Схема установки приведена на рис. 6.1. Установка представляет собой модель однопролетной шарнирно опертой балки, по которой передвигается тележка с грузом. Балка изготовлена из прокатного двутавра № 10, имеющего следующие геометрические характеристики:
(А = 14,3 см2; Iх = 245 см4; Wх = 49 см3; Iу = 33 см4; Wу = 10 см3)
Балка имеет пролет 2,8 м. Груз имеет массу _____ кг.
Для определения прогиба балки в середине пролёта в точках А и В установлены индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм, в точке С - прогибомер (индикатор часового типа) с ценой деления 0,01 мм.
Прогиб балки вычисляется с учётом осадки опор балки в точках А и В (рис. 6.3):
fc = П2 – (П1+П3)/ 2 (6.1)
где П2, П1, П3 – перемещения балки в точках С, А, В, полученные в результате измерений.
Для измерения деформаций в сечении С балки наклеены тензорезисторы 1 – 8. Схема наклейки тензорезисторов в сечении приведена на рис. 6.2.
Регистрация деформаций производится автоматическим измерителем АИД или цифровым тензометрическим комплексом (ЦТК). Одно деление шкалы прибора соответствует 1·105 относительной деформации. Переход от измеренной деформации к напряжению осуществляется по закону Гука для линейного напряженного состояния:
z = E· 
z, (6.2)
где Е - модуль упругости (для стали Е = 2,1· 105 МПа);
z - относительная деформация, измеренная на поверхности балки.
Порядок проведения работы и обработка результатов испытаний.
1. Снять нулевые отсчеты по прогибомеру, индикаторам и тензорезисторам. Показания записать в табл. 6.1 и 6.2.
А(П1) (П2) В(П3)
Рис.1. Схема испытательной установки
y
Рис. 2. Схема расположения тензорезисторов по 1-1
Табл. 6.1
| №№ | отсчеты по индикаторам | разность отсчетов | прогиб в точке С, мм | |
| при Р= 0 | при Р= | |||
| П1 | ||||
| П2 | ||||
| П3 |
Табл. 6.2
| №№ тензоре- зисторов | отсчеты по тензорезисторам | разность отсчетов (относительная деформация, х10-5) | напряжения, МПа | |
| при Р= 0 | при Р= | |||
2. По данным табл. 6.1 вычислить разность отсчетов, а по формуле (6.1) - прогиб балки в точке С. Для точки С вычислить прогиб балки аналитическим путем и сравнить его с экспериментальным значением:
fcтеор = Рl3 / 48 EIх (6.3)
3. По экспериментальным данным, представленным в табл. 6.2, вычислить разность отсчетов (относительную деформацию) и по формуле (6.2) напряжения в каждой точке поперечного сечения балки.
Рис. 3. Определение прогиба в точке С
Рис. 4. Линия лияния изгибающего момента в точке С.
4. Построить эпюру нормальных напряжений. Определить теоретическим путем
теор.= Мтеор.·у/Iх (6.4)
При положении тележки в точке С соответствующее значение Мхтеор вычисляется по формуле
Мхтеор = P/2 (y1 + y2) (6.5)
5. Сравнить теоретическое значение изгибающего момента с экспериментальным, вычислив конструктивную поправку как отношение экспериментального значения момента к расчётному. Конструктивная поправка является мерой расхождения между теоретическим представлением о работе сооружения и его действительной работой. При наличии излишних запасов конструктивная поправка получается меньше единицы; конструкция, запроектированная с недостаточной прочностью, имеет конструктивную поправку больше единицы.
На основании полученных результатов дать общую оценку фактической несущей способности исследуемой конструкции.
теор. (МПа) 
теор. (МПа)
7. Статические испытания стальной фермы
Стержневые фермы рассчитываются обычно в предположении шарнирного соединения сходящихся элементов. Между тем концы стержней крепятся к фасонкам, что ведет к изгибу элементов и появлению дополнительных напряжений в краевых точках сечений элементов (особенно вблизи узлов). Эти напряжения могут быть учтены расчетным путем, но такие расчеты трудоемки и их делают лишь в редких случаях, тем более, что дополнительные напряжения от заделки элементов снимаются при развитии пластических деформаций в соединениях и на несущую способность сооружения в целом практически не влияют.
