В физике, сила натяжения - это сила, действующая на веревку, шнур, кабель или похожий объект или группу объектов. Все, что натянуто, подвешено, поддерживается или качается на веревке, шнуре, кабеле и так далее, является объектом силы натяжения. Подобно всем силам, натяжение может ускорять объекты или становиться причиной их деформации. Умение рассчитывать силу натяжения является важным навыком не только для студентов физического факультета, но и для инженеров, архитекторов; те, кто строит устойчивые дома, должны знать, выдержит ли определенная веревка или кабель силу натяжения от веса объекта так, чтобы они не проседали и не разрушались. Приступайте к чтению статьи, чтобы научиться рассчитывать силу натяжения в некоторых физических системах.

Шаги

Определение силы натяжения на одной нити

1. Определите силы на каждом из концов нити. Сила натяжения данной нити, веревки является результатом сил, натягивающих веревку с каждого конца. Напоминаем, сила = масса × ускорение . Предполагая, что веревка натянута туго, любое изменение ускорения или массы объекта, подвешенного на веревке, приведет к изменению силы натяжения в самой веревке. Не забывайте о постоянном ускорении силы тяжести - даже если система находится в покое, ее составляющие являются объектами действия силы тяжести. Мы можем предположить, что сила натяжения данной веревки это T = (m × g) + (m × a), где «g» - это ускорение силы тяжести любого из объектов, поддерживаемых веревкой, и «а» - это любое другое ускорение, действующее на объекты.

   • Для решения множества физических задач, мы предполагаем идеальную веревку - другими словами, наша веревка тонкая, не обладает массой и не может растягиваться или рваться.
   • Для примера, давайте рассмотрим систему, в которой груз подвешен к деревянной балке с помощью одной веревки (смотрите на изображение). Ни сам груз, ни веревка не двигаются - система находится в покое. Вследствие этого, нам известно, чтобы груз находился в равновесии, сила натяжения должна быть равна силе тяжести. Другими словами, Сила натяжения (F t) = Сила тяжести (F g) = m × g.
     • Предположим, что груз имеет массу 10 кг, следовательно, сила натяжения равна 10 кг × 9,8 м/с 2 = 98 Ньютонов.

2. Учитывайте ускорение. Сила тяжести - не единственная сила, что может влиять на силу натяжения веревки - такое же действие производит любая сила, приложенная к объекту на веревке с ускорением. Если, к примеру, подвешенный на веревке или кабеле объект ускоряется под действием силы, то сила ускорения (масса × ускорение) добавляется к силе натяжения, образованной весом этого объекта.

   • Предположим, что в нашем примере на веревку подвешен груз 10 кг, и вместо того, чтобы быть прикрепленным к деревянной балке, его тянут вверх с ускорением 1 м/с 2 . В этом случае, нам необходимо учесть ускорение груза, также как и ускорение силы тяжести, следующим образом:
     • F t = F g + m × a
     • F t = 98 + 10 кг × 1 м/с 2
     • F t = 108 Ньютонов.

3. Учитывайте угловое ускорение. Объект на веревке, вращающийся вокруг точки, которая считается центром (как маятник), оказывает натяжение на веревку посредством центробежной силы. Центробежная сила - дополнительная сила натяжения, которую вызывает веревка, «толкая» ее внутрь так, чтобы груз продолжал двигаться по дуге, а не по прямой. Чем быстрее движется объект, тем больше центробежная сила. Центробежная сила (F c) равна m × v 2 /r где «m»– это масса, «v» - это скорость, и «r» - радиус окружности, по которой движется груз.

   • Так как направление и значение центробежной силы меняются в зависимости от того, как объект движется и меняет свою скорость, то полное натяжение веревки всегда параллельно веревке в центральной точке. Запомните, что сила притяжения постоянно действует на объект и тянет его вниз. Так что, если объект раскачивается вертикально, полное натяжение сильнее всего в нижней точке дуги (для маятника это называется точкой равновесия), когда объект достигает максимальной скорости, и слабее всего в верхней точке дуги, когда объект замедляется.
   • Давайте предположим, что в нашем примере объект больше не ускоряется вверх, а раскачивается как маятник. Пусть наша веревка будет длиной 1,5 м, а наш груз движется со скоростью 2 м/с, при прохождении через нижнюю точку размаха. Если нам нужно рассчитать силу натяжения в нижней точке дуги, когда она наибольшая, то сначала надо выяснить равное ли давление силы тяжести испытывает груз в этой точке, как и при состоянии покоя - 98 Ньютонов. Чтобы найти дополнительную центробежную силу, нам необходимо решить следующее:
     • F c = m × v 2 /r
     • F c = 10 × 2 2 /1.5
     • F c =10 × 2,67 = 26,7 Ньютонов.
     • Таким образом, полное натяжение будет 98 + 26,7 = 124,7 Ньютона.

4. Учтите, что сила натяжения благодаря силе тяжести меняется по мере прохождения груза по дуге. Как было отмечено выше, направление и величина центробежной силы меняются по мере того, как качается объект. В любом случае, хотя сила тяжести и остается постоянной, результирующая сила натяжения в результате тяжести тоже меняется. Когда качающийся объект находится не в нижней точке дуги (точке равновесия), сила тяжести тянет его вниз, но сила натяжения тянет его вверх под углом. По этой причине сила натяжения должна противодействовать части силы тяжести, а не всей ее полноте.

   • Разделение силы гравитации на два вектора сможет помочь вам визуально изобразить это состояние. В любой точке дуги вертикально раскачивающегося объекта, веревка составляет угол «θ» с линией, проходящей через точку равновесия и центр вращения. Как только маятник начинает раскачиваться, сила гравитации (m × g) разбивается на 2 вектора - mgsin(θ), действуя по касательной к дуге в направлении точки равновесия и mgcos(θ), действуя параллельно силе натяжения, но в противоположном направлении. Натяжение может только противостоять mgcos(θ) - силе, направленной против нее - не всей силе тяготения (исключая точку равновесия, где все силы одинаковы).
   • Давайте предположим, что, когда маятник отклоняется на угол 15 градусов от вертикали, он движется со скоростью 1,5 м/с. Мы найдем силу натяжения следующими действиями:
     • Отношение силы натяжения к силе тяготения (T g) = 98cos(15) = 98(0,96) = 94,08 Ньютона
     • Центробежная сила (F c) = 10 × 1,5 2 /1,5 = 10 × 1,5 = 15 Ньютонов
     • Полное натяжение = T g + F c = 94,08 + 15 = 109,08 Ньютонов.

5. Рассчитайте трение. Любой объект, который тянется веревкой и испытывает силу «торможения» от трения другого объекта (или жидкости), передает это воздействие натяжению в веревке. Сила трения между двумя объектами рассчитывается также, как и в любой другой ситуации - по следующему уравнению: Сила трения (обычно пишется как F r) = (mu)N, где mu - это коэффициент силы трения между объектами и N - обычная сила взаимодействия между объектами, или та сила, с которой они давят друг на друга. Отметим, что трение покоя - это трение, которое возникает в результате попытки привести объект, находящийся в покое, в движение - отличается от трения движения - трения, возникающего в результате попытки заставить движущийся объект продолжать движение.

   • Давайте предположим, что наш груз в 10 кг больше не раскачивается, теперь его буксируют по горизонтальной плоскости с помощью веревки. Предположим, что коэффициент трения движения земли равен 0,5 и наш груз движется с постоянной скоростью, но нам нужно придать ему ускорение 1м/с 2 . Эта проблема представляет два важных изменения - первое, нам больше не нужно рассчитывать силу натяжения по отношению к силе тяжести, так как наша веревка не удерживает груз на весу. Второе, нам придется рассчитать натяжение, обусловленное трением, также как и вызванное ускорением массы груза. Нам нужно решить следующее:
     • Обычная сила (N) = 10 кг & × 9,8 (ускорение силы тяжести) = 98 N
     • Сила трения движения (F r) = 0,5 × 98 N = 49 Ньютонов
     • Сила ускорения (F a) = 10 kg × 1 м/с 2 = 10 Ньютонов
     • Общее натяжение = F r + F a = 49 + 10 = 59 Ньютонов.

   Расчет силы натяжения на нескольких нитях

   1. Поднимите вертикальные параллельные грузы с помощью блока. Блоки - это простые механизмы, состоящие из подвесного диска, что позволяет менять направление силы натяжения веревки. В простой конфигурации блока, веревка или кабель идет от подвешенного груза вверх к блоку, затем вниз к другому грузу, создавая тем самым два участка веревки или кабеля. В любом случае натяжение в каждом из участков будет одинаковым, даже если оба конца будут натягиваться силами разных величин. Для системы двух масс, подвешенных вертикально в блоке, сила натяжения равна 2g(m 1)(m 2)/(m 2 +m 1), где «g» - ускорение силы тяжести, «m 1 » - масса первого объекта, «m 2 »– масса второго объекта.

