Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Диагностика и испытание строительных конструкций» Для студентов направления «Строительство»

Ю.К. Басов, И.В. Грицишен

Методические указания по выполнению лабораторных работ

по дисциплине

«Диагностика и испытание строительных конструкций»

Для студентов направления «Строительство»

Москва

Издательство Российского университета дружбы народов

2009

Введение

Железобетон как конструкционный материал значительно моложе металла, дерева и даже пластмасс. История развития этого материала едва насчитывает 150 лет. Несмотря на такой относительно короткий срок, железобетонные конструкции «завоевали» весь мир и стали самым крупным распространённым материалом. Объём производства бетона и железобетона настолько велик, что занимает второе место в деятельности человека после воды.

Но дешёвый, долговечный и доступный железобетон оказался исключительно сложным для проектировщиков. Совместная работа двух различных по своим свойствам материалов (бетона и стали) оказалась трудной для понимания, для создания эффективной теории расчёта. Вот почему до настоящего времени придают и, очевидно, ещё долго будут придавать исключительное значение экспериментальным исследованиям.

Без эксперимента не выявить механизм разрушения конструкции, образования в ней трещин, не понять распределения усилий в сечениях и многое другое. Особенно это трудно воспринимать студентам, впервые сталкивающимся с работой столь сложного материала. Помочь им могут лабораторные работы, эти научные мини исследования реальных железобетонных конструкций.

Лабораторный практикум предназначен для изучения курса «Железобетонные и каменные конструкции» на всех специальностях строительного профиля.

Лабораторные работы проводятся специализированной учебной лабораторией железобетонных и каменных конструкций, оборудованной необходимыми установками и приборами. Результаты проведённых испытаний каждой бригадой объединяются и анализируются для проведения статистического анализа и определения доверительных интервалов, используемых в других лабораторных работах или в научных исследованиях, осуществляемых студентами или научными сотрудниками кафедры. Это обстоятельство должно, с одной стороны, повысить ответственность студентов за достоверность получаемых результатов, а с другой уменьшить расходы для накопления данных по экспериментальным исследованиям подобного характера.

Лабораторные работы смогут принести пользу лишь в том случае, если студентом будет проявлена не только внимательность, но и самостоятельность при испытаниях, не будут пропущены и найдут объяснения все нюансы поведения конструкции под нагрузкой.

Хотелось бы обратить внимание студентов и на следующее обстоятельство. Проведение лабораторных работ с реальным разрушением образцов, с использованием современной испытательной и измерительной техники – наиболее дорогой компонент обучения, который лишь однократно обеспечивается выделенными бюджетными средствами на обучение. Поэтому пропуск таких занятий по любым причинам

потребует дополнительных неучтённых финансовых затрат, которые при пропуске без уважительных причин должны осуществляться за счёт самого студента.

Лабораторная работа № 1

«Приборы и измерительная аппаратура»

Измерение деформаций, ширины раскрытия трещин и прогибов испытываемых конструкций требует разнообразных приборов и аппаратуры. При испытаниях строительных консрукций широкое применение получили приборы, позволяющие замерять неэлектрические величины (перемещения и деформации) электрическим методом (метод тензометрирования). Кроме метода тензометрирования, при проведении лабораторных работ необходимо использование и механических приборов (прогибомеров и индикаторов).

1. Тензорезисторы и тензометрическая аппаратура.

В основу метода замера деформаций тензорезисторами положен тензометрический эффект – изменение электрического сопротивления проводника и полупроводника при деформации. Наиболее широкое распространение получили проволочные тензорезисторы, у проволочного тензорезистора тензометрический эффект заключается в изменении электрического сопротивления металлической проволоки при упругой деформации.

Тензорезисторы представляют собой несколько близко расположенных петель констановой проволоки (в виде решётки), наклеенной специальным эластичным клеем на полоску тонкой бумаги (рис.1).

К концам проволочной решётки для удобства электромонтажа припаивают тоководы в виде медной проволоки диаметром 0,1-0,2мм и длиной 20-30мм. Так как тензорезистор должен обладать высокой тензочувствительностью, большим удельным сопротивлением и малым температурным коэффициентом сопротивления, то обычно решётки тензорезистора изготавливают из сплавов меди с никелем (константин, эдванс, элинвар и другие) диаметром 0,12-0,3мм.

К положительным качествам тензорезистора относятся:

- возможность непосредственной регистрации деформаций как на поверхности, так и внутри конструкции;

- высокая точность измерения деформаций;

- возможность измерения деформаций на всех ступенях нагрузок, вплоть до текучести арматуры в конструкции;

- сравнительная простота установки тензорезистора на исследуемую конструкцию;

- относительная простота и дешевизна изготовления проволочных тензорезисторов при малой их массе и незначительных размерах;

- возможность измерения деформаций одновременно во многих точках конструкции.

Наряду с этим тензорезисторы имеют ряд недостатков:

- не очень высокая электрическая чувствительность, что обуславливает необходимость применения сложной регистрирующей аппаратуры;

- пониженная чувствительность при малой базе (<20 мм) из-за податливости клея, применяемого для изготовления и наклейки тензорезисторов;

- чувствительность к температуре окружающей среды, влияющей на показания тензорезисторов, что вызывает необходимость в применении компенсационных тензорезисторов;

- возможность использования каждого тензорезистора только один раз.

Базу тензорезисторов выбирают в зависимости от характера и задач эксперимента и учитывают однородность материала, из которого изготовлена конструкция. При выполнении лабораторных работ используют в основном тензорезисторы: для измерения деформаций в бетоне – с базой 50мм; а для измерения деформаций в арматуре – с базой 20мм.

Величина деформаций в большинстве случаев не выходит за пределы относительных единиц от 1·10-6
до 1·10-3
. Измерение столь малых деформаций требует, как правило, применения высокочувствительной регистрирующей аппаратуры с электронными усилителями.

При статических испытаниях опытных образцов применяются измерители деформаций типа АИД-2М. Данный измеритель предназначен для измерения статических и медленно меняющихся деформаций с автоматической балансировкой моста и визуальным отсчётом. Цена деления данного измерителя 1·10-5
, предел измерения в относительных деформациях - 1·10-5
до 1·10-2
.

Для измерения статических деформаций в основном применяются приборы, работающие по схеме уравновешенного измерительного мостика (мост Уинстона). Тензорезистор, закреплённый на испытываемой конструкции, является первичным прибором, воспринимающим её деформации, возникающие под действием нагрузки, одновременно является одним из плеч моста, а измерение его сопротивления при деформации вызывает разбалансировку моста.

Мостовая схема обеспечивает высокую чувствительность и точность регистрирующего устройства вследствие того, что шкала измерительного прибора в этом случае рассчитана только на замеры приращений, а не полных сопротивлений. Мост состоит (рис.2) из активного тензорезистора R1, компенсационного тензорезистора R2, который включают в смежное плечо моста для устранения температурных погрешностей при измерении деформаций, и сопротивлений R3, R4, образующих внутренний полумост.

