Лабораторная работа № 2. Метрологическая поверка приборов для определения перемещений и деформаций

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО «Кубанский государственный
технологический университет»

 

Кафедра Строительные конструкции

 

 

ОБСЛЕДОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ СООРУЖЕНИЙ

 

Методические указания по выполнению лабораторных работ
для студентов очной формы обучения специальности
08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений
(специализация «Строительство высотных
и большепролетных зданий и сооружений»)

 

Краснодар

2019

Составитель: канд. техн. наук, доц. А.А. Хорошев.

 

 

Обследование и испытание сооружений: методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов очной формы обучения специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений (специализация «Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений») / Сост.: А.А. Хорошев; Кубан. гос. технол. ун-т. Каф. строительных конструкций. – Краснодар: 2019. – 33 с.

 

Приведены рекомендации по содержанию и порядку выполнения лабораторных работ, список рекомендуемой технической литературы.

 

 

Рецензенты: канд. техн. наук, доц. кафедры СК КубГТУ М.М. Тамов;

          канд. техн. наук, исп. директор НОУ ЦПК «Строитель»

          Х. С. Хунагов

 

 

Содержание

1 Правила техники безопасности. 4

2 Лабораторная работа № 1. Силовое оборудование лабораторий по испытанию строительных материалов и конструкции. 5

3 Лабораторная работа № 2. Метрологическая поверка приборов для определения перемещений и деформаций. 12

4 Лабораторная работа № 3. Построение градуировочных кривых для приборов механического определения прочности бетона в конструкциях. 16

5 Лабораторная работа № 4 Тензорезистивный метод измерения деформаций 19

6 Лабораторная работа № 5. Определение прочности бетона в конструкциях неразрушающими методами. 25

7 Лабораторная работа № 6. Определение толщины защитного слоя и диаметра арматуры.. 30

Список рекомендованной литературы.. 33

 

Правила техники безопасности

Выполнение лабораторных работ связано с эксплуатацией различных лабораторных установок и приборов. Поэтому каждый студент должен пройти инструктаж по правилам техники безопасности с записью в специальном журнале. Приступать к лабораторной работе можно только после получения разрешения преподавателя.

Перед началом лабораторной работы студент должен ознакомиться с заданием и лабораторной установкой, иметь на рабочем месте только те предметы и оборудование, которые необходимы для выполнения работы. В процессе выполнения лабораторной работы студент может включать оборудование и приборы только с разрешения преподавателя. Соблюдать описанный в методических указаниях порядок выполнения работы. При возникновении аварийной ситуации сообщать о случившемся преподавателю. Запрещается включать оборудование, не относящееся к выполняемой работе, оставлять включенное оборудование без присмотра, оставаться в лаборатории при выполнении работы одному.

Часть лабораторных установок и приборов питается от сети напряжением 380/220В, поэтому требуется соблюдать меры электробезопасности. Не допускать одновременного прикосновения к металлическим корпусам электроустановок и металлоконструкциям, имеющим соединение с землей. При возникновении нарушений в работе электрооборудования обесточить лабораторию. При обнаружении нарушений защитного заземления доложить об этом преподавателю. Не нарушать маркировку розеток и элементов оборудования, расположение информационных табличек.

Запрещается передвижение по лаборатории без необходимости.

Запрещается находиться в лаборатории в верхней одежде, а также вешать ее на лабораторное оборудование.

Все работающие в лаборатории обязаны бережно относиться к оборудованию.

После окончания лабораторной работы студент должен выключить лабораторную установку, используемые приборы и привести в порядок рабочее место.

 

2 Лабораторная работа № 1. Силовое оборудование лабораторий по испытанию строительных материалов
и конструкции

Цель работы

Изучить силовое оборудование.

2.2 Перечень необходимых материалов и оборудования:

- гидравлический пресс ПСУ-250;

- гидравлическая машина для испытания на растяжение (разрывная) МР-500 (кН);

- стационарный универсальный испытательный стенд;

- стенд для испытания конструкций в горизонтальном положении;

- гидравлический домкрат системы ЦНИИСК;

- насосная станция НСР-400 с маслопроводами;

- технический манометр;

- динамометр системы Токаря.

