Железобетонные и каменные конструкции

Строительный институт

 

 

Кафедра «Строительные конструкции»

 

 

Железобетонные и каменные конструкции

 

Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции»

для обучающихся направления 08.03.01 «Строительство» и

для специальности 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и

сооружений»

 

 

Составитель

В.А. Демин,

Кандидат технических наук, доцент

 

Тюмень

ТИУ

2019

Железобетонные и каменные конструкции: Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции» для обучающихся направления 08.03.01 «Строительство» и для специальности 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений» / сост. В.А. Демин; Тюменский индустриальный университет. – Тюмень, Издательский центр БИК, ТИУ, 2019. – 33 с.

 

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры «Строительные конструкции»

«21» декабря 2018 г., протокол №4

 

Аннотация

Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции» предназначено для обучающихся направления 08.03.01 «Строительство» и для специальности 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений».

Методические указания разработаны и включают теоретические сведения и практический материал, необходимый для выполнения лабораторных работ по данной дисциплине.

 

Содержание

Содержание. 3

Лабораторная работа №1. 4

Измерение защитного слоя бетона в железобетонных конструкциях. 4

Лабораторная работа №2. 10

Неразрушающие методы контроля качества железобетонных конструкций. 10

Лабораторная работа №3. 20

Сравнительный анализ неразрушающего и разрушающего методов испытания бетонного образца 20

Лабораторная работа №4. 24

Испытание железобетонной балки на изгиб. 24

Библиографический список. 32

 

 

Лабораторная работа №1

Измерение защитного слоя бетона в железобетонных конструкциях

 

Введение

Сборные и монолитные конструкции зданий и сооружений, изготовляемые из бетона различных видов имеют различные величины толщины защитного слоя бетона, а также расположения стальной арматуры. Для определения соответствующих величин используют магнитный метод в соответствии с ГОСТ 22904-93 [1]. Данный метод применяют для контроля качества при изготовлении и монтаже сборных и возведении монолитных железобетонных конструкций, при обследовании состояния эксплуатируемых железобетонных конструкций, а также для проверки эффективности технологических мероприятий, применяемых для фиксации стальной арматуры в проектном положении.

ЦЕЛЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

При выполнении лабораторной работы №1 перед обучающимися ставятся следующие цели:

1. Изучить метод определения толщины защитного слоя бетона с известным диаметром стальной арматуры в соответствии с ГОСТ 22904-93 [1].

2. Изучить метод определения диаметра арматуры и толщины защитного слоя бетона в железобетонных конструкциях, когда диаметр арматуры неизвестен.

3. Применить изученный метод на испытываемой конструкции.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЗАЩИТНОГО СЛОЯ БЕТОНА

Магнитные характеристики арматуры в железобетонных конструкциях существенно отличаются от магнитных характеристик бетона. Приборы основаны на оценке изменениях в магнитном поле, возникающем при введении в него ферромагнитного материала. Это материал, в котором может возникать магнитное поле.

На рис. 1 представлена функциональная схема прибора. Основным элементом в приборе для определения толщины защитного слоя является преобразователь. Преобразователь предназначен для преобразования неэлектрической величины, то есть толщины защитного слоя бетона в электрическую величину.

 

 

 

Рис. 1 Функциональная схема прибора ИЗС-10Н:

1 - П-образный ферритовый магнитопровод с помещенной на нем катушкой (преобразователь); 2 - гальванометр; 3 - переключатель диапазона арматуры от 4 до 32 мм; 4 - источник питания; 5 - магнитное поле; 6 – стальная арматура.

 

В процессе совершенствования измерительной техники ниже представлены различные варианты приборов для определения защитного слоя бетона. Приборы предназначены для измерения толщины защитного слоя бетона, то есть расстояния по нормали между поверхностью бетона и образующей арматурного стержня.

 

Рис. 2 Прибор для определения защитного слоя бетон ИЗС-2

 

Рис. 3 Прибор для определения защитного слоя бетон ИЗС-10Н

 

 

Рис. 4 Прибор для определения защитного слоя бетон ИПА-МГ4

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Зарисуйте функциональную схему прибора ИЗС-10Н.

