Тарировка приборов 3 страница

Рис. 4.31. Схема рабо­ты деформографа с прово­лочной связью: 1 — проволока; 2 - Г-об­разный рычаг; 3 — переда­точная игла; 4 - бумаж­ная лента; 5 — отметчик времени; б — перо-рычаг; 7— пружина

Рис. 4.32. Универсальный прибор Гейгера:

а — вид спереди; б — вид сбоку; 1 — корпус; 2 — рычаг завода лентопротяжного механизма; 3 — перо-рычаг; 4 — магнитный якорь маркировки времени; 5 — столик для записи; 6 — ролик с промокательной бумагой; 7 — намоточный бара­бан; 8 — смоточный барабан; 9 — передаточный стержень-игла; 10 — рычаг регу­лирования скорости подачи ленты; 11 — рычаг пуска лентопротяжного механизма

устройство для отметок положения испытательной нагрузки. С помощью деформографа можно записывать перемещения с частотой колебаний до 20 Гц.

При записях колебаний пролетных строений прибор можно устанав­ливать как на неподвижной системе (точке), так и непосредственно на пролетном строении. В первом случае прибор устанавливается под про­летным строением на специальном столике, к которому он крепится шу­рупами. Связь между колеблющейся (перемещающейся) точкой и непод­вижной осуществляется проволокой. Один конец проволоки крепится

Рис. 4.33. Схема установки при­бора Гейгера на пролетном строе­нии:

1 — груз; 2 — проволока; 3 — прибор Гейгера; 4 — пружина

к пролетному строению, а другой через пружину к земле. Пружина, под­держивая проволоку в постоянном натяжении, обеспечивает передачу колебаний (перемещений) узла фермы на Г-образный рычаг прибора. Связь проволоки с Г-образным рычагом осуществляется с помощью спе­циальной собачки, прикрепляемой к проволоке винтами.

При установке прибора на пролетном строении (рис. 4.33) он дол­жен быть закреплен струбцинами или другими приспособлениями. Если под пролетным строением имеется вода, то связь с неподвижной точ­кой (землей) осуществляется опусканием на дно груза массой не ме­нее 10 кг. Верхний конец проволоки через специальную пружину, рас­положенную выше прибора, крепится к пролетному строению. Проволо­ка ниже пружины во время испытаний остается неподвижной, а прибор относительно нее перемещается.

Следует отметить, что при расположении прибора в неподвижной точке получается более качественная запись, чем при закреплении его на испытуемой конструкции, так как в этом случае исключаются влияния колебаний самого прибора.

При использовании прибора в качестве вибрографа к его регистри-' рующей части прикрепляется специальный маятник 5 с пружиной 6 (рис. 4.34). Маятник при колебании прибора вследствие большой массы остается условно неподвижным. Перемещения корпуса прибора отно­сительно маятника передаются для записи через рычаги 3 и 4 и пере­даточную иглу 2 на перо 1. Вибрографом можно записывать колеба­ния с частотой от 5 до 330 Гц.

Рис. 4.34. Виброграф Гейгера: а - общий вид; б- схема действия; 1 — перо-рычаг; 2 — передаточный I стержень-игла; 3, 4 - рычаги; 5 -маятник; 6 — пружина

Для записи колебаний может быть использован также ручной вибро­граф типа ВР-1. При записи колебаний прибор держат в руках, прижи-

Рис. 4.35. Вибромарка:

а — в состоянии покоя; б — при вибрации

мая шток к колеблющейся конструкции. Приборы этого типа позволяют записывать колебания с частотой от 5 до 300 Гц.

Для ускоренной приближенной оценки размаха колебаний устано­вившегося режима можно использовать вибромарки. Вибромарку вы­черчивают в виде острого клина (рис. 4.35, а) и наклеивают на конструк­цию в плоскости колебаний, так чтобы основание клина располагалось по направлению колебаний. Наблюдателю, находящемуся вне объекта, при 500 колебаниях в минуту и -выше вибромарка будет казаться раз­двоенной. Будут четко видны крайние положения вибромарки и темный

клин между ними (рис. 4.35, б). Размах колебаний с = —- /,где ~г-------------

отношение основания к высоте вибромарки (—» -¹—); / — высота

L ю

темного клина, измеряемая по рискам вибромарки.

При неустановившихся колебаниях клин будет размытый. Хорошие результаты дает фотографирование вибромарки с определенным интер­валом выдержек.

