2.5.2. Силоизмерительные приборы

При испытании строительных конструкций статическими нагруз­ками, создаваемыми грузовыми механизмами - домкратами, лебедками, талями или талрепами; измерение интенсивности нагрузки осуществляют динамометрами. На практике различают два вида динамометров ста­ционарные и переносные.

Стационарные динамометры применяют в основном для поверки рабочих переносных динамометров. Указанные динамометры называются образцовыми. Образцовые динамометры должны иметь государственное свидетельство с таблицей зависимостей между нагрузками и показаниями индикатора для нескольких реперных точек.

По конструктивным особенностям рабочие динамометры подраз­деляются на пружинные, гидравлические и электрические. В зависимости от способа регистрации измеряемой силы различают динамометры со стре­лочным указателем, со счетным приспособлением и записывающие.

Динамометры со стрелочным указателем используют, главным об­разом, для измерения статических усилий, а счетно-регистрирующие и за­писывающие - для переменных усилий. Динамометры, имеющие записы­вающие устройства, называются динамографами. Конструктивные особен­ности образцовых пружинных динамометров, гидравлических и электри­ческих представлены на рис.2.5, 2.6, 2.7.

В последнее время все шире стали применяться электромеханиче­ские динамометры с тензорезисторной измерительной системой, представ­ленной на рис.2.7.

Рассмотренные динамометры обладают очень высокой чувстви­тельностью, широким диапазоном измеряемых усилий. Одновременно они очень компактны по размерам и сопрягаемы с существующей вычисли­тельной техникой, позволяющей автоматизировать все операции, связанные с измерениями и обработкой получаемых результатов.

2.5.3. Приборы для линейных измерений

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 простей­шие устройства, позволяющие замерять перемещения загруженных строи­тельных 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 нониусным устройством, то точ­ность измерений можно довести до 0,!мм (рис. 2.8, а).

Для измерения деформаций и перемещений с точностью до 0,1..,0,2 мм применяют рычажные прогибомеры. При этом перемеще­ние одного плеча рычага равно перемещению конструкции, а перемещение другого плеча, фиксируемое на рабочей шкале, в К раз больше (рис. 2.8, б, в). Недостаток таких элементарных приборов связан с тем, что они имеют небольшое увеличение

и одновременно в системе возможны различные люфты и неточности в соотношении плеч.

В прогибомере Емельянова (рис.2.10) 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.2.11) 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: на 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 I мм).

1. При наличии доступной неподвижной точки - схема на рис.2.12, а (прибор внизу) и схема на рис.2.12, 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.2.12, 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.2.13, 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.2.13, б показан шпренгель, оттягиваемый подвешенным грузом, а на рис.2.13, 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.2.14.

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 I 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 непод-

Индикатор часового типа (рис.2.15) состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого размешена вся кинематическая система прибора. На лицевой стороне прибора под стеклом располагается кольцевая шкала и большая стрелка для регистрации отчета с ценой деления либо 0,0! 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.2.16). 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.

Возможны колебания также буферных реек при порывах ветра, что делает более целесообразным применение проволочной связи с индикато­ром по схеме, представленной на рис.2.16.

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.

В частности, к подобным измерителям перемещений относятся различные конструктивные решения, основанные на преобразовании меха­нических перемещений в изменение их емкости, либо индуктивности или электрического сопротивления. Все вышеперечисленные системы преобра­зования относятся к пассивным.

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.

с увеличением и несколько тысяч раз и базой до 2 мм, используемых при измерениях, например, в зонах концентрации напряжений.

2. Электромеханические тензометры

Наиболее распространенными в настоящее время среди указан­ных тензометров нашли электромеханические тензометры Аистова (рис.2.23).

Рис. 2.23. Кинематическая схема электромеханического тензометра: I - основание тензометра; 2 - направляющая; 3 - нижняя база тензометра; 4 - опор­ный нож; 5 - винт фиксирующий; 6 - верхняя база тензометра; 7 - электрические клеммы; 8 - микрометрический винт; 9 - счетчик оборотов лимба; 10 - система крепления счетчика;11 - муфта микрометрического винта; 12 - натяжная гайка; 13 - указатель отсчетов; 14 -лимб; 15 - перо; 16 - вилка; 17 - подвижная призма; 18 - испытываемая конструкция

Корпус тензометра состоит из стойки и основания. Стойка прибо­ра разделена электроизоляционной прокладкой на две части 3 и 6. К ниж­ней поверхности основания 1 прикреплена направляющая 2, по которой при настройке прибора на нужную базу перемещается опорный нож 4. Фикса­ция ножа на направляющей производится винтом 5.

На противоположном конце основания имеется вилка 16, в гнездо которой входит подвижная призма 17, жестко соединенная с пером 15. В верхней части 7 стойки прибора находится муфта 11, через которую прохо­дит микрометрический винт 8 с укрепленным на нем лимбом 14. Конец винта, обращенного к перу, имеет форму конуса.

С левой стороны на муфте находится кронштейн с указателем (индексом) отсчетов 13 и счетчик 9 регистрации оборотов лимба. Стержень счетчика оборотов упирается в торец микрометрического винта. С правой стороны на муфте имеется натяжная гайка 12, служащая, как и у клиномет­ра Аистова, для устранения люфта между муфтой и винтом. Провода от источника питания подсоединяются к клеммам 7.

Тензометр крепится к исследуемому изделию струбциной. Методи­ка снятия отсчетов с тензометра Аистова такая же, как и с электромехани­ческого клинометра.