      • Отметим следующее, физические задачи предполагают, что блоки идеальны - не имеют массы, трения, они не ломаются, не деформируются и не отделяются от веревки, которая их поддерживает.
      • Давайте предположим, что у нас есть два вертикально подвешенных на параллельных концах веревки груза. У одного груза масса 10 кг, а у второго - 5 кг. В этом случае, нам необходимо рассчитать следующее:
        • T = 2g(m 1)(m 2)/(m 2 +m 1)
        • T = 2(9,8)(10)(5)/(5 + 10)
        • T = 19,6(50)/(15)
        • T = 980/15
        • T = 65,33 Ньютонов.
      • Отметим, что, так как один груз тяжелее, все остальные элементы равны, эта система начнет ускоряться, следовательно, груз 10 кг будет двигаться вниз, заставляя второй груз идти вверх.

   2. Подвесьте грузы, используя блоки с не параллельными вертикальными нитями. Блоки зачастую используются для того, чтобы направлять силу натяжения в направлении, отличном от направления вниз или вверх. Если, к примеру, груз подвешен вертикально к одному концу веревки, а другой конец держит груз в диагональной плоскости, то непараллельная система блоков принимает форму треугольника с углами в точках с первых грузом, вторым и самим блоком. В этом случае натяжение в веревке зависит как от силы тяжести, так и от составляющей силы натяжения, которая параллельна к диагональной части веревки.

      • Давайте предположим, что у нас есть система с грузом в 10 кг (m 1), подвешенным вертикально, соединенный с грузом в 5 кг(m 2), расположенным на наклонной плоскости в 60 градусов (считается, что этот уклон не дает трения). Чтобы найти натяжение в веревке, самым легким путем будет сначала составить уравнения для сил, ускоряющих грузы. Далее действуем так:
        • Подвешенный груз тяжелее, здесь нет трения, так что мы знаем, что он ускоряется вниз. Натяжение в веревке тянет вверх, так что он ускоряется по отношению к равнодействующей силе F = m 1 (g) - T, или 10(9,8) - T = 98 - T.
        • Мы знаем, что груз на наклонной плоскости ускоряется вверх. Так как она не имеет трения, мы знаем, что натяжение тянет груз вверх по плоскости, а вниз его тянет только свой собственный вес. Составляющая силы, тянущей вниз по наклонной, вычисляется как mgsin(θ), так что в нашем случае мы можем заключить, что он ускоряется по отношению к равнодействующей силе F = T - m 2 (g)sin(60) = T - 5(9,8)(0,87) = T - 42,14.
        • Если мы приравняем эти два уравнения, то получится 98 - T = T - 42,14. Находим Т и получаем 2T = 140,14, или T = 70,07 Ньютонов.

   3. Используйте несколько нитей, чтобы подвесить объект. В заключение, давайте представим, что объект подвешен на «Y-образной» системе веревок - две веревки закреплены на потолке и встречаются в центральной точке, из которой идет третья веревка с грузом. Сила натяжения третьей веревки очевидна - простое натяжение в результате действия силы тяжести или m(g). Натяжения на двух остальных веревках различаются и должны составлять в сумме силу, равную силе тяжести вверх в вертикальном положении и равны нулю в обоих горизонтальных направлениях, если предположить, что система находится в состоянии покоя. Натяжение в веревке зависит от массы подвешенных грузов и от угла, на который отклоняется от потолка каждая из веревок.

      • Давайте предположим, что в нашей Y-образной системе нижний груз имеет массу 10 кг и подвешен на двух веревках, угол одной из которых составляет с потолком 30 градусов, а угол второй - 60 градусов. Если нам нужно найти натяжение в каждой из веревок, нам понадобится рассчитать горизонтальную и вертикальную составляющие натяжения. Чтобы найти T 1 (натяжение в той веревке, наклон которой 30 градусов) и T 2 (натяжение в той веревке, наклон которой 60 градусов), нужно решить:
        • Согласно законам тригонометрии, отношение между T = m(g) и T 1 и T 2 равно косинусу угла между каждой из веревок и потолком. Для T 1 , cos(30) = 0,87, как для T 2 , cos(60) = 0,5
        • Умножьте натяжение в нижней веревке (T=mg) на косинус каждого угла, чтобы найти T 1 и T 2 .
        • T 1 = 0,87 × m(g) = 0,87 × 10(9,8) = 85,26 Ньютонов.
        • T 2 =0,5 × m(g) = 0,5 × 10(9,8) = 49 Ньютонов.

Строительные материалы. ГОСТ 22362-77 - Конструкции железобетонные. Методы измерения силы натяжения арматуры. ОКС: Строительные материалы и строительство, Конструкции зданий. ГОСТы. Конструкции железобетонные. Методы измерения силы.... class=text>

ГОСТ 22362-77

Конструкции железобетонные. Методы измерения силы натяжения арматуры

ГОСТ 22362-77
Группа Ж39

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

КОНСТРУКЦИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ
Методы измерения силы натяжения арматуры
Reinforced concrete structurs. Methode for
determination of reinforcement tencioning tendon

Дата введения 1977-07-01

УТВЕРЖДЕН постановлением Государственного комитета Совета Министров СССР по делам строительства от 1 февраля 1977 г. N 4
ПЕРЕИЗДАНИЕ. Январь 1988 г.

Настоящий стандарт распространяется на железобетонные предварительно напряженные конструкции, изготовляемые с натяжением арматуры механическим, электротермическим, электротермомеханическим способами, и устанавливает следующие методы измерения силы натяжения арматуры:
гравитационный метод измерения;
метод измерения по показаниям динамометра;
метод измерения по показаниям манометра;
метод измерения по величине удлинения арматуры;
измерение методом поперечной оттяжки арматуры;
частотный метод измерения.

1. Общие положения

1. Общие положения

1.1. Применение метода измерения силы натяжения арматуры устанавливается в рабочих чертежах, стандартах или технических условиях на преднапряженные железобетонные конструкции.

1.2. Измерение силы натяжения арматуры осуществляется в процессе ее натяжения или после завершения натяжения.

1.3. Для измерения силы натяжения арматуры применяются приборы - ПРДУ, ИПН-7, ПИН, прошедшие государственные испытания и рекомендованные к массовому выпуску.
Схемы и технические характеристики приборов приведены в приложении 1. Допускается применение и других приборов, удовлетворяющих требованиям настоящего стандарта.

1.4. Приборы, применяемые для измерения силы натяжения арматуры, должны быть поверены по ГОСТ 8.002-86 и иметь градуировочные характеристики, выполненные в виде таблиц или графиков.

1.5. Перед применением прибор должен быть проверен на соответствие требованиям инструкции по его эксплуатации. Порядок проведения измерений должен соответствовать порядку, предусмотренному этой инструкцией.

1.6. Результаты измерения силы натяжения арматуры должны записываться в журнал, форма которого приведена в приложении 2.

2. Гравитационный метод измерения силы натяжения арматуры

2.1. Гравитационный метод основан на установлении зависимости между силой натяжения арматуры и массой грузов, осуществляющих ее натяжение.

2.2. Гравитационный метод применяется в тех случаях, когда натяжение осуществляется грузами непосредственно через систему рычагов или полиспастов.

2.3. Для измерения силы натяжения арматуры измеряют массу грузов, по которой определяют силу натяжения арматуры с учетом системы передачи силы от грузов к натягиваемой арматуре, потерь от трения и других потерь, если таковые имеются. Учет потерь в системе передачи силы натяжения от грузов арматуре осуществляется динамометром при градуировке системы.

2.4. Масса грузов должна измеряться с погрешностью до 2,5%.

3. Измерение силы натяжения арматуры по показаниям динамометра

3.1. Метод измерения силы натяжения арматуры по показаниям динамометра основан на связи между силой натяжения и деформациями динамометра.

3.2. Динамометр включают в силовую цепь арматуры между концевыми упорами или за их пределами таким образом, чтобы сила натяжения арматуры воспринималась динамометром.

3.3. Силу натяжения арматуры определяют по градуировочной характеристике динамометра.

3.4. При включении динамометра в цепь из нескольких параллельно расположенных арматурных элементов измеряют суммарную силу натяжения. Величину силы натяжения в каждом элементе можно определять одним из методов, указанных в разд. 5, 6 и 7 настоящего стандарта.

3.5. Для измерения силы натяжения арматуры применяют образцовые динамометры по ГОСТ 9500-84. Допускается применение других динамометров с классом точности не ниже 2,5.

3.6. Величины получаемых показаний должны находиться в пределах 30 - 100% шкалы динамометра.

4. Измерение силы натяжения арматуры по показаниям манометра

4.1. Метод измерения силы натяжения по показаниям манометра основан на зависимости между давлением в цилиндре домкрата, измеряемом манометром, и силой натяжения арматуры.

4.2. Измерение силы натяжения арматуры по показаниям манометра применяют при натяжении ее гидравлическими домкратами. Определение метрологических характеристик гидравлических домкратов осуществляют по ГОСТ 8.136-74.

4.3. Определение силы натяжения арматуры по показаниям манометра осуществляют непосредственно в процессе натяжения и завершают при передаче усилия с домкрата на упоры формы или стенда.

4.4. При групповом натяжении арматуры определяют общую силу. Величину силы натяжения каждого элемента определяют одним из методов, указанных в разд. 5, 6 и 7 настоящего стандарта.

