Файл: Аронов Р.И. Испытание сооружений учеб. пособие.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 25.06.2024

Просмотров: 69

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

 

 

 

 

 

Цена

деления

шкалы раз­

 

 

 

' J

 

лична

 

ів

различных

приборах

 

 

 

 

данного типа. В одной из 'наи­

■// //у /;.--

/ / / / /

 

 

более

 

совершенных

конструк­

 

 

ции (клинометре Стоппани)

це­

 

а)

 

 

 

на деления равна 1", а разброс

 

 

 

 

 

отсчетов при повторных навод­

 

 

 

сс

,

ках микрометренного винта ле­

Ж

 

 

J > ^ 7

жит в пределах нескольких де­

 

'S)

 

 

 

лений шкалы.

 

с

отвесом-

 

 

 

 

Клинометры

Рис. 64. Клинометры с уровнем:

 

маятником Н. Н. Аистова. Схе­

/ —исследуемая конструкция;

2 — высоко­

ма

 

прибора

показана

на

точный

уровень;

’3 — мпкрометренный

 

рис.

65.

Отвес 2

 

опирается

винт; 4 — барабан

мнкрометренпого пиита

 

 

со шкалой; 5 —шарнирная опооа

 

при помощи призмы 3 на опо­

 

 

 

 

 

ру,

расположенную

 

внутри

 

 

 

 

 

корпуса

4

клинометра.

Поло­

 

 

 

 

 

жение отвеса фиксируется мик-

 

 

 

 

 

рометренным

винтом 5.

Отсче­

 

 

 

 

 

ты берутся по шкале 6 бараба­

 

 

 

 

 

на винта с ценой деления в 5".

 

 

 

 

 

Разность

отсчетов

соответст­

 

 

 

 

 

вующих положениям

рис. 65, а

 

 

 

 

 

и б дает определяемый угол

 

 

 

 

 

наклона

а.

 

 

 

смещения

 

 

 

 

 

Во

избежание

 

 

 

 

 

отвеса

микрометренным

вин­

 

 

 

 

 

том

 

контакт

их

отмечается

 

 

 

'/ / / , Ц

 

элѳктросигналом

(при

'сопри­

 

 

 

 

косновении острия винта 4 с от­

 

 

 

сЬ

 

весом

2 замыкается

слаботоч­

 

 

 

6)

 

ная электрическая

цепь).

 

 

 

 

 

Оба

рассмотренных

прибо­

Рис. 65. Клинометр с отвесом-маятником:

ра не требуют связи с

каким-

/ —исследуемая конструкция;

2 — отвес;

3 —

либо репером, что является (в

опорная

призма;

4 —корпус

прибора;

5 -

особенности

при

длительных

мнкрометренный винт; б —барабан*

 

 

 

 

 

 

наблюдениях)

серьезным

пре­

 

 

 

 

 

имуществом

клинометров

по

сравнению с другими (описанными ниже)

устройствами для изме­

рения угловых перемещений. Недостатком является необходимость вращения мнирометренных винтов клинометров перед каждым отсчетом, поскольку прикосновения к прибору являются источником погрешностей.

Клинометры с отвесом должны быть установлены так, чтобы плоскость качания маятника-отвеса была ориентирована по направ­ лению угловых перемещений. Установка клинометров с уровнем возможна в любом направлении.

* Различные конструктивные варианты клинометров Н. Н. Аистова подроб­ но освещены в его курсе «Испытания сооружений».

100

Если действительная ориентация

 

 

 

угловых перемещений неизвестна, то

 

 

 

клинометры с уровнем

могут

'быть

 

 

 

установлены

«розеткой»

(рис.

66).

 

 

 

Направление перемещений опреде­

 

 

 

ляется при этом по показаниям вза­

 

 

 

имно перпендикулярных

клиномет­

 

 

 

ров по правилу сложения

векторов.

 

 

 

Третий

 

клинометр — контрольный.

 

 

 

4-2.

