§ 6. Сдвигомеры

Деформации сдвига измеряют приборами, которые называют сдвигомерами.

Простейшие способы и приспособления для измерения дефор­мации сдвига.Деформации сдвига можно измерить штангенцирку­лем. Этот способ прост, но дает низкую степень точности измере­ния и потому его рекомендуют лишь в том случае, когда абсолют­ное значение деформации сравнительно велико, например при испытании деревянных составных балок.

Для измерения сдвига составной деревянной балки в каждый ее элемент вбивают гвозди, и расстояние между ними измеряют штангенциркулем. При загружении конструкции происходит сдвиг элементов составного сечения и тем самым изменяется расстояние между гвоздями, которое заново измеряют. Разность этих двух измерений и есть величина деформации сдвига. Точность измере­ния деформации этим способом не превышает 0,1 мм.

Для более точного измерения деформации сдвига между отдельными элементами деревянной составной балки можно использовать индикатор 4,который закрепляют на испытываемый элемент (рис. 1.31). С задней стороны индикатора закреплена металлическая планка2,которую установочными штифтами3и5 крепят на верхний элемент составной балки. Шток индикатора должен быть параллелен направлению сдвига, а его конец должен упираться в упор 1, который закреп­лен на нижнем элементе составной балки. Для изме­рения величины сдвига тре­буется два отсчетас₁ и с₂ на шкале индикатора (где с₁— отсчет до загружения балки, с₂—после загруже­ния). Величина сдвигав мм

δ = 0,01 (с₂ – с₁) (1.15)

Тензометр - сдвигомер Н. Н. Аистова(рис. 1.32) представляет собой в основ­ном тензометр Н. Н. Аисто­ва, к которому добавлены некоторые детали.

На горизонтальной час­ти основания прибора (рис. 1.33, а) имеются два отверстия; через них пропу­щены стержни 2и3,одни концы этих стержней кре­пятся винтами6и держате­лями4(рис. 1.33, в), а другие крепятся на планку (станину) 7. На одном конце планки 7 закреплен опорный конус 1, а на другом — качающийся упор5, который представляет со­бой маленькую рамку(рис.1.33,6), опирающуюся на испытываемый элемент в двух точках по линииАС. На нижнем конце планки 7 находится прорезь10с тре­угольным поперечным сечением,куда входит треугольный упор8рамки5.В процессе установки прибора рамка5надевается на конец станины 7 и укрепляется винтом9.После установки прибора винт9вывинчивается и тем самым рамка освобождается.

стр.88-89

…диаметров отпечатка. Диаметры отпечатков должны отличаться друг от друга не более чем на 15%, в противном случае их не пользуют

Приборы динамического действия. Из приборов динамического действия наиболее простым в конструктивном отношении и по методике испытания является молоток системы И А Физделя. Ударная часть прибора заканчивается стальным шариком диаметром 17,46мм. В результате удара шарик вдавливается в тело бетонного изделия, на поверхности которого появляется отпечаток. Между прочностью бетона на сжатие и раз­мером отпечатка существует зависимость, при помощи которой определяют приближенное значение предела прочности бетона на сжатие Естественно, что размеры отпечатков будут зависеть от силы удара молотка, а так как трудно осуществить удары одинаковой силы, то определение предела прочности бетона происходит в этом случае приближенно.

Эталонный молоток К. П. Кашкарова. Устройство молотка позволяет исключить влияние силы удара на результаты измерений,так как отпечатки получаются одновременно на бетоне с неизвестной прочностью и на эталонном стержне с известными характеристиками.

Эталонный молоток (рис IV 6) состоит из корпуса 1 с металлической рукояткой 2,на которую надет резиновый чехол, стакана 5 с отверстиями для шарика 7 диаметром 15мми эталонного стержня6.

Эталонный стержень изготовляют из горячекатаной арматурной стали Ст. 3 класса А-Iс твердостью 200 кГ/см2 по Майеру, длиной 150мми диаметромd_э = 10 мм. Один конец стержня заострён для облегчения введения его в молоток. Определение марки бетона происходит следующим образом .На намеченном участке поверхности образца или конструкции с размаха наносят серию ударов с такой силой, чтобы получить достаточно крупные, удобные для измерения отпечатки на бетоне и на эталонном стержне . Расстояние между отпечатками должно быть не менее 30мм.