Содержание работы

Ознакомиться с оборудованием лабораторий по испытанию строительных конструкций и материалов.

Испытательные машины и прессы. Для проведения статических испытаний на сжатие, поперечный и продольный изгиб стандартных образцов, деталей, узлов и строительных конструкций используются:

Рис. 2.1 Пресс гидравлический ПСУ-250

- прессы ПММ(ИПС)-1000;500;200 и 125 (тс), ПСУ-250;

- универсальные испытательные машины для статических и динамических испытаний: МУЛ-200; 100;20 (тс);

- универсальные машины для статических испытаний на растяжение, сжатие, изгиб и загиб: УММ-200 (тс), Р-100;50;20;5;0,5 (тс), МР-0,5-1 (тс), РМУ-0,05-1 (тс);

- прессы для проведения статических испытаний стандартных образцов стройматериалов: П-500;250;125;50;10;5;2,5 (тс).

Когда размеры испытываемой конструкции и необходимые усилия превышают возможности прессового оборудования, испытания проводят на специальных стендах с помощью гидравлических домкратов.

Для использования в полевых условиях применяют сборно-разборные инвентарные стенды (обычно это замкнутые системы, работающие в горизонтальном положении и не нуждающиеся в фундаменте), в лабораторных условиях - стационарные стенды, монтируемые на силовой плите (полу).

Силовая плита - это железобетонный массив толщиной 1-1,5 м, выполняющий две функции:

- фундамента, воспринимающего все направленные вниз усилия;

-анкера, воспринимающего все выдергивающие усилия.

Силовая плита армируется в продольном и поперечном направлениях, для обеспечения анкеровки в ней устраиваются анкерные щели (ручьи). Щели образуются обычно из двух мощных швеллеров, устанавливаемых параллельно с зазором около 100 мм между стенками, под швеллерами устраивается при бетонировании пустота на ширину полок для размещения в ней анкерных устройств. Швеллера усиливаются ребрами жесткости, к ним приваривается система арматурных стержней, которые способствуют более надежному закреплению ручья в бетоне.

Рис. 2.2 – Стенд с вертикальной передачей нагрузки: 1 - испытываемая конструкция; 2 - опоры; 3 - верхняя траверса; 4 - домкрат; 5 - анкерная тяга; 6 - распределительная траверса; 7 - динамометр; 8- силовая плита

Стационарные стенды подразделяются на стенды с вертикальной и горизонтальной передачей нагрузки (рис.2.2-2.4).

 

Рис. 2.3 – Стенд с вертикальной передачей нагрузки (при испытании конструкции в перевернутом состоянии). 1,2,4-8 - то же, что и на рис 2.2; 3 - анкер

 

 

Рис. 2.4 – Стенд с горизонтальной передачей нагрузки: 1 - неподвижные траверсы; 2 - подвижная траверса;3 - направляющие; 4 - домкраты; 5 - анкерные тяги; 6 - испытываемая конструкция

 

На рис.2.5 показано, как имитируются шарнирно-неподвижная и шарнирно-подвижная опоры.

Рис. 2.5. Имитация шарнирно-неподвижной и шарнирно-подвижной опор

 

На рис.2.6 показана рычажная силовая установка, в которой нагрузка создается не гидравлическим домкратом, а с помощью штучных грузов.

 

Рис. 2.6. Рычажная силовая установка: 1 - испытываемая конструкция; 2- опора; 3 - рычаг; 4 - анкерная тяга; 5 - грузовая площадка

 

Недостатком установки является большая трудоемкость при создании нагрузки, основное достоинство - знание точного значения разрушающей нагрузки (чего невозможно добиться при использовании гидравлического домкрата).

Домкраты. По способу создания нагрузки домкраты делятся на гидравлические и винтовые. Для испытания строительных конструкций чаще всего применяют гидравлические домкраты. Их действие основано на законе гидростатического давления: сила, развиваемая домкратом, равна произведению площади поршня на давление в рабочей полости домкрата. Давление создается насосом, подающим масло. Сорта масел - ВМРЗ и МГ-30 (реже – «Индустриальное-20 (30)» веретенное, трансформаторное). Наибольшее распространение получили облегченные домкраты системы ЦНИИСК. Это - тщательно обработанные цилиндрические пары. Внешний цилиндр имеет два отверстия с резьбовыми штуцерами для присоединения маслопроводов от насосной станции, внутренний - является поршнем (плунжером). Грузоподъемность их составляет 50–500 кН, ход поршня 100–150 мм.

