Занятие № 6. Ультразвуковой импульсный метод испытания бетона

Цель работы

Научиться пользоваться приборами для определения прочности бетона ультразвуковым импульсным методом (прибором ГСП УК-ЮПМС).

6.2 Техническое обеспечение работы:

- бетонные кубы-образцы с ребром 10 см (промаркированные, из одной серии) - 3 шт.;

- прибор ГСП УК-ЮПМС;

- технический вазелин или солидол;

- штангенциркуль или металлическая линейка;

- гидравлический пресс ПСУ-250 (тс).

Содержание работы

Ультразвуковым импульсным методом определяют прочность бетонов классов В7,5 В35 на сжатие. Он основан на связи между скоростью распространения ультразвуковых колебаний и прочностью бетона. Ультразвуковые измерения в бетоне проводят способами сквозного или поверхностного прозвучивания.

Ультразвуковой прибор ГСЕГ УК-ЮПМС предназначен для неразрушающего контроля физико-механических характеристик изделий из всех видов строительных материалов. В приборе применен микропроцессор, обеспечивающий вычисление скорости распространения ультразвука по измеренному времени его прохождения через заданную базу. Режим измерения может быть автоматическим и ручным. Индикация измеренных и вычисленных величин осуществляется на экране электронно-лучевой трубки. Диапазон измеряемых скоростей - 300...15000 м/с. В комплект прибора входят пьезоэлектрические преобразователи - излучающие и приемные (высокочастотными кабелями они присоединяются соответственно к выходному и входному разъемам прибора). При испытании образца между ним и преобразователями наносят контактирующую среду (для металла - минеральное масле, для бетона - технический вазелин, солидол или эпоксидная смола) для обеспечения акустического контакта.

Для построения градуировочных зависимостей '’скорость распространения ультразвука - прочность бетона” при сквозном прозву- чивании и при поверхностном прозвучивании проводим параллельные испытания образцов бетона вначале ультразвуковым методом, а затем на гидравлическом прессе до разрушения.

Каждая из градуировочных зависимостей строится по результатам испытания не менее 15 серий образцов-кубов, серия включает в себя три образца-близнеца. Студенческая подгруппа испытывает три образца-близнеца одной серии.

Испытанию подвергаются кубы с ребрсм 10 см. Для перевода предела прочности таких кубов к прочности эталонного куба с ребром 15 см используется переводной коэффициент ос= 0,91.

6.4 Порядок работы на занятии:

- подготовить прибор ГСП УК-ЮПМС к работе согласно инструкции (к моменту испытания уже проведена операция установки нуля по маркированным отраслевым стандартным образцам, входящим в комплект прибора);

- измерить штангенциркулем или металлической линейкой (с точностью до 0,1 мм) грани всех трех бетонных кубов серии, определяющие средние рабочие площади образцов, учитывая, что кубы будут устанавливаться на опорную плиту пресса гранями, являвшимися при формовании боковыми, и сжимающая сила будет направлена параллельно слоям укладки (т.е. поверхность бетонирования кубсв должна оказаться боковой);

Рис.6.1. Схема прозвучивания образцов: а - сквозного, б - поверхностного; 1,2,3,4 - точки установки преобразователей (излучателя и приемника); 5 - направление уплотнения; 6 - направление испытания при сжатии

 

- один из обмеренных кубов поставить на стол так, как он стоял при бетонировании (поверхностью бетонирования вверх); по схеме, показанной на рис.6.1,а, трижды произвести сквозное проз- вучивание образца, каждый раз фиксируя время прохождения ультразвуковых колебаний через бетон*; результаты измерений и значение базы прозвучивания записать в табл.6.2;

- повторить эти операции на двух других кубах серии;

- при прежнем положении куба на столе по схеме, показанной на рис.6.1,6, четырежды произвести поверхностное прозвучиваниэ образца, фиксируя время прохождения ультразвука на длине каждой из баз; результаты измерений и 'значения баз прозвучивания записать в табл.6.3;

- повторить эти операции на двух других кубах серии;

- установить на опорную плиту пресса один из кубов таким образом, чтобы поверхность бетонирования оказалась боковой;

- подавая непрерывно и равномерно сс скоростью около 6 кК/с (0,6 МПа/с) нагрузку на образец, довести его до разрушения; максимальное усилие, достигнутое в процессе испытания, принять за величину разрушающей нагрузки ка образец и записать ее в табл.6.1;

- повторить эту операцию на двух других кубах серии.