Балансировка моста осуществляется реохордом, снабжённым шкалой для отсчёта деформаций. В измерительную диагональ моста включён индикатор баланса моста «И». Если мост находится в равновесии, т.е. сбалансирован, то в измерительной диагонали ток не протекает, и стрелка индикатора баланса «И» будет находиться в среднем (нулевом) положении. В связи с деформацией конструкции, на которую наклеен тензорезистор, происходит изменение его омического сопротивления и равновесие моста нарушается, стрелка индикатора отклоняется от первоначального положения в ту или другую сторону в зависимости от вида деформации (сжатие и растяжение). Так как изменение сопротивления активного тензорезистора очень мало, то в схему измерителей деформации вводят усилители.

К измерительным приборам, имеющим один внутренний полумост, можно подсоединить только один активный тензорезистор. Однако при испытании конструкции обычно требуется замерить деформации в нескольких точках. Тогда для измерения деформаций необходимы дополнительные устройства – монтажные колодки для подключения тензорезисторов, переключатели и соединительные кабели.

Схема тензометрической установки для измерения деформаций представлена на рис.3. Подключение аппаратуры осуществляется следующим образом: к клеммам «А», «О» и «К» переключателя подключают провода от соответствующих клемм электронного измерителя деформаций. При помощи соединительных кабелей активные (рабочие) и компенсационные тензорезисторы подключают к соответствующим монтажным колодкам. Электронный измеритель деформаций и автоматический переключатель заземляют. Включают тумблер «стоп-работа» автоматического переключателя, при этом загорается сигнальная лампа.

Включение измерителя деформаций осуществляется тумблером. После прогрева прибор сбалансируется. Затем ручкой «фазировка» производят фазовую балансировку измерителя, определяя её по максимальному раскрытию лепестков электронного индикатора. Ручкой устанавливают тензочувствительность прибора в соответствии с тензочувствительностью тензорезистора.

При выполнении лабораторных работ подключение тензорезисторов, подбор сопротивления и коммутация приборов осуществляются лаборантом кафедры; студенты должны уметь правильно определять показания приборов. Отсчёт должен состоять из 3 цифр: первая цифра принимается по показаниям короткой стрелки, а две другие цифры – по показаниям длинной стрелки на приборе, т.е. по короткой стрелке берётся грубый отсчёт, который уточняется с помощью длинной стрелки.

Общий вид тензометрической установки представлен на рис. 4.

2. Индикаторы

Для измерения небольших по величине перемещений применяют индикаторы часового типа, которые устанавливают на неподвижной опоре с упором подвижного стержня в испытываемую конструкцию или закрепляют на испытываемой конструкции с упором подвижного стержня в неподвижную точку. Поэтому индикаторы называют ещё контактными прогибомерами.

Индикаторы характеризуются ценой деления и пределом измерения. Для выполнения лабораторных работ применяют индикаторы с ценой деления 0,01 мм и пределом измерения 10мм.

Индикатор часового типа (рис.5) состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого размещается система шестерёнок. На лицевой стороне прибора под стеклом располагается кольцевая шкала и большая стрелка для показания отсчёта. Для отсчёта целых оборотов большой стрелки индикатора предусматривается вторая малая шкала со стрелкой. Через корпус проходит измерительный шток, на котором нарезана зубчатая рейка, соединённая с зубчатой шестерённой трубкой.

Принцип работы заключается в следующем. В корпусе размещён часовой механизм, преобразующий вертикальное движение штока прибора во вращательное движение указательных стрелок. Смещению штока на 1 мм отвечает один полный оборот большой стрелки или перемещение на одно деление малой стрелки.

При испытании конструкций индикаторы устанавливают с помощью специального штатива и особого кулачка-держателя, к которым прибор крепится за муфту или серьгу. Схема установки индикаторов приведена на рис.6.

Перед началом испытаний следует проверить работу установленного индикатора, для чего нужно плавно утопить на 2-3 мм, а затем отпустить измерительный шток. Если после этого стрелка индикатора будет возвращаться в исходное положение, значит, индикатор закреплён правильно. В противном же случае, его нужно жёстко закрепить в кулачке-держателе.

Индикаторами можно измерять деформации на большом участке. Для этого на конструкции неподвижно закрепляют два коротыша из стали. Расстояние между этими деталями является базой прибора. При загружении конструкции величина базы будет меняться. Изменения этой величины и будут определять ширину раскрытия трещины.

Указанный на рис. 5 отсчёт индикатора следует записать в журнале таким образом – 084, что соответствует деформации 0,84мм.

3. Прогибомеры

Для измерения перемещения какой-либо точки конструкции относительно другой неподвижной точки применяют прогибомеры, которые раньше использовали для замеров только вертикальных перемещений (прогибов), откуда и произошло их название. Устанавливают прогибомер обычно в середине пролёта конструкции и измеряют величину максимального прогиба образца. При проведении лабораторных работ применяют прогибомер с проволочной связью системы Аистова с ценой деления 0,01 мм. Схема прогибомера представлена на рис.7. Прибор имеет три шкалы: две маленькие, которые определяют прогиб в сантиметрах и миллиметрах соответственно, и одну большую, по которой уточняется отсчёт до 0,01мм. Отсчёт составляют четыре цифры: первую цифру снимают по маленькой шкале «см», принимая цифру, которую прошла стрелка; дополняют второй цифрой по маленькой шкале «мм» (аналогичным образом); уточняют отсчёт двумя последними цифрами по большой шкале, принимая их по количеству делений, указанных стрелкой.

На испытываемой конструкции в середине пролёта устанавливается струбцина, к которой прикрепляют специальную прогибомерную проволоку (имеющую очень маленькие собственные удлинения, которые практически не искажают результаты отсчёта) и через систему блоков соединяют с прогибомером. Натяжение проволоки обеспечивается с помощью закреплённого на её конце эталонного груза. Схема установки прогибомера приведена на рис.8.

Прогибомеры с проволочной связью обеспечивают достаточно высокую точность и практически неограниченный диапазон измерения перемещений.

Правильность установки прогибомера проверяя, слегка оттягивая и отпуская струну. Если при этом стрелка прибора будет возвращаться в исходное положение, то это значит, что прогибомер установлен правильно. Установка прогибомера, как и любого другого прибора, является весьма ответственной операцией, так как допущенная ошибка в установке может влечь за собой искажение результатов испытаний.

Установкой и подключение всех приборов и измерительной аппаратуры, необходимой для проведения лабораторных работ занимается заведующий учебной лабораторией или лаборант. Задача студентов заключается в понимании назначения тех или иных приборов и обучении пользовании ими.

Например, указанный на рис.7 отсчёт прогибомера следует записать в журнал – 2616.