Для использования домкрата в составе испытательного стенда его предварительно тарируют в комплекте с манометром насосной станции. Суть тарировки: домкрат зажимают между плитами гидравлического пресса, и подают в него масло от насосной станции; возникающее в рабочей полости давление передается прессу, стрелка его начинает отклоняться; ступени нагружения - по 0,1 от максимального усилия домкрата; берут одновременно отсчеты по шкале пресса и по шкале манометра, в итоге составляется тарировочная таблица.

Гидравлический домкрат имеет один недостаток - при его использовании нельзя точно зафиксировать значение разрушающей нагрузки (он развивает усилие только в случае, когда испытывает сопротивление со стороны конструкции; когда же оно вдруг частично исчезает (при сильных деформациях конструкции), развиваемое усилие сразу же уменьшается, и по динамометру фиксируется меньшее усилие, чем за мгновение до того, как исчезло сопротивление).

Насосная станция состоит из насоса простого действия, масляного бачка емкостью 10 л, распределительной коробки, рычага или электродвигателя и манометра. Типы насосных станций: НСР-400 (ручная) и НСП-400 (с электроприводом), 400 - максимальное давление, создаваемое насосной станцией, ат.

Станция соединяется с домкратами высоконапорными трубками из нескольких слоев резины и хлопчатобумажной ткани (маслопроводами), концевые участки их бронированы металлической оплеткой.

Манометр (от греческого manos - редкий, неплотный и metreo - измеряю) - прибор или установка для измерений давления или разности давлений. В зависимости от назначения манометры разделяются на:

- дифференциальные (для измерений разности давлений);

- абсолютного давления;

- избыточного давления (для измерений разности между абсолютным значением измеряемого давления и абсолютным давлением окружающей среды);

- вакуумметры.

В установках для испытания конструкций применяют манометры с трубчатой пружиной (рис. 2.7).

 

Рис. 2.7. Трубчатый манометр: 1 – трубчатая пружина; 2 – рычаг передаточного механизма; 3 – передаточный механизм; 4 – стрелка и шкала отсчётного устройства)

 

Перемещение свободного конца пружины пропорционально давлению жидкости внутри самой пружины. Технические манометры высокого давления имеют следующие предельные значения шкал: 60; 80; 100; 120; 160; 200; 250; 300; 400 и т.д. до 2000 ат. Различают два класса точности: 2,5 и 4, т.е. с допуском предельной ошибки при измерении не более 2,5 и 4 %.

Динамометры бывают двух видов: стационарные и переносные. Стационарные служат для поверки рабочих переносных, которые делятся на пружинные, гидравлические и электромеханические.

В пружинном динамометре (рис.2.8) усилие передается непосредственно пружине. Предполагается, что между силой и деформацией пружины существует линейная зависимость.

Гидравлический динамометр, как и пружинный, измеряет растягивающие и сжимающие силы (рис. 2.9).

 

Рис. 2.8. Пружинный динамометр Токаря

 

Рис. 2.8. Схема гидравлического динамометра: 1 – рабочий цилиндр, 2 – рабочий поршень, 3 – серьга, 4 – измерительный цилиндр, 5 – поршень измерительного цилиндра, 6 – пружина, 7 – барабан самописца, 8 – рычаг, 9 – рабочая шкала, 10 – электродвигатель, 11 – указатель давления

 

 

б) в) Рис. 2.9. Схемы электромеханических динамометров: а – для измерений растягивающих усилий, б, в – для измерений сжимающих усилий

 

Вопросы для самопроверки при подготовке к защите лабораторной работы

1. Область применения испытательных машин и стендов.

2. Принцип действия гидравлического домкрата.

3. В чем особенность армирования силовой плиты?

4. Какие бывают стенды с вертикальной передачей нагрузки?

