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

17 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

48642. Расчет параметров состояния энергетических характеристик газотурбинного двигателя 1009 KB
  Рассчитаны параметры состояния в характерных и нескольких промежуточных точках идеализированного цикла ГТД, определены изменения внутренней энергии, энтальпии, энтропии, теплоты, удельные работы процессов и за цикл...
48643. РАСЧЕТ ИДЕАЛЬНОГО ЦИКЛА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 1.39 MB
  КОРОЛЕВА Расчетно-пояснительная записка курсовой работе РАСЧЕТ ИДЕАЛЬНОГО ЦИКЛА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Вариант 19 В результате работы определены: параметры состояния рабочего тела в термодинамических процессах идеального цикла газотурбинного двигателя его энергетические показатели. Результаты расчетов характеристик идеального цикла ГТД представлены в графической форме. Содержание Расчёт состава рабочего тела цикла Расчет состава рабочего тела Расчет оптимального значения степени повышения давления...
48644. Расчет структуры полей диалектрического шара в вакууме 338.5 KB
  Цель работы – расчет структуры полей диалектрического шара в вакууме, а также в волноводе для приведенных в задании параметров. Метод исследования – метод разделения переменных при интегрировании дифференциальных уравнений для получения аналитических выражений потенциалов и напряженностей полей с последующим построением на ЭВМ структуры этих полей.
48645. Створення поліграфічного комплексу 2.76 MB
  До цього слід додати ще такі фактори як зменшення трудомісткості монтажу і демонтажу друкарських форм; регулювання суміщення форм з пульта дистанційного керування; застосування автоматизованих систем миття фарбових апаратів і циліндрів а також систеи сканування форм які дають змогу видавати інформацію про потребу у фарбі лдя програмування балансу фарби та води систем автоматичного регулювання зволожування та ін. Зенефельдером в 1796 відтвореного зображення за допомогою спеціальної фарби наносилося на камінь. Нанесення шару лаку і фарби....
48646. Расчет структуры электромагнитных полей 508 KB
  Цель работы – расчет структуры полей внутри и вне цилиндра, а также в волноводе для приведенных в задании геометрических и электрических параметров
48647. Расчет структуры электромагнитных полей. Общее задание 210 KB
  Решение проводится в цилиндрической системе координат связанных с центром основания цилиндра где r радиусвектор точки наблюдения ось x направлена вдоль приложенного магнитного поля рис.1 методом разделения переменных в соответствии с которым решение  будем искать в виде произведения двух функций каждая из которых зависит только от одной координаты:...
48648. Расчет структуры электромагнитных полей 575 KB
  Метод исследования – метод разделения переменных при интегрировании дифференциальных уравнений для получения аналитических выражений потенциалов и напряженностей полей с последующим построением на ЭВМ структуры этих полей