Цели лабораторной работы
1. Определение усилий в элементах фермы, выполненной из стальных уголков, соединенных попарно в узлах с помощью фасонок, при различных нагрузках.
2. Определение прогиба фермы в середине пролета.
3. Овладение методикой проведения простейших испытаний.
4. Ознакомление с измерительными приборами и обработка результатов испытаний.
Геометрическая схема фермы и установка
измерительных приборов.
Приборы, необходимые при испытаниях фермы
а) измеритель деформаций AИД-4;
б) динамометр (Д);
в) прогибомер (П) или индикатор часового типа;
г) тензометры (Т), тензорезисторы.
Методика проведения испытаний
Перед началом испытаний необходимо:
а) установить ферму на опоры с учетом принятой схемы загружения узлов;
6) замерить сечения уголков фермы и определить их площади;
в) произвести установку измерительных приборов.
г) опробовать правильность установки приборов, для чего сделать несколько пробных нагружений.
Ферма нагружается с помощью специального механического натяжного приспособления. Усилие нагружения определяется по динамометру. Результаты испытаний заносятся в таблицу 7.1.
Таблица 7.1.
| Нагрузка Р, кг | Отсчёты по тензорезисторам, х10-5 | Отсчёты по прогибам | |||||||||
| Т-1 | Т-2 | Т-3 | Т-4 | Т-5 | Т-6 | Т-7 | Т-8 | Т-9 | Т-10 | П-1 | |
Обработка результатов испытаний.
1. Определяются усилия в элементах фермы на основании опытных данных при максимальной нагрузке. Результаты вычислений сводятся в таблицу 7.2.
Таблица 7.2.
| №№ | Наименование усилий | Относительная деформация,
 ·10-5
| Напряжение
 , МПа
| Площадь А, см2 | Усилие
N=  ·А,
кг
|
| 1,41 | |||||
| 1,41 | |||||
| 1,41 | |||||
| 1,41 | |||||
| 1,41 | |||||
| 1,41 | |||||
| 1,41 | |||||
| 1,41 | |||||
| 1,41 | |||||
| 1,41 |
Примечание: модуль упругости принимается Е = 2,1· 105 МПа.
2. Определяются теоретические усилия в элементах фермы с помощью
построения диаграммы Максвелла-Кремоны.
3. Проводится сравнение усилий в ферме, полученных теоретическим
и экспериментальным путем.
4. По данным испытания строится график прогибов, возникающий
в середине пролета, от различных уровней нагрузки.
Р, кг
0 h, мм
график прогибов
5. Оценка результатов испытания (выводы).
8. Динамические испытания.
Введение
Динамические испытания - это испытания конструкций и сооружений нагрузкой, изменяющейся по величине и направлению. Можно выделить три группы испытаний динамической нагрузкой: испытание конструкций существующего сооружения; испытание строительных конструкций серийного изготовления; научно-исследовательские испытания.
Основными целями динамических испытаний являются:
1. Определение состояния несущих конструкций при действии на них динамической нагрузки (возможность появления резонанса; оценка возможности усталостного разрушения и т.д.).
2. Определение динамических характеристик строительных материалов (коэффициент динамичности, динамический модуль упругости и т.д.).
3. Неразрушающий контроль качества строительных изделий по их динамическим характеристикам.
4. Оценка опасного неблагоприятного воздействия колебаний конструкций и сооружений на организм человека и технологический процесс.
Динамические испытания проводят в основном в режиме свободных или вынужденных колебаний.
1. Задачи работы.
1. Ознакомление с методикой и оборудованием для проведения динамических испытаний в режиме свободных и вынужденных колебаний.
2. Ознакомление с методикой обработки результатов испытаний.
3. Получение числовых значений динамических характеристик испытываемой конструкции: резонансной частоты, декремента колебании, амплитуд колебаний, динамических напряжений в отдельных точках конструкции.
4. Сравнение полученных экспериментальных данных с теоретическими.
2. Порядок проведения испытаний в режиме свободных колебаний.
1 - возбуждение колебаний ударом или оттяжкой;
2 - запись колебаний шлейфовым осциллографом;
3 - обработка полученной виброграммы.
а) форма колебаний балки
Рис. 8.1
1 - схематическое изображение удара, возбудившего свободные колебания;
2 - тензорезисторы;
3 - шлейфовый осциллограф;
А - амплитуда колебаний балки (переменная величина, уменьшающаяся во времени).