5. Чем различаются шарнирно-неподвижная и шарнирно-подвижная опоры?

6. Достоинства и недостатки рычажной силовой установки.

7. Как измерить силу, создаваемую домкратом?

 

Лабораторная работа № 2. Метрологическая поверка приборов для определения перемещений и деформаций

3.1 Цели работы:

1. Изучить требования, предъявляемые к метрологическому обеспечению экспериментальных исследований»

2. Протарировать тензометр Гугенбергера, несколько тензорезисторов, индикатор часового типа и прогибомер Максимова.

Рис. 3.1. Схема загружения и расположения приборов на тарировочной балочке

 

3.2 Перечень необходимых материалов и оборудования:

- стационарный универсальный испытательный стенд;

- тарировочная балочка пролетом 1050 мм с двумя грузовыми площадками;

- грузы по 0,5 кг - 8 шт;

- тензометр Гугенбергера с базой 20 мм;

- два тензорезистора с базой 20 мм (на балочке);

- тензорезистивный прибор ИДЦ-1;

- индикатор часового типа с кронштейном для его крепления;

- прогибомер Максимова.

Содержание работы

Поверку приборов осуществляем с помощью тарировочной балочки, загружаемой в третях пролёта равными сосредоточенными силами (рис.3.1).

Напряжения на нижней и верхней гранях сечения балочки определяются, как известно, по формуле

,

где М - изгибающий момент;

W - момент сопротивления сечения.

Учитывая, что ,  и , получаем

.

Напряжение, соответствующее деформации, измеренной тензометром Т, составит

где  - относительная деформация;

 - линейная деформация, мм;

 - база тензометра,  мм;

 - модуль упругости стали, из которой изготовлена балочка,

 МПа (Н/мм²).

Тогда отношение , являющееся поправочным коэффициентом К, будет равно

.        (1.1)

Чтобы коэффициент К был равен 1. стрелка прибора при увеличении Р, например, от 0 до 20 Н должна отсчитать  деления, где  мм - цена одного деления шкалы тензометра.

Определим, каково действительное значение этого коэффициента:

- установить стрелку тензометра на незагруженной балочке на 50;

- загрузить балочку нагрузкой Н (прямой ход), снять отсчёт С по прибору и занести его в табл. 3.1;

- разгрузить балочку (обратный ход), снять отсчёт С и занести его в таблицу;

- повторить указанные операции ещё четыре раза;

- найти разности  между каждым последующим и предыдущим отсчётами (по абсолютной величине) для каждого из пяти ходов отдельно, занести их в таблицу;

- определить деформации , соответствующие полученным разностям, если цена деления шкалы тензометра 0,001 мм;

- просуммировать все значения  в последней графе таблицы 3.1;

- найти среднее арифметическое значение ;

- подставив в формулу (3.1) значение , определить поправочный коэффициент тензометра;

- определить вариацию показаний тензометра по формуле , учитывая показания прибора не только для каждого отдельного хода, а все десять показаний;

- сделать вывод о пригодности тензометра к дальнейшей эксплуатации (нормальная вариация не должна превышать одного деления шкалы).

Поправочный коэффициент индикатора К, измеряющего прогиб ба- лочки в середине её пролёта при загружении по схеме чистого изгиба, определяется по формуле

где  - приращение нагрузки на каждой очередной ступени загружения;

 - приращение прогиба на этой ступени, измеренное индикатором, мм.

Чтобы коэффициент К был равен 1, стрелка прибора при  Н должна отсчитать  делений, где  мм - цена одного деления большой шкалы индикатора.

Поверку прогибомера Р осуществляем с помощью индикатора, поэтому поправочный коэффициент прогибомера определяется соотношением

,                                    (1.3)

где  - приращение прогиба на очередной ступени загружения, измеренное прогибомером, мм.