4.5. Для измерения силы натяжения арматуры применяют образцовые манометры по ГОСТ 8625-77 c гидродомкратами.

4.6. Класс точности манометров, определяемый по ГОСТ 8.401-80, должен быть не ниже 1,5.

4.7. При измерении силы натяжения по показаниям манометра величины получаемых значений должны находиться в пределах 30-90% шкалы манометра.

4.8. При натяжении арматуры гидравлическими домкратами в гидросистеме устанавливают те же манометры, с которыми проводилась градуировка.

5. Измерение силы натяжения арматуры по величине ее удлинения

5.1. Метод измерения силы натяжения по величине удлинения напрягаемой арматуры основан на зависимости удлинения арматуры от величины напряжений, которая с учетом площади поперечного сечения арматуры определяет силу натяжения.

5.2. Метод измерения силы натяжения арматуры по величине ее удлинения, вследствие относительно невысокой его точности, применяется не самостоятельно, а в сочетании с другими методами, приведенными в разд.3, 4, 6 и 7 настоящего стандарта.
Относительно невысокая точность этого метода обуславливается изменчивостью упругопластических свойств арматурной стали, а также деформативностью форм и упоров.

5.3. Для измерения силы натяжения по величине удлинения необходимо определить величину истинного удлинения арматурного элемента при его натяжении и иметь диаграмму "напряжение-удлинение" арматуры.

5.4. Расчет удлинения арматурной стали при отсутствии диаграммы "напряжение-удлинение" допускается производить по формуле, приведенной в приложении 3.

5.5. При электротермическом способе натяжения с нагревом вне формы длина арматурного элемента назначается заранее с учетом упругопластических свойств стали, длины формы, потерь напряжений вследствие деформации форм, смещения и смятия упоров арматуры и систематически контролируется. Эти потери устанавливаются в начале производства и проверяются периодически.

5.6. Метод измерения силы натяжения по удлинению арматуры применяют в сочетании с методами измерения силы натяжения по показаниям манометра или динамометра. При этом фиксируется момент начала смещения стрелки манометра или динамометра и после этого измеряется удлинение арматуры.

5.7. Для измерения длины арматуры, формы или стенда и удлинений при натяжении арматуры применяются:
линейки металлические измерительные по ГОСТ 427-75;
рулетки металлические измерительные по ГОСТ 7502-80;
штангенциркули по ГОСТ 166-80.

5.8. Силу натяжения арматуры по ее удлинению определяют как произведение площади ее поперечного сечения на величину напряжения. При этом площадь поперечного сечения арматуры, взятой из партии, определяют в соответствии с п.2.3 ГОСТ 12004-81.

5.9. Величину напряжений определяют по диаграмме растяжения арматуры, взятой из той же партии. Построение диаграммы производится в соответствии с п.8 ГОСТ 12004-81.

5.10. Величина удлинения арматуры измеряется приборами, установленными непосредственно на арматуру; индикаторами часового типа по ГОСТ 577-68; тензометрами рычажными по ГОСТ 18957-73 или указанными в п.5.7 измерительными инструментами по рискам, нанесенным на арматуру.

5.11. При электротермическом натяжении арматуры с нагревом вне формы величины удлинений, вызывающих напряжение арматуры, определяют как разность между полными удлинениями и потерями на смятие анкеров и деформации формы.

5.12. Полное удлинение арматуры определяют как разность расстояний между упорами силовой формы или стенда и длиной арматурной заготовки между анкерами, измеренных при одинаковой температуре.

5.13. Величину "смятие анкеров" определяют по данным испытаний анкеров в соответствии с п.3.9 ГОСТ 10922-75.

5.14. Деформации формы на уровне упоров определяют как разность расстояний между ними до и после натяжения арматуры инструментом, указанным в п.5.7.

5.15. Измерение силы натяжения по величине удлинения может производиться в процессе натяжения и после его завершения.

6. Измерение силы натяжения арматуры методом поперечной оттяжки

6.1. Метод основан на установлении зависимости между силой, оттягивающей арматуру на заданную величину в поперечном направлении, и силой натяжения арматуры.

6.2. Поперечная оттяжка арматуры может производиться на полной длине арматуры, натянутой между упорами формы (оттяжка на базе формы), и на базе упоров самого прибора (приборы с собственной базой).

6.3. При оттяжке арматуры на базе формы прибор упирается в форму, которая является звеном цепи измерения. При оттяжке на базе прибора прибор контактируется с арматурой в трех точках, но не находится в контакте с формой.

6.4. При измерении силы натяжения арматуры методом поперечной оттяжки в арматуре не должно быть остаточных деформаций.

6.5. При измерении силы натяжения арматуры методом оттяжки применяют механические приборы типа ПРДУ или электромеханические приборы типа ПИН.

6.6. Применяемые приборы должны иметь класс точности не ниже 1,5; цена деления шкалы не должна превышать 1% верхнего предельного значения контролируемого натяжения.

6.7. Погрешность градуировочной характеристики не должна превышать ±4%.
Пример оценки погрешности при определении градуировочной характеристики приведен в справочном приложении 4.

6.8. Место установки электромеханических приборов должно находиться на расстоянии не менее 5 м от источников электрических помех.

6.9. Отношение прогиба арматуры к ее длине не должно превышать:
1:150 - для проволочной, стержневой и канатной арматуры диаметром до 12 мм;
1:300 - для стержневой и канатной арматуры диаметром более 12 мм.

6.10. При измерении силы натяжения арматуры прибор с собственной базой устанавливают на арматуре в любом месте по ее длине. При этом стыки арматуры не должны находиться в пределах базы прибора.

6.11. При измерении силы натяжения арматуры приборами без собственной базы (с оттяжкой на базе формы) приборы устанавливают в середине пролета между упорами (чертеж). Смещение места установки приборов от середины пролета не должно превышать 2% длины арматуры.

Схема установки приборов при измерении силы натяжения арматуры

Форма; - прибор ПИН; - прибор ИПН-7;
- арматура; - упоры; - прибор ПРДУ

7. Частотный метод измерения силы натяжения арматуры

7.1. Частотный метод основан на зависимости между напряжением в арматуре и частотой ее собственных поперечных колебаний, которые устанавливаются в натянутой арматуре через определенное время после выведения ее из состояния равновесия ударом или каким-либо другим импульсом.

7.2. Для измерения силы натяжения арматуры частотным методом применяют прибор ИПН-7 (без собственной базы).

7.3. Прибором ИПН-7 измеряют число колебаний натянутой арматуры за определенное время, по которым определяют силу натяжения с учетом градуировочной характеристики для данного класса, диаметра и длины арматуры.

7.4. Применяемые приборы должны обеспечивать измерение частоты собственных колебаний арматуры с погрешностью, не превышающей ±1,5%.

7.5. Относительная погрешность определения силы натяжения арматуры не должна превышать ±4%.

7.6. Место установки частотных приборов должно находиться от источника электрических помех на расстоянии не менее 5 м.

7.7. Первичный измерительный преобразователь при измерении силы натяжения арматуры приборами без собственной базы должен размещаться на участке арматуры, отстоящем от середины ее длины на расстоянии, не превышающем 2%.
Контролируемая арматура вдоль всей ее длины при колебании не должна соприкасаться со смежными арматурными элементами, закладными деталями и формой.

8. Определение градуировочных характеристик приборов

8.1. Определение градуировочных характеристик приборов осуществляют путем сопоставления показаний прибора с заданной силой, фиксируемой по показаниям динамометра с классом точности не ниже 1,0, установленного последовательно с натягиваемой арматурой.
Определение градуировочных характеристик манометров допускается осуществлять без арматуры путем сопоставления показаний манометра и образцового динамометра, установленного последовательно с гидравлическим домкратом.

8.2. При градуировке проборов максимальная сила натяжения арматуры должна превышать номинальную проектную силу натяжения арматуры на величину допускаемого положительного отклонения. Минимальная сила должна составлять не более 50% номинального проектного значения.
Количество этапов нагружения должно быть не менее 8, а количество измерений на каждом этапе - не менее 3.

8.3. При максимальной силе натяжения арматуры показание образцового динамометра должно составлять не менее 50% его шкалы.

8.4. Определение градуировочных характеристик приборов, применяемых для измерения силы натяжения арматуры методом поперечной оттяжки и частотным методом.

8.4.1. Определение градуировочных характеристик приборов должно производиться для каждого класса и динамометра арматуры, а для приборов без собственной базы - для каждого класса, диаметра и длины арматуры.

8.4.2. Длина арматурных элементов, силу натяжения в которых измеряют приборами с собственной базой, должна превышать длину базы прибора не менее чем в 1,5 раза.

8.4.3. При измерении силы натяжения арматуры приборами без собственной базы:
длина арматурных элементов при градуировке не должна отличаться от длины контролируемых элементов более чем на 2%;
отклонение места размещения прибора или датчика прибора от середины длины арматуры не должно превышать 2% длины арматуры для механических приборов и 5% - для приборов частотного типа.

8.5. Пример построения градуировочной характеристики прибора ПРДУ приведен в справочном приложении 4.

9. Определение и оценка силы натяжения арматуры

9.1. Силу натяжения арматуры определяют как среднее арифметическое результатов измерений. При этом количество измерений должно быть не менее 2.