В случае отсутствия необходимых приборов приближенную оценку размахов и амплитуд перемещений при динамических воздействиях, на-пример, перемещение концов пролетного строения или его прогибов, можно выполнить с использованием простейших приспособлений в виде реек (линеек), натянутой проволоки и планшета с наклеенной на нем бу­магой. К рейке или проволоке закрепляют карандаш, который записы­вает на бумаге перемещения элемента (точки) конструкции. При этом рейку или проволоку закрепляют к подвижной или неподвижной части (точке), а планшет - наоборот. Передвигая планшет в направлении, пер пендикулярном записываемым перемещениям, можно получить запись в развернутом виде (виброграмму, прогибограмму).

Приборы, применяемые при испытаниях, должны обеспечивать необходимую точность измерений, а измеренные с помощью их значе­ния - максимально соответствовать действительным. Поэтому приборы

. 156

периодически тарируют — устанавливают соотношение их показаний с ис­тинными значениями измеряемых величин.

Новые приборы тарируются предварительно. Тарировка приборов производится на специальных установках - компараторах различных конструкций типа ПЧ-3, ЛИМСХ, калибраторах МПТ-2 и др.

Для тарировки приборов, применяемых при испытаниях мостов и других строительных конструкций, широко используют универсальный компаратор ЛИМСХ конструкции Н. Н. Аистова (рис. 4.36). Принцип ра­боты компаратора состоит в следующем. При вращении микрометрен-ного винта 7, имеющего лимб с нониусом 6, повертывается рычаг 5 вокруг оси валика 1. Одновременно с рычагом повертывается запрессо­ванный в нем валик /, соединенный стальными лентами с подвижной. площадкой 4 и вертикальным штоком 2. Перемещение микрометрен-ного винта передается на подвижную площадку и вертикальный шток. Перемещения их благодаря рычажной передаче в 50 раз меньше чем мик-рометренного винта. Наличие лимба с нониусом позволяет создавать пе­ремещение подвижной площадки и штока с очень высокой точностью (до 0,01 мк).

Механический тензометр 3 при тарировке устанавливают одной ножкой на подвижную площадку, а другой - на неподвижную. Враще­нием микрометренного винта стрелку тензометра последовательно устанавливают на отсчетах 0, 100, 200, 400, одновременно снимая от­счеты по лимбу. Эту операцию повторяют не менее трех раз. Если тензо-

Рис. 4.36. Универсальный компаратор ЛИМСХ:

1 - валик; 2 — вертикальный подвижной шток; 3 - тарируемый тензометр;

7- — подвижная площадка; 5 — рычаг; б — лимб; 7 — микрометренный винт

Аналогичным образом можно выполнять тарировку по напряже­ниям.

Поскольку тензорезисторы пригодны преимущественно для разово­го использования, они не могут тарироваться индивидуально. Их тари­ровку производят следующим образом. Из однотипной партии тензоре-зисторов отбирают определенную долю для тарировки. Каждый из отобранных тензорезисторов наклеивают на тарировочную балочку и подключают к тому электроизмерительному устройству, которое будет использовано для работы с данной партией тензорезисторов при том же 158

режиме усиления. При тарировании балочку нагружают не менее трех раз, снимая отсчеты по измерительному устройству. Деформации (на­пряжения) в зоне установки тензорезистора определяют расчетным пу­тем или по контрольному тензометру, установленному рядом с тензо-резистором. По результатам измерений находят цену деления как сред­нее арифметическое из результатов испытаний протарированных тензо­резисторов. Эту цену деления принимают одинаковой для данной партии.

4.6. Выбор способов измерений и размещение приборов при испытаниях

В зависимости от поставленной задачи испытаний для измерения напряжений и других характеристик назначают определенные элементы и узлы пролетных строений и опор с указанием характерных сечений. Для этой цели обычно выбирают наиболее напряженные и деформируе­мые элементы, узлы и сечения. Выбор элементов для испытаний на эксплуатируемых мостах часто определяется наличием в них различного рода повреждений и дефектов.

При измерениях напряжений важным вопросом является назначение базы измерения. При измерениях напряжений вне зон их концентрации база измерения механическими тензометрами в основном определяется необходимой точностью измерения и ожидаемой максимальной величи­ной измеряемых напряжений. При напряжениях в стальных элементах мостов ниже 80 МПа обычно принимается база, равная 100 мм и более. В связи с тем, что тензорезисторы имеют достаточно большой диапазон изменения коэффициента увеличения, для измерения напряжений вне зон их концентрации во всех случаях можно использовать тензорезисто­ры с базой 10-20 мм.