После каждого удара на бетоне и эталонном стержне появля­ются отпечатки диаметром d_б иd_э . Между отношениемd_б :d_э и пределом прочности на сжатиеR_сжсуществует определенная связь, которую можно выразить с помощью тарировочной кривой, если произвести параллельные испытания бетон­ных кубов.

Как показали опыты, погрешности, полу­чаемые при определении прочности бетона с помощью эталонного молотка, составляют 10-15%

Прибор Польди—Вайцманаразработан Чехословацкой Академией наук и сложит для определения предела прочности бетона по от­печаткам шариков на теле бетона и на эта­лонной металлической пластинке (рис. IV.?). Прибор состоит из корпуса 1 длиной 125мм, внутри которого расположен стержень 2, при­жимающий эталонную пластинку3,стального шарика4диаметром 10мми наконечника 5.

При определении предела прочности бето­на прибор с шариком устанавливают перпен­дикулярно на очищенной поверхности бетона и по верхнему концу стержня наносят удары молотком массой 2 кг.В результате ударов на теле бетона и на эталонной пластинке оста­ются отпечатки диаметрамиd_б иd_э.

Между твердостью бетона Т_б и отноше­ниемd_б :d_э существует зависимость

Т_б= 200(d_б /d_э)². (IV.2)

Между Т_би пределом прочности бетона на сжатиеRсж также существует зависимость (формула К Вайцмана):

R_сж= 0,16 Т_б²+ 6Т_б. (IV.3)

Определение предела прочности бетона на сжатие этим прибором дает погрешность ±10%.

Прибор для определения марки бетона типа ХПС стандарт ДИН 4240 (ГДР) (рис IV 8) серийно изготовляет завод испытательных машин в г Лейпциге.

Прибор состоит из цилиндрического корпуса 1, внутри которого помещен передвижной ударный стержень 6,заканчивающийся шариком 7 диаметром 10 мм, нажнмной пружины 3, держателя защелок бойка, двух втулок н конической гильзы8 .

Прибор устанавливают перпендикулярно по отношению к поверхности бетонного образца или изделия. Нажимая рукой на крышку корпуса, ударный стержень вдавливают во внутреннее пространство корпуса. При движении он влечет за собой держатель с защелками и боек, одновременно сжимая пружину до тех пор, пока защелки не дойдут до конической гильзы, где они расщепляются, освобождая боек; последний под действием пружины ударяет по ударному стержню .В результате удара на поверхности бетона появляется отпечаток. Переключающим сегментом 5 устанавливается необходимая энер­гия удара.

Диаметр отпечатка измеряется специаль­ной лупой в двух взаимно перпендикулярных направлениях с точностью 0,1 мм.

Этим прибором можно определить предел прочности бетона на сжатие в пределах от 50 до 600 кГ/см².

Предел прочности бетона определяют при помощи тарировочной кривой, построенной для конкретных производственных условий, путем параллельных испытаний образцов.

При вертикальном расположении прибора сверху испытываемой конструкции предел прочности бетона, определенный по тариро­вочной кривой, увеличивают на 5%, при рас­положении снизу—уменьшают на 5%.

Для измерения отпечатков на бетоне и на эталонном стержне применяют угловой мас­штаб (рис. 1У.9), его изготовляют из двух стальных измерительных линеек, соединенных под углом α,sin α/2которого равен 0,05. Линейки укорачивают и склепывают так, что­бы «нуль» масштаба совпадал с делением линейки 10см,а расстояние между линейками против деления 20см было 10мм.

Точность измерения диаметра отпечатка угловым масштабом равна 0,1 мм.

При измерении отпечатков на бетоне угло­вой масштаб надвигают поперек большой оси отпечатка так, чтобы края отпечатка совпадали с внутренними гранями линеек на одних и тех же делениях. Диаметр отпечатков на бетоне или на эталонном стержне соответствует делению, совпа­дающему с точками касания отпечатка. Из этого деления вычи­тают нулевой отсчет, равный 100 мм; оставшуюся величину в миллиметрах уменьшают в 10 раз и получают искомый диаметр отпечатка.

Если при определении прочности бетона очертание отпечатка пишется от окружности, то измеряют больший диаметр отпечатка.

Учет различных факторов, влияющих на результаты определения прочности бетона методом упругого отскока и методом пластических деформаций.