Способ жесткого рычага

 

 

 

К

наблюдаемому

сечению

кре­

 

 

 

пится

 

металлическая

консоль

Рис. 66.

Установка клинометров

(рис. 67).

Линейные

перемещения

розеткой

(горизонтальная

проек­

двух точек консоли,

обусловленные

 

ция) :

3 — конт­

наклоном

сечения,

измеряют

с по­

2 —основные приборы;

 

рольный прибор

 

мощью

прогибомеров.

Зная

раз­

 

 

 

ность перемещений на базе В, определяем угол наклона а.

 

Преимущества способа:

1) измерения производят прогибомерами вместо менее распрострапенных «линометров;

2) прогибомеры могут быть установлены в местах, более удоб­ ных для взятия отсчетов.

Но, с другой стороны, на показания прогибомеров влияют изме­ нения температуры и другие рассмотренные выше факторы. -ч

4-3. Оптическое определение угловых перемещений

К наблюдаемой точке прикрепляется небольшое зеркальце (от­ сюда и другое название— «зеркальный способ»). Зеркало 1 (рис. 68) ориентируют так, чтобы с помощью зрительной трубы 2 (обычно, геодезического инструмента) мог быть сделан отсчет по шкале 3 измерительной рейки, расположенной рядом с инстру­ ментом.

При изменении наклона исследуемого элемента на угол а зер­ кальце поворачивается вместе с ним на тот же угол, что сопровож­ дается поворотом «оптического рычага» СВ на угол 2а. Зная рас­ стояние L между рейкой и зеркальцем и изменение а отсчетов по рейке, находим значение а из соотношения

( 11)

Для облегчения ориентировки зеркало шарнирно крепится к ус­ тановочной струбцине (рис. 68, б) так, чтобы оно могло поворачи­ ваться вокруг двух взаимно перпендикулярных осей I и II.

Применение зеркального способа особенно целесообразно при наблюдениях за отдаленными точками сооружения, трудно доступ-

101

S)

Рис. 67. Измерение угла наклона при помощи жесткой консоли:

а — горизонтальное крепление консоли; б — вертикальное крепление консоли; 1 — испытываемый элемент: 2 —жест­ кая консоль; 3 — соединительная проволока: 4 и 5 — прогибомеры; 6 — неподвижные опоры для крепления прогибомеров; а.\ и а2— линейные перемещения измеренные

прогибомерамн

102

в

ными во время испытания. Другая область применения — наблюде­ ния за изменением углов наклона весьма гибких элементов (напри­ мер, на моделях), где исключена установка сравнительно тяжелых клинометров или крепление консолей с прогибомерами.

§ 5. Измерение деформаций

При исследованиях конструкций и деталей в различных облас­ тях техники (машиностроении, авиационной промышленности и т. д.) широко применяется тензометрирование с использованием тензометров * и преобразователей деформации разного принципа действия.

В настоящее время для измерения деформаций при испытаниях сооружений, строительных конструкций и деталей наиболее широко используются тензорезисторы.

5-1. Тензорезисторы

Тензорезисторы** предназначены для дистанционных измере­ ний деформаций. Принцип действия тензорезисторов основан на из­

*

От .лат.

«тензум» (напрягать, растягивать) и греч. «метрео» (измеряю).

* *

Термин

тензорезистор [от лат. «резисто» (сопротивляться)]

принят в на­

стоящее время вместо применявшегося ранее названия «тензометр

(или тензодат­

чик) сопротивления».

 

103

менении омического сопротивления R проводников и полупроводни­ ков при деформации.

Основной характеристикой тензорезистора является его коэффи­ циент тензочувствительности

АR/R

к =

АІ/1

отношение относительного изменения электросопротивления AR/R тензорезистора к вызывающей это изменение деформации е= АІЦ исследуемого материала, где I — длина (база) проводника.

