И измерения статической нагрузки

 

Для приложения статической нагрузки используют:

прессы гидравлические по ГОСТ 8905;

испытательные машины;

гидравлические домкраты с насосными станциями;

механические рычажные установки;

пневматические установки;

стенды с гидравлическими домкратами и насосными станциями.

Погрешность прикладываемой нагрузки должна быть не более ±5% значения контрольной нагрузки.

Контроль величины нагрузки производится при помощи:

динамометров;

манометров;

предварительно проградуированных по деформациям распределительных траверс или металлических тяг.

К грузовым механизмам относятся испытательные прессы и машины, гидравлические и винтовые домкраты, тали, полиспасты и лебедки.

Испытательными прессами и машинами оборудуются лаборатории для испытания строительных материалов и конструкций. Для проведения статических испытаний на сжатие, поперечный и продольный изгиб стандартных образцов, деталей, узлов строительных конструкций промышленностью выпускаются следующие прессы: ПММ-1000, ПММ-500, ПММ-200 и ПММ-125; универсальные машины для статических испытаний на растяжение, сжатие, изгиб и загиб: УММ-200, Р-100, Р-50, Р-20, Р-10, Р-5, Р-0,5, Р-20, МР-0,5-1, РМУ-0,05-1 с наибольшей нагрузкой 9800-0,5кН; прессы для проведения статических испытаний стандартных образцов строительных материалов: П-500, П-250, П-125, П-50, П-10, П-5, П-2,5 c предельной нагрузкой 4900-24,5 кН. В таблице 2 даны основные характеристики прессов и испытательных машин.

Таблица 2 - Характеристика испытательных механизмов

Марка устройства	Число шкал, пределы измерений, кН	Цена деления, кН	Средняя относительная погрешность
Прессы	ИПС-1000 ПММ-1000	0…250 0…500 0…1000
ИПС-500 ПММ-500	0…100 0…250 0…500
ИПС-200 ПММ-200	0…50 0…100 0…200
Гидравлические универсальные испытательные машины	ГРМ-2А	0…20 0…50 0…100	0,4
ГРМ-1	0…10 0…25 0…50	0,2 0,5 0,1
ГМС-50	0…10 0…25 0…50	0,2 0,5 0,1
Ум-5	0…1,0 0…2,0 0…50	0,2 0,4 0,1

 

Поверка и тарировка прессов и испытательных машин производится не реже одного раза в год.

 

общий вид испытательной машины марки Р-10

кинематическая схема испытательной машины УММ-100

1 - выключатель для подъема нижнего захвата;2 - нижний захват; 3 - гибочный стол;

4 - передвижная опора; 5 - рабочий цилиндр; 6 - узел крепления гибочного штампа;

7 - нижняя опорная плита; 8 - шкала; 9 - шкала приспособления для поддержания

постоянства заданной нагрузки; 10 - кнопка для включения двигателя нагрузки; 11 - ручной маховичок; 12 - ручной маховичок для точного управления; 13 - рычаг для нагрузки

и разгрузки; 14 - прибор для записи диаграммы.

Рисунок 1 - Испытательная машина

На рисунке 1 дан общий вид испытательной машины марки Р-10 и конструктивное решение испытательной машины марки УММ-100, которая работает по принципу гидравлического действия, измерение усилия осуществляется маятниковым манометром. Замена груза маятника позволяет менять пределы измерений устройства, а на рисунке 2 показана разрывная машина ИР-5145-500. Машина предназначена для испытания образцов из металла на растяжение. При испытаниях обеспечивается диалоговый режим ввода параметров испытания с клавиатуры ЭВМ, построение диаграммы испытания в реальном времени, автоматический расчет результатов испытания. Разрывная машина состоит из испытательной установки с электромеханическим приводом, шариковых винтовых передач и тензорезисторного датчика силы, приборной стойки с блоками силоизмерения, управления приводом и микропроцессором, ПЭВМ и печатающего устройства, захватов ЗРГ-500-1 для образцов с резьбовыми головками. Диапазон испытательных нагрузок О...500 кН. Погрешность измерения нагрузки в диапазоне от 0,04 до верхнего предела ±1 % от измеряемой величины.