2. Для чего предназначен преобразователь.

3. Последовательность работ по определению толщины защитного слоя бетона для прибора ИЗС-10Н при известном диаметре арматуры.

4. Последовательность работ по определению толщины защитного слоя бетона и диаметр арматуры для прибора ИЗС-10Н, когда диаметр арматуры неизвестен.

 

Лабораторная работа №2

 

Введение

Сборные и монолитные конструкции зданий и сооружений, изготовляемые из бетона различных видов имеют различные прочностные характеристики. Для определения соответствующих величин используют механические методы неразрушающего контроля в соответствии с ГОСТ 22690-2015 [2]. Данный метод применяют для контроля качества при изготовлении и монтаже сборных и возведении монолитных железобетонных конструкций, при обследовании состояния эксплуатируемых железобетонных конструкций, а также для проверки эффективности технологических мероприятий, применяемых для контроля прочностных характеристик бетона.

ЦЕЛЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

При выполнении лабораторной работы №2 перед обучающимися ставятся следующие цели:

1. Изучить методы определения прочностных характеристик бетона механическими методами неразрушающего контроля в соответствии с ГОСТ 22690-2015 [2].

2. Выработать практические знания определения прочности бетона эталонным молотком "Кашкарова".

3. Применить один из изученных методов на испытываемой конструкции.

2     ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БЕТОНА МЕХАНИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

Неразрушающие механические методы применяют для определения прочности бетона на сжатие в установленном проектной документацией промежуточном и проектном возрасте и в возрасте, превышающем проектный, при обследовании конструкций.

Неразрушающие механические методы определения прочности бетона основаны на связи прочности бетона с косвенными характеристиками прочности:

- метод упругого отскока (на связи прочности бетона со значением отскока бойка от поверхности бетона (или прижатого к ней ударника));

- метод пластической деформации (на связи прочности бетона с размерами отпечатка на бетоне конструкции (диаметра, глубины и т.п.) или соотношения диаметра отпечатка на бетоне и стандартном металлическом образце при ударе индентора или вдавливании индентора в поверхность бетона);

- метод ударного импульса (на связи прочности бетона с энергией удара и ее изменениями в момент соударения бойка с поверхностью бетона);

- метод отрыва (на связи напряжения, необходимого для местного разрушения бетона при отрыве приклеенного к нему металлического диска, равного усилию отрыва, деленному на площадь проекции поверхности отрыва бетона на плоскость диска);

- метод отрыва со скалыванием (на связи прочности бетона со значением усилия местного разрушения бетона при вырыве из него анкерного устройства);

- метод скалывания ребра (на связи прочности бетона со значением усилия, необходимого для скалывания участка бетона на ребре конструкции).

Приведем некоторые методы определения прочности бетона.

1. Метод отрыва (см. рис. 1).

Рис. 1 Испытуемый образец и график тарировки;

P_в - выдергивающая сила, кН; R - прочность бетона, кг/см²

 

2. Метод упругого отскока (см. рис. 2).

 

Рис. 2 Схема прибора «Склерометр» и график тарировки:

1 - измерительная шкала; 2 - ударный стержень; 3 – фиксатор; 4 - корпус прибора; 5 – пружина

3. Комплексный метод (метод отрыва и метод пластических деформаций) (см. рис. 3).

 

 

Рис. 3 Схема прибора

 

4. Физические методы:

· Ультразвуковой (импульсный). Прочность бетона определяется с помощью ультразвука. Чем меньше скорость прохождения ультразвука, тем больше прочность бетона.

· Радиометрический. Прочность бетона определяется по характеру проникновения гамма лучей. Чем прочнее бетон, тем меньше проникновение гамма лучей.

 

 

5. Метод пластических деформаций

В основу метода положены известные методы определения твердости стали (метод Роквелла и метод Польди).