9.2. Оценку силы натяжения арматуры производят путем сопоставления значений сил натяжения арматуры, полученных при измерении, с силой натяжения, заданной в стандарте или рабочих чертежах на железобетонные конструкции; при этом отклонение результатов измерений не должно превышать допускаемых отклонений.

9.3. Оценка результатов определений силы натяжения арматуры по ее удлинению производится путем сопоставления фактического удлинения с удлинением, определенным расчетом.
Фактическое удлинение не должно отличаться от расчетных значений больше чем на 20%.
Пример расчета удлинения арматурной стали приведен в приложении 3.

10. Требования безопасности

10.1. К измерению силы натяжения арматуры допускаются лица, обученные правилам техники безопасности, изучившие устройство оборудования и технологию измерения силы натяжения.

10.2. Должны быть разработаны и строго выполняться меры, обеспечивающие соблюдение требований безопасности на случай обрыва арматуры при измерении силы натяжения.

10.3. Лица, не участвующие в измерении силы натяжения арматуры, не должны находиться в зоне натянутой арматуры.

10.4. Для лиц, участвующих в измерении силы натяжения арматуры, должна быть обеспечена надежная защита щитами, сетками или переносными специально оборудованными кабинами, съемными инвентарными хомутами и козырьками, защищающими от выброса захватов и оборванных стержней арматуры.

Приложение 1 (справочное). Схемы и технические характеристики приборов ПРДУ, ИПН-7 и ПИН

Приложение 1
Справочное

Прибор ПРДУ

Действие прибора ПРДУ при измерении силы натяжения стержневой арматуры и канатов основано на упругой оттяжке арматурного элемента в середине пролета между упорами, а при измерении силы натяжения проволоки - на оттяжке ее на базе упорной рамки прибора. Деформацию пружины прибора измеряют индикатором часового типа по ГОСТ 577-68, которая представляет собой показание прибора .

Поперечно оси арматуры создается постоянное перемещение системы из двух последовательно соединенных звеньев: натянутый арматурный элемент и пружина прибора.
С увеличением силы натянутой арматуры возрастает сопротивление поперечной оттяжке и уменьшается ее перемещение, а поэтому увеличивается деформация пружины прибора, т.е. показания индикатора прибора.
Градуировочная характеристика прибора зависит от диаметра и длины арматуры при работе на базе формы и только от диаметра - при работе на базе упорной рамки.
Прибор ПРДУ состоит из корпуса, шарнира с направляющей трубкой, ходового винта с лимбом и рукояткой, пружины со сферической гайкой, натяжного крюка, индикатора, упора или упорной рамки (черт.1 настоящего приложения).

Схема прибора ПРДУ

Упор; - пружина; - индикатор; - корпус; - шарнир;

Лимб с ручкой; - собственная база; - крюк
Черт.1

При измерении силы натяжения стержневой арматуры и канатов прибор устанавливают упором на стенд, поддон или форму. Крюк захвата заводят под стержень или канат и вращением ходового винта за его рукоятку обеспечивают контакт со стержнем или канатом. Дальнейшим вращением ходового винта создают предварительную оттяжку арматуры, величину которой фиксируют индикатором.
В конце предварительной оттяжки по риске на корпусе отмечают положение лимба, жестко соединенного с ходовым винтом (боковая поверхность лимба разбита на 100 частей), и затем продолжают вращение ходового винта на несколько оборотов.
После завершения выбранного числа оборотов записывают показания индикатора . Силу натяжения арматуры определяют по градуировочной характеристике прибора .
При измерении силы натяжения арматурной проволоки диаметром 5 мм и менее упор заменяют упорной рамкой с базой 600 мм, а крюк захвата - малым крюком. Силу натяжения проволоки определяют по градуировочной характеристике прибора при установленной рамке.
При невозможности разместить упор прибора в плоскости между стенками форм (ребристые плиты, плиты покрытий и др.) он может быть заменен опорным листом с отверстием для прохода тяги с крюком.

Прибор ИПН-7

Прибор состоит из низкочастотного частотомера с усилителем, размещенных в корпусе, счетчика и первичного измерительного преобразователя, соединенного проводом с усилителем (черт.2 настоящего приложения).

Схема прибора ИПН-7

Корпус прибора; - счетчик; - провод;
- первичный преобразователь
Черт.2

Принцип действия прибора основан на определении частоты собственных колебаний натянутой арматуры, которая зависит от напряжения и ее длины.
Колебания арматуры вызывают поперечно приложенным ударом или другим способом. Первичный измерительный преобразователь прибора воспринимает механические колебания, преобразовывает их в электрические, частоту которых после усиления отсчитывает электромеханический счетчик прибора. По частоте собственных колебаний, пользуясь градуировочной характеристикой, определяют силу натяжения арматуры соответствующих диаметров, классов и длин.

Прибор ПИН

Прибор состоит из рамы с упорами, эксцентрика с рычажным устройством, регулировочной гайки, упругого элемента с тензорезисторами, крючка и элементов электрической схемы, размещенных в отдельном отсеке, которые содержат усилитель и счетное устройство (черт.3 настоящего приложения).
Прибор измеряет силу, необходимую для поперечного смещения натянутой арматуры на заданную величину.
Заданное поперечное смещение арматуры относительно упоров, прикрепленных к раме прибора, создают путем перемещения ручки эксцентрика в левое положение. При этом рычаг перемещает винт регулировочной гайки на величину, зависящую от эксцентриситета эксцентрика. Необходимая для осуществления перемещения сила зависит от силы натяжения арматуры и измеряется по деформациям упругого элемента.
Прибор градуируют для каждого класса и диаметра арматуры. Показания его не зависят от длины натянутой арматуры.

Схема прибора ПИН

Упоры; - рама; - эксцентрик; - регулировочная
гайка; - упругий элемент с проволочными тензорезисторами
(размещается под кожухом); - крючок; - коробка с элементами
электрической схемы

Основные технические характеристики приборов

	Сила натяжения, тс		Диаметр арматуры, мм		Длина арматуры, м		Длина собственной базы прибора, мм	Масса прибора, кг
ИПН-7			3 9 12 -	8 10 16 18	5,0 4,0 3,5 3,0	12 12 11 8	Без собственной базы
						Без огра- ничений
			6 9 12 - 20 - -	8 10 16 18 22 25 28	2,0 2,5 2,8 3,0 4,5 6,0 8,0	4 12 14 18 24 24 24	Без собственной базы
						Без огра- ничений

Приложение 2 (рекомендуемое). Журнал записи результатов измерений силы натяжения арматуры

(Левая часть таблицы)

Дата изме-	Тип изде-	Данные арматуры					Данные прибора
		Количест- во арма- турных элементов	Класс ар- матуры, марка стали	Диа- метр, мм	Длина, мм	Проектная сила натя- жения (но- минал и допуск)	Тип и номер	Множи- тель шкалы	Исход- ные пока- затели

Продолжение (Правая часть таблицы)

Показания по шкале				Сила натяжения	Отклонения от проектных значений		Приме- чание
			Среднее по	арматуры,
измере- ние	измере- ние	измере- ние	3 измерениям с учетом множителя шкалы

Приложение 3 (справочное). Расчет удлинения арматурной стали

Приложение 3
Справочное

Расчет удлинения арматурной стали при отношении величины ее предварительного напряжения к средней величине условного предела текучести более 0,7 производится по формуле

При отношении и менее или равном 0,7 расчет удлинения производится по формуле

где - предварительное напряжение арматурной стали, кгс/см;

- средняя величина условного предела текучести арматурной стали, определяемая из опыта или принимаемая равной 1,05 кгс/см;
- браковочная величина условного предела текучести, определяемая по табл.5 ГОСТ 5781-75, ГОСТ 10884-81, табл.2 ГОСТ 13840-68, ГОСТ 8480-63, кгс/см;
- модуль упругости арматурной стали, определяемый по табл.29 СНиП П-21-75, кгс/см;
- начальная длина арматуры, см.
Пример 1.
Расчетная длина арматурной стали класса А-IV при = 5500 кгс/сми = 1250 см, натяжение - механически

м способом.

1. По табл.5 ГОСТ 5781-75 определяют браковочную величину условного предела текучести = 6000 кгс/см; по табл.29 СНиП П-21-75 определяют модуль упругости арматурной стали = 2·10кгс/см.

2. Определяют величину

3. Вычисляют отношение поэтому удлинение арматурной стали определяют по формуле (1)

Пример 2.
Расчет удлинений высокопрочной арматурной проволоки класса Вр·П при = 9000 кгс/см и = 4200 см, натяжение - механическим способо

1. По результатам контрольных испытаний определяют среднюю величину условного предела текучести = 13400 кгс/см; по табл.29 СНиП 11-21-75 определяют модуль упругости арматурной стали Вр-П. = 2·10 кгс/см.

2. Вычисляют отношение поэтому удлинение арматурной стали определяют по формуле (2).

