Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра строительных конструкций, оснований и надежности сооружений

Лабораторный практикум по курсу

«Метрология, контроль качества и испытания в строительстве»

Лабораторная работа № 10

«Контроль напряженно-деформированного состояния свободной стержневой арматуры с помощью частотного метода»

Волгоград

2006 Г.

1. Цель работы

Целью работы является определение силы натяжения стержневой арматуры по частоте ее собственных колебаний.

2. Общая часть

Качество предварительно напряженных железобетонных конструкций в значительной мере предопределяется степенью натяжения арматуры. При недостаточном усилии натяжении имеет место неполное обжатие бетона, вследствие: чего снижается трещиностойкость изделий. С другой стороны, перенапряжение может вызвать появление продольных трещин в излишне обжатом бетоне или привести к обрыву напрягаемой арматуры. Ошибки в определении величины предварительного напряжения опасны тем, что в большинстве случаев брак носит скрытый характер и обнаруживается лишь в процессе монтажа или эксплуатации железобетонных конструкций. Используемые в настоящее время производственные методы контроля силы натяжения свободной (т.е. до укладки бетонной смеси в форму) стержневой арматуры можно условно разделить на прямой и косвенные.

Прямым методом является определение осевого растягивающего усилия с помощью манометра или динамометра.

Измерение косвенными методами осуществляется:

а) по относительному удлинению арматурного элемента на его полной длине или отдельном участке – базе измерительного прибора;

б) по стреле прогиба всего арматурного элемента или его части под действием заданной поперечной оттягивающей силы, или по величине силы, вызывающей заданную стрелу прогиба;

в) по частоте собственных колебаний натянутого арматурного элемента.

Возможность и целесообразность использования того или иного метода зависит от конкретных условий производства и обуславливается видом армирования, способом натяжения арматуры, типом натяжных устройств и приспособлений и т.д.

Прямой метод.Осевое растягивающее усилие, развиваемое гидродомкратом при механическом натяжении арматурного элемента, определяется с помощью манометра, фиксирующего давление рабочей жидкости в полости силового цилиндра. В случае применения натяжных машин механического действия, например, винтовых домкратов, растягивающее усилие измеряется с помощью динамометра, последовательно вмонтированного в цепь «арматурный элемент – натяжное устройство».

Контроль прямым методом осуществим только в процессе натяжения арматуры и не позволяет оценивать силу натяжения в уже напряженных арматурных элементах после передачи усилия с натяжного устройства на упоры формы или затвердевший бетон.

Косвенные методы.

а) При измерении растягивающего усилия по относительному удлинению арматуры на ее полной длине или отдельном участке (базе измерительного прибора) используется зависимость между напряжением и(закон Гука).

,

(1)

где – модуль деформации стали.

Рис. 1.

Этот способ контроля находит широкое применение на производстве, благодаря своей простоте и удовлетворительной точности измерений (± 3-8%). Однако он также может быть использован лишь в процессе натяжения арматуры.

б) Если к натянутому арматурному элементу длины (рис. 1), закрепленному на концах, приложить в середине свободного пролета оттягивающую силу, создающую стрелу прогиба, то величина усилия(внутренней силы, действующей вдоль арматуры и растягивающей ее) принаходится из соотношения, которое справедливо для случая, когда жесткостью арматуры можно пренебречь. С увеличением диаметра арматуры точность

(2)

измерений по формуле (2) уменьшается и величина усилия натяжения: может быть приближенно определена по формуле

,

(3)

где – коэффициент, учитывающий условия закрепления арматуры.

в) В основу данного метода положена зависимость между напряжением и частотойсвободных поперечных колебаний натянутой однородной струны с неподвижно закрепленными концами (рис. 2).

	,,			(4)

Рис. 2. Первая (1) и (2) вторая гармоники при шарнирном (а)

и (б) жестком закреплении концов напряженной арматуры.

где– плотность материала струны; – номер гармонии; – расстояние между местами закрепления струны.

Наиболее легко возбудимым при воздействии на арматуру в середине пролета является основной тон колебаний , поэтому все дальнейшие указания по методике контроля напряжений в арматуре относятся именно к нему. Для стального стержня или периодического профиля диаметромзависимость (4) приобретает вид:

при жестком защемлении концов стержня

;

(5)

при шарнирном креплении концов

.

(6)

Учет фактического условия закрепления натянутой арматуры в упорах производится введением в формулу (5) безразмерного коэффициента , значения которого изменяются в пределах от 0 до 1. В общем случае величина напряжения в натянутой арматуре может быть найдена по формуле

, [кгс/см^2]

(7)

где – частота, Гц;

– диаметр арматуры, мм;

– длина контролируемой арматуры (база измерения), м;

– модуль упругости стали, кгс/см².

При кгс/см²формулу (7) можно представить в виде

[кгс/см^2]

(8)

Фактическое значение коэффициента находится путем измерения частот колебанийиарматуры при одном и том же усилии натяжения на двух базах измеренияи, образованных с помощью специальных подпорок-отсекателей, с последующим расчетом по формуле

,

(9)

в которой размерность величин аналогична (7).

Рис. 3.

Оценку силы натяжения стержневой арматуры расчетным путем производят относительно редко, гораздо чаще для перехода от измеренной частоты собственных колебаний основного тона к величине механических напряжений используют специальные номограммы (рис. 3).