85892

ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ

Лабораторная работа

Архитектура, проектирование и строительство

С помощью данного прибора реализованы и успешно работают измерительные комплексы: для контроля развития деформаций и трещин зданий сооружений; для измерения теплозащитных свойств конструкций сопротивления теплопередаче; регистраторы температуры прогрева бетона монолитном домостроении...

Русский

2015-03-31

266.5 KB

7 чел.

Федеральное агентство по образованию

Рязанский институт (филиал)

Государственного образовательного учреждения высшего

профессионального образования

«Московский государственный открытый университет»

Кафедра «Промышленного и гражданского строительства»

Лабораторный практикум по дисциплине

«Обследование и испытание зданий и сооружений»

                                                                                Выполнил: студент 5 курса

строительного факультета

группы 269, спец.: 270102

шифр  2061004

Логинов А.В.

                                                                             Проверил: Рудомин Е.Н.

Рязань 2011

Лабораторная работа 1

1. ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ

1.1. Цели и задачи работы

Цель работы:

  •  Практическое знакомство с первичной и вторичной аппаратурой, используемой в тензорезисторном методе исследования напряженно-деформированного состояния строительных конструкций.
  •  Изучение методики тарировки тензорезисторов.
  •  Экспериментальное определение коэффициентов тензочувствительности тензорезисторов.

 

Лабораторная работа выполняется в два этапа:

1- определение коэффициента тензочувствительности тензорезисторов (градуировка тензорезисторов);

2- определение напряженно-деформированного состояния модели.

Оборудование:

Лабораторная установка со стальной консольной балкой переменного сечения, индикатор часового типа, гири, тензорезисторы, многоканальный измеритель-регистратор ТЕРЕМ-4.0, мост постоянного тока, электронный тензометрический измеритель деформаций АИД-4, электромеханический тензометр, металлическая линейка, штангенциркуль.

1.2. Измерительные схемы

Приборы, измеряющие линейные деформации (укорочения или удлинения), называют тензометрами. Электрические тензометры измеряют деформации с помощью электрических параметров (омическое сопротивление, емкость, индуктивность и др.). Электрические тензометры омического сопротивления состоят в основном из двух элементов: тензорезистора и регистрирующей аппаратуры (АИД-2, АИД-4 и др.).

Измерительные схемы являются входной частью электрической цепи измерительных и регистрирующих приборов. Наиболее распространенными измерительными схемами являются компенсационные, дифференциальные и мостовые. Мостовые измерительные схемы (мост Уитстона) являются наиболее распространенными для измерения относительно малых электрических величин. Они позволяют определять изменение активного сопротивления R тензорезистора, по которому можно судить об изменении неэлектрических величин.

Кoмпенсационный тензорезистор аналогичен активному и наклеен на недеформируемый образец, который изготовлен из того же материала, что и исследуемая конструкция.

Рис.1.1. Принципиальная схема тензометрического моста:

Rо - активный тензорезистор;

R1 - компенсационный тензорезистор;

R2,  R3- внутренние сопротивления плеч моста;

Rр - реохорд;

Ј - гальванометр.

Рис.1.2.  Схема подключения тензодатчиков к адаптеру

 R1, R2 - постоянные резисторы, установленные в адаптере,

Rх - измеряемый тензорезистор, Rk - компенсационный резистор для учета температурных изменений.

Компенсационный резистор должен быть установлен на ненагруженную поверхность с такой же температурой, как у объекта измерения.

1.2.1. Вторичная регистрирующая и измерительная аппаратура

При испытаниях строительных материалов и конструкций изменение выходных электрических величин преобразователей, как правило, на практике осуществляется специальными усилительными, измерительными и регистрирующими устройствами. Последние при этом состоят из нескольких функционально законченных узлов: преобразователей, измерительных схем, коммутирующих устройств, измерительного и регистрирующего устройства.

К настоящему время разработано большое количество измерительных и регистрирующих тензосистем. Для регистрации статических и медленно протекающих во времени процессов ИДЦ, АИД, ЦТМ, ИЖЦ, К-200, а также для изучения динамических процессов Н-102, Н-700 и др.