 

Рисунок 2 - Разрывная машина ИР-5145-500

 

Универсальная испытательная машина Quasar 25 (рисунок 3) применяется при испытаниях разнообразных материалов на растяжение, сжатие, изгиб, адгезию и т.д. Машины серии Quasar при небольших габаритах позволяют проводить всевозможные испытания прямо на столе в лаборатории или в цехе, дополнительной подготовки помещения для этого не потребуется.

Рама с двумя колоннами высокой жесткости, гарантирующей высокое статическое и динамическое сопротивление, устанавливается на пол. Между колонами располагается подвижная траверса. Форма колонн позволяет устанавливать дополнительное оборудование и измерительные приборы.

 

Рисунок 3 - Испытательная машина QUASAR

 

Программирование испытаний и отображение результатов осуществляется с помощью программного обеспечения Graphwork 5.0, которое дает возможность полного и точного управления данными в соответствии с европейскими, североамериканскими и международными стандартами.

Graphwork 5.0 позволяет задавать программу испытаний: регулировать скорость загружения, условия окончания испытаний, характер загружения (статический или динамический) и т.д.

Кроме этого, программное обеспечение позволяет в режиме реального времени наблюдать за контролируемыми величинами (выбирается пользователем): нагрузка, напряжение, продольные и поперечные деформации образца, модуль упругости. По результатам испытаний автоматически строится графическая зависимость, которая может обрабатываться как непосредственно в программном обеспечении Graphwork 5.0, так и может быть передана в другие приложения: Paint, Microsoft Excel, Microsoft Word, Блокнот и т. д.

Чрезвычайно высокое разрешение по силе и считыванию перемещений, при минимальной скорости 0.0005 мм/мин, обеспечивают высокую точность результатов испытаний.

Наиболее удобными грузовыми механизмами для испытаний являются гидравлические домкраты с различным ходом поршня (рис.4). Усилие, развиваемое гидравлическим домкратом, равно давлению в цилиндре, взятому с учетом сопротивления на преодоление сил трения, умноженному на площадь плунжера.

При испытании конструкций в составе испытательного стенда используют гидравлические домкраты, характеризующиеся большой величиной усилия, плавностью хода и свойством самоторможения, что выгодно отличает их от винтовых и реечных домкратов.

Основные характеристики домкратов даны в таблице 3.

 

Таблица 3 - Характеристика домкратов

Марка	Грузоподъемность, кН	Плунжер	Марка	Грузоподъемность, кН	Плунжер
ход, мм	диаметр, мм	ход, мм	диаметр, мм
ДГ-100 ДГ-200				Облегченные домкраты ЦНИИСКа

 

На рисунке 4 дано конструктивное решение домкрата серии ДГ, действие которого основано на законе гидростатического давления, а сила, развиваемая им (без учета потерь на трение), равна площади плунжера, умноженной на давление в рабочей полости цилиндра.

 

а) общий вид б) кинематическая схема

1 - цилиндр; 2 - составной плунжер; 3 - гайка ограничения хода;

4 - сферическая опора; 5,7 – рабочие полости; 6 – манжеты

Рисунок 4 - Домкрат серии ДГ

Гидродомкраты тарируют, используя образцовые домкраты III разряда или прессы марки ИПС-200, ИПС-500. Для нагнетания масла в гидравлические домкраты используют плунжерные (скальные) насосные станции с ручным (НСР-400, НСР-400М) и электрическим (НСП-400, НСП-400М) приводом (см. рисунок 5, 6).

Насосная станция может обслуживать одновременно три домкрата. Усилие, развиваемое домкратом, определяется по показанию технического манометра класса не ниже 2,5, измеряющего давление с точностью до %. Гидравлические домкраты и манометры выбираются с таким условием, чтобы обеспечить передачу на испытываемую конструкцию заданных усилий на каждом этапе загружения при соблюдении необходимой точности. Каждый домкрат вместе с насосной станцией и всей гидросистемой также подлежат обязательной поверке с помощью образцовых динамометров или на испытательных прессах.

Грузоподъемная сила домкрата не должна превышать более чем в 2-2,5 раза теоретическую разрушающую нагрузку для конструкции, ход поршня должен быть достаточным для доведения её до разрушения. Если прогиб конструкции превышает ход поршня, производят перестановку домкрата или применяют специальные домкраты с перехватом поршня упорной гайкой, позволяющие в процессе испытания совершать без перестановки до трех перехватов.