Измерение напряжений в зонах концентрации необходимо произво­дить на небольших базах (в металлических элементах - 1 -5 мм). Чем выше неравномерность распределения напряжений около концентратора напряжений, тем меньшую базу должен иметь тензометр (датчик). Необ­ходимо обращать особое внимание на места установки приборов. При измерении фибровых напряжений тензометры следует устанавливать вне зон возможной концентрации напряжений. Концентраторами напряжений в металлических конструкциях могут служить различные отверстия, резкие изменения сечений, концы сварных швов, местные искривления, вмятины и т. д.; в железобетонных - изменения сечений, места примы­кания ребер жесткости, закрепления анкеров, трещины и т. д.

Сечение, в котором измеряются напряжения, следует назначать с та­ким расчетом, чтобы оно наиболее точно соответствовало расчетному, т. е. не проходило по элементам, неопределенно включаемым в работу (например, соединительные планки, концевые участки накладок и т. п.).

Рис. 4.37. Схема размещения минимального числа тензометров и тензоре- зисторов в поперечных сечениях металлических элементов: 1,2 - при действии осевой силы N; 3 - 8 - при действии N, М_%, М, М Расстановка приборов в сечении исследуемого элемента производится в зависимости от характера напряженного состояния и конфигурации сечения. Минимальное число точек установки тензометров в сечении определяется характером его работы. Так, при определении осевого усилия N, изгибающих моментов М и М и крутящего момен­та .М минимальное число точек равно четырем. Это правило относится к монолитным сечениям. Для составных сечений, где возможно взаим­ное смещение отдельных элементов, число точек должно быть увеличено (рис. 4.37). В связи с некоторой неопределенностью распределения напряжений по сечениям бетонных и железобетонных элементов, особенно работаю­щих на изгиб, число точек установки тензометров в сечении принимается выше, чем в соответствующих сечениях элементов металлических кон­струкций.

таким ооразом, для оценки концентрации напряжении неооходимо измерить о_тах и а. При измерении о_тах тензометр (датчик) с ма­лой базой необходимо установить в зоне максимальной концентрации напряжений (обычно на кромке концентратора: выкружки, отверстия и др.) с ориентацией базы измерения по направлению силового потока в рассматриваемой зоне сечения. Для определения а обычно измеряют напряжения в сечении по площади брутто в зоне, соответствующей зоне действия а. Это сечение выбирают на некотором удалении от кон­центратора напряжений с таким расчетом, чтобы его влияние на распре-

деление напряжений было минимальным. Учет ослабления сечения при определении а в этом случае производится расчетным путем.

При испытании железобетонных конструкций напряжения измеряют как в бетоне, так и в арматуре. Измерение напряжений в бетоне выпол­няют также по методу непосредственного тензометрирования, что свя­зано с некоторыми трудностями. Одна из них заключается в сложности определения действительного модуля упругости бетона испытуемой кон­струкции, поскольку эта характеристика зависит от многих факторов и изменяется в довольно широких пределах. Другая трудность состоит в том, что бетон как материал имеет неоднородную структуру, нередко раковины и трещины, в связи с чем силовые деформации в нем распре­деляются неравномерно. Это может приводить к погрешностям при определении напряжений по измеренным деформациям. Для снижения этого влияния измерение деформаций необходимо производить на боль­ших (более 10 см) базах.

Измерение напряжений (деформаций) в бетоне при статических ис­пытаниях обычно производят механическими тензометрами, тензоре-зисторами, индикаторами и деформометрами различных конструкций, а динамических, как правило, — тензорезисторами. Рычажные тензомет­ры используют с удлинителями. Для предохранения ножей (призм) при­боров от затупления в местах их установки на бетон наклеивают тонкие металлические пластинки размером примерно 5x5 мм. Тензорезисторы наклеивают непосредственно на бетон. При этом необходимо обращать внимание на то, чтобы поверхность в местах их наклейки была ровной, без раковин и пор.

Индикаторы при измерении напряжений могут наглухо прикреплять­ся к бетону с помощью специального клея. В этом случае подвижной шток индикатора соединяется с удлинителем, закрепленным в конце базы измерения.

При измерении напряжений в бетоне индикаторы можно использо­вать в качестве съемных приборов, т. е. устанавливаемых только на вре­мя снятия отсчетов. Это достигается путем установки специальных ме­таллических марок в точках, между которыми производится измерение деформаций. Марки представляют собой стальные стержни длиной около 20 мм и диаметром 10 мм, заделанные в бетон или приклеенные к немуТ На внутренних вертикальных гранях марок делается специаль­ное трехгранное кернение, в которое упирается с одной стороны подвиж­ный шток индикатора, а с другой — его корпус.