1.2.2. Многоканальный измеритель-регистратор ТЕРЕМ-4.0

Назначение и область применения

Многоканальный измеритель-регистратор ТЕРЕМ-4.0 предназначен для контроля за состоянием технологических процессов, обследования зданий и сооружений и др. применений, в которых необходимо одновременно измерять и регистрировать показания датчиков различных физических величин: температуры, влажности, давления, линейных перемещений, механических

Рис. 1.3. Многоканальный измеритель-регистратор ТЕРЕМ-4.0

напряжений, теплового потока и др.

С помощью данного прибора реализованы и успешно работают измерительные комплексы:

  •  для контроля развития деформаций и трещин зданий, сооружений;

для измерения теплозащитных свойств конструкций (сопротивления теплопередаче);

  •  регистраторы температуры прогрева бетона монолитном домостроении;
  •  многоканальные регистраторы температуры и влажности.

Пользователь имеет возможность самостоятельно создать нужный ему измерительный комплекс, выбрав типы и количество необходимых ему датчиков.

Конструктивно ТЕРЕМ-4.0 состоит из центрального блока и адаптеров (до 32 адаптеров на один центральный блок), объединенных в единую сеть четырехпроводной линией связи. Каждый адаптер собирает информацию с группы от 4 до 8 датчиков заданного вида и передает на центральный блок. Режим работы (время пуска и останова, период отсчетов и т.д.) задается пользователем. Прибор имеет энергонезависимую память, регистрирующую во времени до 100000 отсчетов.

Прибор предназначен для работы при температуре окружающей среды от -10 до +50°С, максимальной влажности 80% при 35°С и ниже без конденсации влаги и атмосферном давлении 86... 100 кПа.

Программа компьютерной обработки

Программа предназначена для просмотра, сохранения и распечатки полученных регистратором данных. Просмотр данных возможен в табличном виде или в виде графика. Связь с компьютером осуществляется по стандартному интерфейсу RS-232.

1.3. Тарировка первичных преобразователей

До начала практического использования тензосистем необходимо обязательно выполнить ее тарировки. Так как тензорезисторы используются однократно и их индивидуальное испытание невозможно, поэтому испытывают из партии 5-10% тензорезисторов, а результаты распространяются на всю партию.

В основу работы тензорезистора положена зависимость омического сопротивления R проводника от его длины l, удельного сопротивления ρ и сечения А.

.      

Изменение удельного сопротивления проводника под действием растягивающих или сжимающих сил называют тензоэффектом. Он характеризуется коэффициентом тензочувствительности тензорезистора.

Тарировка первичных преобразователей (тензорезисторов) заключается в определении коэффициента тензочувствительности партии тензорезисторов:

;    

где ∆R - приращение сопротивления тензорезистора;

Ro - начальное сопротивление тензорезистора;

ε = ∆L/L0 - относительная деформация тензосопротивления.

Коэффициент тензочувствительности проволочных тензорезисторов

(К = 1,8...2,2) определяется, в основном, материалом тензонити. Однако он зависит также от конструкции тензорезисторов, материала подложки, свойств клея, прикрепляющего тензорезистор к исследуемой конструкции.

При определении коэффициента тензочувствительности тензорезистора его необходимо деформировать на известную величину ∆ε и одновременно измерить приращение активного сопротивления ∆R датчика. Деформация тензорезистора осуществляется на градуировочной (тарировочной) балке, на которую он наклеен, а измерение приращения сопротивления – тензометрическим мостом.

1.4.Описание тарировочной балки

В настоящей работе применена консольная тарировочная балка, выполненная конструктивно как балка равного сопротивления.

При определении коэффициента тензочувствительности тензорезисторы наклеиваются на  консоль балки равного сопротивления  (рис. 1.4).

 

Момент сопротивления прямоугольного поперечного сечения

Wx = bxh2/6 ≠ const 

при Lx= L0    

 W0 = b0 h2/6

Изгибающий момент  

M0 = PL0

Напряжения крайних волокон

 

при Lx= L0

Рис. 1.4. Схема балки равного сопротивления

В этом случае относительная деформация внешних крайних волокон балки определяется по формуле:

    

где f - прогиб балки, h - толщина балки, L0 - длина рабочей зоны балки,

Е = 2,1·10 5 МПа.

Использование тарировочной балки дает возможность задавать относительные деформации Δε и напряжения Δσ, которые зависят только лишь от величины внешней нагрузки. Все это позволяет выполнять практическое определение коэффициента тензочувствительности К, и тарировочных коэффициентов всей системы измерения соответственно по деформациям Кε и по напряжениям Кσ.