Соблюдение требований техники безопасности при работе с приборами и измерительной аппаратурой обязательно.

4. Приборы и приспособления, рекомендуемые для экспериментальных исследований.

В зависимости от поставленных задач при проведении экспериментальных исследований потребуется различный набор приборов, оборудования и приспособлений к ним. Данный лабораторная работа содержит сведения о приборах, необходимых для проведения экспериментальных исследований, выходящих за обязательную программу студентов вузов.

4.1. Определение прочности бетона в сборных и монолитных конструкциях

В этом случае можно использовать один из приборов ПИБ
или ПОС 30-МГ4
. Оба прибора основаны на принципе отрыва со скалыванием по типу прибора ГПНВ 5
в соответствии с ГОСТ 22690.

ПИБ
предназначен для определения прочности лёгких бетонов в диапазоне 5-40 МПа и тяжёлых бетонов прочностью 10-100 МПа. При проведении испытания на поверхности испытываемой конструкции выбирают ровный участок и пробивают отверстие глубиной 55 мм. В отверстие вставляют саморасклинивающийся анкер. Затем, вращая рукоятку поршневого насоса производят вырыв анкера. В момент разрушения бетона визуально считывают максимальное по манометру. Максимальное усилие 50кН (рис.9).

ПОС 30-МГ4
предназначен для контроля бетона монолитных и сборных железобетонных изделий и конструкций. Область применения прибора- контроль прочности бетона в диапазоне 5-100 МПа на объектах строительства, а также при обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений. Принцип действия основан на измерении усилия местного разрушения бетона при вырыве из него анкерного устройства размером 16х35 мм (диаметр х высота) и вычислении соответствующей прочности бетона по формуле. Прибор представлен на рис.10.

Оба прибора очень просты в обращении, достаточно мобильны, не требуют приложения больших усилий. Неудобством пользования приборами данного принципа является необходимость предварительной пробивки бетона для установки анкерных устройств.

Можно использовать более простой метод определения прочности бетона с помощью молотка Кашкарова, который использует ударное воздействие на бетон. (рис.11).

Молоток состоит из индентора (шарика), стакана, пружины, корпуса с ручкой, головки и сменного эталонного стержня. Металлический стержень с известной прочностью вставляют в молоток. Затем молотком наносят удар по поверхности бетона, замеряют размер отпечатков, получившихся на бетоне и стержне. Зная марку стали, из которой выполнен стержень (а следовательно, и его прочность), из соотношения диаметров отпечатков можно вычислить прочность бетона. Стержни являются расходным материалом.

В том случае, если определить марку металлических стержней к молотку Кашкарова с помощью разрывной машины не представляется возможным, то можно воспользоваться эталонометром
(рис.12). Эталонный стержень с известной прочностью и стержень, прочность которого необходимо определить, вставляют в эталонометр (один под шариком, другой над шариком). Затем по наковальне эталонометра наносят удар. По соотношению отмечатков, оставшихся на обоих стержнях после удара, определяют прочность (а следовательно, и марку) материала пробного стержня.

Для оценки прочности бетона на сжатие предназначен склерометр ОМШ-1
(рис.13), который основан на методе упругого отскока. Принцип действия основан на ударе с нормированной энергией бойка о поверхность бетона и измерение высоты его отскока в условных единицах шкалы прибора, являющейся косвенной характеристикой прочности бетона на сжатие. Диапазон измеряемой прочности бетона 5-40 МПа. Прибор имеет небольшую массу, прост в применении, но определяет только поверхностную прочность бетона. Для проверки работы склерометра может служить наковальня ОН-1.

Для этих же целей можно применить склерометр электронный ИПС-МГ4
(рис.14), который позволяет осуществить контроль прочности бетона, железобетонных изделий и конструкций методом ударного импульса. Прибор позволяет также оценить физико-механические свойства материалов в образцах и изделиях: прочность, твёрдость, упруго-пластические свойства; выявить неоднородности, зоны плохого уплотнения, наличия расслоения. Принцип действия прибора основан на измерении параметра акустического импульса, возникающего на выходе склерометра при соударении бойка о поверхность контролируемого материала.

Прибор ультразвуковой УИС-23
(рис.15) предназначен для определения прочности бетона, сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций; контроля качества огнеупорных бетонных изделий; определения прочности на сжатие кирпича и камней силикатных; обнаружения дефектов, нарушения структуры в изделиях и материалах. Прибор реализует ультразвуковой импульсный метод с раздельным вводом и последующим приёмом УЗУ, прошедших через контролируемый материал. Масса прибора 0,8 кг.

Для поиска инородных включений, пустот и трещин внутри изделий и конструкций из железобетона, камня, пластмасс и подобных им материалов при одностороннем доступе к объекту контроля можно использовать дефектоскоп ультразвуковой А1212
(рис.16). Дефектоскоп может применяться для измерения толщины изделия, для исследования внутренней структуры вышеперечисленных материалов и оценки их прочности. Измерение ведётся как при сквозном, так и при поверхностном прозвучивании. Прибор имеет небольшие размеры и малый вес.

Приспособление «БурКер»
(рис.17) предназначено для выбуривания цилиндрических кернов в бетонных сборных и монолитных конструкциях с целью определения прочности бетона на сжатие после испытания выбуренных кернов. Прибор позволяет выбирать керны диаметром 70 мм, высотой 150 мм. При работе с прибором потребуется расход воды 0,5 литра в минуту.

4.2.
Приборы для определения защитного слоя, контроля натяжения арматуры и других целей

При обследовании и при испытании натурных железобетонных конструкций очень важным является определение места расположения арматуры и измерение величины защитного слоя бетона. Решить данную проблему можно с помощью прибора ИПА-МГ4
(рис.18). Прибор позволяет определить диаметр арматуры по известной величине защитного слоя. Принцип действия прибора основан на регистрации изменения комплексного сопротивления преобразователя при взаимодействии электромагнитного поля преобразователя с материалом арматурного стержня. Диапазон измерения толщины защитного слоя в зависимости от диаметра стержня:

- при диаметре 3-10 мм составляет 3-40 мм;

- при диаметре 12-40 мм – 5-70 мм.

Диапазон определения расположения арматурных стержней составляет 70мм (для стержней диаметром 12-40мм) и 40 мм (для диаметра 3-10 мм). Масса прибора 0,9 кг.

Другим прибором применяемым для измерения величины защитного слоя является хорошо себя зарекомендованный прибор ИЗС-10Н
(рис.19).

Данный прибор позволяет выявить наличие арматуры в железобетонных конструкциях, определить её расположение и измерить величину защитного слоя бетона. ИЗС-10Н надёжен в работе, позволяет выявить наличие арматуры на глубине до 120 мм (при диаметре стержней более 4 мм) и до 200 мм (при диаметре более 16 мм). Масса прибора 2,8 кг.