Приложение 4 (справочное). Пример оценки относительной погрешности при определении градуировочной характеристики прибора

Приложение 4
Справочное

Необходимо установить относительную погрешность при определении градуировочной характеристики прибора ПРДУ для арматуры класса А-IV диаметром 25 мм, длиной 12,66 м при максимальной силе натяжения = 27 тс, заданной в рабочих чертежах.

1. На каждой ступени нагружения определяют силу натяжения арматуры соответствующие показанию прибора.

на этих ступенях нагружения. Так на первой ступени нагружения

15 тс, =15,190 тс, =14,905 тс, =295 делений, =292 деления.
2. Определяют размах показаний в тс

Для первой ступени нагружения он составляет:

3. Определяют относительный размах показаний в процентах

Для первой ступени нагружения он составит:

что не превышает .

4. Пример расчета максимальной и минимальной силы при градуировке:

Тс;
тс.

Величина ступеней загружения должна быть не более

Принимают величину ступени нагружения (кроме последней ступени) равной 2 тс. Величину последней ступени загружения принимают 1 тс.
На каждой ступени берут 3 отсчета (), из которых определяют среднее арифметическое значение Полученные значения градуировочной характеристики приведены в виде таблицы и графика (чертеж настоящего приложения).

		Показания прибора в делениях

ГОСТ 22362-77

Группа Ж39

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

КОНСТРУКЦИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ

Методы измерения силы натяжения арматуры

Reinforced concrete structurs. Methode for
determination of reinforcement tencioning tendon

Дата введения 1977-07-01

УТВЕРЖДЕН постановлением Государственного комитета Совета Министров СССР по делам строительства от 1 февраля 1977 г. N 4

ПЕРЕИЗДАНИЕ. Январь 1988 г.


Настоящий стандарт распространяется на железобетонные предварительно напряженные конструкции, изготовляемые с натяжением арматуры механическим, электротермическим, электротермомеханическим способами, и устанавливает следующие методы измерения силы натяжения арматуры:

гравитационный метод измерения;

метод измерения по показаниям динамометра;

метод измерения по показаниям манометра;

метод измерения по величине удлинения арматуры;

измерение методом поперечной оттяжки арматуры;

частотный метод измерения.

1. Общие положения

1. Общие положения

1.1. Применение метода измерения силы натяжения арматуры устанавливается в рабочих чертежах, стандартах или технических условиях на преднапряженные железобетонные конструкции.

1.2. Измерение силы натяжения арматуры осуществляется в процессе ее натяжения или после завершения натяжения.

1.3. Для измерения силы натяжения арматуры применяются приборы - ПРДУ, ИПН-7, ПИН, прошедшие государственные испытания и рекомендованные к массовому выпуску.

Схемы и технические характеристики приборов приведены в приложении 1. Допускается применение и других приборов, удовлетворяющих требованиям настоящего стандарта.

1.4. Приборы, применяемые для измерения силы натяжения арматуры, должны быть поверены по ГОСТ 8.002-86 и иметь градуировочные характеристики, выполненные в виде таблиц или графиков.

1.5. Перед применением прибор должен быть проверен на соответствие требованиям инструкции по его эксплуатации. Порядок проведения измерений должен соответствовать порядку, предусмотренному этой инструкцией.

1.6. Результаты измерения силы натяжения арматуры должны записываться в журнал, форма которого приведена в приложении 2.

2. Гравитационный метод измерения силы натяжения арматуры

2.1. Гравитационный метод основан на установлении зависимости между силой натяжения арматуры и массой грузов, осуществляющих ее натяжение.

2.2. Гравитационный метод применяется в тех случаях, когда натяжение осуществляется грузами непосредственно через систему рычагов или полиспастов.

2.3. Для измерения силы натяжения арматуры измеряют массу грузов, по которой определяют силу натяжения арматуры с учетом системы передачи силы от грузов к натягиваемой арматуре, потерь от трения и других потерь, если таковые имеются. Учет потерь в системе передачи силы натяжения от грузов арматуре осуществляется динамометром при градуировке системы.

2.4. Масса грузов должна измеряться с погрешностью до 2,5%.

3. Измерение силы натяжения арматуры по показаниям динамометра

3.1. Метод измерения силы натяжения арматуры по показаниям динамометра основан на связи между силой натяжения и деформациями динамометра.

3.2. Динамометр включают в силовую цепь арматуры между концевыми упорами или за их пределами таким образом, чтобы сила натяжения арматуры воспринималась динамометром.

3.3. Силу натяжения арматуры определяют по градуировочной характеристике динамометра.

3.4. При включении динамометра в цепь из нескольких параллельно расположенных арматурных элементов измеряют суммарную силу натяжения. Величину силы натяжения в каждом элементе можно определять одним из методов, указанных в разд. 5, 6 и 7 настоящего стандарта.

3.5. Для измерения силы натяжения арматуры применяют образцовые динамометры по ГОСТ 9500-84 . Допускается применение других динамометров с классом точности не ниже 2,5.

3.6. Величины получаемых показаний должны находиться в пределах 30 - 100% шкалы динамометра.

4. Измерение силы натяжения арматуры по показаниям манометра

4.1. Метод измерения силы натяжения по показаниям манометра основан на зависимости между давлением в цилиндре домкрата, измеряемом манометром, и силой натяжения арматуры.

4.2. Измерение силы натяжения арматуры по показаниям манометра применяют при натяжении ее гидравлическими домкратами. Определение метрологических характеристик гидравлических домкратов осуществляют по ГОСТ 8.136-74 .

4.3. Определение силы натяжения арматуры по показаниям манометра осуществляют непосредственно в процессе натяжения и завершают при передаче усилия с домкрата на упоры формы или стенда.

4.4. При групповом натяжении арматуры определяют общую силу. Величину силы натяжения каждого элемента определяют одним из методов, указанных в разд. 5, 6 и 7 настоящего стандарта.

4.5. Для измерения силы натяжения арматуры применяют образцовые манометры по ГОСТ 8625-77 c гидродомкратами.

4.6. Класс точности манометров, определяемый по ГОСТ 8.401-80 , должен быть не ниже 1,5.

4.7. При измерении силы натяжения по показаниям манометра величины получаемых значений должны находиться в пределах 30-90% шкалы манометра.

4.8. При натяжении арматуры гидравлическими домкратами в гидросистеме устанавливают те же манометры, с которыми проводилась градуировка.

5. Измерение силы натяжения арматуры по величине ее удлинения

5.1. Метод измерения силы натяжения по величине удлинения напрягаемой арматуры основан на зависимости удлинения арматуры от величины напряжений, которая с учетом площади поперечного сечения арматуры определяет силу натяжения.

5.2. Метод измерения силы натяжения арматуры по величине ее удлинения, вследствие относительно невысокой его точности, применяется не самостоятельно, а в сочетании с другими методами, приведенными в разд.3, 4, 6 и 7 настоящего стандарта.

Относительно невысокая точность этого метода обуславливается изменчивостью упругопластических свойств арматурной стали, а также деформативностью форм и упоров.

5.3. Для измерения силы натяжения по величине удлинения необходимо определить величину истинного удлинения арматурного элемента при его натяжении и иметь диаграмму "напряжение-удлинение" арматуры.

5.4. Расчет удлинения арматурной стали при отсутствии диаграммы "напряжение-удлинение" допускается производить по формуле, приведенной в приложении 3.

5.5. При электротермическом способе натяжения с нагревом вне формы длина арматурного элемента назначается заранее с учетом упругопластических свойств стали, длины формы, потерь напряжений вследствие деформации форм, смещения и смятия упоров арматуры и систематически контролируется. Эти потери устанавливаются в начале производства и проверяются периодически.

5.6. Метод измерения силы натяжения по удлинению арматуры применяют в сочетании с методами измерения силы натяжения по показаниям манометра или динамометра. При этом фиксируется момент начала смещения стрелки манометра или динамометра и после этого измеряется удлинение арматуры.

5.7. Для измерения длины арматуры, формы или стенда и удлинений при натяжении арматуры применяются:

линейки металлические измерительные по ГОСТ 427-75 ;

рулетки металлические измерительные по ГОСТ 7502-80 ;

штангенциркули по ГОСТ 166-80 .

5.8. Силу натяжения арматуры по ее удлинению определяют как произведение площади ее поперечного сечения на величину напряжения. При этом площадь поперечного сечения арматуры, взятой из партии, определяют в соответствии с п.2.3 ГОСТ 12004-81 .

5.9. Величину напряжений определяют по диаграмме растяжения арматуры, взятой из той же партии. Построение диаграммы производится в соответствии с п.8 ГОСТ 12004-81 .

5.10. Величина удлинения арматуры измеряется приборами, установленными непосредственно на арматуру; индикаторами часового типа по ГОСТ 577-68 ; тензометрами рычажными по ГОСТ 18957-73 или указанными в п.5.7 измерительными инструментами по рискам, нанесенным на арматуру.

5.11. При электротермическом натяжении арматуры с нагревом вне формы величины удлинений, вызывающих напряжение арматуры, определяют как разность между полными удлинениями и потерями на смятие анкеров и деформации формы.

5.12. Полное удлинение арматуры определяют как разность расстояний между упорами силовой формы или стенда и длиной арматурной заготовки между анкерами, измеренных при одинаковой температуре.

