Описание лабораторной работы

3.1Прогибомеры

Наибольшее применение при измерении больших перемещений нашли прогибомеры Максимова (модели ПМ-2 и ПМ-3) и Аистова (модели ПАО-5 и ПАО-6).

3.1.1. Прогибомеры Максимова ПМ-2 и ПМ-3

Прогибомер ПМ-2 (рис. 1) состоит из корпуса 1, внутри которого находится диск 2, наглухо соединенный с выступающим за корпус прибора шкивом 3. Диск 2 и шкив 3 имеют общую ось вращения 4. Диск посредством фрикционной передачи соединен с роликом 5, который имеет общую ось вращения с указательной стрелкой 6. Шкала прогибомера 7 имеет 100 делений. Цена каждого деления прибора равно 0.1 мм, а полный оборот стрелки соответствует перемещению конструкции на 1 см. длина окружности шкива 3 равно 10 см.

Рис.1. схема прогибомера Максимова

Через шкив прибора перекидывается стальная проволока 8, диаметром 0.4 мм. Один конец проволоки крепится к конструкции (если прибор располагается на неподвижной стойке), или к неподвижной точке (в этом случае прибор устанавливается на самой конструкции), на другом конце проволоки подвешивается груз весом 30-50 Н (рис.2). При появлении прогиба проволока 8 вращает шкив 3, который с помощью диска 2 и соединенного с ним ролика 5 поворачивает стрелку 6 (рис1).

Прогибомер Максимова ПМ-3 имеет аналогичную конструкцию, но в нем фрикционная передача между диском и роликом заменена зубчатой.

Рис. 2. Схема установки прогибомеров

3.1.2. Прогибомеры Аистова ПАО-5 и ПАО-6

Прогибомер ПАО-5 (рис.3) состоит из корпуса 1, с лицевой стороны которого расположены три циферблата со стрелками. Циферблаты 2, 3, 4 имеют цену деления соответственно в 1 см, 1 мм и 0,01 мм. С задней стороны корпуса прибора расположен шкив 6 диаметром 31, 44 мм, через который перекидывается стальная проволока 5 диаметром 0,4 мм. На свободном конце проволоки подвешивается груз 7 весом в 10 Н. Схема установки прогибомера Аистова и Максимова аналогичны (см. рис. 2).

Рис.3. Прогибомер Аистова ПАО-5

а - лицевая сторона корпуса;

б - задняя сторона корпуса

Внутри корпуса прибора расположена система шестеренок с осями, вращающимися на камнях (рис.4). Шестеренка 7 плотно посажена на одну ось со шкивом 8 и стрелкой 1. Шестеренка 7 входит а зацепление с трубкой 3, которая посажена на одну ось с шестеренкой 4 и стрелкой 2. Шестеренка 4 сцеплена с трубкой 5, на оси которой находится стрелка 6.

Рис. 4. Кинематическая схема прогибомера ПАО-5

Диаметр проволоки 9, диаметр шкива 8 и число зубцов на шестеренках и трибках подобраны с таким расчетом, чтобы стрелки показывали величины прогиба с указанными выше точностями.

При прогибе конструкции проволока под действием груза опустится и приведет во вращение шкив 8 и механизм внутри корпуса прибора. Стрелки 1, 2 и 6 отметят при этом величину деформации конструкции. Поворот шкива на 360 отвечает прогибу в 10 см, что определяет диапазон измерений прибора 0÷10 см.

Перемещение точек испытуемой конструкции по показателям прогибомеров вычисляются по формуле:

∆ = ( ) mk = ∆ mk

где - разность отсчетов по шкале до и после

m – цена деления шкалы прибора;

k – поправочный коэффициент, принимаемый по паспорту прибора.

Прогибомер Аистова ПАО-6 является дальнейшим конструктивным усовершенствованием пятой модели и имеет те же характеристики.

3.2. Индикатор КИ-1

Индикаторы применяются для измерения небольших перемещений.

Известны индикаторы различных типов, изготавливаемые в нашей стране и за границей фирмами Цейс, Мар, Стропанни и др.

Принципиальное устройство индикаторов рассмотрим на примере индикатора часового типа КИ-1 с ценой деления о,01 мм (рис.5).