Очень портативным является прибор «ПОИСК -2.3»
(рис.20), масса которого, масса которого 0,34кг. Прибор предназначен для измерения толщины защитного слоя бетона, определения расположения и диаметра арматуры в диапазоне 3-50мм в железобетонных конструкциях в условиях предприятий, стройплощадок, эксплуатируемых зданий и сооружений. Информационным параметром прибора являются показания на жидкокристаллическом дисплее, соответствующие диаметру и толщине защитного слоя бетона в миллиметрах. Прибор соответствует обыкновенному исполнению изделий и относится к нестандартизированным
средствам измерений.

Для оперативного производственного контроля величины предварительного напряжения в стержневой, канатной и проволочной арматуре железобетонных конструкций предназначен прибор ЭИН-МГ4
(рис.21).

Прибор можно использовать для технологических расчётов заданного удлинения арматуры и корректировки расстояния между временными анкерами арматурного элемента. Определения напряжений в арматуре может производиться как в процессе натяжения, так и непосредственно перед бетонированием конструкции. Принцип действия прибора основан на зависимости частоты (периода) первого тона гармонических колебаний натянутой струны от величины напряжений в ней.

Прибор АП-23 ПР
(рис.22) предназначен для контроля напряжений в канатах, стержневой проволочной арматуре частотным методом в заводских условиях, а также при проведении экспериментальных исследований, связанных с изучением предварительно напряжённых конструкций. Прибор выполнен на основе микропроцессорной техники. Программное обеспечение прибора рассчитано на выполнение следующих операций:

- измерение периода свободных колебаний арматурных элементов;

- расчёт напряжений в арматуре по уточнённой формуле;

- ввод данных контролируемой арматуры (длина и диаметр);

- диагностирование прибора с помощью тестов.

Данные контролируемой арматуры, а также измеренные значения периода колебаний или напряжений, записываются в память прибора и по необходимости могут быть воспроизведены на цифровом индикаторе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

«Определение расчётных характеристик бетона неразрушающими методами и по эталонным образцам»

Цель работы:
Научить будущих инженеров определять расчётные характеристики бетона с помощью неразрушающих методов в конструкциях и по результатам испытания контролируемых образцов.

Общая часть

Изменчивость свойств исходных материалов, погрешности испытательного оборудования, изменения технологических параметров в процессе изготовления конструкций и многое другое приводит к тому, что прочность бетона обладает статистической изменчивостью. Это значит, что изготовленные из одного и того же состава бетона и испытанные на сжатие для контроля прочности образцы покажут результаты, отличающиеся между собой. Аналогично и арматурные образцы из одной и той же стали будут иметь при испытаниях отличающиеся друг от друга результаты.

Ранее за основную характеристику бетона принимали среднюю прочность бетонных кубов стандартного размера. Эта прочность называлась маркой. Например, марка бетона 200 (М200) означала, что кубы из этого бетона должны выдержать при испытаниях на прессе в среднем 200 кг/см2
. Такой довольно простой и понятный способ определения основной характеристики бетона в то же время не учитывал такого важного показателя как разброс результатов испытаний. Получалось, что бетон с очень однородными (близкими друг к другу) показателями приравнивались к бетону неоднородному, если средняя прочность их оказывалась одинаковой. Такой подход вёл к тому, что конструкции, изготовленные из бетона одной и той же марки, могли иметь разную надёжность. Учёт однородности материала, который заложен в современные нормативные документы при проектировании конструкций и сооружений, обеспечивается тем, что в качестве основной характеристики принята не «марка» бетона, а «класс».

Класс бетона представляет прочность стандартных кубов, полученную с обеспеченностью 0,95. Установить класс бетона по результатам испытаний кубов бетона помогает теория вероятности.

Считается, что распределение контрольных результатов при достаточно большом количестве образцов (кубов или арматурных стержней) будет подчиняться закону нормального распределения. Из курса математики известно, что ряд величин соответствует закону нормального распределения, если их плотность вероятности подчиняется зависимости:

(1)

В этой формуле: Ri
– контролируемая величина (в нашем случае прочность бетона в i-той точке), полученная в результате испытаний; Rm
– среднее значение контролируемых величин; σ – среднеквадратичное отклонение, определяемое по формуле:

, (2)

где m – количество полученных контролируемых величин в рассматриваемом ряду.

На рис.23 показан характер кривых нормального распределения f(R), f(1R), f2(R) прочностей бетонов, обладающих одинаковой средней прочностью Rm=200кг/см­­2
, но имеющих различные среднеквадратичные отклонения σ=27кг/см2
; σ1=50кг/см2
; σ2=20кг/см2
и соответственно различные коэффициенты вариации µ=0,135; µ1=0,25; µ2=0,1.

В каждом случае суммарная плотность вероятностей равна единице, т.е. площадь под кривой распределения

.

Значение прочности с обеспеченностью 0,95, определяющей класс бетона, разделяет область плотностей вероятностей на две части с площадью 0,05 и 0,95. Следовательно, для нахождения класса бетона необходимо решить уравнение (3) относительно В:

или (3)

Связь между средней прочностью Rm и полученным значением класса можно представить в виде:

B = Rm
- χ∙σ (4)

Решая выражение (3), можно убедиться, что величина χ в уравнении (4) зависит только от принятого уровня обеспеченности. Так для гарантированной прочности бетона с обеспеченностью 0,95 величина χ=1,64485. Обычно эту величину в нормативных документах округляют и принимают равной 1,64.

Из (4) видно, что значение В зависит от σ – среднеквадратического отклонения, отражающего однородность результатов измерения. Следовательно, в отличие от средней прочности, класс бетона учитывает однородность испытываемого материала. Поэтому значение прочности с обеспеченностью 0,95 для кривых, показанных на рис.23, будут различны и равны f(R), f1(R) и f2(R) соответственно: 155,5 кг/см2
; 117,7 кг/см2
и 167,1 кг/см2
.

Класс бетона выражается не в кг/см2
, а в МПа. Обозначение В15 говорит о том, что прочность стандартных кубов из данного бетона с обеспеченностью 95% равна 15МПа.

Из приведённых выше примеров можно сделать вывод, что контрольные значения, определяющие f(R) и f2(R), несколько выше класса В15, в то время как f1(R) соответствует классу только В10.

Ещё раз заметим, что средние прочности этих бетонов были равны между собой.

Состав лабораторной работы

1. Определение средней прочности бетона неразрушающими методами;

2. Определение единичного значения прочности бетона на сжатие по контрольным образцам – кубам;

3. Анализ результатов испытаний и определение характеристик бетона для последующей оценки поведения железобетонных лабораторных балок;

4. Определение единичного значения прочностных и деформативных характеристик арматурного стержня.

Организация работы

Учебная группа (в данном случае в качестве примера рассматривается группа №12 факультета СФ) разбивается на 4 бригады по 5 человек. В бригаде выбирается «бригадир», который руководит проведения лабораторной работы.