5.13. Величину "смятие анкеров" определяют по данным испытаний анкеров в соответствии с п.3.9 ГОСТ 10922-75 .

5.14. Деформации формы на уровне упоров определяют как разность расстояний между ними до и после натяжения арматуры инструментом, указанным в п.5.7.

5.15. Измерение силы натяжения по величине удлинения может производиться в процессе натяжения и после его завершения.

6. Измерение силы натяжения арматуры методом поперечной оттяжки

6.1. Метод основан на установлении зависимости между силой, оттягивающей арматуру на заданную величину в поперечном направлении, и силой натяжения арматуры.

6.2. Поперечная оттяжка арматуры может производиться на полной длине арматуры, натянутой между упорами формы (оттяжка на базе формы), и на базе упоров самого прибора (приборы с собственной базой).

6.3. При оттяжке арматуры на базе формы прибор упирается в форму, которая является звеном цепи измерения. При оттяжке на базе прибора прибор контактируется с арматурой в трех точках, но не находится в контакте с формой.

6.4. При измерении силы натяжения арматуры методом поперечной оттяжки в арматуре не должно быть остаточных деформаций.

6.5. При измерении силы натяжения арматуры методом оттяжки применяют механические приборы типа ПРДУ или электромеханические приборы типа ПИН.

6.6. Применяемые приборы должны иметь класс точности не ниже 1,5; цена деления шкалы не должна превышать 1% верхнего предельного значения контролируемого натяжения.

6.7. Погрешность градуировочной характеристики не должна превышать ±4%.

Пример оценки погрешности при определении градуировочной характеристики приведен в справочном приложении 4.

6.8. Место установки электромеханических приборов должно находиться на расстоянии не менее 5 м от источников электрических помех.

6.9. Отношение прогиба арматуры к ее длине не должно превышать:

1:150 - для проволочной, стержневой и канатной арматуры диаметром до 12 мм;

1:300 - для стержневой и канатной арматуры диаметром более 12 мм.

6.10. При измерении силы натяжения арматуры прибор с собственной базой устанавливают на арматуре в любом месте по ее длине. При этом стыки арматуры не должны находиться в пределах базы прибора.

6.11. При измерении силы натяжения арматуры приборами без собственной базы (с оттяжкой на базе формы) приборы устанавливают в середине пролета между упорами (чертеж). Смещение места установки приборов от середины пролета не должно превышать 2% длины арматуры.

Схема установки приборов при измерении силы натяжения арматуры

Форма; - прибор ПИН; - прибор ИПН-7;
- арматура; - упоры; - прибор ПРДУ

7. Частотный метод измерения силы натяжения арматуры

7.1. Частотный метод основан на зависимости между напряжением в арматуре и частотой ее собственных поперечных колебаний, которые устанавливаются в натянутой арматуре через определенное время после выведения ее из состояния равновесия ударом или каким-либо другим импульсом.

7.2. Для измерения силы натяжения арматуры частотным методом применяют прибор ИПН-7 (без собственной базы).

7.3. Прибором ИПН-7 измеряют число колебаний натянутой арматуры за определенное время, по которым определяют силу натяжения с учетом градуировочной характеристики для данного класса, диаметра и длины арматуры.

7.4. Применяемые приборы должны обеспечивать измерение частоты собственных колебаний арматуры с погрешностью, не превышающей ±1,5%.

7.5. Относительная погрешность определения силы натяжения арматуры не должна превышать ±4%.

7.6. Место установки частотных приборов должно находиться от источника электрических помех на расстоянии не менее 5 м.

7.7. Первичный измерительный преобразователь при измерении силы натяжения арматуры приборами без собственной базы должен размещаться на участке арматуры, отстоящем от середины ее длины на расстоянии, не превышающем 2%.

Контролируемая арматура вдоль всей ее длины при колебании не должна соприкасаться со смежными арматурными элементами, закладными деталями и формой.

8. Определение градуировочных характеристик приборов

8.1. Определение градуировочных характеристик приборов осуществляют путем сопоставления показаний прибора с заданной силой, фиксируемой по показаниям динамометра с классом точности не ниже 1,0, установленного последовательно с натягиваемой арматурой.

Определение градуировочных характеристик манометров допускается осуществлять без арматуры путем сопоставления показаний манометра и образцового динамометра, установленного последовательно с гидравлическим домкратом.

8.2. При градуировке проборов максимальная сила натяжения арматуры должна превышать номинальную проектную силу натяжения арматуры на величину допускаемого положительного отклонения. Минимальная сила должна составлять не более 50% номинального проектного значения.

Количество этапов нагружения должно быть не менее 8, а количество измерений на каждом этапе - не менее 3.

8.3. При максимальной силе натяжения арматуры показание образцового динамометра должно составлять не менее 50% его шкалы.

8.4. Определение градуировочных характеристик приборов, применяемых для измерения силы натяжения арматуры методом поперечной оттяжки и частотным методом.

8.4.1. Определение градуировочных характеристик приборов должно производиться для каждого класса и динамометра арматуры, а для приборов без собственной базы - для каждого класса, диаметра и длины арматуры.

8.4.2. Длина арматурных элементов, силу натяжения в которых измеряют приборами с собственной базой, должна превышать длину базы прибора не менее чем в 1,5 раза.

8.4.3. При измерении силы натяжения арматуры приборами без собственной базы:

длина арматурных элементов при градуировке не должна отличаться от длины контролируемых элементов более чем на 2%;

отклонение места размещения прибора или датчика прибора от середины длины арматуры не должно превышать 2% длины арматуры для механических приборов и 5% - для приборов частотного типа.

8.5. Пример построения градуировочной характеристики прибора ПРДУ приведен в справочном приложении 4.

9. Определение и оценка силы натяжения арматуры

9.1. Силу натяжения арматуры определяют как среднее арифметическое результатов измерений. При этом количество измерений должно быть не менее 2.

9.2. Оценку силы натяжения арматуры производят путем сопоставления значений сил натяжения арматуры, полученных при измерении, с силой натяжения, заданной в стандарте или рабочих чертежах на железобетонные конструкции; при этом отклонение результатов измерений не должно превышать допускаемых отклонений.

9.3. Оценка результатов определений силы натяжения арматуры по ее удлинению производится путем сопоставления фактического удлинения с удлинением, определенным расчетом.

Фактическое удлинение не должно отличаться от расчетных значений больше чем на 20%.

Пример расчета удлинения арматурной стали приведен в приложении 3.

10. Требования безопасности

10.1. К измерению силы натяжения арматуры допускаются лица, обученные правилам техники безопасности, изучившие устройство оборудования и технологию измерения силы натяжения.

10.2. Должны быть разработаны и строго выполняться меры, обеспечивающие соблюдение требований безопасности на случай обрыва арматуры при измерении силы натяжения.

10.3. Лица, не участвующие в измерении силы натяжения арматуры, не должны находиться в зоне натянутой арматуры.

10.4. Для лиц, участвующих в измерении силы натяжения арматуры, должна быть обеспечена надежная защита щитами, сетками или переносными специально оборудованными кабинами, съемными инвентарными хомутами и козырьками, защищающими от выброса захватов и оборванных стержней арматуры.

Приложение 1 (справочное). Схемы и технические характеристики приборов ПРДУ, ИПН-7 и ПИН

Приложение 1
Справочное

Прибор ПРДУ

Действие прибора ПРДУ при измерении силы натяжения стержневой арматуры и канатов основано на упругой оттяжке арматурного элемента в середине пролета между упорами, а при измерении силы натяжения проволоки - на оттяжке ее на базе упорной рамки прибора. Деформацию пружины прибора измеряют индикатором часового типа по ГОСТ 577-68 , которая представляет собой показание прибора .

Поперечно оси арматуры создается постоянное перемещение системы из двух последовательно соединенных звеньев: натянутый арматурный элемент и пружина прибора.

С увеличением силы натянутой арматуры возрастает сопротивление поперечной оттяжке и уменьшается ее перемещение, а поэтому увеличивается деформация пружины прибора, т.е. показания индикатора прибора.

Градуировочная характеристика прибора зависит от диаметра и длины арматуры при работе на базе формы и только от диаметра - при работе на базе упорной рамки.

Прибор ПРДУ состоит из корпуса, шарнира с направляющей трубкой, ходового винта с лимбом и рукояткой, пружины со сферической гайкой, натяжного крюка, индикатора, упора или упорной рамки (черт.1 настоящего приложения).

Схема прибора ПРДУ

Упор; - пружина; - индикатор; - корпус; - шарнир;

Лимб с ручкой; - собственная база; - крюк

При измерении силы натяжения стержневой арматуры и канатов прибор устанавливают упором на стенд, поддон или форму. Крюк захвата заводят под стержень или канат и вращением ходового винта за его рукоятку обеспечивают контакт со стержнем или канатом. Дальнейшим вращением ходового винта создают предварительную оттяжку арматуры, величину которой фиксируют индикатором.

В конце предварительной оттяжки по риске на корпусе отмечают положение лимба, жестко соединенного с ходовым винтом (боковая поверхность лимба разбита на 100 частей), и затем продолжают вращение ходового винта на несколько оборотов.

