Устройство испытания растяжения при изгибе
Подробнее
Подробнее
Подробнее
Подробнее
Подробнее
Подробнее
Подробнее
Подробнее
Подробнее
Подробнее
Подробнее
Подробнее
Подробнее
Подробнее
Подробнее
Подробнее
Подробнее
Подробнее
Подробнее
Подробнее
Источник
Когда брус или стержень находятся под действием двух пар сил, расположенных в плоскости его продольной оси, возникает деформация изгиба.
Изгиб — это вид деформации, характеризующийся искривлением оси или срединной поверхности деформируемого объекта под действием внешних сил или температуры, встречается в строительных конструкциях, деталях и узлах машин.
Целесообразность проведения испытаний на изгиб определяется широким распространением изгиба в практике нагружения деталей. Испытания на изгиб применяют для серых чугунов и других малопластичных материалов.
Для пластичных металлов и сплавов испытания на изгиб применяются реже, так как образцы из этих металлов изгибаются до соприкосновения обоих концов без разрушения, поэтому невозможно определить сопротивление разрушению и максимальную пластичности.
При деформации изгиба нижние слои металла до нейтрального слоя испытывают растяжение, а верхние — сжатие (рис. 2.15). Между зонами растяжения и сжатия располагается нейтральный недеформированный слой металла.
Различают простой, или плоский, изгиб, при котором внешние силы лежат в одной из главных плоскостей бруса, и сложный, вызываемый силами, расположенными в разных плоскостях.
Испытание на изгиб можно проводить почти на всех машинах, пригодных для испытания на сжатие. Большинство универсальных машин имеют специальные раздвигающиеся опоры для испытаний на изгиб.
При этих испытаниях применяют образцы круглого или прямоугольного (квадратного) поперечного сечения, которые помещают концами на две опоры.
Во избежание смятия в опорах лучше увеличить поверхность контакта, уменьшив удельное давление на опоры.
Рис. 2.15. Деформация при изгибе
Изгибающая сила уменьшается при увеличении пролета (расстояния между опорами), а также при выборе длинных образцов с соотношением 10.
Испытания на изгиб (ГОСТ 14019—80) проводятся по двум схемам:
1) сосредоточенной нагрузкой, приложенной в середине пролета (рис. 2.16, а). В этом случае наибольший изгибающий момент
где Р — изгибающая нагрузка; / — расстояние между опорами, на которых установлен образец;
2) двумя равными симметрично приложенными (на равных расстояниях от опор) сосредоточенными нагрузками, создающими на определенном участке чистый изгиб (рис. 2.16, б). Расстояние от опоры а целесообразно принимать равным 1/3 расчетной длины образца.
При чистом изгибе
Результаты испытаний по второй схеме более точные, так как наибольшие напряжения возникают на определенном участке длины образца, и поэтому оценивается не одно (случайное) сечение, как в первом случае, а значительный объем образца.
При испытаниях на изгиб можно подсчитать напряжения, соответствующие различным нагрузкам, а также определить стрелу прогиба образца /.
Рис. 2.16. Схема испытаний на изгиб: а — сосредоточенный; б — чистый
Рис. 2.17. Диаграммы изгиба
На рис. 2.17 представлены типичные диаграммы изгиба для пластичных (рис. 2.17, а), малопластичных (рис. 2.17, б) и хрупких (рис. 2.17, (?) материалов.
При изгибе хрупких материалов максимум нагрузки часто совпадает с появлением первой трещины. Иногда образование трещин сопровождается резкими перегибами на ниспадающей ветви диаграммы.
В этом случае предел прочности при изгибе
где W (момент сопротивления) — геометрическая характеристика поперечного сечения бруса, показывающая сопротивляемость бруса изгибу в рассматриваемом сечении.
Для образцов круглого сечения
где d — диаметр образца.
Для образцов прямоугольного сечения со сторонами b и h где h — высота бруса.
При изгибе можно определить пределы пропорциональности, упругости и текучести с точным замером деформаций.
Величина прогиба /разр характеризует пластичность; она зависит от материала, длины образца, момента инерции, от отношения высоты к ширине и способа приложения нагрузки.