 

 

Рисунок 4 - Схема прибора "Польди" и график тарировки:

1 - исследуемый материал; 2 - стальной шарик; 3 - эталонный брусок;

4 - ударный стержень; 5 - обойма прибора

Данная идея использована в измерении прочности бетона и в дальнейшем был придуман молоток "Физделя" (см. рис. 5).

 

Рис. 5 Схема молотка "Физделя" и график тарировки

 

 

По истечении времени на основании молотка "Физделя" был разработан молоток "Кашкарова" (см. рис. 6).

 

 

Рис. 6 Схема молотка "Кашкарова":

1 – корпус; 2 - металлическая рукоятка; 3 – головка; 4 – пружина;

5 – стакан; 6 - эталонный стержень; 7 – шарик.

 

Эталонный стержень используемый в молотке "Кашкарова" изготовлен из арматуры класса А240(А-I) имеет диаметр 10 мм и длину 150 мм (см. рис. 7).

 

 

Рис. 7 Эталонный стержень

 

В результате удара по молотку, на бетоне и на эталонном стержне остаются отпечатки. Для измерения отпечатков используется специальная мерная линейка (см. рис. 8).

 

 

Рис. 8 Мерная линейка для измерения отпечатков

 

В процессе совершенствования измерительной техники ниже представлены различные варианты приборов для определения прочностных характеристик бетона.

 

 

Рис. 9 Метод ударного импульса прибор «Оникс-2.5»: 1 – корпус измерителя; 2 – выключатель питания; 3 – разъем; 4 – индикатор; 5 – кнопка «калибровка»; 6 – кнопка «сброс»; 7 – потенциометр установки а ₁; 8 – потенциометр установки а ₀; 9 – ремешок; 10 – гибкий кабель; 11 – датчик-склерометр; 12 – кнопка спусковая; 13 – ручка взвода; 14 – опорное кольцо; 15 – индентор; 16 – потенциометр эталона

 

 

 

 

Рис. 10 Ультразвуковой метод прибор «Пульсар-2.1»: 1 – испытуемая конструкция; 2 – щуп-излучатель; 3 – генератор импульсов; 4 – задающий генератор; 5 – ждущая развертка; 6 – генератор меток; 7 – электронно-лучевая трубка; 8 - усилитель; 9 – щуп-приемник

 

 

Рис. 11 Метод упругого отскока прибор «Склерометр»

Рис. 12 Метод отрыва со скалыванием прибор «ОНИКС-ОС»

Рис. 13 Метод пластических деформаций молоток "Кашкарова"

 

3     ПОСЛЕДАВАТЕЛЬНОСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА

В данной лабораторной работе прочность бетона определяется методом пластических деформаций с использованием молотка "Кашкарова".

Перед испытанием образца на его поверхность укладывается лист бумаги и поверх лист копировальной бумаги. Далее производится удар по головке молотка "Кашкарова". С помощью специальной мерной линейки производится замер отпечатков на бетоне и на эталонном стержне.

Для определения прочности бетона производится не менее 10 ударов и находится среднее отношение диаметра отпечатка на бетоне к диаметру отпечатка на эталонном стержне.

Если отсутствует эталонный стержень, то возможно применение арматурного стержня гладкого профиля аналогичного диаметра из арматуры А240(А-I) с использованием коэффициент тарировки.

Коэффициент тарировки определяется по формуле

,

где  - диаметр отпечатка на эталонном стержне;    - диаметр отпечатка на тарируемом стержне.

Полученные показания фиксируем в табл. 1.

Таблица 1

Определение прочности бетона методом пластических деформаций

Номер удара	Отпечаток на бетоне , мм	Отпечаток на эталонном стержне , мм	Отношение отпечатков,	Примечание
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Среднее значение

 

По результатам испытаний получены величины отношений отпечатков.

В соответствии с графиком тарировки для данного молотка "Кашкарова" в зависимости от полученных результатов определяется прочность бетона.

По полученным результатам и проведенным экспериментам необходимо сделать и записать вывод.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Перечислить механические методы неразрушающего контроля для определения прочностных характеристик бетона.