Каждая бригада получает рабочее место, необходимые приборы и оборудование и задание на проведения одной части из состава лабораторной работы. После выполнения необходимого объёма работ бригады меняются местами.

Лабораторная работа № 3

«Определение прочности бетона в конструкциях неразрушающими методами»

(отрыв со скалыванием и ультразвуковым методом)

Существуют большое количество методов определения прочности бетона непосредственно в конструкции по косвенным характеристикам
, так или иначе связанным с физико-механическими характеристиками бетона. Определение косвенных характеристик не связано с нарушением целостности конструкции и её свойств. Поэтому методы, основанные на использовании этих характеристик, называются методами неразрушающего контроля.

Наиболее используемыми косвенными характеристиками, которые предусмотрены стандартом [4] и [5], являются:

- величина отскока бойка (металлического стержня, шарика и др.) от поверхности бетона;

- размеры отпечатка бойка на поверхности бетона при контролируемой величине энергии удара;

- значение напряжения, необходимого для местного разрушения бетона при отрыве прикреплённой к нему металлической пластины;

- величина усилия, необходимого для скалывания части ребра конструкции;

- величина усилия при вырыве из бетона закреплённого в нём анкера;

- скорость прохождения ультразвукового импульса в бетоне конструкции.

Многолетний опыт проведения экспертных работ на кафедре Железобетонных и каменных конструкций СГАСУ показывает, что наибольший успех в получении истинных результатов получают тогда, когда используется на объекте не один метод, а сочетание нескольких. Например, совместный анализ метода вырыва со сколом и ультразвукового метода позволяет с большой достоверностью произвести сплошной контроль прочностных свойств сооружения без нанесения ему значительного количества местных повреждений. Учитывая доступность этих двух методов и их достаточную надёжность, они и рассматриваются в лабораторной работе.

1.
Метод ультразвукового прозвучивания

Сущность метода

Известно, что скорость распространения ультразвуковых волн в твёрдых телах достаточно надёжно коррелируется с физико-механическими характеристиками такими, как модуль упругости, прочность, плотность и др. Ультразвуковые волны не наносят вреда конструкции и могут быть применены для контроля за объектом многократно и по всей доступной его поверхности. Это делает метод ультразвукового прозвучивания особенно привлекательным для постоянного контроля за состоянием объекта или сооружения.

Для установления прочностных свойств бетона наиболее часто используется скорость распространения продольных ультразвуковых волн. В последнее время созданы в нашей стране компактные и надёжные ультразвуковые приборы, позволяющие не только фиксировать скорость распространения ультразвука на контрольном участке, но и записывать автоматически результаты измерения в память прибора и выводить результаты на ПК. К таким приборам относятся и ультразвуковой тестер УК14-01.

Подготовка к испытаниям

1. До начала испытаний (как правило, в зимний период) в течение 1 месяца (принимаемого за контрольный период) изготавливается 10-12 партий железобетонных балок для лабораторных работ. Из каждого замеса бетона в соответствии с [6] отбирается проба, из которой готовится серия контрольных образцов – кубов. К началу лабораторных работ железобетонные балки и контролируемые образцы набирают прочность в нормальных условиях в течение не менее 28 суток. Характеристики состава и другие необходимые данные отражаются в специальном журнале работ.

2. Перед началом лабораторных работ каждой учебной группе выдаётся по 8 бетонных кубов из заранее изготовленной одной серии образцов

(по 2 на каждую бригаду, один – для неразрушающего контроля, второй – для испытания на прессе). Количество образцов, испытанных одной группой, будет соответствовать испытаниям одной серии. Образцы, испытанные на всём потоке, составят испытания партии.

3. В процессе проведения лабораторной работы бригады обеспечиваются инструментом (линейка, штангенциркуль, ГПНВ-5 и др.) и рабочим местом. Объясняются правила работы на прессе (в нашем случае ПГ-250) при испытаниях кубов на сжатие, в том числе и по технике безопасности. Сообщаются данные о составе смеси и др.

Пример данных, которые сообщаются студентам при получении ими образцов для испытания, приведён в табл.1.

Таблица 1

Данные по изготовлению кубов серии F-12 для партии F

Дата изгот.	Номер		Контрол. конструк.	Состав смеси в кг на м3	Удобоукла-дываемость ОК см	Ф.И.О. изготовителя
	образца	серии
1	2	3	4	5	6	7
15.05.1996	F-12/1 F-12/2 F-12/3 F-12/4	F-12	Лаб. балка тип.1 F-12-1	Цемент–340 Песок-760 Щебень-950 Вода-180	8	Козлов А.В.

Состав бетона, указанные в табл. 1, рассчитан на обеспечение в опытных балках прочности, соответствующей классу В15.

Проведение испытаний

1. В журнале испытаний каждая бригада фиксирует результаты освидетельствования контрольного куба №1 и №2 (наличие раковин, трещин и других дефектов).

2. Образцы взвешиваются и измеряются с точностью до 1%. Результаты заносят в журнал испытаний. Пример заполнения журнала испытаний показан в табл. 2.

Отклонение значений плотности образцов не должно превышать 50 кг/м3
. При несоблюдении этого условия образцы считаются дефектными.

Таблица 2

Журнал измерения геометрических размеров и массы бетона

Дата испыта-ния	Номер образца	Масса	Размеры	Плотность	Отклонение	Замечания по состоянию образца
		кг	см.	кг/м3	кг/м3
1	2	3	4	5	6	7
26.10	F-12/1-1	7,835	15,0х14,7х14,9	2384	9,5	Нет замечаний
26.10	F-12/1-2	8,118	15,2х15,1х14,8	2390	15,5	Нет замечаний
26.10	F-12/2-1	8,193	15,2х15,0х15,1	2380	5,5	Нет замечаний
26.10	F-12/2-2	7,750	14,6х15,2х14,9	2344	-30,5	Поры и раковины более 2мм

3. Помечаются контролируемые участки на грани куба №1 и №2, в которых должны определяться скорость ультразвука рис. 24.

4. С помощью ультразвукового тестера определяется скорость прохождения ультразвука, и результаты заносятся в журнал. Пример заполнения журнала показан в табл. 3.

Откладывая на горизонтальной оси измеренные скорости ультразвука получают значения прочностей Rul­
, которые заносят в табл. 3.

5. До проведения испытаний для данного состава бетона была градуировочная зависимость между прочностью бетона и скоростью ультразвука в виде графика, изображённого на рис. 25.

6. Среднюю прочность бетона в исследуемом кубе по данным ультразвуковых испытаний вычисляют по формуле:

где n – общее число участков определения прочности бетона. В нашем случае кг/см3
или в МПа – 28,1.

Таблица 3.