При чистом изгибе величина прогиба зависит от соотношения длины участков а и b (см. рис. 2.16, б).
При изгибе устраняется важный недостаток испытаний на растяжение (сжатие) — влияние перекосов при установке образцов.
Деформация сдвига возникает тогда, когда внешние силы, действующие на стержень или брус, расположены в параллельных плоскостях на малом расстоянии друг от друга и направлены в противоположные стороны.
Явление сдвига в чистом виде за редким исключением осуществить внешними воздействиями затруднительно, так как оно почти всегда сопровождается изгибом и другими деформациями. Так,
Рис. 2.18. Деформация сдвига:
а — заклепочное соединение; б — двойной срез; в — срез в одной плоскости
при изучении простейшего соединения трех стальных полос на участках заклепки Ли В (рис. 2.18, а, б) обнаруживается явление сдвига одной части ее относительно другой — происходит поперечное смещение материала относительно оси вследствие действия поперечных сил Р. Однако при этом возникают и явления смятия и изгиба: заклепка сминается в местах соприкосновения с листами и несколько изгибается от действия изгибающих моментов. При увеличении сил Р все это сложное явление деформации сдвига, смятия и изгиба завершается перерезыванием по плоскостям А и В заклепки (двойной срез).
При перерезывании полосы ножницами происходит срез по одной плоскости в результате деформации смятия (рис. 2.18, в).
Срез — это разрушение в результате сдвига одной части материала относительно другой, возникающее под действием касательных напряжений. Термин «срез» применяется преимущественно для пластического разрушения при сдвиге и для волокнистых материалов — при сдвиге поперек волокон; термин «скалывание» применяется преимущественно для хрупкого разрушения при сдвиге и для волокнистых материалов — при сдвиге вдоль волокон.
При сдвиге также справедлив закон Гука, т. е. в зоне упругости напряжения прямо пропорциональны относительным деформациям (относительный сдвиг).
Коэффициентом пропорциональности является модуль упругости при сдвиге G, тогда закон Гука при сдвиге будет
Источник
Бетон используется во всех отраслях строительства. Обусловлено это высокой прочностью материала. Однако он также может иметь некоторые недостатки. Показатель прочности при сжатии у бетона один из самых высоких среди аналогичных материалов, а вот прочность на растяжении или при изгибе значительно уступает. На самом деле узнать свойства бетона крайне сложно, зная только вычислительные величины и соотношение отдельно взятых компонентов. Поэтому существует целый ряд методов и приёмов испытаний бетона на изгиб. Поговорим отдельно про каждый из них.
Как проводится испытание бетона на изгиб
Как правило, бетон не используется для работы на растяжение, тем не менее крайне важно знать его показатель предельной величины прочности на растяжение. Это стоит делать для того, что знать нагрузку, при которой возможно образование трещин, так как отсутствие подобной деформации необходимо для сохранения целостности конструкции и предупреждения разложения и коррозии. Трещины могут возникать при использовании высокопрочной арматуры из стали или при действии сдвигающей силы при диагональных напряжениях. Однако самой частой причиной возникновения щелей становится перепады температуры и усадка здания. В большинстве случаев при проектировании не принимается во внимание прочность бетона на растяжении, хотя данный показатель позволяет понять поведение конструкции в будущем.
Прямое приложение силы растяжения без числовой характеристики конического сечения (степень отклонения от окружности) создать крайне сложно, т.к. возможно воздействие вторичного напряжения забетонированными стержнями. Поэтому из-за таких проблем прочность бетона на растяжение измеряется путем изгиба прямого бетонного бруса без армирования. Максимальное значение растягивающего напряжения, которое образуется в нижних нитях испытуемой части, называется предел прочности на изгибе. Теоретический показатель вполне оправданно применим, т.к. напряжение взаимозависимо расстоянию от нейтральной оси.
