде­ лий серийного изготовления в ГОСТ 8829—66 даются следующие указания:

■ при проверке прочности ступени («доли») нагрузки не должны превосходить 10% от ее контрольного (т. е. максимального) значения;

80

при проверке оісесткости ступени должны быть не более 20% от соответст­ вующей контрольной;

при проверке трещиностойкости после приложения нагрузки, равной 90% от соответствующей контрольной, каждая последующая доля загружения, вплоть до момента появления трещин, должна составлять не более 5% контрольной.

Для облегчения обработки результатов испытаний последова­ тельные ступени нагрузки должны быть по возможности одинако­ выми.

Начальную ступень нагружения следует брать небольшой (по­ рядка 5, но не более 10% от ожидаемой максимальной нагрузки), поскольку в начале приложения усилий часть их идет на обмятие подкладок в опорах и под нагрузочными приспособлениями, обтяж­ ку тяг и т. д. Для уменьшения этих потерь прибегают к повторным приложениям и снятиям начальной ступени нагружения. Такие по­ вторные нагрузки полезны также и для проверки возвращения «на нуль» показаний установленных приборов.

При использовании подвижной нагрузки для той же цели дела­ ют пробные обкатки.

Разгрузка. Ступени разгрузки полезно брать такими же, как и ступени нагружения. Этим существенно облегчается сравнение «прямых» и «обратных» ходов показаний приборов.

Но для ускорения процесса испытания нередко приходится при­ бегать к сокращению числа ступеней разгрузки. Их следует тогда ■брать кратными ступеням нагружения, с тем чтобы совпадение со­ ответствующих точек прямого и обратного ходов все же сохраня-

•ЛОСЬ.

При повторных (циклических) загружениях нагрузка после каж­ дого цикла должна сниматься не полностью, а доводиться до уровня первой (начальной) ступени. Этим обеспечивается необходимая •четкость испытания, поскольку все нагрузочные устройства остают­ ся включенными. При полной же разгрузке не исключена возмож- -ность небольших перекосов и смещений нагрузочных устройств, что

.затрудняет сопоставление получаемых результатов.

§ 3. Выдерживание нагрузки

Для выяснения закономерности приращения перемещений и де- ■ -формаций после приложения нагрузки обычно бывает достаточна

.выдержка:

для металлических конструкций — от 15 до 30 мин\ для железобетонных конструкций — около 12 ч;

для деревянных конструкций — от 24 ч до нескольких суток.

Если перемещения и деформации при постоянной нагрузке в ука­ занные выше сроки не затухают, то время ее выдерживания удли­ няется. Если замедления нарастания перемещений и деформаций и в этом случае не наблюдается, то испытываемый объект является агегодным для эксплуатации в заданных условиях.

81

ГЛАВА IV

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

§ 1. Общие данные

При статических испытаниях определяют:

основные показатели, характеризующие работу исследуемого объекта под нагрузкой, а именно — перемещения и деформации1”, усилия и напряжения в элементах исследуемых конструкций;

значения вспомогательных факторов, оказывающих влияние на результаты испытаний.

При испытаниях применяют приборы как с непосредственным отсчетом значений измеряемой величины, так и измерительные пре­ образователи **, позволяющие осуществлять измерения дистан­ ционно, что существенно расширяет возможности эксперимента. Преобразователи позволяют автоматизировать процесс измерения

ирегистрации значений контролируемых величин и выполнять из­ мерения в местах, не доступных для приборов с непосредственным отсчетом.

Выпускаются измерительные устройства для следующих основ­ ных измерений:

линейных перемещений — прогибомеры, сдвигомеры, индикаторы

ипреобразователи линейных перемещений;

угловых перемещений — клинометры, отвесы и т. д. и преобразо­ ватели угловых перемещений;

линейных деформаций — тензометры и преобразователи линей­ ных деформаций;

усилий — динамометры и преобразователи сил; напряжений — преобразователи напряжений бетона, грунта

ит, д.;

*Здесь и в дальнейшем термины «перемещение» и «деформация» трактуются так же, как это принято в настоящее время в курсах сопротивления материалов,

теории упругости и т. д., а именно: под деформацией понимается относительная величина, характеризующая изменение размеров (линейных и угловых) в окрест­ ностях рассматриваемой точки, в отличие от перемещения ее, выражаемого в еди­ ницах длины.

* * Преобразователем называется (ГОСТ 16263—70) средство измерений, пред­ назначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателя.

В технической литературе вместо термина «преобразователь» часто приме­ няется термин «датчик».

83

плотности — плотномеры и преобразователи плотности; температуры и влажности — термометры, влагомеры и преобра-

зователн температуры и влажности.

При сколько-нибудь значительном количестве установленных приборов и необходимости проведения неоднократных измерений по ним наиболее целесообразным является централизованное снятиеотсчетов с помощью соответствующих регистрирующих устройств,, в том числе, и с автоматической регистрацией показаний (с выда­ чей результатов цнфропечатающими аппаратами, а также в виде перфолент, магнитных записей и с непосредственным вводом полу­ чаемых данных в ЭВМ).

Однако в целом ряде случаев — при небольшом количестве то­ чек измерений, несложных испытаниях или при отсутствии измери­ тельных устройств, приспособленных для централизованных изме­ рений, приходится пользоваться приборами, требующими снятия показаний непосредственно на месте.

Ниже рассматриваются различная аппаратура и методы изме­ рений.