Журнал измерения скорости распространения ультразвукового импульса в бетоне – V км

Дата испытания	Номер образца	V грань № 1	V грань № 2	V грань № 3	V грань № 4	V средняя скорость	Прочность бетона Rul
		км/сек	км/сек	км/сек	км/сек	км/сек	МПа
26.10	F-12/1-1	3165	3260	3216	3254	3233	28,4
		3262	3198	3227	3282
26.10	F-12/1-2	3264	3215	3280	3352	3252	28,7
		3215	3224	3152	3321
26.10	F-12/2-1	3098	3124	3211	3120	3122	26,9
		3065	3124	3068	3167
26.10	F-12/2-2	3011	3011	3011	3011	3080	26,3
		3150	3150	3150	3150

2.
Метод отрыва со скалыванием

Сущность метода

Метод отрыва со скалыванием основан на зависимости прочности от усилия местного разрушения бетона при вырыве из него анкерного устройства. Для различных бетонов эта зависимость отличается между собой. Поэтому предварительно, перед испытанием основной конструкции для аналогичного с ней состава бетона, устанавливают градуировочную зависимость «усилие вырыва – прочность».

Для метода отрыва со скалыванием применяют три типа стандартных анкерных устройств – рис.26.

Для испытания методом отрыва со скалыванием используется несколько типов приборов. Один из них, ГПНВ-5, показан на рис.27.

Необходимую градуировочную зависимость получают испытанием серий кубов из бетона исследуемого состава. Для этого часть кубов испытывают методом отрыва со скалыванием, получая усилие вырыва анкера из бетона. Другая часть кубов, аналогичного состава и технологии изготовления, испытывается на прессе для получения непосредственной прочности бетона. Полученные результаты наносятся на график в координатах «усилие вырыва – прочность». По полученным точкам на графике строят аппроксимирующую кривую или прямую линию.

При использовании стандартных анкерных устройств, изображённых на рис. 4. ГОСТ 22690-88 [4] разрешает использовать для перехода от усилия вырыва P к прочности Rw формулу:

;

где m1
– коэффициент, учитывающий максимальный размер крупного заполнителя в зоне вырыва и принимаемый равным 1 при крупности менее 50 мм и 1,1 – при крупности 50 мм и более; m2
– коэффициент перехода от усилия вырыва в кН к прочности бетона в МПа.

Значение коэффициента m2
для тяжёлого бетона с прочностью 10 МПа и более и керамзитобетона с прочностью от 5 до 40 МПа приведены в табл.4.

Таблица 4

Значение коэффициента m2
для тяжёлого и лёгкого бетона

Условия твер-дения бетона	Тип анкерно-го устройства	Предполагае-мая прочность бетона, МПа	Глубина за-делки анкер-ного устрой-ства, мм	Значение коэффициента m2 для бетона
				Тажёлого	Лёгкого
Естественные	I	≤50 >50	48 35	1,1 2,4	1,2 -
	II	≤50 >50	48 30	0,9 2,5	1,0 -
	III	≤50	35	1,5	-
Тепловая обработка	I	≤50 >50	48 35	1,3 2,6	1,2 -
	II	≤50 >50	48 30	1,1 2,7	1,0 -
	III	≤50	35	1,8	-

Подготовка к испытаниям

1. На 2-ух гранях контрольного куба №1 устанавливают и закрепляют готовые отверстия анкерные устройства II типа для ГПНВ-5 (возможна предварительная установка при бетонировании анкерных устройств 1 типа).

2. Соединяют прибор ГПНВ с анкерным устройством, предварительно убедившись, что винт прибора находится в начальном положении.

Проведение испытаний

1. Производится вырыв анкерного устройства прибором ГПНВ-5 и полученные величины усилий – Pw
­
заносят в журнал испытаний. Пример заполнения журнала показан в табл.5.

2. Зарисовывают в журнале и анализируют призму вырыва сопоставляя её с требованиями [4].

3. Оценивают снижение поперечного сечения куба в результате вырыва анкерных устройств.

4. Испытывают куб № 1 на прессе до разрушения.

5. Наносят на графике «прочность-усилие вырыва» экспериментально полученные точки.

Прочность бетона в кубах, по данным испытаний прибором ГПНВ-5 вычисляют по формуле:

где n – общее число кубов. В нашем случае Rmw
= 22.15

6. Условный класс бетона – R­usw
– принимается равным 80% от Rw
. Следовательно, Rusw
= 17,7.

7. Прочность бетона куба № 1, по данным испытаний на прессе, вычисляют по формуле:

где Pразр
– усилие разрушения куба, Aуточн
– уточнённая площадь сечения.

Учитывая, что куб № 1 был повреждён при вырыве анкерных стержней, результаты испытаний на сжатие носят лишь тренировочный и познавательный характер и не заносятся в журнал.

Таблица 5

Журнал измерения усилия вырыва анкера из бетона – P
w

кН.

Дата испыта-ния	Номер образца	Глубина заделки анкера / типа	Pw­ грань № 1	Pw­ грань № 2	Pw ­ сред. значение	Значение коэффици-ентов		Проч-ность бе-тона, Rw	Pразр	Проч-ность бе-тона, Rразр
		мм	кН	кН	кН	m1	m2	МПа	кН	МПа
26.10	F-12/1-1	48/II	25,9	26,3	26,1	1	0,9	21,3	23,49
26.10	F-12/2-1	48/II	24,0	24,6	24,3	1	0,9	21,3	21,87
26.10	F-12/3-1	48/II	27,1	25,4	26,25	1	0,9	22,8	23,62
26.10	F-12/4-1	48/II	22,1	21,5	21,8	1	0,9	15,6	19,62

Лабораторная работа № 4

«
Определение прочности бетона на сжатие по контрольным образцам»

Сущность метода

Определение прочности бетона заключается в определении напряжений в контролируемом образце при его разрушении на прессе. В качестве контрольных образцов могут использовать кубы, цилиндры и призмы. Однако, за базовый (прочность определяется с коэффициентом, равным 1) принимается куб 150х150х150мм.

Подготовка к испытаниям

Отмечаются грани куба №2, которые должны примыкать к плитам пресса (сила сжатия должна быть параллельна слоям укладки бетонной смеси в форму). Ранее этот куб был испытан ультразвуковым методом.

Проведение испытаний

1. Устанавливают куб №2 одной из выбранных граней на плиту пресса и центрируют его по насечкам на плите так, чтобы он был в геометрическом центре плиты (в соответствии с разметкой).

2. Осуществляют нагружение образца непрерывно со скоростью 0.4-0.6 МПа/сек.

3. Максимальное усилие, достигнутое в процессе испытаний, принимают за разрушающую нагрузку и заносят в журнал испытаний.

4. Зарисовывают характер разрушения куба и устанавливают соответствие нормальному разрушению. Возможные случаи разрушения образцов при испытаниях на сжатие показаны на рис. 29.

