Диапазон и требуемая точность измерений. При испытаниях деревянных конструкций, в особенности большепролетных, приходится измерять перемещения порядка нескольких сантиметров. Перемещения различных точек металлических конструкций колеблются в зависимости от размеров испытываемого объектов - от нескольких миллиметров до десятков миллиметров. Наиболее жесткими являются железобетонные конструкции, где перемещения относительно не большие.
Особенно повышенные требования предъявляются при наблюдении за характером затухания приращения перемещений во времени в ходе выдерживания нагрузки. В большинстве случаев при этом необходимы измерения с точностью: порядка миллиметра - для деревянных конструкций; десятых и сотых миллиметра - для металлических конструкций; а в отдельных случаях и даже тысячных миллиметра - для железобетонных несущих и ограждающих конструкций.
Для удовлетворения всех этих требований и достижения максимальной объективности и достоверности выполненных измерений на практике необходимы
|
|
приборы с высокими Метрологическими характеристиками.
Прогибомеры. Приборы для измерения перемещений называют
прогибомерами. В зависимости от назначения прогибомеры могут
иметь различную конструкцию. В одних случаях это могут быть простей
шие устройства, позволяющие замерять перемещения загруженных строи
тельных конструкций с точностью не выше 0,1 1 мм.
При больших перемещениях такая точность бывает достаточной. В других случаях, когда требуется высокая точность измерений, достигающая 0,01мм и выше, используются более чувствительные приборы со сложными измерительными устройствами.
Рассмотрим элементарные прогибомеры.
К наиболее простым (элементарным) прогибомерам относится устройство, представляющее собой две планки, одна из которых закреплена на железобетонном основании, а другая - на конструкции. По взаимному смещению планок судят о деформации конструкции.
Точность измерений таким устройством, как правило, невысокая, но если металлические планки тщательно выполнены и сопряжены между собой, прочно закреплены и снабжены конусным устройством, то точность измерений можно довести до 0,1мм (рис. 1, а).
Для измерения деформаций и перемещений с точностью до 0,1...0,2 мм применяютрычажные прогибомеры. При этом перемещение одного плеча рычага равно перемещению конструкции, а перемещение другого плеча, фиксируемое на рабочей шкале, в А раз больше (рис. 1, б, в). Недостаток таких элементарных приборов связан с тем, что они имеют небольшое увеличение (ЛГ<10...20) и одновременно в системе возможны различные люфты и неточности в соотношении плеч.
|
|
Рис. 1. Конструктивные схемы элементарных прогибомеров:
а- прогибомер прямого измерения; б, в- прогибомеры рычажными усилителями; 1- изогнутая ось загружаемо конструкции; 2 - рабочее плечо прогибомера; 3 - неподвижное плечо прогибомера; 4-рычаг: 5 - неподвижные опоры
На практике при измерениях вертикальных перемещений строительных конструкций возможны варианты установочных схем, показанные на рис. 5 и рис. 6.
Для более точных измерений применяют прогибомеры, в которых используется редукторная кинематическая схема. В настоящее время в статических испытаниях широко используются три разновидности прогибомеров: прогибомер Максимова, прогибомер Емельянова и прогибомер Аистова, кинематические схемы которых представлены на рис. 2, 3, 4.
Рис.2. Кинематическая схема прогибомера Максимова: 1-нерастяжимая нить; 2-рабочий шкив; 3-рабочий диск; 4-регистрирующая стрелка
Рис.3. Кинематическая схема прогибомера Емельянова
1-нерастяжимая нить; 2-рабочий шкив; 3-рабочий диск;4-регистрирующая стрелка
Рис.4. Кинематическая схема прогибомера Аистова
1-нерастяжимая нить; 2-рабочий шкив; 3-рабочий диск; 4-регистрирующая стрелка
В прогибомере Максимова (рис.2.) перемещение гибкой нерастяжимой нити I, охватывающей шкив 2 и соответствующей такому же перемещению испытываемой конструкции, вызывает поворот диска 3 на угол
∆ф и стрелки 3 на угол k∆ф (k - соотношение диаметров диска и фрикционного барабана). При этом точность отсчета по рабочей шкале достигает 0,05 мм. Диапазон измерений - неограниченный. Одним из главных недостатков прибора является наличие в кинематической схеме прибора - нежесткого фрикционного соединения.
В прогибомере Емельянова (рис.3.) передача вращения осуществляется с помощью шестерен. При этом шкив шестерен и стрелки находятся в параллельных плоскостях. По одной шкале отмечаются целые миллиметры, по другой - до 0,01мм. При этом диапазон измерений в одном приборе также неограничен. Люфт зубчатого соединения устраняется с помощью пружины разворачивающей шестерни в противоположные стороны.
У прогибомера Аистова (рис.4.) принципиальная кинематическая схема практически аналогична предыдущей схеме. Однако используемые в ней некоторые усовершенствования позволяют одновременно на трех рабочих шкалах оценивать перемещения испытываемой конструкции со следующей точностью: первой до 1 см (полный поворот равен 10 см), на второй - до 1мм (полный поворот равен 10 мм), на третьей - до 0,01 мм (полный поворот равен 1 мм).
1.При наличии доступной неподвижной точки - схема на рис.5., а (прибор внизу) и схема на рис.6., б (прибор наверху). Для учета влияния осадок опор требуется установка дополнительных прогибомеров в опорных сечениях. При испытаниях строительных конструкций над водой, при отсутствии быстрого её течения, на дно может быть опущен тяжелый якорь(рис.5., в), к которому предварительно прикрепляется нижний конец соединительной нити (проволоки).