Для изготовления тензорезисторов используются обычно спла­ вы меди и никеля (констаитан, элинвар и др.), характеризующиеся высоким коэффициентом тензочувствительности К, постоянством значений К в требуемом диапазоне деформаций, большим удель­ ным омическим сопротивлением р= R/Fl (где F — поперечное сече­ ние проводника, которое поэтому может быть взято достаточно ма­ лым) и практически постоянством значений р при колебаниях темпе­ ратуры, возможных в условиях пользования тензорезпсторами при испытаниях строительных конструкций.

Следует подчеркнуть, что с помощью тензорезисторов измеряется относитель­ ное удлинение е, а не изменения Д1 длины базы (как у тензометров).

Однако длина базы имеет существенное значение и для тензорезисторов, по­ скольку при исследованиях материалов с неоднородной структурой для получе­ ния усредненных значений деформаций в рассматриваемой зоне длина базы долж­ на в несколько раз превосходить размеры наиболее крупных составляющих ма­ териала; при исследовании же деформаций в зонах концентрации напряжений длину базы следует, наоборот, брать по возможности наименьшей.

При испытаниях строительных конструкций используют прово­ лочные, фольговые и полупроводниковые тензорезисторы.

Петлевые проволочные тензорезисторы (рис. 69, а) из тонкой проволоки (диаметром 12—30 мк), приклеенной к бумажной или пленочной подложке, были еще сравнительно недавно основным ти­ пом прибора, применявшегося при испытании сооружений. Эти тен­ зорезисторы (с базой обычно от 5 до 100 мм) удобны в работе и не сложны в изготовлении. Однако им свойственна в большинстве слу­ чаев поперечная чувствительность, обусловленная наличием за­ круглений, соединяющих прямые участки тензорешетки и восприни­ мающих деформации, направленные перпендикулярно к продольной оси тензорезистора; наличие поперечной чувствительности тензоре­ зистора снижает.его осевую тензочувствительность.

От этого недостатка свободны беспетлевые тензорезисторы (рис. 69, б) с низкооміными медными перемычками. Из-за отсут­ ствия поперечной тензочувствительности и лучших условий переда­ чи деформаций (ввиду продолжения прямолинейных участков теизорешетки и за перемычки) база их может быть уменьшена до 2—

3мм.

Внастоящее время все большее распространение получают фольговые тензорезисторы (рис. 69, в) из металлической фольги

толщиной не более 4—6 мк. Этим тензорезисторам при изготовле­ нии фотолитографским способом могут быть приданы любые очер­

ки

тания, требуемые условиями эксперимента. Вследствие низкой по­ перечной чувствительности и плоского сечения элементов тензоре-

шетки, они имеют при той же площади

-сечения более

развитую

поверхность приклейки, что улучшает условия их работы.

 

Полупроводниковые

тен-

 

 

 

 

I

зорезисторы

(рис.

69, г)

по

 

 

 

 

А

сравнению

с рассмотренны­

 

 

 

 

ми выше

типами

обладают

 

 

 

11ПIUEHÉL.

значительно

большей

тензо-

 

 

 

 

 

чувствительностыо,

однако

 

 

 

 

 

меняющейся

при

деформа,

 

 

 

 

 

ции и при

изменениях

тем­

 

 

 

 

 

пературы. Несмотря на

это,

 

 

 

 

 

они

эффективно

применя­

 

 

 

 

>

ются

в

упругих

элементах

г

а

 

 

С\|

 

 

 

различных

 

измерительных

 

J

 

 

^

приборов

 

(например,

дина­

 

а)

 

 

 

мометров), где большое зна­

 

 

 

 

чение имеет их высокая чув­

 

2

 

 

 

ствительность, а отмеченные

г

а

/

J

 

недостатки

могут быть ком­

 

пенсированы.

