Испытание зданий и сооружений

Оглавление

1 Измерительные приборы  для статических испытаний и область их применения 1

Силоизмерительные приборы 1

2 Приборы для линейных измерений 4

Клинометры 11

   Клинометры с отвесом - маятником 12

Оптический клинометр 12

Тензометры 13

Механические тензометры 13

Электромеханические тензометры 13

Струнные тензометры 14

Тензорезисторные  тензометры 15

Сдвигомеры 18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Измерительные приборы для статических испытаний и область их применения

 

При испытании  строительных конструкций статическими нагрузками измеряются как действующая сила, так и основные виды деформаций: прогибы (перемещения), продольные фибровые деформации, углы поворота конструкций и ее элементов, сдвиги отдельных элементов конструкции или их волокон относительно друг друга, кроме того, контролируется изменение напряженного состояния и свойств самого материала конструкции под действием внешней нагрузки.

При статических  испытаниях используют прибор, как  с непосредственным отсчетом значений измеряемой величины, так и измерительные преобразователи, позволяющие осуществлять измерения дистанционно, что на практике существенно расширяет возможности инженерного эксперимента Указанные преобразователи позволяют автоматизировать процесс измерения и регистрации значений контролируемых величин и выполнять измерения в местах, недоступных для приборов с непосредственным отсчетом.

При значительном количестве установленных датчиков и приборов, а также в случае необходимости проведения неоднократных измерений, на практике в настоящее время возможно создание следящих электронных систем с автоматическим опросом и автоматической регистрацией показаний приборов с непосредственным вводом исходных данных проводимых испытаний в ЭВМ и проведением математической обработки полученных результатов.

Силоизмерительные приборы

 

При испытании строительных конструкций статическими нагрузками, создаваемыми грузовыми механизмами - домкратами, лебедками, талями или талрепами; измерение интенсивности нагрузки осуществляют динамометрами. На практике различают два вида динамометров стационарные и переносные.

Стационарные динамометры применяют в основном для поверки рабочих переносных динамометров. Указанные динамометры называются образцовыми. Образцовые динамометры должны иметь государственное свидетельство с таблицей зависимостей между нагрузками и показаниями индикатора для нескольких реперных точек.

По конструктивным особенностям рабочие динамометры подразделяются на пружинные, гидравлические и электрические. В зависимости от способа регистрации измеряемой силы различают динамометры со стрелочным указателем, со счетным приспособлением и записывающие.

Динамометры со стрелочным указателем используют, главным образом, для измерения статических усилий, а счетно-регистрирующие и записывающие - для переменных усилий. Динамометры, имеющие записывающие устройства, называются динамографами. Конструктивные особенности образцовых пружинных динамометров, гидравлических и электрических   представлены на рис. 1,2,3.

В полевых и лабораторных условиях действующую силу, прикладываемую к строительной конструкции, можно измерить и самым простым способом. В установку для измерения силы вместо динамометра вставляют металлический стержень и индикатором часового типа измеряют его относительную деформацию е на возможно большой базе с точностью 0.001 мм. Тогда действующую силу N в металлическом стержне в зависимости от его площади сечения А и модуля упругости материала стержня Е можно определить по следующей формуле:

 

N=

∙A∙E ()

 

В последнее время все  шире стали применяться электромеханические динамометры с тензорезистерной измерительной системой, представленной на рис.3.

Рассмотренные динамометры  обладают очень высокой чувствительностью, широким диапазоном измеряемых усилий. Одновременно они очень компактны по размерам и сопрягаемы с существующей вычислительной техникой, позволяющей автоматизировать все операции, связанные с измерениями и обработкой получаемых результатов.