Винтовые домкраты, тали, полиспасты и лебедки при испытаниях конструкций применяют обычно в тех случаях, когда необходимо создавать небольшие усилия, например имитирующее поперечное усилие от торможения мостового крана при испытании колонны.

а) общий вид б) кинематическая схема

1 - насос простого действия; 2 - масляный бачок; 3 - распределительная коробка;

4 - выдвижная стрела; 5.- лебедка подъема домкрата

Рисунок 5 - Насосная станция НСР-400 с ручным приводом

Рисунок 6 - Насосная станция с электроприводом

 

Динамометры используют для измерения величины усилия. В таблице 4 даны характеристики образцовых динамометров.

 

Таблица 4 - Характеристика образцовых динамометров

Марка (пределы измерения, кН)	Цена деления, Н	Допустимая погрешность показаний, %	Марка (пределы измерения, кН)	Цена деления, Н	Допустимая погрешность показаний, %
ДОСМ-02 (0,2…2) ДОСМ-1 (1…10) ДОСМ-3 (3…30)			ДОСМ-5 (5…50) ДС-50 (50…500) ДОРМ-50 (50…500)

 

Различают рабочие средства измерения и образцовые, используемые как для контроля работы установок, так и для их поверки. Образцовые динамометры 3-го разряда изготавливают по ГОСТ 9500 следующих типов: ДОР (растяжения), ДОС (сжатия) и ДОУ (универсальные). Выпускается 17 градаций пределов измерений от 0,01 кН до 10000 кН (вариация показаний в диапазоне от 200 до 400 кН, для динамометров до 2000 кН в размере 0,3%, и размером 0,4% для динамометров с пределом измерения свыше 2000 кН). На рисунке 7 дано конструктивное решение пружинного динамометра, включающее тарированную полуэллиптическую пружину.

 

1 - полуэллиптические пружины; 2 - тяга, жестко соединенная;

3 - тяга перемещаемая; 4 - зубчатый сектор; 5 - шестеренка; 6 - указательная стрелка.

Рисунок 7 - Кинематическая схема пружинного динамометра

 

Давление масла в системе, которое позволяет определить давление, развиваемое гидравлическим домкратом, измеряют манометрами с трубчатой пружиной. На рисунке 8 дано конструктивное решение манометра, принцип работы которого основан на перемещении свободного конца заключенной в корпусе трубчатой пружины пропорционально давлению жидкости (масла) внутри самой трубки.

 

Рисунок 8 - Гидравлический манометр

 

Манометры указанной конструкции выпускают с разными пределами измерений:

- технические, общего назначения (МТ100) с предельным значением шкалы 02;0,6;0,8;1,0;1,2;1,6;2,5;3;4 и 5 МПа;

- технические, высокого давления (МТБ-150) - 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 30; 40… до 200МПа.

Манометры выпускают двух классов точности 2,5 и 4, т. е. с допускаемой погрешностью не более 2,5% и 4%. Перед испытаниями все манометры поверяются по образцовому контрольному манометру класса 0,2.

Для приложения статической нагрузки используют также механические рычажные установки. На рисунке 9 представлена механическая рычажная установка, используемая при проведении испытаний строительных конструкций на кратковременные и длительные нагрузки.

 

Рисунок 9 - Механическая рычажная установка

 

Для испытания конструкций в полевых условиях применяют простейшие и сборно-разборные стенды, в заводских и лабораторных условиях – стенды с использованием сжатого воздуха, домкратные установки, стационарные, механизированные и автоматизированные стенды.

Простейшие стенды имеют две или четыре опоры, выполненные из кирпича, бетона или сборных железобетонных элементов.

Стационарные стенды состоят из силовой железобетонной плиты с ручьями для установки металлических тяжей, воспринимающих усилия от гидравлических домкратов, комплекса траверс, опор и страховочных приспособлений.

В научно-исследовательских институтах нашли применение механизированные и автоматизированные стенды.

 

Рисунок 10 - Стенд с гидравлическими домкратами и насосной станцией

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