6.5 Порядок работы дома при подготовке отчета:

- по формуле R = 0,91 P/А определить предел прочности бетона при сжатии каждого из кубов и записать его в табл.6.1, учитывая, что 1 F./CM² = 0,01 МПа;

- найти среднее значение R;

- заполнить табл.6.2, вычислив скорость распространения ультразвука при каждом из девяти сквозных прозвучиваний и среднюю скорость в образцах, учитывая, что 1 мм/мкс = 1000 м/с;

- заполнить табл.5.3, вычислив скорость распространения ультразвука при каждом из 12 поверхностных прозвучиваний и среднюю скорость в образцах;

- определить среднюю скорость распространения ультразвука при способе сквозного прозвучивания образцов серии;

- определить среднюю скорость распространения ультразвука при способе поверхностного п.рознучивания образцов серии;

- в прямоугольной системе координат по оси абсцисс отложись полученное среднее значение скорости распространения ультразвука при способе сквозного прозвучивания, а по оси ординат - среднее значение прочности бетона испытанных на прессе кубов;

- в прямоугольной системе координат по оси абсцисс отложить полученное среднее значение скорости распространения ультразвука при способе поверхностного прозвучивания, а по оси ординат - среднее значение прочности бетона испытанных на прессе кубов.

Эти экспериментальные результаты наряду с данными, полученными в других учебных группах, позволяют построить градуировочные кривые для ультразвукового импульсного метода испытания бетона.

 

 

7 Занятие № 7 Вибрационный метод определения жесткости конструкции

Цель работы: определить нагибную жесткость систем с одной и

бесконечным числом степеней свободы по измеренным частотам первой формы свободных поперечных колебаний.

Вопрос для самостоятельной подготовь* к работе: для студентов дневной формы обучения N 30.

Техническое обеспечение работы:

- стационарный универсальный испытательный стенд;

- металлическая балка из двутавра N 10 пролетом 2,5 м;

- груз весом 0,3 кН;

- быстродействующий самопишущий прибор Н3031-4;

- пьезоэлектрический датчик виброускорений;

- молоток.

Содержание работы

Собственная частота поперечных колебаний шарнирно опертой стальной однопролетной балки, являющейся системой с бесконечным числом степеней свободы, как известно из сопротивления материалов, определяется по формуле

fi = A CE_sI_x/m)^1/z /(21²), (7-1)

где i - номер формы колебаний;

£_s- модуль упругости материала балки, E_s = 2,1*10⁵ МПа =2,1х х1о⁴ кН/см²;

1_Х- момент инерции сечения двутавровой балки N 10, I_x = 1SS см⁴;

m - распределенная (на 1 см длины балки) масса, определяемая по формуле ш * P/(gl), здесь Р - вес балки, Р - 0,24 кН;

g - ускорение свободного падения, g * 981 см/с²;

1 - пролет балки, 1 - 250 см.