После завершения выбранного числа оборотов записывают показания индикатора . Силу натяжения арматуры определяют по градуировочной характеристике прибора .

При измерении силы натяжения арматурной проволоки диаметром 5 мм и менее упор заменяют упорной рамкой с базой 600 мм, а крюк захвата - малым крюком. Силу натяжения проволоки определяют по градуировочной характеристике прибора при установленной рамке.

При невозможности разместить упор прибора в плоскости между стенками форм (ребристые плиты, плиты покрытий и др.) он может быть заменен опорным листом с отверстием для прохода тяги с крюком.

Прибор ИПН-7

Прибор состоит из низкочастотного частотомера с усилителем, размещенных в корпусе, счетчика и первичного измерительного преобразователя, соединенного проводом с усилителем (черт.2 настоящего приложения).

Схема прибора ИПН-7

Корпус прибора; - счетчик; - провод;
- первичный преобразователь

Принцип действия прибора основан на определении частоты собственных колебаний натянутой арматуры, которая зависит от напряжения и ее длины.

Колебания арматуры вызывают поперечно приложенным ударом или другим способом. Первичный измерительный преобразователь прибора воспринимает механические колебания, преобразовывает их в электрические, частоту которых после усиления отсчитывает электромеханический счетчик прибора. По частоте собственных колебаний, пользуясь градуировочной характеристикой, определяют силу натяжения арматуры соответствующих диаметров, классов и длин.

Прибор ПИН

Прибор состоит из рамы с упорами, эксцентрика с рычажным устройством, регулировочной гайки, упругого элемента с тензорезисторами, крючка и элементов электрической схемы, размещенных в отдельном отсеке, которые содержат усилитель и счетное устройство (черт.3 настоящего приложения).

Прибор измеряет силу, необходимую для поперечного смещения натянутой арматуры на заданную величину.

Заданное поперечное смещение арматуры относительно упоров, прикрепленных к раме прибора, создают путем перемещения ручки эксцентрика в левое положение. При этом рычаг перемещает винт регулировочной гайки на величину, зависящую от эксцентриситета эксцентрика. Необходимая для осуществления перемещения сила зависит от силы натяжения арматуры и измеряется по деформациям упругого элемента.

Прибор градуируют для каждого класса и диаметра арматуры. Показания его не зависят от длины натянутой арматуры.

Схема прибора ПИН

Упоры; - рама; - эксцентрик; - регулировочная
гайка; - упругий элемент с проволочными тензорезисторами
(размещается под кожухом); - крючок; - коробка с элементами
электрической схемы

Основные технические характеристики приборов

	Сила натяжения, тс		Диаметр арматуры, мм		Длина арматуры, м		Длина собственной базы прибора, мм	Масса прибора, кг
ИПН-7			3 9 12 -	8 10 16 18	5,0 4,0 3,5 3,0	12 12 11 8	Без собственной базы
ПРДУ						Без огра- ничений
			6 9 12 - 20 - -	8 10 16 18 22 25 28	2,0 2,5 2,8 3,0 4,5 6,0 8,0	4 12 14 18 24 24 24	Без собственной базы
						Без огра- ничений

Приложение 2 (рекомендуемое). Журнал записи результатов измерений силы натяжения арматуры

(Левая часть таблицы)

Дата изме-	Тип изде-	Данные арматуры					Данные прибора
		Количест- во арма- турных элементов	Класс ар- матуры, марка стали	Диа- метр, мм	Длина, мм	Проектная сила натя- жения (но- минал и допуск)	Тип и номер	Множи- тель шкалы	Исход- ные пока- затели

Продолжение (Правая часть таблицы)

Показания по шкале				Сила натяжения	Отклонения от проектных значений		Приме- чание
			Среднее по	арматуры,
измере- ние	измере- ние	измере- ние	3 измерениям с учетом множителя шкалы

Приложение 3 (справочное). Расчет удлинения арматурной стали

Приложение 3
Справочное

Расчет удлинения арматурной стали при отношении величины ее предварительного напряжения к средней величине условного предела текучести более 0,7 производится по формуле

При отношении и менее или равном 0,7 расчет удлинения производится по формуле

где - предварительное напряжение арматурной стали, кгс/см;

- средняя величина условного предела текучести арматурной стали, определяемая из опыта или принимаемая равной 1,05 кгс/см;

Браковочная величина условного предела текучести, определяемая по табл.5 ГОСТ 5781-75 , ГОСТ 10884-81 , табл.2 ГОСТ 13840-68 , ГОСТ 8480-63 , кгс/см;

- модуль упругости арматурной стали, определяемый по табл.29 СНиП П-21-75, кгс/см;

Начальная длина арматуры, см.

Расчетная длина арматурной стали класса А-IV при = 5500 кгс/сми = 1250 см, натяжение - механически

м способом.

1. По табл.5 ГОСТ 5781-75 определяют браковочную величину условного предела текучести = 6000 кгс/см; по табл.29 СНиП П-21-75 определяют модуль упругости арматурной стали = 2·10кгс/см.

2. Определяют величину

3. Вычисляют отношение поэтому удлинение арматурной стали определяют по формуле (1)

Расчет удлинений высокопрочной арматурной проволоки класса Вр·П при = 9000 кгс/см и = 4200 см, натяжение - механическим способо

1. По результатам контрольных испытаний определяют среднюю величину условного предела текучести = 13400 кгс/см; по табл.29 СНиП 11-21-75 определяют модуль упругости арматурной стали Вр-П. = 2·10 кгс/см.

2. Вычисляют отношение поэтому удлинение арматурной стали определяют по формуле (2).

Приложение 4 (справочное). Пример оценки относительной погрешности при определении градуировочной характеристики прибора

Приложение 4
Справочное

Необходимо установить относительную погрешность при определении градуировочной характеристики прибора ПРДУ для арматуры класса А-IV диаметром 25 мм, длиной 12,66 м при максимальной силе натяжения = 27 тс, заданной в рабочих чертежах.

1. На каждой ступени нагружения определяют силу натяжения арматуры соответствующие показанию прибора.

на этих ступенях нагружения. Так на первой ступени нагружения

15 тс, =15,190 тс, =14,905 тс, =295 делений, =292 деления.

2. Определяют размах показаний в тс

Для первой ступени нагружения он составляет:

3. Определяют относительный размах показаний в процентах

Для первой ступени нагружения он составит:

что не превышает .

4. Пример расчета максимальной и минимальной силы при градуировке:

Величина ступеней загружения должна быть не более

Принимают величину ступени нагружения (кроме последней ступени) равной 2 тс. Величину последней ступени загружения принимают 1 тс.

На каждой ступени берут 3 отсчета (), из которых определяют среднее арифметическое значение Полученные значения градуировочной характеристики приведены в виде таблицы и графика (чертеж настоящего приложения).

		Показания прибора в делениях

Градуировочная характеристика прибора ПРДУ

Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: Издательство стандартов, 1988

В § 7.1 были рассмотрены опыты, свидетельствующие о стремлении поверхности жидкости к сокращению. Это сокращение вызывается силой поверхностного натяжения.

Силу, которая действует вдоль поверхности жидкости перпендикулярно линии, ограничивающей эту поверхность, и стремится сократить ее до минимума, называют силой поверхностного натяжения.

Измерение силы поверхностного натяжения

Чтобы измерить силу поверхностного натяжения, проделаем следующий опыт. Возьмем прямоугольную проволочную рамку, одна сторона которой АВ длиной l может перемещаться с малым трением в вертикальной плоскости. Погрузив рамку в сосуд с мыльным раствором, получим на ней мыльную пленку (рис. 7.11, а). Как только мы вытащим рамку из мыльного раствора, проволочка АВ сразу же придет в движение. Мыльная пленка будет сокращать свою поверхность. Следовательно, на проволочку АВ действует сила, направленная перпендикулярно проволочке в сторону пленки. Это и есть сила поверхностного натяжения.

Чтобы помешать проволочке двигаться, надо к ней приложить некоторую силу. Для создания этой силы можно прикрепить к проволочке мягкую пружину, закрепленную на основании штатива (см. рис. 7.11, о). Сила упругости пружины вместе с силой тяжести, действующей на проволочку, в сумме составят результирующую силу Для равновесия проволочки необходимо, чтобы выполнялось равенство
, где - сила поверхностного натяжения, действующая на проволочку со стороны одной из поверхностей пленки (рис. 7.11, б).

Отсюда
.

От чего зависит сила поверхностного натяжения?

Если проволочку переместить вниз на расстояние h , то внешняя сила F 1 = 2 F совершит работу

(7.4.1)

Согласно закону сохранения энергии эта работа равна изменению энергии (в данном случае поверхностной) пленки. Начальная поверхностная энергия мыльной пленки площадью S 1 равна U п 1 = = 2σS 1 , так как пленка имеет две поверхности одинаковой площади. Конечная поверхностная энергия

где S 2 - площадь пленки после перемещения проволочки на расстояние h . Следовательно,

(7.4.2)

Приравнивая правые части выражений (7.4.1) и (7.4.2), получим:

Отсюда сила поверхностного натяжения, действующая на границу поверхностного слоя длиной l , равна:

(7.4.3)

Направлена сила поверхностного натяжения по касательной к поверхности перпендикулярно границе поверхностного слоя (перпендикулярно проволочке АВ в данном случае, см. рис. 7.11, а).