График распределения величины нагрузки на бетон (которая предельно близка к разрушению) не является треугольным. Поэтому предел прочности на самом изгибе выше прочности на растяжение и обладает превышенным значением прочности, которое могло бы получиться при прямом растяжении испытуемых бетонных частей. Однако испытание оказывается весьма полезным, например, при конструировании дорожных плит и взлетно-посадочных полос в аэропортах, потому что напряжение не является в данных случаях критической определяющей.
Проверка качества бетона при изгибе и растяжении
Возможность бетона выдерживать нагрузки и не трескаться определяется значением растяжения. Данный показатель важен для железобетонной конструкции с целью исключения образования коррозии и увеличения эксплуатационного периода. Именно для этого и проводится испытание бетона на растяжение. На самом деле сгенерировать нужную растягивающую силу крайне сложно, поэтому зачастую во время испытаний используется брус без армирования в качестве испытательного пресса. Определяющим в данной ситуации является показатель растяжения в нижних волокнах. Это и станет пределом прочности на изгибе. Можно отметить, что более точным будет именно показатель изгиба, а не растяжение.
Максимальный показатель прочности на изгиб определяется несколькими факторами: параметры испытуемой части и условия подаваемой нагрузки. Существует две нагрузочные системы:
симметричная. Создается константный изгиб между 2-мя отдельно взятыми точками;
центральная. Образуется в середине пролета.
Метод симметрии позволяет определить более слабое место, где в будущем возможно образование трещин.
Определение прочности бетона на осевое растяжение
Основными предпосылками для испытания бетона на осевое растяжение выступают использование в перекрытиях и основаниях конструкционного бетона, а также использование гидротехнического раствора. Прочность определяется величиной сопротивления растяжению на оси или прочности на осевом растяжении. Обозначается сочетанием букв «Rt» и определяется по методике ГОСТ 10180-2012. Основные постулаты испытаний сохраняются, т.к. они аналогичны указанным параметрам во второй части десятого пункта.
Чтобы определить прочность на осевом растяжении, используются стандартные образцы 8-ки в 3-х вариантах. Рабочее сечение равняется 10*10 см и 15*15 см (это базовый экземпляр), а также 20*20 см.
Основная аппаратура
Для испытательных мероприятий используется разрывная машина и дополнительные приборы, которые указаны в ГОСТах в пункте 10 часть 2.
Алгоритм проведения испытаний
Выбранный образец крепится таким образом: ось образца должна проходить в центре каждого из захватов. Нагрузка подается постоянно с усилием (до полного уничтожения образца), равным показателю 52 кПа/с.
Сопротивление бетона растяжению можно вычислить по определенной формуле: .ФОРМУЛЫ НЕТ
В данном случае «β» является основным коэффициентом для экземпляров на осевое растяжение, он равен единице от начального размера. Для остальных случаев значение определяется экспериментальным способом. Все остальные показатели являются идентичными тем, что представлены в формуле.
Прочность бетона на изгиб
В большинстве случаев устойчивость к изгибу будет меньше показателя на сжатие практически в десять раз (при условии, что возраст бетона составляет 28 дней). Низкое значение обусловлено наличием трещин в нижней части структуры. По этой причине все железобетонные элементы оснащаются специальной арматурой ребристой формы, которая используется при возведении фундамента.
В случае испытания бетона могут использоваться различные параметры, однако особое внимание должно уделяться прочности на изгиб. Предел данного значения напрямую зависит от нескольких параметров: размера балки и уровня нагрузки. Узнать данный показатель можно по специальным методикам, которые мы приведем ниже.
Методика испытаний бетона на изгиб
Как правило, все операции проводятся с балками, которые должны иметь стандартные значения. Это в значительной степени снизит показатель погрешности и исключит вероятность ошибок в вычислениях всех данных. Линейный элемент подвергается испытанию с помощью прикладывания некоторых усилий в третьей части пролета. Для этого надо прибегнуть к использованию специализированного гидравлического оборудования. Для чего это надо? Такая техника позволит добиться сильного показателя давления, которое способно разрушить экземпляр. Это значение и станет определяющим показателем прочности конструкции на изгиб.