 

        

             а                                                            б

 

Рис. 1. Образцовые динамометры: а – сжатие, б - растяжение

1 - корпус,   2 - нижняя  сита, 3 - верхняя пята, 4 – флажки, 5 - рабочая игла, 6 - индикатор

 

 

 

Рис. 2. Схема гидравлического  динамометра

1 - рабочий цилиндр. 2 - рабочий  поршень, 3 - серьга, 4 - измерительный цилиндр, 5 - поршень измерительного цилиндра, 6 – пружина, 7 - барабан, 8 –рычаг, 9 - рабочая шкала, 10 - электрический двигатель, 11 - указатель давления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                     Схема электрических соединений

а

                     

 

 

б

            

 

в

       

 

 

 

 

Рис. 3. Конструктивные особенности электромеханических  динамометров: а - для измерений растягивающих усилий, б, в - для измерений сжимающих усилий

 

 

 

2 Приборы для линейных измерений

 

Диапазон и  требуемая точность измерений. При испытаниях деревянных конструкций, в особенности большепролетных, приходится измерять перемещения порядка нескольких сантиметров. Перемещения различных точек металлических конструкций колеблются в зависимости от размеров испытываемого объектов - от нескольких миллиметров до десятков миллиметров. Наиболее жесткими являются железобетонные конструкции, где перемещения относительно не большие.

Особенно повышенные требования предъявляются при наблюдении за характером затухания приращения перемещений во времени в ходе выдерживания нагрузки. В большинстве случаев при этом необходимы измерения с точностью: порядка миллиметра - для деревянных конструкций; десятых и сотых миллиметра - для металлических конструкций; а в отдельных случаях и даже тысячных миллиметра - для железобетонных несущих и ограждающих конструкций.

Для удовлетворения всех этих требований и достижения максимальной объективности и достоверности выполненных измерении на практике необходимы приборы с высокими метрологическими характеристиками.

Прогибомеры. Приборы для измерения перемещений называют прогибомерами. В зависимости от назначения прогибомеры могут иметь различную конструкцию. В одних случаях это могут быть простейшие устройства, позволяющие замерять перемещения загруженных строительных конструкций с точностью не выше 0,1... 1 мм.

При больших перемещениях такая точность бывает достаточной. В других случаях, когда требуется высокая точность измерений, достигающая 0,01мм и выше, используются более чувствительные приборы со сложными измерительными устройствами.

Рассмотрим элементарные прогибомеры.

К наиболее простым (элементарным) прогибомерам относится устройство, представляющее собой две планки, одна из которых закреплена на железобетонном основании, а другая - на конструкции. По взаимному смещению планок судят о деформации конструкции.

Точность измерений таким  устройством. как правило, невысокая, но если металлические планки тщательно  выполнены и сопряжены между  собой, прочно закреплены и снабжены нониусным устройством, то точность измерений можно довести до 0,1 мм (рис. 4а).

Для измерения деформаций и перемещений с точностью  до 0,1...0,2 мм применяют рычажные прогибомеры. При этом перемещение одного плеча рычага равно перемещению конструкции, а перемещение другого плеча, фиксируемое на рабочей шкале, а К раз больше (рис. 4б, в). Недостаток таких элементарных приборов связан с тем, что они имеют небольшое увеличение (К 10...20) и одновременно в системе возможны различные люфты и неточности в соотношении плеч.

 

                                                  а

                                                               б

                                                               в

 

Рис. 4. Конструктивные схемы элементарных прогибомеров;

а - прогибомер прямого  измерения.

б, в - прогибомеры  с рычажными усилителями,

 

1- изогнутая   ось загружаемой конструкции; 2 - рабочее плечо прогибомера. 3 - неподвижное плечо прогибомера; 4 - рычаг; 5 - неподвижные опоры

 

 

На практике при измерениях вертикальных перемещений строительных конструкций возможны варианты установочных схем, показанные на рис.8 и рис 9.

Для более точных измерений применяют прогибомеры, в которых используется редукторная кинематическая схема. В настоящее время в статических испытаниях широко используются три разновидности прогибомеров: прогибомер Максимова, прогибомер Емельянова и прогибомер Аистова, кинематические схемы которых представлены на рис. 5,6,7.