Для определения цены деления градуировочная балка загружается и разгружается равными ступенями нагрузки (∆Р).

От приложения нагрузки одной ступени в балке возникает изгибающий момент (∆M=∆Р·L0), который, в свою очередь, вызывает изменение напряжения в крайних волокнах на величину  и изменение относительной деформации на .

Порядок выполнения работы

Определение коэффициента тензочувствительности тензодатчиков.

  1.   Ознакомиться с испытательным стендом, включающим тарировочную балку, индикатор часового типа, набор грузов, многоканальный измеритель-регистратор;
  2.   Включить многоканальный измеритель-регистратор, выполнить поиск адаптера, установку нуля и индикатора часового типа;
  3.   Загрузить тарировочную балку различными ступенями нагрузки и на каждой ступени снять отсчеты с индикатора часового типа с целью измерения прогиба балки.

Полученные экспериментальные результаты занести в таблицу 1.2.

  1.   Разгрузить балку в той же последовательности и на каждой ступени снять отсчеты с указанных приборов с целью проверки ранее полученных экспериментальных результатов и выявления процессов релаксации в клеевом слое тензодатчиков;
  2.   Определить экспериментальные значения относительной деформации балки при загружении внешней нагрузкой.
  3.   Используя экспериментальные значения приращения относительной деформации материала тарировочной балки, и определить коэффициент тензочуствительности поверяемых тензосопротивлений.

L0  = 0.56 м

h = 0.0081 м

b0 = 0.0489 м

Таблица 1.2

Таблицы результатов градуировки тензорезисторов.

Результаты измерения прогиба балки

ΔР, Н

Δε 10 -5

Δσт, Мпа

Показания регистратора тензорезистации

отсчет по индикатору, мм

Прирощение прогиба, Δf, м

тензорезистор №

тензорезистор №

тензорезистор №

тензорезистор №

растяжение

сжатие

растяжение

сжатие

Δσэ, Мпа

Kσ1 = Δσэσт

Δεэ

Kε1 = Δεэεт

Δσэ, Мпа

Kσ2 = Δσэσт

Δεэ

Kε2 = Δεэεт

Нулевой отсчет по индикатору, мм

f0 =6.0

При загружении

4.65

0.00135

9.81

5.23

10.983

0.087

0.0079

0.087

0.0166

0.109

0.0099

0.125

0.023

3.33

0.00132

9.81

5.11

10.731

0.087

0.0081

0.087

0.0170

0.109

0.0102

0.125

0.024

1.99

0.00134

9.81

5.19

10.899

0.087

0.0079

0.087

0.0167

0.109

0.0100

0.125

0.024

0.66

0.00133

9.81

5.15

10.815

0.087

0.0080

0.087

0.0168

0.109

0.0100

0.125

0.024

При разгружении

2.01

0.00134

9.81

5.19

10.899

0.087

0.0079

0.087

0.0167

0.109

0.0100

0.125

0.024

3.35

0.00133

9.81

5.15

10.815

0.087

0.0080

0.087

0.0168

0.109

0.0100

0.125

0.024

4.68

0.00133

9.81

5.15

10.815

0.087

0.0080

0.087

0.0168

0.109

0.0100

0.125

0.024

6.01

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Лабораторная работа 3

3. МЕХАНИЧЕСКИЕ НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА

3.1. Цели и задачи работы

Освоить методику определения прочности бетона в изделиях и сооружениях без их разрушения с помощью механических методов, основанных на статическом или динамическом воздействии штампов различной формы на поверхность бетона.

Оборудование: молоток Кашкарова, эталонный стержень, электронный измеритель прочности бетона ИПС-МГ4, измеритель прочности бетона ПОС-50МГ4, измерительный угловой масштаб, металлическая линейка, бетонные образцы.

3.2. Молоток Кашкарова К.П.

3.2.1. Устройство и принцип работы

При ударе молотком (рис.3.1) по конструкции на поверхности бетона образуются отпечатки диаметром Dб, а на эталонном стержне диаметром Dэ (больший диаметр эллипса). Между отношением и пределом прочности бетона на сжатие Rсж существует, как было выше отмечено, определенная связь, которая практически не зависит от силы удара.