Таблица 1.1

Этап измерения					, мм
Первый ход	Прямой	P=0 P=20 Н	50	-	-
	Обратный	P=0
Второй ход	Прямой	P=0 P=20 Н	50	-	-
	Обратный	P=0
Третий ход	Прямой	P=0 P=20 Н	50	-	-
	Обратный	P=0
Четвертый ход	Прямой	P=0 P=20 Н	50	-	-
	Обратный	P=0
Пятый ход	Прямой	P=0 P=20 Н	50	-	-
	Обратный	P=0

Для определения действительных значений поправочных коэффициентов тензорезисторов, индикатора и прогибомера следует:

- поэтапно (через  Н) загрузить балочку и найти разности отсчётов по каждому из приборов по формуле , где  и  - отсчёты соответственно до и после приложения к балочке  на j-й ступени загружения; занести их в табл 3.2;

5

I      |Р       *      0 (Прямой       |Р   -       20   Н I 1

|Обратный|Р - О 4 1

I         IP       -      О (Прямой       |Р   *       20   Н I 1

50

6

(

Таблица 1.2

Нагрузка, Н	Отсчеты и разности отсчетов по приборам
	Тензорезистор на растянутой грани Тr-1		Тензорезистор на сжатой грани Тr-2		Индикатор			Прогибомер
							, мм			, мм
0
5
10
15
20

- найти среднюю разность отсчётов для обоих тензорезисторов по формуле

,

где  и  - средние разности по каждому из тензорезисторов , взятые по абсолютной величине;

- найти средние разности отсчётов (деформаций) по индикатору ( ) и прогибомеру ( );

- по формуле  определить поправочный коэффициент тензорезисторов;

- подставив в формулы (3.2) и (3.3) значения  и , определить поправочные коэффициенты индикатора и прогибомера.

Вопросы для самопроверки при подготовке к защите лабораторной работы

1. Область применения тензометроы.

2. Принцип действия тензометра Гугенбергера.

3. Принцип действия тензорезистора.

4. Принцип действия пьезоэлектрического тензодатчика.

5. Назначение тензорезистивного прибора ИДЦ-1.

6. Какова цена деления прогибомера Максимова?

7. Что такое вариация показаний измерительного прибора?

 

4 Лабораторная работа № 3. Построение градуировочных кривых для приборов механического определения
прочности бетона в конструкциях

Цель работы

Научиться пользоваться приборами для определения прочности бетона по характеристикам его поверхностного слоя (молотком И.А. Физделя и прибором А.М. Крюкова и Н.В. Гаврилова КГ-1 (прибором ЛИСИ).

4.2 Перечень необходимых материалов и оборудования:

- бетонные кубы-образцы с ребром 20 см (промаркированные, из трех разных серий) - 3 шт.;

- карборундовый брусок или круг;

- штангенциркуль;

- копировальная бумага - 15 листов;

- тонкая белая бумага - 15 листов;

- молоток И.А.Физделя;

- прибор КГ-1;

- гидравлический пресс ШУ-250 (тс);

- микроскоп МПБ-2 (трубка Бринелля).

4.3

9

Содержание работы

Для построения градуировочной зависимости «диаметр отпечатка d при ударе индентора - прочность бетона R» проводим параллельные испытания образцов бетона вначале методом пластических деформаций, а затем на гидравлическом прессе до разрушения.

Градуировочная зависимость строится по результатам испытания не менее 15 серии образцов-кубов, каждая серия включает в себя три образца-близнеца. Студенческая подгруппа испытывает по одному образцу из трех разных серии.

Испытанию подвергаются кубы с ребром 20 см. Кубы такого размера в наибольшей степени (по сравнению с кубами меньшего размера) обеспечивают соответствие условий их испытания и испытания отдельных участков натурных конструкций методом пластических деформаций. Для перевода предела прочности таких кубов к прочности эталонного куба с ребром 15 см используется переводной коэффициент .