Для измерения напряжений иногда используют деформометры, для установки которых закрепляются марки на расстоянии базы измерения. На них устанавливается деформометр для снятия отсчетов. В этом слу-iae, как и в предыдущем, одним прибором можно последовательно про­изводить измерения деформаций в большом количестве мест.

Измерение напряжений в арматуре можно выполнить приборами, трименяемыми при испытаниях металлических конструкций. При испы­таниях конструкций из обычного железобетона, как правило, измеряют

' Зак, 1188 161

Глава 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МОСТОВ 5.1.Основные положения классификации мостов по грузоподъемности Происходящие изменения в условиях эксплуатации мостов, связан­ные главным образом с увеличением массы поездов, скорости их движе­ния и нагрузки от подвижного.состава на путь, обусловливают необхо­димость объективной оценки возможности и условий безопасного про­пуска по мостам поездных нагрузок, существенно отличающихся по схе­мам и величинам от тех, которые в свое время учитывались при проекти­ровании искусственных сооружений. Решать эти задачи прямым методом (расчетом на заданную нагрузку) аналогично тому, как это делается при проектировании мостов, неудобно. Введение в эксплуатацию нового подвижного состава, изменение скоростей движения поездов привели бы к Необходимости неоднократного повторения таких, порой весьма тру­доемких расчетов. На отечественных железных дорогах для наиболее распространенных балочных разрезных пролетных строений эксплуати­руемых мостов применяется система их классификации по грузоподъем­ности, а железнодорожного подвижного состава — по воздействию на мосты. Принцип классификации мостов и основные расчетные формулы. Сущность расчетной оценки грузоподъемности балочных разрезных пролетных строений мостов состоит в том, что для каждого несущего элемента определяется значение максимальной временной вертикальной равномерно-распределенной нагрузки к, воздействие которой является безопасным для рассматриваемого элемента. Эту нагрузку выражают в единицах некоторой условной эталонной поездной нагрузки, и число такрс единиц называют классом элемента по грузоподъемности К. Щ ' Вертикальную нагрузку, воздействующую на каждый из рассматри­ваемых элементов пролетных строений от любого конкретного подвиж­ного состава, выражают в единицах той же условной эталонной нагрузки. Число единиц при этом называют классом нагрузки по воздействию на мосты K_Q.

Конструктивные поправки используют при оценке действительной грузоподъемности конструкции. На основании анализа расчетных и экс­периментальных данных разрабатываются предложения по дальнейшему совершенствованию расчетов. Важными обобщающими характеристиками качества конструкции могут служить общие и особенно остаточные деформации и перемеще­ния. Наличие остаточных прогибов пролетного строения свидетельству­ет о появлении неупругих деформаций в отдельных его элементах и узлах. Например, в клепаных пролетных строениях остаточные прогибы могут быть связаны со сдвигами в заклепочных соединениях, в свар­ных - с наличием высоких остаточных напряжений и их релаксацией, в деревянных - с неплотностями и со смятием во врубках. В каждом конкретном случае необходимо установить причины остаточных дефор­маций и оценить их влияние на прочность и долговечность конструкции. При исследовании эксплуатируемых мостов часто приходится выяс­нять причины возникновения и развития различных повреждений. Для этого нередко проводят комплексные испытания с целью выявления роли тех или иных факторов в образовании и развитии повреждений. В этом случае анализ результатов испытаний носит также комплексный характер, в результате которого выявляют параметры каждого фактора, взаимодействие различных факторов и их роль в образовании повреж­дения. Например, при выявлении причин усталостных разрушений необ­ходимо проанализировать напряженное состояние в зоне зарождения усталостной трещины и характер его изменения, результаты испытаний материала, интенсивность движения поездов, их виды, режимы нагру-женности и др. Всесторонний анализ результатов испытаний позволяет более глу­боко понять действительный характер работы сооружения с целью оценки его надежности и долговечности, совершенствования методов расчета, проектирования и усиления. Анализ результатов испытаний (в особенности для решения спе­циальных задач по оценке надежности конструкций) должен базировать-;я на широком использовании методов математической статистики и геории вероятностей.