Измерение коэффициента поверхностного натяжения

Существует много способов измерения поверхностного натяжения жидкостей. Например, поверхностное натяжение а можно определить, пользуясь установкой, изображенной на рисунке 7.11. Мы рассмотрим другой способ, не претендующий на большую точность результата измерений.

Прикрепим к чувствительному динамометру медную проволочку, изогнутую так, как показано на рисунке 7.12, a. Подставим под проволочку сосуд с водой так, чтобы проволочка коснулась поверхности воды (рис. 7.12, б) и «прилипла» к ней. Будем теперь медленно опускать сосуд с водой (или, что то же, поднимать динамометр с проволочкой). Мы увидим, что вместе с проволочкой поднимается обволакивающая ее водяная пленка, а показание динамометра при этом постепенно увеличивается. Оно достигает максимального значения в момент разрыва водяной пленки и «отрыва» проволочки от воды. Если из показаний динамометра в момент отрыва проволочки вычесть ее вес, то получится сила F , равная удвоенной силе поверхностного натяжения (у водяной пленки две поверхности):

где l - длина проволочки.

При длине проволочки 1 = 5 см и температуре 20 °С сила оказывается равной 7,3 · 10 -3 Н. Тогда

Результаты измерений поверхностных натяжений некоторых жидкостей приведены в таблице 4.

Таблица 4

Из таблицы 4 видно, что у легкоиспаряющихся жидкостей (эфира, спирта) поверхностное натяжение меньше, чем у нелетучих жидкостей, например у ртути. Очень мало поверхностное натяжение у жидкого водорода и особенно у жидкого гелия. У жидких металлов поверхностное натяжение, наоборот, очень велико.

Различие в поверхностном натяжении жидкостей объясняется различием в силах межмолекулярного взаимодействия.

Энергетическому и силовому определению поверхностного натяжения соответствует энергетическая и силовая единица измерения. Энергетической единицей является Дж/м 2 , силовой – Н/м . Энергетическое и силовое выражение эквивалентны, и численная величина совпадает в обеих размерностях. Так для воды при 293 К:

Одна размерность легко выводится из другой:

СИ: Дж/м 2 = Н∙м/м 2 =Н/м;

Влияние различных факторов на величину

Поверхностного натяжения

Влияние химической природы вещества

Поверхностное натяжение – работа, затрачиваемая на разрыв межмолекулярных связей. Поэтому, чем сильнее межмолекулярные связи в данном теле, тем больше его поверхностное натяжение на границе с газовой фазой. Следовательно, поверхностное натяжение меньше у неполярных жидкостей, имеющих слабые межмолекулярные связи, и больше у полярных жидкостей. Большим поверхностным натяжением обладают вещества, имеющие межмолекулярные водородные связи, например вода.

Таблица 9.1

Значения поверхностного натяжения и удельной поверхностной энергии некоторых веществ на границе с воздухом

* – приведены значения удельной поверхностной энергии

Влияние температуры

С ростом температуры расстояние между молекулами увеличивается, с увеличением температуры поверхностное натяжение индивидуальных жидкостей уменьшается, то есть выполняется соотношение:

Для многих жидкостей зависимость σ=f(T) близка к линейной. Экстраполяция линейной зависимости к оси абсцисс определяет критическую температуру Т С данного вещества. При этой температуре двухфазная система жидкость – пар перестает существовать и становится однофазной.

Для многих веществ температурные коэффициенты поверхностного натяжения составляют примерно от –0,1 до –0,2 мДж/(м 2 К).

Влияние природы граничащих фаз

Поверхностное натяжение (σ 12 ) на границе двух жидкостей 1 и 2 зависит от их химической природы (полярности). Чем больше разность полярностей жидкостей, тем больше поверхностное натяжение на границе их раздела (правило Ребиндера).

Количественно межфазное поверхностное натяжение на границе двух взаимно насыщенных жидкостей можно рассчитать по приближенному правилу Антонова.

Правило Антонова (1907): Если жидкости ограниченно растворимы друг в друге, то поверхностное натяжение на границе ж 1 /ж 2 равно разности между поверхностными натяжениями взаимно насыщенных жидкостей на границе их с воздухом или с их собственным паром:

Смачивание

Смачивание – взаимодействие жидкости с твердым или другим жидким телом при наличии одновременного контакта трех несмешивающихся фаз, одна из которых обычно является газом (воздух).

При нанесении небольшого количества жидкости на поверхность твердого тела или на поверхность другой жидкости, имеющей большую плотность, возможно два случая: в первом случае жидкость приобретает форму капли, в другом случае растекается. Рассмотрим первый процесс, когда капля не растекается по поверхности другого тела.

На единицу длины периметра действуют три силы:

1. Поверхностная энергия твердого тела, стремясь уменьшиться, растягивает каплю по поверхности. Эта энергия равна поверхностному натяжению твердого тела на границе с воздухом σ ТГ .

2. Поверхностная энергия на границе твердого тела с жидкостью σ ТЖ стремится сжать каплю, то есть поверхностная энергия уменьшается за счет снижения площади поверхности.

3. Поверхностная энергия на границе капли жидкости с воздухом σ ЖГ направлена по касательной к сферической поверхности капли.

Угол θ , образованный касательными к межфазным поверхностям, ограничивающим смачиваемую жидкость, и имеющий вершину на линии раздела трех фаз, называется краевым углом или углом смачивания.

Проекция вектора σ ЖГ на горизонтальную ось – произведение σ ЖГ · cos θ .

В условиях равновесия:

σ ТГ = σ ТЖ + σ ЖГ ·cos θ , (9.8)

. (9.9)

Полученное соотношение (9.9) называют уравнением Юнга .

В зависимости от значений равновесного краевого угла, различают три основных вида смачивания:

Анализ уравнения Юнга

1. Если σ ТГ > σ ТЖ , то cos θ > 0 и θ < 90° (краевой угол смачивания) острый – смачивание .

Пример: вода на поверхности металла, покрытого оксидной пленкой. Чем меньше угол θ и больше cos θ , тем лучше смачивание.

3. Если σ ТГ = σ ТЖ , то cos θ = 0 и θ = 90° – граница между смачиваемостью и несмачиваемостью.

4. Если , то cos θ = 1 и θ = 0° – полное смачивание (растекание) – капля растекается в тонкую пленку. Пример: ртуть на поверхности свинца, очищенного от оксидной пленки.

Полного несмачивания, то есть такого положения, когда θ = 180°, не наблюдается, так как при соприкосновении конденсированных тел поверхностная энергия всегда уменьшается.

Смачиваемость водой некоторых твердых тел характеризуется следующими краевыми углами: кварц – 0°, малахит – 17° , графит – 55°, парафин – 106°. Хуже всего смачивается водой тефлон, краевой угол смачивания – 120°.

Различные жидкости неодинаково смачивают одну и ту же поверхность. Согласно приближенному правилу – лучше смачивает поверхность та жидкость, которая ближе по полярности к смачиваемому веществу.

По виду избирательного смачивания все твердые тела делят на три группы:

· Гидрофильные (олеофобные ) материалы – лучше смачиваются водой, чем неполярными углеводородами: кварц, силикаты, карбонаты, оксиды и гидроксиды металлов, минералы (краевой угол меньше 90° со стороны воды).

· Гидрофобные (олеофильные) материалы –лучше смачиваются неполярными жидкостями, чем водой: графит, уголь, сера, парафин, тефлон.

Пример 9.1. Определите краевой угол смачивания, образованный каплей воды на твердом теле, если поверхностное натяжение на границе воздух твердое тело, вода-твердое тело и вода-воздух соответственно равны: 0,057; 0,020; 0,074 Дж/м 2 . Будет ли вода смачивать данную поверхность?

Решение :

По закону Юнга:

cos θ < 0 и θ > 90° – данная поверхность водой не смачивается.

Флотация

Флотация относится к наиболее распространенным методам обогащения полезных ископаемых. Этим методом обогащается около 90% руд цветных металлов, уголь, сера и другие природные материалы.

Флотационное обогащение (разделение) основано на различной смачиваемости водой ценных минералов и пустой породы. В случае пенной флотации через водную суспензию измельченной руды (пульпу) барботируют воздух, к пузырькам которого прилипают гидрофобные частицы ценного минерала (чистые металлы или их сульфиды), всплывающие затем на поверхность воды, и с образовавшейся пеной снимаются механически для дальнейшей переработки. Пустая порода (кварц, алюмосиликаты) хорошо смачивается водой и оседает во флотационных машинах.

Пример 9.2. Порошок кварца и серы высыпали на поверхность воды. Какое явление можно ожидать, если краевой угол смачивания для кварца 0°, а для серы 78°.

Решение:

Так как для кварца θ = 0° – полное смачивание, то кварц будет полностью смачиваться водой и оседать на дно емкости. Краевой угол смачивания для серы близок к 90°, следовательно, порошок серы будет образовывать суспензию на поверхности воды.

Особенности искривленной поверхности раздела фаз