 

 

 

приме­

 

 

 

 

 

Тензорезисторы,

 

 

 

 

 

няемые при

испытаниях со­

 

 

 

 

 

оружений,

должны

давать

 

 

 

 

 

возможность

измерения

де­

 

 

 

 

 

формаций до ІО-5 в диапа­

 

 

 

 

 

зоне: при

исследовании

уп­

 

 

 

 

 

ругой

стадии

работы мате­

 

 

 

 

 

риала —до

(5-Г-7) • ІО-3 и уп­

 

 

 

 

 

руго-пластической — до

 

 

 

 

 

10_1

и более. Необходимым

 

 

 

 

 

условием

 

является

также

 

Рис. 69. Тензорезисторы:

стабильность показаний тен-

 

а — проволочный петлевой;

б —проволочный

зорезисторов,

их

влагостой­

беспетлевой;

в — фольговый;

г — полѵпоовод-

кость и т. п.

 

 

 

 

 

ннковый; 1 —тензочувствнтельные

элементы;

 

 

 

 

 

U— низкоомные перемычки; 3 — выводные кон­

Влияние

температурных

такты;

4 —подложка («основа») и наклеенный

над теизбрешеткой защитный слой тонкой бу­

погрешностей,

обусловлен­

 

маги; / —база тензорезистора

ных

температурным

коэф­

 

 

 

 

 

фициентом изменения сопротивления тензонитей ß и разностью тем­ пературного коэффициента расширения материала тензорезистора ат и исследуемого материала ам, исключают установкой компенса­ ционных тензорезисторов (см. ниже).

В случаях, когда установка компенсационных тензорезисторов невозможна или они не могут быть помещены в те же температур­ ные условия, используют так называемые самокомпенсированные тензорезисторы, материал которых должен удовлетворять условию ß=(ctM—аТ)К, где К — коэффициент тензочувствительности тензо­ резистора.

105

Повышенные требования предъявляются к глубинным тензорезнсторам разной конструкции, закладываемым в толщу схватываю­ щегося материала (например, бетона), когда должна быть обеспе­ чена их безотказная работа в течение длительного времени.

b

5-2. Проведение измерений

 

Измерения сопротивления

тензоре-

 

зисторов в процессе испытаний весьма

 

малы (тысячные доли ома). Для изме­

 

рения столь малых колебаний

сопро­

 

тивления

применяют

в большинстве

 

случаев мостовые измерительные схе­

 

мы * (рис. 70).

 

 

 

 

Во внешние плечи моста включены

 

«рабочий»

тензорезистор с сопротив­

 

лением R\, воспринимающий наблюда­

 

емые деформации, и «компенсацион-

 

ный» тензорезистор с сопротивлением

 

=Т?2 . помещаемый в одинаковых с

 

■ним температурных условиях в непо­

Ь

средственной близости от рабочего, но

не подверженный воздействию измеря­

 

емых деформаций. Во внутренние пле­

 

чи включены тензорезисторы

с сопро­

 

тивлениями Rz и Ri, помещаемые в

 

регистрирующем приборе и связанные

 

с рабочим и компенсационным тензо­

 

резисторами электропроводами. Как

 

известно,

мост

будет

сбалансирован

 

(т. е. ток в его измерительной диагона­

 

ли bd будет равен нулю) при

условии

 

 

RiRi =

RzR3-

 

( 12)

Рис. 70. Измерительные мосты:

а. —схема моста Уитстона; б — мост с реохордом; R i, R*, Ra, R4— сопро­ тивления, включенные в плечи мос­ та; г, и г2 — сопротивления рео­ хорда

Возможны два метода измерений: 1) метод отклонений (называемый также «методом непосредственных от­ счетов»), когда изменение сопротивле­ ния ARi рабочего тензорезистора опре­ деляется по силе тока, возникающего в измерительной диагонали ранее сба­

лансированного моста, и

2) нулевой метод (более совершенный), при котором относитель­ ные изменения сопротивления AR\/Ri определяют балансировкой моста с помощью включенного в цепь (рис. 70, б) реохорда пт из­

* Здесь и далее не останавливаемся на целом ряде особенностей, связанных с конструкцией рассматриваемых приборов, подробно освещаемых в рекомендуе­ мой литературе.

106

Смотрите также файлы