вающих или сжимающих усилий (или тех и других в зависимости от по­ложения нагрузки на мосту), в качестве геометрической характеристи­ки G принимается площадь поперечного сечения нетто в наиболее ослабленном сечении элемента F. Если отдельные части, входящие в состав элемента, имеют наибольшее ослабление в различных его сече­ниях, то определяется также площадь нетто для совмещенного сечения с учетом несущей способности заклепок (болтов, в том числе высоко­прочных), соединяющих части элемента в пределах такого совмещения. При проверке на выносливость элементы, ослабленные отверстиями под заклепки, рассчитываются также по площади сечения F, а в случае фрикционных соединений на высокопрочных болтах - по сечению брут­то F. При определении грузоподъемности элементов, испытывающих воздействие сжимающих усилий, расчет на устойчивость выполняется с учетом геометрической характеристики G = F. Расчетная площадь сечения элемента по стыку или прикреплению

Допускаемая нагрузка по устойчивости рассматриваемых элемен­тов к определяется по формуле (5.33) при £1_к = П — £2 и знаке ми­нус перед выражением усилия от постоянной нагрузки. Наименьшее значение к определяют с учетом двух возможных значений \р, одно из которых соответствует продольному изгибу опорного раскоса или стойки в плоскости главной фермы, другое — в плоскости портальной рамы. Для мостов на прямых участках пути в формулах (5.32) - (5.35) коэффициент £ = 0. Усилия от ветровых воздействий S и М определяются так же, как ипри проектировании пролетных строений железнодорожных мостов. Таким образом, для поясов и опорных раскосов (стоек) главных ферм допускаемая нагрузка по прочности и устойчивости определяется дважды — при двух возможных сочетаниях действующих на сооруже­ние нагрузок. В первое сочетание входят постоянная нагрузка, времен­ная вертикальная нагрузка от подвижного состава, а также горизонталь­ная поперечная нагрузка от центробежных сил (в мостах, расположен­ных на кривой). Все эти нагрузки вводятся в расчеты с коэффициентом сочетания г\ = 1. Во втором сочетании кроме указанных нагрузок учиты­вается воздействие ветра и торможение поездов, при этом все временные нагрузки уменьшаются введением понижающих коэффициентов сочета­ния, равных 7?£ = 0,95, 7? =0,80, r\_v = 0,5. При определении класса элемента в формулу (5.1) подставляется меньшее из найденных зна­чений к. Расчетные площади поперечных сечений.При расчетах на прочность элементов главных ферм, испытывающих воздействие осевых растяги-202

5.4. Учет влияния повреждений элементов на их несущую способность

При определении грузоподъемности мостов должны учитываться повреждения элементов, обнаруженные при обследовании. При расче­тах на прочность и устойчивость принимаются фактические геометри­ческие характеристики сечений с учетом ослабления их коррозией. Одновременно с расчетом сечений, в которых действуют максимальные усилия, необходимо классифицировать и другие опасные сечения эле­ментов, наиболее ослабленные коррозией. Неравномерная по поверх­ности элемента и его длине коррозия металла вызывает концентрацию напряжений в отдельных локальных зонах и тем самым может снижать несущую способность по выносливости. Исследования показали, что коррозионные язвы снижают усталостную прочность металла при их глу­бине, превышающей 0,4 мм. При язвах глубиной около 1,2 мм влияние коррозии на усталостную прочность металла максимальное, при дальней­шем увеличении глубины язв это влияние практически стабилизируется. Грузоподъемность по выносливости элементов пролетных строений с рассматриваемыми повреждениями рассчитывается по формулам для определения к (см. п. 5.1). Влияние коррозионных язв на величину у учитывается соответствующими эффективными коэффициентами концентрации напряжений j3, значения которых при глубине язв от 0,4 до 1,2 мм и более изменяются примерно линейно от 1,0 до 2,2.

Несущая способность сжатых элементов может снижаться из-за их искривления — уменьшается грузоподъемность по устойчивости, так как при общем искривлении со стрелой / элемент начинает работать в усло­виях внецентренного сжатия. Исследования показали: элементы с таки­ми дефектами должны рассчитываться как внецентрешю сжатые, если / > 0,143р (для П-образных поперечных сечений) и / > 0,0025 / ₀ (для, всех остальных типов поперечных сечений). Здесь р — ядровое расстоя­ние по направлению, противоположному искривлению (эксцентриси­тету), / — свободная длина элемента. В этих случаях коэффициент уменьшения расчетного сопротивления при продольном изгибе у опре­деляется по графикам (см. рис 5.1), как для элементов, имеющих наи­больший эксцентриситет e_Q = /.

Дата добавления: 2015-06-30