3.2.2. Тарировочная кривая и метод её получения

При организации неразрушающих испытаний конструкций из бетона и железобетона с целью определения прочности бетона на сжатие следует предварительно построить тарировочную кривую (рис. 3.2), для чего необходимо провести параллельные испытания бетонных образцов неразрушающими и разрушающими методами. Предел прочности бетона разрушающим методом определяется как среднее арифметическое от результатов проведенных испытаний с точностью до 0,1 МПа. Кубические бетонные образцы размером 20x20x20 см изготовлены из трёх замесов бетонной смеси одинакового состава из одних и тех же материалов, твердеющих в одинаковых условиях с влажностью 2-6%.

Рис. 3.1. Конструктивная схема  эталонного молотка К.П. Кашкарова:

1 - головка, 2 - стакан, 3 - корпус, 4 - пружина, 5 - шарик, 6 - эталонный стержень, 7 – ручка.

3.2.3. Факторы, влияющие на точность прочности бетона

При определении прочности бетона молотком Кашкарова в случае использования тарировочной кривой (рис. 3.2), которая получена на кубических бетонных образцах, равноценных по составу, условию изготовления и хранения с бетоном исследуемой конструкции, опыт дает удовлетворительные по точности результаты. При несоблюдении вышеуказанных условий в полученные результаты необходимо вводить поправочные коэффициенты, учитывающие:

Рис. 3.2. Тарировочная кривая для молотка Кашкарова К.П.

  •  фактическую влажность бетона ( Квл), табл. 3.1:

Таблица 3.1.

Влажность бетона, %

1

2-6

8

12

Мокрая поверхность

Квл,

0.96

1

1.1

1.2

1.4

  •  вид смазки опалубочных элементов ( Кс), табл. 4.2:

Таблица 3.2.

Вид смазки

Эмульсионная

Автол

Известковая

Петролатум

Асф. лак

Цвет

Светлый

Светло-синий

Светлый

Темно-серый

Черный

Кс

1

1.2

1.1

1.2

1.4

2.2

  •  продолжительность твердения бетона в естественных условиях (Kt), табл.3.3:

Таблица 3.3.

Возраст бетона в сут.

3

7

8

56

К1

1.4

1.2

1.06

1.00

  •  количество отпечатков, необходимое для получения ошибки не более

10-15%, следует определять по следующей эмпирической формуле:

,    

где Rmax 1, Rcp, Rmjn - наибольшее, среднее и наименьшее значения прочности бетона;

К - коэффициент, зависящий от количества сделанных отпечатков (табл3.4):

Таблица 3.4

Количество отпечатков

5

6

7

8

9

10

20

К

0.43

0.395

0.370

0.350

0.337

0.325

0.292

  •  предел прочности стали, из которой изготовлен эталонный стержень, используемый в молотке Кашкарова К. П.

3.2.4. Обработка результатов измерений

1. Устанавливается наличие аномальных результатов испытания в полученной совокупности Dб1, Dб2 ,…, Dбi, для чего определяется среднее арифметическое значение диаметра отпечатка на бетоне:

,     

где n - число измеренных отпечатков.

2. Определяются значения отклонений (Дбi б ср) и вычисляется среднее квадратичное отклонение:

     ,   

3. Результаты испытаний признать удовлетворительными, если выполняется условие:

Тi < Тк,

где                                                     

Tk - допустимое значение, принимаемое по табл.3.5.

                                                                       Таблица3.5

n

3

4

5

6

7

8

9

10

тк

1.74

1.94

2.08

2.14

2.27

2.33

2.39

2.44

Таблица3.6

Результаты определения прочности бетона молотком Кашкарова К.П.

№ п/п

Dбi,

Dбi - Dбср,

(Dбi - Dбср)2,

Tбi

Dэi,

Dэi-Dэсp,

(Dбi - Dбср)2,

Tэi

 

Rb, МПа

1

168

-3.2

10.24

-0.35

140

5.5

30.25

1.107

1.27

35

2

180

8.8

77.44

0.95

135

0.5

0.25

0.101

1.27

35

3

169

-2.2

4.84

-0.24

140

5.5

30.25

1.107

1.27

35

4

165

-6.2

38.44

-0.67

130

-4.5

20.25

-0.905

1.27

35

5

170

-1.2

1.44

-0.13

135

0.5

0.25

0.101

1.27

35

6

175

3.8

14.44

0.41

135

0.5

0.25

0.101

1.27

35

7

190

18.8

353.44

2.04

135

0.5

0.25

0.101

1.27

35

8

160

-11.2

125.44

-1.21

130

-4.5

20.25

-0.905

1.27

35

9

175

3.8

14.44

0.41

140

5.5

30.25

1.107

1.27

35

10

160

-11.2

125.44

-1.21

125

-9.5

90.25

-1.911

1.27

35

Dбср= 171.2

Sб=9.22

Dэcp =134.5

Sэ=4.97

1.27

35

4. При наличии аномальных результатов следует выбраковать отпечатки диаметрами:

Dбi < 0.3 D и    Dбi > 0.7D,    

где D - диаметр шарика молотка Кашкарова К.П.

5. Затем найти сумму .                 

6. Аналогичные расчеты произвести для отпечатков на эталонном стержне.

7. Найти отношение

        

и установить прочность бетона по тарировочной кривой.

Вывод: использование молотка Кашкарова позволяет определить прочность бетона в конструкциях, не подвергая их разрушению. По тарировочной кривой для образца установили прочность бетона Rb =35МПа.

Замеры прибором ИПС-МГ4: прочность бетона 19,3 МПа, что соответствует классу В15.

Замеры прибором ПОС-50МГ4: прочность бетона R=21,2 МПа; Р=12,49 кН.

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

39749. Речь и мышление 338.98 KB
  Общая характеристика речи. Значение речи в жизни человека Определение речи Речь и язык. Понятие языка Понятие речи Отличие языка от речи Теории речи. Рефлекторный характер речевой деятельности Динамическая локализация речи Соотношение центра с периферией Восприятие и понимание речи Функции речи.
39750. Самооценка и уровень притязаний в современной психологии 88 KB
  Она тесно связана с уровнем притязаний человека – степенью трудности целей которые он ставит перед собой. Самооценка тесно связана с уровнем притязаний личности т. Люди с реалистичным уровнем притязаний отличаются уверенностью в своих силах настойчивостью в достижении цели большей продуктивностью критичностью в оценке достигнутого.
39751. Способности 109.5 KB
  Классификация способностей Специфически человеческие способности принято разделять на общие и специальные высшие интеллектуальные способности. Следует отметить что наличие у человека общих способностей не исключает развития специальных способностей и наоборот. Большинство исследователей проблемы способностей сходятся на том что общие и специальные способности не конфликтуют а сосуществуют взаимно дополняя и обогащая друг друга. Более того в отдельных случаях высокий уровень развития общих способностей может выступать в качестве...
39752. Темперамент 131 KB
  Общая характеристика темперамента Каждый человек уникален и неповторим. Свойства темперамента – это и есть такие индивидуальные свойства которые определяют течение т. Однако динамика психической деятельности зависит не только от темперамента. Например любой человек не зависимо от его темперамента при наличии интереса работает энергичнее быстрее а при отсутствии – медленнее и вяло.
39753. Теории мышления в психологии 67 KB
  Активные психологические исследования мышления ведутся начиная с 17го века однако психология мышления специально стала разрабатываться лишь в 20ом веке. не видели необходимости в социальном исследовании мышления. Считалось что мышление образно процесс мышления – непроизвольная смена образов развитие мышления процесс накопления ассоциаций.
39755. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЫШЛЕНИЯ 34 KB
  Итак мы переходим к следующему вопросу – Физиологические основы мышления. Центральным в человеческой теории мышления является взгляд на роль слова в рефлекторном процессе. Слово является средством умственного общения и условием развития мышления.
39756. Формы мышления 129.5 KB
  Взаимосвязь понятий и представлений очень сложна. Рубинштейн Формирование понятий Подход Менчинской Н. Образование искусственных понятий: методика двойной стимуляции. Менчинская Наталия Александровна Усвоение понятий в процессе обучения Ребенок не сразу овладевает тем или иным научным понятием этот процесс не сводится к простому копированию в сознании учащихся понятий Вводимых учителем.
39757. Из истории учений о характере 305.5 KB
  Первая по времени попытка изучения характера принадлежит Платону который создал типологию характеров основанную на этических принципах. Сохранился трактат Теофраста о характерах в котором описано 30 характеров. Описание каждого характера дано под знаком одной господствующей рельефно выраженной черты: притворство лесть и скучный рассказчик и т.Понятие характера в отечественной психологии.