*Шифр образца определяет: F – наименование серии бетона, цифры соответственно – номер студенческой группы, номер бригады в группе, номер куба

Обработка результатов и их анализ

1. Прочность бетона (в МПа в контрольном образце определяют по формуле:

R=αF/A,

где F – разрушающего нагрузка Н (Ньютонах; 1 кН = 1000 Н); - площадь рабочего сечения образца в мм2
; α – масштабный коэффициент для приведения полученные результатов в соответствие с размерами образца базового размера.

Значение масштабного коэффициента – α, в соответствии [2] для всех видов бетона, кроме ячеистого, при испытании на сжатие принимаются в соответствии с табл. 6.

Таблица 6.

Значение масштабного коэффициента для бетонных образцов различных форм и размеров

Куб или призма	Куб (ребро) или призма (сторона) мм					Цилиндр (диаметр на высоту) Мм
	70	100	150	200	300	100х200	150х300	200х400	300х600
Коэффициент α	0,85	0,95	1,0	1,05	1,1	1,16	1,20	1,24	1,28

Значения полученных прочностей образцов – Rразр
заносят в журнал испытаний.

Таблица 7

Журнал испытаний кубов на сжатие

Дата	Номер образца	Масса	Размеры	Плот-ность γ	Пло-щадь А	Максим нагруз-ка	Проч-ность образца Rразр	Средняя серии Ri
		Кг	см.	кг/м3	см2	кН	МПа	МПа
26.10	F-12/1-1	8,118	15,2х15,1х14,8	2390	229,5	5049	22,0	22,6
26.10	F-12/1-2	8,118	15,2х15,1х14,8	2390	229,5	5071	22,1
26.10	F-12/2-1	8,193	15,2х15,0х15,1	2380	228,2	5431	23,8
26.10	F-12/2-2	7,750	14,6х15,2х14,9	2344	221,9	3483	15,7	-

Образец F-12/2-2 исключен из подсчётов значения средней прочности, т.к. имеет наименьшее значение из четырёх образцов (ГОСТ 10180-90 п. 6.4.)

2. Прочность бетона в одной серии образцов (принимается как единичное значение прочности – Ri
) определяют как среднеарифметическое значение прочностей R в i-ой серии:

- из двух образцов – по двум образцам;

- из трёх образцов – по двум наибольшим по прочности образцам;

- из четырёх образцов – по трём наибольшим по прочности образцам.

В нашем случае Ri
= 22.6 МПа.

При отбраковке дефектных образцов прочность бетона в серии определяют по всем оставшимся образцам (их должно быть не менее двух). Результат заносят в журнал испытаний.

Практически. Ваша группа определила значение фактической прочности бетона в испытанных образцах одной серии, которую можно принять за единичное значение прочности (RI
). Однако, эта характеристика не позволяет оценить возможное гарантированное отклонение прочности в конструкции, так как не учитывает естественный разброс прочности бетона, в виду его неоднородности. Поэтому ГОСТ 18105-86 запрещает производить «приёмку бетона путём сравнения его фактической прочности с нормируемой без учёта характеристик однородности прочности».

Лабораторная работа № 5

«Определение характеристик однородности»

1. Определение фактической прочности в партии

Оценка однородности

бетона по прочности должна производиться изготовителем железобетонных конструкций по анализу разброса результатов прочности бетона, выпускаемого за срок от одной недели до 2 месяцев. При этом, число единичных значений прочности бетона за этот период не должно быть менее 30. Только в этом случае будут получены статистически достоверные результаты.

В нашем случае за анализируемый период принят 1 месяц, в течение которого осуществлялось изготовление железобетонных образцов балок для лабораторных работ и одновременно с ними контрольных образцов-кубов, испытываемых Вами. В Вашем потоке остальные группы (n – групп) также получили данные по единичной прочности образцов в своих сериях, а в целом по потоку можно получить фактическую прочность бетона в партии - . Эта прочность определяется как среднее значение прочности по всем испытанным сериям:

,

где n – число групп в потоке (число испытанных серий); - единичное значение прочности, полученное каждой группой (для серии образцов).

Данные по другим группам потока представлены в табл.8.

Таблица 8

№ групп.	Кол-во образц. , шт.	Прочность , МПа	Прочность , МПа	Ср. квадр. отклонен. , МПа	Коэффиц. вариации , %
11	4	19,5	21,01	1,48	7,04
12	3	22,6
13	3	20,3
14	4	21,6
15	4	22,2
16	4	21,0
17	4	19,9

2. Определение характеристик однородности партии бетона

Значение среднего квадратичного отклонения для i-ой партии () табл. 4 получают по формулам:

при числе значений в i-ой партии более 6: ;

а при числе значений в i-ой партии от 2 до 6: ,

где - определяется как разность между максимальным и минимальным единичными значениями прочности в партии; - коэффициент, зависящий от числа единичных значений и принимаемый по табл.9.

Таблица 9.

Значение коэффициента
α

Число значений	2	3	4	5	6
Коэффициент	1,13	1,69	2,06	2,33	2,5

Коэффициент вариации прочности i-ой партии (или коэффициент вариации прочности партии) в процентах вычисляют по формуле:

В нашем случае, коэффициент вариации прочности партии () оказался менее 8%. В противном случае, потребовалась бы внеочередная аттестация лаборатории (или завода), где производилось изготовление конструкций. Но полученный коэффициент вариации прочности партии ещё недостаточно отражает однородность бетона за весь контролируемый период (принятый нами ранее 1 месяц). За этот период необходимо проанализировать все результаты испытаний образцов из других партий из бетона данного состава.

3. Определение характеристик бетона, произведенного за контролируемый период.

Результаты определения прочности бетона в контролируемых образцах всех партий, изготовленных за контролируемый период, представлены в табл. 10.

Таблица 10

Характеристики бетона за контролируемый период

Партия	Факультет	Группы	Rmi	Smi	Vmi	ni
A	заочн	271-272	19,3	1,41	7,31	2
B	1-СФ	8П-10П	23,0	1,26	5,33	3
C	эконом	45-46	18,2	1,19	6,56	2
D	2-СФ	11П-14П	22,5	1,24	5,52	4
E	заочн	532	20,5	1,21	5,93	3
F	СТФ	11-17	21,01	1,48	7,04	7
G	СТФ	16-19	21,06	0,96	4,6	4
H	доп	23,7	1,33	5,63	4
K	доп	23,03	1,29	6,12	4
Итого

Среднее значение прочности бетона (Rn
) данного состава, произведенного за контролируемый, определяют по формуле:

;

где - прочности бетона в каждой i-ой из N партий бетона, проконтролированных в течение анализируемого; ni
– число единичных значений прочности бетона в каждой i-ой из N партий бетона, проконтролированных в течение анализируемого периода; - общее число единичных значений прочности бетона за анализируемый период (по ГОСТ 18105-86 не менее 30).