Порядок работы на занятии:

- перед испытанием поверхности бетонных кубов, изготовленных и хранившихся в соответствии с действующим стандартом, отшлифовать карборундовым бруском или кругом (за исключением грани, выравнивавшейся после вибрирования вровень с краями формы; далее ее будем называть поверхностью бетонирования);

- измерить штангенциркулем (с точностью до 0,1 мм) грани, определяющие средние рабочие площади образцов, учитывая, что кубы будут устанавливаться на опорную плиту пресса гранями, являвшимися при формовании боковыми, и сжимающая сила будет направлена параллельно слоям укладки;

- результаты измерений и вычисленные средние рабочие площади образцов записать в табл. 4.1;

Таблица 4.1

Марка образца	Размеры граней образца, см		Средняя рабочая площадь A, см2	Величина разрушающей Р, Н	Предел прочности бетона при сжатии R, МПа
	a	b

- поставить один из кубов на стол аналогично тому, как он будет стоять на опорной плите пресса, уложить на верхнюю грань лист копировальной бумаги черной стороной вверх, на нее - белую бумагу и, удерживая куб в неподвижном состоянии, нанести по храни (перпендикулярно ей) 10 ударов приблизительно одинаковой силы (от локтя, поддерживаемого ладонью другой руки); расстояние между лунками отпечатков должно быть не менее 30 мм;

- перевернуть куб и повторить удары уже по противоположной его грани;

- на листах белой бумаги с отпечатками записать марку испытываемого куба и буквы "МФ" (молоток Физделя).

- аналогичные операции проделать с двумя оставшимися кубами других серий;

- установить один из кубов на оперную плиту пресса, сдавить его усилием 80 кН (в бетоне должно быть создано напряжение около 2 МПа);

- накрыть одну из. отшлифованных боковых граней куба листами копировальной и белой бумаги и, держа прибор КГ-1 в горизонтальном положении и плотно уперев его всеми тремя ножками в образец, нанести удар, затем - еще не менее пяти; расстояние между лунками отпечатков должно быть не менее 50 мм;

- то же проделать на двух других отшлифованных гранях куба;

- на листах белой бумаги с отпечатками записать марку испытываемого куба и буквы ”КГ“;

- подавая непрерывно и равномерно со скоростью около 25 кН/с (0,6 МПа/с) нагрузку на образец, довеет его до разрушения; максимальное усилие, достигнутое в процессе испытания, принять за величину разрушающей нагрузки на образец и записать ее в табл.4.1;

Рис. 4.1. Микроскоп Бринелля МПБ-2

- аналогичные операции проделать с двумя оставшимися кубами других серий.

- измерить с помощью микроскопа МПБ-2 «трубки Бринелля» (рис. 4.1) с 24-кратным увеличением и ценой деления 0,05 мкм диаметры отпечатков на белой бумаге; за диаметр отпечатка принимать среднее арифметическое результатов двух взаимно перпендикулярных измерений; записать результаты измерений (с точностью до 0,1 мм) рядом с соответствующими отпечатками;

- записать результаты измерений отдельно по каждому образцу и каждому прибору.

Порядок работы дома при подготовке отчета:

- по формуле  определить предел прочности бетона при сжатии каждого куба и записать его в табл. 4.1, учитывая, что 1 Н/см² = 0,01 МПа;

- вычислить средние диаметры отпечатков отдельно по каждому образцу и каждому прибору; при обработке полученных результатов отбросить случайные значения (промахи), отличающиеся на 10 и более процентов от среднего арифметического, вычисленного с учетом всех значений по данному кубу и прибору, включая и подозреваемые на промах, затем вычислить новое среднее арифметическое уже без учета промахов;

- построить график зависимости прочности бетона R от диаметра отпечатков d и нанести три точки, соответствующие трем средним диаметрам отпечатков от молотка И.А. Физделя;

- по формуле  определить в процентах погрешность каждого из полученных результатов относительно значения прочности бетона по кривой  для данного диаметра отпечатка;

- на график нанести три точки, соответствующие трем средним диаметрам отпечатков от прибора КГ-1; эти экспериментальные результаты наряду с данными, полученными в других учебных группах и при проведении подобных испытаний сотрудниками кафедры, позволят построить градуировочную кривую для прибора КГ-1.

Вопросы для самопроверки при подготовке к защите лабораторной работы

1. Назвать способы неразрушающего измерения прочности бетона в конструкциях.

2. Принцип действия молотка И.А.Физделя.

3. Что такое градуировочная зависимость?

4. Назначение микроскопа Бринелля.

5. Как определить предел прочности бетона при сжатии?

6. Как определить погрешность результатов измерения прочности бетона при сжатии?

 

---

Дата добавления: 2021-04-15; просмотров: 208; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!