2.При недоступности или большом расстоянии до неподвижных точек, а также с целью исключения влияния осадок опор на практике достаточно часто применяют систему шпренгелей. В частности, на рис.2., а показан подвешенный проволочный шпренгель, который оттягивается вниз
вертикальной проволокой с пружиной, обеспечивающей практическое постоянство натяжения шпренгеля и тем самым требуемую неподвижность точки крепления рабочей проволоки 4 и прогибомера 3.
На рис.6., б показан шпренгель, оттягиваемый подвешенным грузом, а на рис.6., в видно, как постоянство натяжения шпренгеля обеспечивается пружиной, соединяющей его вершину с верхним поясом испытываемой балки.
|
|
Пример установки прогибомеров для измерения горизонтальных перемещений испытываемого объекта приведен на рис.7.
Одновременно следует отметить, что на результаты измерений перемещений, с помощью рассмотренных прогибомеров значительное влияние оказывает изменение длины проволоки в зависимости от температуры воздуха и нагрева её лучами солнца. Так, стальная проволока длиной 1 метр при повышении температуры на 10°С удлиняется более чем на 1 мм, что должно тщательно учитываться при обработке результатов проведенных испытаний.
Индикаторы (мессуры). Для измерения небольших по абсолютной величине перемещений применяют индикаторы часового типа, которые устанавливаются на неподвижной опоре с упором подвижного измерительного стержня в испытываемую конструкцию или закрепляются на испытываемой конструкции с упором подвижного стержня в какую-либо неподвижную точку. Поэтому очень часто индикаторы называю! контактными прогибомерами.
На практике применяют следующие индикаторы:
• с ценой деления 0,01мм и пределом измерения 0...50мм; 0...25мм;
0-..10мм;0...5мм;0...2мм;
• с ценой деления 0,001мм и пределом измерения 0... 1мм.
а) а)
б) б)
в) в)
Рис.5. Установка прогибомеров с Рис.6. Установка прогибомеров с
проволочной связью. применением рабочей нити к шпренгелю с
а-установка прогибомеров внизу; целью исключения влияния осадок опор:
б-установка прогибомеров вверху; а-шпренгель с пружиной;
в-установка прогибомеров с якорем. б-шпренгель с грузом;
1-балочная система; 2-опоры; 3-прогибомер; в-шпренгель с закреплением пружины на
4-рабочая нить; 5-вертикальные опоры; конструкцию.
6-якорь. 1-балочная система; 2-опоры; 3-прогибомер;
4- шпренгель; 5-пружина;
6-рабочая нить (проволока); 7-груз.
.
Индикатор часового типа (рис.9.) состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого размещена вся кинематическая система прибора. На лицевой стороне прибора под стеклом располагается кольцевая шкала и большая стрелка для регистрации отчета с ценой деления либо 0,01 мм, либо 0,001мм. Для отсчета целых оборотов большой стрелки индикатора предусматривается вторая малая шкала со стрелкой.
|
|
Схемы установки индикаторов часового типа для испытаний строительных конструкций могут быть идентичны ранее описанным схемам установки обычных прогибомеров с проволочной связью.
При больших расстояниях между индикаторами и точками упора между ними помещают жесткие соединительные элементы, например легкие штанги (рис.9.). Наличие подобного рода буферных элементов связано, однако, с возможностью возникновения дополнительных ошибок измерений в результате хотя и малых, но трудно устранимых дискретных смещений и обмятий в дополнительных соединениях, коробления деревянных реек, изменения длины связующих металлических элементов при переменной температуре и т.д.
Электромеханические измерители перемещений. В настоящее время существует большое количество электромеханических систем измерений, позволяющих преобразовать механические перемещения в электрические сигналы, усиливаемые и передаваемые на любые расстояния от места проведения статических испытаний строительных конструкций. Указанные системы сопрягаемы с любой вычислительной техникой, что позволяет обрабатывать полученные сигналы по запланированной программе и одновременно управлять проводимыми экспериментами.
Наряду с пассивными системами в технике статических испытаний существуют и активные системы преобразования, основанные на генерировании непосредственно самим преобразователем электрических сигналов. Подобные системы используются в так называемых "следящих" системах, называемых сельсинами.
Сельсины - это генераторные электрические устройства для синхронной передачи углов поворота. При этом запись либо углов поворота, либо линейных перемещений на регистрирующем приборе можно проводить с заданным увеличением, в отличие от обычного классического механического прогибомера.
Рис.7. Схема установки индикаторов при удаленных измерениях перемещений:
а- с использованием рейки-удлинителя; б- с применением проволочной связи; 1-индикатор; 2- рейки-удлинители; 3- проволочная растяжка; 4- пружины; 5- опора; 6- буферная
неподвижная опора.
Рис.8. Установка прогибомеров для измерения горизонтальных перемещений стенки резервуара:
1-стенка резервуара; 2- временная опора; 3-прогибомеры; 4-рабочая нить;
5-противовес; 6-элемент крепления.
Рис.9. Кинематическая схема индикатора часового типа:
1 - рабочий шток с рейкой-кремальерой;
2 - возвратная пружина;
3 - зубчатые шестерни;
4 - система ликвидации люфта