 

 

Рис.5. Кинематическая схема прогибомера Максимова:

1 - нерастяжимая нить;

2 - рабочий шкив;

3 - рабочий диск:

4 - регистрирующая  стрелка

 

 

Рис.6. Кинематическая схема прогибомера Емельянова:

1. - нерастяжимая нить;
2. - рабочий шкив;
3. - рабочий диск;
4. - регистрирующая стрелка

 

 

Рнс.7. Кинематическая схема  прогибомера Аистова:

1 - нерастяжимая  нить, 2 - рабочий шкив; 3 - рабочий диск; 4 - регистрирующая стрелка

 

 

 

В прогибомере Максимова (рис.5) перемещение гибкой нерастяжимой нити 1. охватывающей шкив 2 и соответствующей такому же перемещению испытываемой конструкции, вызывает поворот диска 3 на угол и стрелки 3 на угол k (k - соотношение диаметров диска и фрикционного барабана). При этом точность отсчета по рабочей шкале достигает 0,05 мм. Диапазон измерений - неограниченный. Одним из главных недостатков прибора является наличие в кинематической схеме прибора - нежесткого фрикционного соединения.

В прогибомере Емельянова (рис.6) передача вращения осуществляется с помощью шестерен. При этом шкив шестерен и стрелки находятся в параллельных плоскостях. По одной шкале отмечаются целые миллиметры, по другой - до 0,01мм. При этом диапазон измерений в одном приборе также неограничен. Люфт зубчатого соединения устраняется с помощью пружины разворачивающей шестерни в противоположные стороны.

У прогибомера Аистова (рис.7) принципиальная кинематическая схема практически аналогична предыдущей схеме. Однако используемые в ней некоторые усовершенствования позволяют одновременно на трех рабочих шкалах оценивать перемещения испытываемой конструкции со следующей точностью: на первой до 1 см (полный поворот равен 10 см), на второй- до 1мм (полный поворот равен 10 мм). на третьей - до 0,01 мм (полный поворот равен I мм).

1. При наличии доступной неподвижной точки - схема на рис.8а (прибор внизу) и схема на рис.8, б (прибор наверху). Для учета влияния осадок опор требуется установка дополнительных прогибомеров в опорных сечениях. При испытаниях строительных конструкций над водой, при отсутствии быстрого ее течения, на дно может быть опущен тяжелый якорь (рис.8в), к которому предварительно прикрепляется нижний конец соединительной нити (проволоки).
2. При недоступности или большом расстоянии до неподвижных точек, а также с целью исключения влияния осадок опор на практике достаточно часто применяют систему шпренгелей. В частности, на рис.9а показан подвешенный проволочный шпренгель, который оттягивается вниз вертикальной проволокой с пружиной, обеспечивающей практическое постоянство натяжения шпренгеля и тем самым требуемую неподвижность точки крепления рабочей проволоки 4 и прогибомера 3.

На рнс.9б показан шпренгель, оттягиваемый подвешенным грузом, а  на рис.9, в видно, как постоянство  натяжения шпренгеля обеспечивается пружиной, соединяющей его вершину с верхним поясом испытываемой балки.

Пример установки прогибомеров для измерения горизонтальных перемещений испытываемого объекта приведен на рис.10.

Одновременно следует  отмстить, что на результаты измерений  перемещений, с помощью рассмотренных прогибомеров значительное влияние оказывает изменение длины проволоки в зависимости от температуры воздуха и нагрева её лучами солнца. Так, стальная проволока длиной 1 метр при повышении температуры на 10°С удлиняется более чем на 1 мм, что должно тщательно учитываться при обработке результатов проведенных испытаний.

Индикаторы (мессуры). Для измерения небольших по абсолютной величине перемещений применяют индикаторы часового типа, которые устанавливаются на неподвижной опоре с упором подвижного измерительного стержня в испытываемую конструкцию или закрепляются на испытываемой конструкции с упором подвижного стержня в какую-либо неподвижную точку. Поэтому очень часто индикаторы называют контактными прогибомерами.

На практике применяют  следующие индикаторы:

• с ценой деления 0.01мм  и  пределом  измерения 0...50мм; 0...25мм; 
0...10мм; 0...5мм; 0...2мм;

• с ценой деления 0,001мм и пределом измерения 0...1мм.

а                                                     б                                                  в

                             

 

Рис. 8. Установка прогибомеров с проволочкой связью:

а - установка прогибомеров внизу;