Стоит иметь в виду, что данная величина всегда будет меньше в сравнении с вертикальным сдавливанием. Показатель прочности важен для использования дорожных плит, т.е. для тех строений, на которых давление оказывается горизонтальным (или используются дополнительные воздействия), а не вертикальным способом. На сегодняшний день существует конкретная классификация моделей бетона, соответствующего стандартам М5-М50. Шаг равен пяти единицам (это также стоит учитывать). Важно отметить, что на практике значение давления не должно превышать 6 Мпа.
Как мы указывали выше, этот показатель является низким даже для самых устойчивых типов раствора. Такое положение дел обусловлено конструктивными особенностями бетона. Самым эффективным способом улучшения показателя считается использование каркасной основы. Как правило, это арматура, части которой соединены между собой. Металлические составляющие должны иметь рифленую поверхность за счет чего в несколько раз увеличивается коэффициент сцепления. Поэтому изгиб менее подвержен механическому воздействию и не разрушается так быстро. В большинстве случаев используется металлическая основа, но допустимы и другие варианты.
Важным моментом выступает тот факт, что показатель прочности может меняться в течение всего эксплуатационного периода конструкции. Для тех, кто хочет детальнее ознакомиться с измерением данного параметра стоит изучить специализированный государственный стандарт, который называется «ГОСТ 310.4-81». Именно в нем подробно указаны все предельно допустимые параметры и технологии измерений значений изгиба и растяжения бетонных конструкций.
Подготовка к испытаниям
Для проведения всех испытаний лицо, ответственное за мероприятие, должно подготовить несколько образцов, которые выполняются в форме брусков. Размер должны быть следующие (значение указано в метрах):
0,2*0,2*0,8;
0,1*0,10*0,4;
0,15*0,15*0,6 (такой показатель является оптимальным для исследования).
В случае использования брусков других размеров к ним применяются масштабные коэффициенты, которые способны привести к эталону (вариант №3). Однако такие размеры имеют увеличенный вес, что в значительной степени добавляет сложности в проведении испытания.
Изготовление элементов
В период заполнения специальных форм бетонным раствором специалист должен провести армирование штыковым способом с помощью металлического стержня. Делается это для максимального уплотнения смеси. Формы должны полностью высохнуть. Отметим, что для окончательного схватывания требуется от 24 до 48 ч.
После затвердевания форм их необходимо раскрыть и полностью избавить от защитных элементов. Поверхность каждого элемента маркируется: указывается класс бетона, дата формирования, использования специальные примеси и прочие характеристики.
Хранение форм
После затвердения все элементы укладываются в лабораторный шкаф, где они должны пролежать 28 дней в абсолютно нормальных условиях. Это значит, что температура воздуха не должна превышать 20 градусов по Цельсию, а влажность 90%. В процессе хранения каждую форму поливают один раз в сутки (можно укладывать рядом увлажнённые опилки).
Испытания деталей
По истечении двадцати восьми дней лаборант достает бетонные формы и готовит их к определению прочности бетона на изгиб или растяжение. Для таких целей используется гидравлический пресс. На часть, расположенную внизу, устанавливается оборудование с двумя специальными опорами в форме ½ валиков с расстоянием между ними в 30 см. Сверху также должны присутствовать 2 опоры, установленные в центре элемента. На нижних опорах монтируется экспериментальный образец.
Затем на бетон подается нагрузка, которая распределяется равномерно, в центре давление обеспечивается за счет верхних валиков. На этапе разламывания образца пресс должен остановиться, а специалист фиксирует значение нагрузки в своем предельном максимуме. По формуле, приведённой выше, рассчитывается показатель прочности конструкции (обязательно учитывается конкретный вес, размер и выявленное в ходе испытание значение экземпляра). В качестве окончательного результата используется средний показатель 3-х вариантов формы. Все данные вносятся и протоколируются в специальном журнале.
Заключение
В данном материале мы рассмотрели все особенности и нюансы испытания бетона на растяжение и изгиб. Результаты, полученные в ходе исследований, являются абсолютно верными. Все представленные формулы можно смело использовать в своих экспериментах.
Ссылка на статью https://burosi.ru/ispitanie-betona-na-izgib-i-rastyajenie
Источник