§ 2. Приборы для определения линейных перемещений

2-1. Диапазон и требуемая точность измерений

При испытаниях деревянных конструкций, в особенности боль­ шепролетных, приходится измерять перемещения порядка многих (иногда десятков) сантиметров; перемещения точек металлических конструкций колеблются в зависимости от размеров испытываемого' объекта — от нескольких миллиметров до десятков их; наиболее жесткими являются железобетонные конструкции, где перемещения, измеряются нередко и долями миллиметра.

Повышенные требования предъявляются при наблюдениях за характером затухания приращения перемещений во времени при выдерживании нагрузки. В большинстве случаев при этом измере­ ния оказываются необходимыми с точностью: порядка миллиметра для деревянных конструкций; десятых и сотых миллиметра — для металлических и, наконец, сотых и даже тысячных миллиметра (т. е. порядка микронов) — для железобетонных.

Для удовлетворения этих требований и обеспечения стабильно­ сти показаний необходимы приборы с высокими метрологическими: характеристиками.

2-2. Основные типы применяемой аппаратуры

Для определения перемещений применяют обычно прогибомерье

или индикаторы (подразумевается индикатор перемещений).

2-3. Прогибомеры с проволочной связью

Приборы данного типа применяются для измерения перемещений порядка сантиметров и более.

84

Вокруг шкива 2 'прогибомера, івращающегося на оси 1, перекидыва­ ется гибкая соединительная проволока 3, натягиваемая гирей 4. При изменении расстояния между испытываемым объектом и не­ подвижной точкой шкив 2 приводится в движение охватывающей его праволокой 3. С помощью системы передач этот поворот приво­ дит к смещению стрелки 5. Отсчет берется по круговой шкале на диске 7, неподвижно соединенном с осью 1. Вращая эту ось (при установке прогибомера), можно ориентировать диск со шкалой в любом положении — вертикальном, как показано на рис. 44, гори­ зонтальном или наклонном, выбирая наиболее удобное для взятия отсчетов.

Рис. 44. Схема прогибомера Н. Н. Максимова:

шкала барабанчика для учета числа полных оборотов стрелки 5

Цена деления шкалы — 0,01 мм или (в других вариантах выпол­ нения) 0,1 мм.

Ход прибора не ограничен и лимитируется лишь возможностью» беспрепятственного подъема или опускания груза, натягивающего» проволоку. Полное число оборотов стрелки отсчитывается по шкале барабанчика 8, видного в прорези диска 7 *.

* Здесь и далее не останавливаемся на различных конструктивных модифи­ кациях рассматриваемых и аналогичных им приборов, с которыми подробно мож­ но ознакомиться в рекомендуемой литературе.

85»

т

Схемы установок. При измерениях вертикальных перемещений возможны следующие основные варианты.

1 При наличии доступной неподвижной точки — схема рис. 45, а (прибор внизу) и рис. 45, б (прибор наверху). Для учета влияния осадок опор требуется установка дополнительных прогибомеров в опорных сечениях.

При испытаниях конструкций, расположенных над водой, при не слишком быстром ее течении, на дно может быть опущен тяжелый груз (рис. 45, е), к которому предварительно прикрепляется ниж­ ний конец соединительной проволоки.

2. При недоступности или большом расстоянии до неподвижных точек (а также для исключения влияния осадок опор) применяют системы шпренгелей. На рис. 46, а подвешенный проволочный

/

86

F

шпренгель оттягивается вниз вертикальной проволокой с пружи­ ной, обеспечивающей практически постоянство натяжения шпренгеля и тем самым требуемую неподвижность точки крепления прово­ локи прогибомера. На рис. 46, б показан шпренгель, оттягиваемый

всего на 10°С удлиняется более чем на 1 мм), что должно тща­ тельно учитываться при обработке результатов испытаний.

по середине пролета, то одновременно при этом вводятся и температурные по­ правки.

V 2-4. Индикаторы

Индикаторы * представляют собой стрелочные контактные при­ боры, т. е. действующие при упоре штифта.

В наиболее распространенных индикаторах массового изготов­ ления цена деления шкалы 0,01 мм, с диапазоном показаний (ходом штифта) до' 10 мм. Индикаторы специального изготовления выпус­

• Применяемое довольно часто наименование «мессура» не является удач­ ным. В переводе (с нем.) этот термин означает «измерительные часы».

87

каются с ходом штифта в несколько десятков миллиметров. Для особо точных измерений применяются микроиндикаторы с ценой де­ ления шкалы, равной 1 (или 2) мк.

Кинематическая схема индикатора показана на рис. 48. На рис. 49 показана схема измерения прогибов балочной конструкции

дации зазоров между зубцами шестерен; 7 - шестерня, натягиваемая пружпной

s

Рис. 49. Измерение прогибов балочной конструк­ ции штифтовыми индикаторами:

а —расположение индикаторов; б — гоафик упругой ли­

,88

при помощи нескольких индикаторов. Осадки опор исключаются по' показаниям крайних приборов.

При больших расстояниях между индикаторами и точками упора между ними помещают жесткие соединительные элементы, напри­ мер легкие штанги (рис. 50). Наличие подобного рода промежуточ­ ных элементов связано, однако, с возможностью дополнительных ошибок измерений в результате, хотя и малых, но трудно устрани-

Ш Щ )

1

мых постепенных смещений и обмятий в соединениях, коробления деревянных реек, изменений длины связующих металлических эле­ ментов при переменах температуры и т. п. Сказываются также коле­ бания штанг и реек при порывах ветра, что при испытаниях на от­

89