Для первой формы, когда ось балки образует при колебании одну полуволну, формула (7.1) принимает вид:

f_t - * (E_s!_x/m)^1/2 /(21²) * it (glEsI_x/P)^1/2 /(21²). (7.2)

Отсюда жесткость балки E_sIx Р^вна

E_sl_x - 4l³Pfi²/(lt²g), (7.3)

а момент инерции сечения 1_х -

1_Х - 41³Pfi²/(lt²gEs). (7.4)

Подставляя в формулы (7.3) и (7.4) значения входящих в них параметров, получаем,:

E_sIx - 4• 250³• 0,24f 1²/(3,14²•981) = '1551i'i² кН-sir (7.5) и 1_х - 4•250³•0,24fа²/(3,14²•981•2,1•10⁴) = 0,07386fi² см⁴. (7.6) Собственная частота поперечных колебаний шарнирно опертой стальной однопролетной балки с сосредоточенным грузом в середине пролета, являющейся системой с одной степенью свободы, с учетом распределенной массы от собственного веса балки, как известно из сопротивления материалов, определяется по формуле

f = 2 tSEsIxlAnvn'r.p)l^{1- 2} /(Я1²), (7.7)

где ш - масса сосредоточенного груза, определяемая по формуле ш - Q/g,

здесь Q - вес груза, Q = 0,3 кН; т_Пр- приведенная масса балки, определяемая по формуле 17/35* x(P/g) = 0,486P/g.

Формулу (7.7) можно записать в виде:

f = 2 C3E_sI_xlg/(C^0,436P)]^1/2 /(itl²). (7.8)

Отсюда жесткость балки Eslx равна

E_sIx iT²l³(Q<-0,4S6P)f²/(12g), (7.9)

а момент инерции сечения 1_х -

I_x «JC²l³(Qt0,486P)f²/(12gE_s). (7.10)

Подставляя в формулы (7.9) и (7.10) значения входящих в них параметров, получаем:

E_SI_х=3,14²•250³(0,3+0,486•0,24)f²/(12•981) =5452f^z кН-CM² (7.11) и ° 1_х - 3,14²•250³(0,3+0,486•0,24)f²/(12•981•2,1•10⁴) -

=■ 0,2595f² ом⁴. (7.12)

Порядок работы на занятии:

- установить на испытательный стенд опытную стальную банку из двутавра N 10 пролетом 250 гм; закрепить в середине ее пролета пьезоэлектрический датчик виброускорений;

- подготовить прибор H3C31-4 к работе согласно инструкции

 

(вставить диаграмную ленту в лентопротяжный механизм; заправить измерительный блок чернилами; соединить чернильницу с пишущим устройством; установить пишущее устройство на нулевую линию ленты и расположить трубку в вертикальной плоскости; через отверстие в пробке чернильницы прокачать чернила до появления капли на конце капилляра пишущего устройства; соединить клемму рабочего заземления, расположенного на задней крышке прибора, с шиной заземления; включить питание прибора и прогреть его в течение 5 мин; включить скорость перемещения ленты 100 мм/с; переключатель диапазонов измерений в измерительном канале поставить в положение 500 тпВ/См; ручкой "УСТ "0^м установить конец пишущего устройства на нулевую линию ленты; переключатель диапазонов измерений поставить в положение "КАЛИБР"; ручкой "УСИЛЕНИЕ" установить пишущее устройство на крайнюю линию записи (20 мм); переключатель диапазонов измерений поставить в положение "ОТКЛ"; подключить вход измерительного каната к пьезоэлектрическому датчику Еиброусксрений на конструкции);

- ударить молотком по балке сверху вниз в середине пролета и зарегистрировать быстропротекающий колебательный процесс;

- закрепить в середине пролета балки груз весом 0,3 кН;

- зновь ударить молотком по балке и зарегистрировать быст- рспротекающий колебательный процесс;

- определить по полученным виброграммам частоты колебаний (число колебаний в секунду) балки без груза и с сосредоточенным грузом, как средние значения для соответствующих измерений;

- подставив в формулы (7.5), (7.6), (7.11) и (7.12) экспериментально полученные частоты свободных поперечных колебаний, определить значения изгибной жесткости и момента инерции сечения балки;

- сделать выводы о соответствии полученных в двух опытах значений изгибной жесткости, а моменты инерции сопоставить со значением, взятым из сортамента.