Следует отметить, что определение прочностных характеристик бетона указанными выше методами возможно лишь в том случае, если для построения тарировочной кривой использовались образцы (кубики), основные показатели которых (состав бетона, технология изготовления, свойства использованных материалов, условия хранения и др.) были одинаковыми с бетоном исследуемой конструкции.

В этих условиях опыт дает удовлетворительные по точности результаты.

Когда эти условия не соблюдаются, в каждом отдельном слу­чае требуется построение тарировочной кривой Если же это по каким-либо причинам не удается, вводят поправочные коэффици­енты.

Основной фактор, от которого зависит прочность бетона, это содержание в нем влаги, меняющееся в зависимости от эксплуата­ционных условий. Учет влияния влаги в том случае, когда построение тарировочной кривой невозможно, осуществляется по формуле

R_сж = k_вR⁰_сж (1У.4)

где R_сж—предел прочности бетона испытываемой конструкции;

k_в—поправочный коэффициент; R⁰_сж—предел прочности бетона на сжатие с влажностью, соответствующей тарировочной кривой.

При отсутствии опытных данных допускается принимать значе­ния поправочных коэффициентов k_в в зависимости от степени влажности бетона по табл. IV.1 [30].

стр.98-99

…Поверхностные волны распространяются только в узком поверхностном слое, не затрагивая глубинных слоев материала

Скорости продольных волн примерно вдвое больше скорости поперечных. Скорость поверхностных волн ориентировочно ни 10% меньше скорости поперечных.

Между скоростью распространения ультразвука υ (в м/сек), длиной волны λ (в м), частотой f (в гц) существует зависимость

λ = υ / f (IV.11)

Скорость распространения ультразвука зависит от плотности и упругости среды:

,

где Е_д—динамический модуль упругости; ρ — акустическая плотность среды; ρ = γ/g;γ -объемная масса мате риала;g - ускорение силы тяжести.

Эта формула соответствует стержневым телам (цилиндр, призма) с со отношениями размеров l:d>5 и λ>3d (где l -длина стержня, а d. - наибольший размер сечения стержня).

При прохождении ультразвуковых продольных волн в плитах (когда d<2λ), скорость определяют по формуле

,

где μ—динамический коэффициент Пуассона, определяемый отношением скоростей распространения продольныхυ_при поперечных υ_попволн:

В бетонных массивах при d≤ 2λ скорость распространения ультразвуковых поперечных волн определяют по формуле

В неоднородных телах при распространении ультразвуковых волн всех видов имеет место отражение, перелом и дифракция.

Законы отражения, перелома и дифракции ультразвуковых волн аналогичны законам оптики.

Сущность импульсного ультразвукового метода заключается в том, что скорость распространения ультразвуковых волн в бетоне зависит от модуля упругости, который в свою очередь связан с прочностью.

Для получения ультразвука существует несколько способов, в том числе пьезоэлектрический. Он основан на способности неко­торых кристаллов менять свои размеры под воздействием элек­трического тока. Такими свойствами обладает, например, кварц и некоторые искусственные материалы, такие как сегнетова соль, титанат бария, цирконат титанат свинца (ЦТС) и др. Это свойство обратимое (т. е. при деформировании таких веществ на них выде­ляются электрические заряды) и называется пьезоэффектом.

Вещества, обладающие пьезоэффектом, применяют как для излучения ультразвука, так и для приема.

На рис. IV.14 показана упрощенная блок-схема ультразвуково­го прибора, принцип работы которого заключается в следующем.

Высокочастотный электронный генератор 1периодически посы­лает электрические импульсы в излучатель2,в котором имеется пьезобатарея, преобразующая электрические импульсы в ультразвуковые. Из излучателя ультразвуковые импульсы поступают в исследуемый бетонный элемент3и затем в приемный щуп4,где они преобразуются в электрические импульсы, которые поступают на усилитель5и далее в индикатор6.

В приборе имеется специальное электрическое устройство, которое в момент попадания электрического импульса на щуп-из­лучатель подает такой же импульс на осциллограф; на экране осциллографа в начале линии развертки появится вертикальный зубец а(рис. IV.14). Такой же зубецbпоявится на экране осцил­лографа в момент, когда на приемный щуп поступает ультразвуко­вая волна, прошедшая исследуемый материал. Она преобразуется в электрический импульс и после усиления попадает в осцилло­граф.

Таким образом, на экране осциллографа возникает два импульса в виде зубцов а и b.Одновременно специальным блоком меток…