2. Отобразить схему прибора «Склерометр».

3. Отобразить схему молотка "Кашкарова".

4. Последовательность определения прочности бетона методом пластических деформаций с использованием молотка "Кашкарова".

 

Лабораторная работа №3

 

ЦЕЛЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

При выполнении лабораторной работы №3 перед обучающимися ставятся следующие цели:

1. Определить прочность бетона образцов кубов эталонным молотком "Кашкарова".

2. Проверить прочность бетона образцов кубов размерами 100x100 мм на сжатие на гидравлическом прессе и определить класс бетона.

3. Выполнить сравнительный анализ полученных результатов.

2     ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БЕТОНА

Неразрушающие механические методы применяют для определения прочности бетона на сжатие в установленном проектной документацией промежуточном и проектном возрасте и в возрасте, превышающем проектный, при обследовании конструкций.

Неразрушающие механические методы определения прочности бетона основаны на связи прочности бетона с косвенными характеристиками прочности и один из методов это метод пластической деформации (на связи прочности бетона с размерами отпечатка на бетоне конструкции (диаметра, глубины и т.п.) или соотношения диаметра отпечатка на бетоне и стандартном металлическом образце при ударе индентора или вдавливании индентора в поверхность бетона).

Разрушающий метод определения прочности материала является наиболее точным. Для данного метода производят отбор образцов и испытывают их разрушающей нагрузкой на сжатие в лаборатории в прессе (см. рис. 1). При испытании на сжатие выдерживают постоянную скорость загружения. Испытание образца производят до разрушающей нагрузки. До определения прочности материала разрушающим методом целесообразно исследовать поверхность материала конструкции с целью выявления зон с различающейся прочностью. Образцы бетона отбирают: в местах наименьшей прочности бетона, предварительно определенной экспертным методом; в зонах и элементах конструкций, определяющих их несущую способность; в местах, имеющих дефекты и повреждения, которые могут свидетельствовать о пониженной прочности бетона; в местах, удаленных от стыков и краев конструкций и свободных от арматуры.

 

 

Рис. 1 Гидравлический пресс для испытания образцов на сжатие

 

3     ПОСЛЕДАВАТЕЛЬНОСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА

Изначально в лабораторной работе прочность бетона определяется методом пластических деформаций с использованием молотка "Кашкарова".

Перед испытанием образца на его поверхность укладывается лист бумаги и поверх лист копировальной бумаги. Далее производится удар по головке молотка "Кашкарова". С помощью специальной мерной линейки производится замер отпечатков на бетоне и на эталонном стержне.

Для определения прочности бетона производится не менее 10 ударов и находится среднее отношение диаметра отпечатка на бетоне к диаметру отпечатка на эталонном стержне.

Если отсутствует эталонный стержень, то возможно применение арматурного стержня гладкого профиля аналогичного диаметра из арматуры А240(А-I) с использованием коэффициент тарировки.

Коэффициент тарировки определяется по формуле

,

где  - диаметр отпечатка на эталонном стержне;    - диаметр отпечатка на тарируемом стержне.

Полученные показания фиксируем в табл. 1.

Таблица 1

Определение прочности бетона методом пластических деформаций

Номер удара	Отпечаток на бетоне , мм	Отпечаток на эталонном стержне , мм	Отношение отпечатков,	Примечание
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Среднее значение

 

По результатам испытаний получены величины отношений отпечатков.

В соответствии с графиком тарировки для данного молотка "Кашкарова" в зависимости от полученных результатов определяется прочность бетона.

Вторая часть лабораторной работы состоит в следующем:

- определяют геометрические размеры испытываемого образца (см. рис. 2).

Рис. 2 Испытываемый образец

- производят испытание образца на гидравлическом прессе на сжатие.

По результатам испытания на гидравлическом прессе определяют разрушающую нагрузку.

Далее определяют прочность бетонного куба размерами 100x100 мм:

где P – разрушающая нагрузка (кг); А – площадь поверхности куба, на которую приложена нагрузка (см²).