Рис. 5. Кинематическая схема индикатора КИ-1

Прибор состоит из металлического корпуса, через который проходит подвижный металлический стержень 2 с зубчатой нарезкой. Стержень, перемещаясь вдоль своей оси 1, вращает трибку 4. На одной оси с трибкой насажена наглухо соединенная с ней шестеренка 5, входящая в зацепление с трибкой 7, на оси которой насажена стрелка 6, передвигающаяся по круговой шкале со 100 делениями для исключения зазора между зубцами шестеренок и трибок поставлена дополнительная шестеренка 8. Эта шестеренка с помощью спиральной пружины 9 стремится повернутся по часовой стрелке и нажимает своими зубцами на зубцы трибки 7, последняя в свою очередь нажимает на зубцы шестеренки 5, а трибка 4 – на зубцы стержня 2.

Рис. 6. Схема закрепления индикатора:

1 – стойка штатива; 2 – горизонтальный стержень;

3 – индикатор; 4 – элемент конструкции;

5 – гайка для поворота стойки

Стержень может двигаться вдоль своей оси лишь на определенное расстояние, немного более 10 мм, чем и определяется предел измерения данного индикатора, равный 0÷10 мм. Для отсчета целых оборотов большой стрелки 6, соответствующих перемещению конструкции в 1 мм, предусмотрена малая шкала со стрелкой 10, насаженной на одну ось с шестеренкой 8. Для обеспечения непрерывного контакта стержня 2 с конструкцией предусмотрена пружина 3.

Необходимой частью прибора является штатив, на котором укрепляется индикатор. Укрепив индикатор на штативе и уперев конец стержня 1 в точку элемента конструкции, перемещение которой требуется измерить (рис. 6), наблюдают показания прибора до и после приложения нагрузки. Разность отсчетов дает величину перемещения с точностью до половины деления циферблата ( до 0, 005 мм).

Недостатком индикаторов является небольшой диапазон измеряемых помещений.

Перемещения точек испытуемой конструкции по показаниям индикаторов вычисляется по формуле:

∆ = ( ) mk = ∆ mk

где m – цена деления шкалы прибора; k – поправочный коэффициент.

3.3. Клинометры

Клинометры служат для измерения углов поворота сечений элементов конструкции. Известны клинометры Стропанни, Аистова, ЛИСИ и др.

Рассмотрим наиболее точный способ определения углов поворота, разработанный в ЛИСИ.

Способ основан на применении рычага и двух прогибомеров.

К сечению 1-1 (рис.7) на исследуемом элементе конструкции крепится Г-образный рычаг из уголка.

В точках 1 и 2 на расстоянии L= 1000 мм закрепляются тонкие проволочки с грузами на концах. Под этими точками устанавливается два прогибомера, а проволоки огибаются вокруг ведущих шкивов прогибомеров.

Перед загружением конструкции по обеим прогибомерам берутся отсчеты и . После загружения сечения 1-1 может опустится и повернутся на угол α; по прогибомерам берутся вторые отсчеты и

Рис. 7. Рычажный клинометр ЛИСИ

Разность отсчетов по левому прогибомеру дает перемещение точки 1 на величину а = , а по правому прогибомеру – точки 2 на величину b = . Тангенс угла поворота (рис. 8) равен .

рис . 8. Расчетная схема рычажного клинометра

Если принять прогибомеры, имеющие точность 0, 01 мм, то вычисление тангенса угла будет произведено с точностью

Что отвечает углу в 2''.

Этот же способ можно с успехом применить и при определении угла закручивания какого-либо элемента конструкции.

Вопросы для НИР

1. Выявить зависимость изменения точности прибора от длины рычага L.

2. Предложить способ для определения угла закручивания прокатной балки двутаврового сечения.

Библиографический список

1. Долидзе Д.Е. Испытание конструкций и сооружений . М. : Высшая школа, 1975.

2. Новгородский М.А. Испытание материалов, изделий и конструкций. М.: Высшая школа, 1971.

3. Обследование и испытание сооружений: Учеб. Для вузов /О.В. Лужин, А.Б. Злочевский, И.А. Горбунов, В.А. Волохов; Под ред. О.В. Лужин. М. : Стройиздат, 1987. 263 с.