В нашем случае, как это следует из табл. 6, Rn
=21,62МПа.

Среднее значение коэффициента вариации прочности (Vn
) для данного состава бетона с учётом результатов испытаний образцов всех партий за контрольный период определяют по формуле:

,

где - коэффициент вариации прочности бетона в каждой i-ой из N партии бетона, проконтролированы. В нашем, с учётом данных табл. 6, Vn
=6,08.

Среднеквадратичное отклонение Sn
для данного состава за контролируемый период определяют по формуле:

В нашем случае Sn
=1,29МПа.

4. Определение требуемой прочности бетона

Требуемую прочность бетона () при нормировании прочности по классам вычисляют по формуле:,

где KT
– коэффициент требуемой прочности принимаемый в соответствии с табл. 11.

Таблица 11

Коэффициент требуемой прочности

Vn , %	KT
	для всех видов бетонов, кроме силикатных и ячеистых	для плотного силикатного бетона	для ячеистого бетона	для массивных гидротехничес-ких сооружений
6 и менее	1,07	1,06	1,08	1,09
7	1,08	1,07	1,09	1,10
8	1,09	1,08	1,10	1,11
9	1,11	1,09	1,12	1,13
10	1,14	1,12	1,13	1,14
11	1,18	1,14	1,14	1,16
12	1,23	1,18	1,17	1,18
13	1,28	1,22	1,22	1,20
14	1,33	1,27	1,26	1,22
15	1,38	1,33	1,32	1,23
16	1,43	1,39	1,37	1,25
17	1,46	1,43	1,28
18	1,50	1,32
19	область		1,57	1,36
20	недопустимых			1,39
21 и более	Значений

В нашем случае, с учётом Ваших данных Vn
= 4.92, следовательно Kт
равен 1,07.

В результате получаем: Rт
= 1,07∙20=21,4 МПа.

Приемка партий железобетонных конструкций на заводах железобетонных изделий должна проводиться в соответствии с нормативными документами по правилу:

.

Если это условие нарушается, то партия изделий бракуется.

Из табл. 10 видно, что в соответствии с ГОСТ 18105-86, гарантированную прочность бетона, соответствующую классу В20, имели бы конструкции партий B, D, H и K. В тоже время, партии A, C, E, F и G пришлось бы забраковать.

В нашем случае мы готовили образцы для учебных целей, для демонстрации работы балок под нагрузкой, а не под определённую расчётную нагрузку. Для этих целей подойдут образцы и с меньшей прочностью, чем прочность бетона класса В20. Следовательно, в нашем случае, отбраковывать партии не будем.

Поэтому в отличие от заводских испытаний, нам необходимо установить с определённой степенью вероятности возможную прочность в испытанных Вами балках.

Лабораторная работа № 6

«Определение прочности бетона при испытании балок»

Среднее значение кубиковой прочности бетона, используемого для изготовления балок, по нашим расчётам составило при среднеквадратичном отклонении и среднем коэффициенте вариации .

Для анализа результатов испытаний железобетонных балок используется фактическая прочность бетона на сжатие при изгибе, которая в нашем случае будет равна:

, откуда

Нормативное сопротивление бетона в соответствии с нормативными документами определяется с обеспеченностью 0.95. Следовательно, для нашего случая нормативная кубиковая прочность бетона на сжатие, с требуемой обеспеченностью, составит не менее

, т.е. 19,90 МПа.

Кубиковая прочность бетона необходима для контроля качества бетона. В расчётах конструкций при проектировании используется призменная прочность.

Нормативная призменная прочность для тяжёлого бетона принимается равной:

где множитель в скобках принимается не более 0,72.

В нашем случае минимальная нормативная призменная прочность составит МПа.

Для получения расчётной характеристики бетона на сжатие при проектировании конструкций необходимо в соответствии со СНиП [7], полученное минимальное нормативное сопротивление разделить на коэффициент надёжности по бетону, величина которых изложена в табл.12.

Для нашего случая равняется 1,3.

Следовательно расчётная прочность:

Таблица 12

Значение коэффициента надёжности по бетону

Вид бетона	Коэффициент надёжности по бетону при сжатии и растяжении и для расчёта конструкций по предельным состояниям
	первой группы			Второй группы
		при назначении класса бетона по прочности
				и
		на сжатие	на растяжение
Тяжёлый, напрягающий, мелко-зернистый, лёгкий и поризо-ванный	1,3	1,5	1,3	1,0
Ячеистый	1,5	2,3	-	1,0

Выводы:

1. Расчётную прочность на сжатие при проектировании изгибаемых элементов для данного бетона следует принять равной МПа.

2. Для анализа работы испытываемых железобетонных балок следует учитывать в них фактическую прочность бетона, полученную по результатам неразрушающего контроля или по контрольным образцам, в нашем случае МПа.

Контрольные вопросы

1. Почему прочность образцов из бетона обладает статистической изменчивостью?

2. Что такое класс бетона?

3. Чем отличается класс бетона от средней прочности бетона, принимаемой за расчётную характеристику ранее как марка бетона?

4. Почему класс бетона, в отличие от марки бетона, отражает изменчивость прочностных свойств с большей надёжностью?

5. Какие неразрушающие методы Вы знаете?

6. Сущность метода контроля прочности бетона по образцам?

7. Сущность метода контроля прочности бетона с помощью ультразвука?

8. Сущность метода отрыва со скалыванием?

9. Что такое градуировочная зависимость?

10. Как определяется средняя прочность образцов при их разрушении на прессе?

11. Как определяется класс бетона по результатам испытания образцов?

12. Какое разрушение стандартных кубов считается дефектным и не учитывается в расчётах?

13. Какое разрушение стандартных кубов считается дефектным и не учитывается в расчетах?

14. Какие характеристики однородности вы знаете?

15. Как определить прочность бетона в эксплуатируемом сооружении?

Список литературы

1. ГОСТ 25192-82. Бетоны. Классификация и общие технические требования.

2. ГОСТ 10180-90. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.

3. ГОСТ 18105-86. Бетоны. Правила контроля прочности.

4. ГОСТ 22690-88. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля.

5. ГОСТ 17624-87 Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности бетона.

6. ГОСТ 28570-90. Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкции.

7. СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции.

8. СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции.

9. Клевцов В.А. Статистическая оценка прочности бетона при испытании неразрушающими методами// Сб. НИИЖБ «Исследования влияния качества изготовления, монтажа и эксплуатации конструкций на их несущую способность. – М:, 1980.

10. Клевцов В.А., Коревицкая М.Г. Рекомендации. Прочность бетона в конструкциях и изделиях. Методика контроля прочности бетона ультразвуковым тестером УК14-01. //М.: Стройдиагностика. 1998.

11. Мурашкин Г.В., А.И. Снегирева. Лабораторный практикум по железобетонным и каменным конструкциям. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов. 2006.