Далее определяем прочность бетона с учетом поправочного коэффициента для куба размерами 100x100 мм:

где  - прочность бетонного куба размерами 100x100 мм; К – поправочный коэффициент зависящий от размера испытываемого образца.

Опытами установлено, что прочность бетона одного и того же состава зависит от размера куба. Если временное сопротивление сжатию бетона базового куба с ребром 150 мм равно R, то для куба с ребром 200 мм временное сопротивление уменьшается приблизительно до 0,93R, а для куба с ребром 100 мм увеличивается до 1,1R. Это объясняется изменением эффекта обоймы с изменением размеров куба и расстоянием между его торцами.

 

После получения результатов испытания неразрушающим методом и разрушающим методом производим сравнительный анализ и записываем вывод по работе.

 

 

Лабораторная работа №4

 

Введение

Методы статических испытаний и правила оценки их результатов, должны применяться для изделий, запроектированных для эксплуатации при статических нагрузках. Допускается их применять также для оценки прочности, жесткости и трещиностойкости изделий, запроектированных для эксплуатации при переменных многократных нагружениях.

Допускается использовать методы испытаний и правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости изделий, при проведении исследовательских испытаний вновь проектируемых изделий. Статические испытания производятся в соответствии с ГОСТ 8829-94 [3].

ЦЕЛЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

При выполнении лабораторной работы №4 перед обучающимися ставятся следующие цели:

1. Обследование испытываемой балки (определение геометрических размеров, зарисовка существующих трещин);

2. Изучение работы балки при изгибе, с разрушением ее по нормальному сечению;

3. Установление характера образования трещин и картины разрушения балки;

4. Определение прогибов балки в середине пролета до образования трещин и после образования трещин;

5. Определение значений внешней нагрузки при образовании трещин и при разрушении балки;

6. Определение фактического коэффициента запаса прочности.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Запишите условие прочности изгибаемого элемента для одиночного армирования по бетону сжатой зоны.

2. Как определяется нормативная величина нагрузки.

3. Как определяется контрольная величина нагрузки.

4. Как определяется величина теоретического прогиба балки.

5. Зарисуйте расчетную схему балки.

 

 

Библиографический список

 

1. ГОСТ 22904-93 Конструкции железобетонные. Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и расположения арматуры. М.: Издательство стандартов, 1994.

2. ГОСТ 22690-2015 Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля. М.: Стандартинформ, 2016.

3. ГОСТ 8829-94 Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытаний нагружением. Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости. М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 1997.

4. СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003 (с Изменениями N 1, 2, 3), - М.:ЭС НТИ "Техэксперт", 2012.

5. Железобетонные конструкции. Общий курс [Текст]: учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности "Про-мышленное и гражданское строительство" / В. Н. Байков, Э. Е. Сигалов. - 6-е изд., репр. - Москва: БАСТЕТ, 2009. - 767 с.: ил. - Предм. указ.: с. 762.

6. Железобетонные и каменные конструкции: учебник для студентов вузов, обучающихся по направлению "Строительство", специальности "Промышленное и гражданское строительство" / В. М. Бондаренко [и др.]; ред. В. М. Бондаренко. - 5-е изд., стер. - Москва: Высшая школа, 2008. - 887 с.: ил. - Библиогр.: с. 883-884.

7. Р.И.Аронов «Испытание сооружений» М., Высшая школа, 1974. – 187 с.

8. Д.И.Долидзе «Испытание конструкций и сооружений» М., Высшая школа, 1975. – 218 с.

9. Н.Н.Аистов «Испытание сооружений» Л., 1960., М., – 315 с.

 

 

Учебное издание

 

 

Строительный институт

 

 

Кафедра «Строительные конструкции»

 

 

железобетонные и каменные конструкции

 

Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции»

для обучающихся направления 08.03.01 «Строительство» и

для специальности 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и

сооружений»

 

 

Составитель

В.А. Демин,