ЛЕКЦИЯ 6. Приборы для линейных измерений (продолжение)

Клинометры

Углы наклона элементов, подлежащие определению при испытани­ях в пределах расчетных нагрузок, как правило, не велики. В большинстве случаев приходится учитывать доли градуса и минуты, а при испытаниях особо жестких железобетонных конструкций – и секунды. Приборы и при­способления, применяемые для измерения столь малых углов, должны об­ладать высокой чувствительностью.

При загружениях за пределами расчетных нагрузок, и в особенно­сти при приближении к стадии разрушения, угловые перемещения начина­ют резко возрастать, и для определения их оказываются более целесообраз­ны геодезические методы и фотосъемка.

Ниже рассмотрим основные типы клинометров и приспособлений для измерения малых угловых перемещений.

Способ жесткого рычага

К наблюдаемому сечению крепится металлическая консоль (рис. 14). Линейные перемещения двух точек консоли, обусловленные накло­ном сечения, измеряют с помощью прогибомеров. Зная разность перемеще­ний на базе В определяем угол наклона а.

Рис. 14. Измерение угла наклона при помощи жесткой консоли; 1 - испытываемый элемент; 2 - жест­кая консоль: 3 - соединительная про­волока; 4 и 5 - прогибомеры; 6 - неподвижные опоры для крепле­ния прогибомеров; а₁ и а₂ - линейные перемещения, из­меренные прогибомерами

Клинометр с уровнем

Кинематическая схема их показана на рис. 15. Высокочувстви­тельный уровень 2 приводится в горизонтальное положение вращением микрометренного винта 3. Отсчеты берутся по шкале барабана 4 микрометренного винта. Разность отсчетов при положениях, показанных на рис. 2.19. а и б, дает значение искомого угла а.

Рис. 15. Клинометры с уровнем: 1 - исследуемая конструкция; 2 - высокоточный уровень. 3 - микрометренный винт. 4 - барабан микрометренного винта со шкалой; 5 - шарнирная опора

Клинометры с отвесом - маятником

Схема прибора показана на рис. 16. Отвес 2 опирается при по­мощи призмы 3 на опору, расположенную внутри корпуса 4 клинометра. Положение отвеса фиксируется микрометренным винтом 5. Отсчеты берут­ся по шкале 6 барабана винта с ценой деления в 5''. Разность отсчетов, соот­ветствующих положениям рис. 16, а и б дает определяемый угол наклона.

Во избежание смещения отвеса микрометренным винтом контакт их отмечается электросингналом (при соприкосновении острия винта 5 с отвесом 2 замыкается слаботочная электрическая цепь).

Рис. 16. Клинометр с отвесом-маятником: 1 - исследуемая конструкция; 2 - отвес; 3 - опорная призма; 4 - корпус прибора; 5 - микрометренный винт; 6 - барабан

Рассмотренный прибор не требует связи с каким либо репером, что является (в особенности при длительных наблюдениях) серьезным пре­имуществом представленного клинометра по сравнению с другими.

Оптический клинометр

К наблюдаемой точке прикрепляется небольшое зеркальце (отсю­да и другое название - «зеркальный способ»). Зеркало 1 (рис. 17) ориен­тируется так чтобы с помощью зрительной трубы 2 (обычно, геодезическо­го инструмента) мог быть сделан отсчет по шкале 3 измерительной рейки, расположенной рядом с инструментом.

При изменении наклона исследуемого элемента на угол а зер­кальце проворачивается вместе с ним на тот же угол, что сопровождается поворотом «оптического рычага» СВ на угол 2α.

Зная расстояние L между рейкой и Зеркальцем и изменение а от­счетов по рейке, находим значение а из соотношения

Для облегчения ориентировки зеркало шарнирно крепится к уста­новочной струбцине так, чтобы оно могло проворачиваться вокруг двух взаимно перпендикулярных осей I и II.

Применение зеркального способа особенно целесообразно при наблюдении за отдаленными точками сооружения, трудно доступными во время испытания. Другая область применения - наблюдения за изменением углов наклона весьма гибких элементов (например, на моделях), где исклю­чена установка сравнительно тяжелых клинометров или крепление консо­лей с прогибомерами.

Рис. 17. Схема измерения углов наклона с помощью оптического клинометра:

1 - зеркало в положении до деформации и 1 - после деформации; 2 - зрительная

труба; 3 - шкала зрительной рейки; а = АВ - разность отсчетов по рейке до и после деформации

Тензометры

Тензометры применяются для измерения линейных деформации поверхностных волокон элементов конструкций при статических испыта­ниях.

Величина измеренной тензометром деформаций может быть использована для вычисления приращения напряжения по закону Гука при известном значении модуля упругости материала или для определения мо­дуля упругости при известном значении напряжения.

По конструктивному признаку можно выделить четыре разновид­ности тензометров: механические, электрические, струнные, тензорезисторные.

Механические тензометры

Механические тензометры представлены рядом типов различного конструктивного оформления. Остановимся несколько подробнее на одном наиболее распространенном рычажном тензометре (Гугенбергера), схема­тически показанном на рис. 18.

а б

Рис. 18. Кинематическая схема рычажного тензометра а - начальное положение;

6 - смешение рычагов после деформации (показаны пунктиром); 1 - испытываемый элемент; 2 - острие неподвижной и 4 - подвижной ножек; 3 - неподвижная и 5 - подвижная ножки; 6 - ось вращения ножки 5; 7 - передаточ­ный стерженек; 8-стрелка; 9-ось вращения стрелки; 10-шкала; l-база тензо­метра

Как видно из рисунка, при деформации исследуемого материала конец стрелки 8 тензометра перемещается вдоль шкалы 10 с миллиметро­выми делениями в новое положение с^/ (на схеме взят случай сжатия).

Увеличение k прибора определиться при этом из соотношения

k= ,

где a, b, r, s- плечи рычагов.

∆- изменение расстояния между точками опирания 2 и 4.

Чаще всего тензометры данного типа выпускаются с тысячекрат­ным увеличением, что при базе l = 20 мм дает возможность оценивать оп­ределяемую деформацию до = 10^-4. Имеются образцы данных тензометров с увеличением и несколько тысяч раз и базой до 2 мм используемых при измерениях, например, в зонах концентрации напряжений.