б) запись свободных колебании балки - виброграмма
Рис. 8.2
Т - период колебаний;
t - время (m - n) колебаний.
в) Обработка виброграмм в режиме свободных колебаний.
Первую амплитуду 2an на четком участке виброграммы (риc. 8.2) (принимается для обработки часть виброграммы, на которой отсутствует влияние удара, возбуждающего колебания) измеряют линейкой. Через несколько периодов (8 - 10) колебаний выбирают еще одну амплитуду колебаний 2an. Количество целых периодов на выбранном участке виброграммы между аn и am будет равно (m-n).
По измеренным параметрам виброграммы вычисляют:
1. Частоту собственных колебаний балки по формуле:
или 
2. Логарифмический декремент колебаний балки:
3. Абсолютную амплитуду колебаний балки:
где K - масштабный коэффициент прибора.
Результаты измерений записывают в таблицу 8.1.
Таблица 8.1
| Номер виброграммы | n | m | m-n | t, сек | f0, гц | 2an | 2am | δ | A |
3. Проведение испытаний в режиме вынужденных колебаний.
Рис. 8.3. Блок-схема установки для испытаний балки в режиме вынужденных
колебаний.
Порядок испытаний (рис. 8.3) в режиме вынужденных колебаний может быть следующим:
1 - включение аппаратуры и плавное изменение частоты колебаний генератором сигналов;
2 - установление момента основного резонанса по максимальной амплитуде колебаний балки;
3 - определение частот f1 и f2 по обе стороны от резонансной частоты f0 на уровне амплитуды 
Amax/2 (рис. 8.4)
Рис. 8.4. Определение частот колебаний
4 - определение декремента колебаний по формуле:
Испытания проводили с помощью установки (рис. 3), которая собрана из различных серийно выпускаемых блоков электронно-измерительной аппаратуры. Установка состоит из системы возбуждения колебаний (генератор звуковых частот ГЗ-117, усилитель мощности УМ-100, электромагнитная катушка возбуждения) и системы приема (пьезоэлектрический датчик, измерительный прибор ПИ-19, осциллограф С1-83, частотомер Ч3-33).
Принцип возбуждения колебаний с помощью электромагнитных преобразователей основан на возникновении сил притяжения между металлической балкой и переменным магнитным полем, возбуждаемым электромагнитной системой.
Анализ результатов испытаний (таблица 8.2).
Таблица 8.2
| Номер измерений | f0, гц | f1, гц | f2, гц | Amax, мм | δ |
4. Сравнение теоретических и экспериментально полученных частот колебаний балки.
Для балки, жестко защемленной на опоре, собственную частоту колебаний определяет по формуле:
где E = 2,1×105 МПа - модуль упругости стали;
- момент инерции относительно оси x;
g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения;
q = m/l = V×ρ/l - масса единицы длины балки;
l – длина балки;
К = 3,515 – коэффициент, зависящий от формы колебаний.
Таблица 8.3
| № п/п |  , гц
|  , гц
| 
|
Расхождения возможны из-за различия между фактическими величинами погонной массы балки, ее момента инерции, модуля упругости материала, из-за неучета в расчетных формулах характеристик потерь энергии при колебаниях.
Литература
1. Лужин О. В. Обследование и испытание сооружений. - Учебник для вузов.- М.; Стройиздат, - 223 с.
2. Аронов Р. И. Испытание сооружений. - Учеб. пособ. для вузов. — М.: Высшая школа, - 187 с.
3. Долидзе Д.Е. Испытание конструкций и сооружений. - Учебное пособ. для вузов. - М.; Высшая школа,. - 252 с.
4. Золотухин Ю.Д. Испытание строительных конструкций. - Учеб. пособ. для вузов. - Минск; Вышейшая школа, - 208 с.
5. Лужин О. В. Неразрузшающие методы испытания бетона. - Совм. изд. СССР-ГДР, - М.; Стройиздат,. - 2Зб с.
6. Селяев В.П., Лукин А.Н. Обследование, испытание, сертификация в строительстве.- Изд-во Морд.ГУ.- Учебное пособ. для вузов. – Саранск – 164 с.
7. Римшин В.И. Обследование и испытание зданий и сооружений - Учебное пособ. для вузов – М.- 2004 г.
8. Черкасов В.Д. Освидетельствование зданий и сооружений – Лабораторный практикум – Саранск, 1983 г.