SU1795341A1

SU1795341A1 - Device for testing concrete specimen

Info

Publication number: SU1795341A1
Application number: SU904843146A
Authority: SU
Inventors: Anatolij V Karavaev; Porfirij I Vasilev; Aleksandr D Rtishchev
Original assignee: Vnii Gidrotekh
Priority date: 1990-06-27
Filing date: 1990-06-27
Publication date: 1993-02-15

Description

Изобретение относится к области экспериментальных исследований по определению механических характеристик бетона.The invention relates to the field of experimental studies to determine the mechanical characteristics of concrete.

Важнейшими механическими характеристиками бетона являются его прочность и предельная растяжимость (деформация,'соответствующая нагрузке разрушения) при осевом растяжении. Обычно указанные характеристики бетона определяются путем испытания цилиндрических или призматических образцов, оснащенных приборами для измерения деформаций, путем приложения к их концам с помощью различного рода захватов растягивающей нагрузки.The most important mechanical characteristics of concrete are its strength and ultimate tensile strength (deformation corresponding to the failure load) under axial tension. Typically, these characteristics of concrete are determined by testing cylindrical or prismatic specimens equipped with strain gauges by applying tensile loads to their ends with various kinds of grips.

Нагрузка прикладывается ступенями, составляющими 1/10-1/20 от разрушающей. На каждой ступени нагружения снимаются отсчеты по приборам. Последний отсчет удается снять при нагрузке, соответствующей 0,90-0,95 от разрушающей. По полученным в эксперименте данным строится индикаторная диаграмма σ—.ε. Предельная растяжимость бетона определяется в этом случае путем экстраполяция диаграммы σ —ε.The load is applied in steps of 1 / 10-1 / 20 of the load. At each stage of loading, readings are taken on the instruments. The last count can be removed at a load corresponding to 0.90-0.95 from destructive. Based on the experimental data, the indicator diagram σ – .ε is constructed. The ultimate tensile strength of concrete is determined in this case by extrapolation of the σ – ε diagram.

Указанный способ определения предельной растяжимости бетона может привести к значительным погрешностям, так как при нагрузках, близких к разрушающей, вследствие микротрещинообразования интенсивность прироста, деформаций растяжения значительно выше, чем на начальной стадии нагружения.The specified method for determining the ultimate tensile strength of concrete can lead to significant errors, since under loads close to destructive, due to microcracking, the growth rate, tensile strain is much higher than at the initial stage of loading.

Известно устройство для испытания образцов на осевое растяжении, при использовании которого может быть построена полная индикаторная диаграмма σ — ε . Это устройство включает в себя отрезок металлической трубы, снабженный у концов наружной и внутренней резьбой; два захвата, навинчиваемых на концы трубы и снабженных приспособлениями для приложения растягивающей нагрузки; и вкладыш из легкодеформируемого материала, например из пористой резины, прилегающей к внутренней поверхности трубы на свободном от резьбы участке. Бетонный образец отливается непосредственно в трубе. Благодаря резьбе на внутренней поверхности трубы концы образца прочно соединяются с последней. При приложении нагрузки к захватам одновременно растягиваются как стальная труба, так и расположенный внутри ее бетонный образец. Деформации во время эксперимента измеряются приборами, установленными на трубе. Система труба - образец может воспринимать нагрузку после полного выхода из работы бетонного образца, что позволяет построить полную индикаторную диаграмму σ—·ε , состоящуюиз восходящей ветви, участка, псевдопластичности и ниспадающей ветви, и более точно определить величины напряжений и деформаций, соответствующие максимальной нагрузке, воспринимаемой бетонным образцом.A device is known for axial tensile testing of samples, using which a full indicator diagram σ - ε can be constructed. This device includes a piece of metal pipe provided with male and female threads at the ends; two grips screwed onto the ends of the pipe and equipped with devices for applying tensile load; and a liner of easily deformable material, for example, of porous rubber, adjacent to the inner surface of the pipe in a thread-free area. A concrete sample is cast directly in the pipe. Thanks to the thread on the inner surface of the pipe, the ends of the sample are firmly connected to the latter. When a load is applied to the grippers, both the steel pipe and the concrete sample located inside it are simultaneously stretched. Deformations during the experiment are measured by instruments mounted on the pipe. The pipe – sample system can absorb the load after the concrete sample is completely out of work, which allows us to construct a full indicator diagram σ— · ε, consisting of an ascending branch, a section, pseudoplasticity and a falling branch, and more accurately determine the values of stresses and strains corresponding to the maximum load, perceived concrete pattern.

Недостатком указанного устройства является то. что вследствие усадки бетона в образце, концы которого прочно соединены с трубой, еще до приложения внешней нагрузки возникают деформации растяжения, что может существенно уменьшить прочность и предельную растяжимость бетона.The disadvantage of this device is that. that due to the shrinkage of concrete in the sample, the ends of which are firmly connected to the pipe, tensile deformations occur even before the external load is applied, which can significantly reduce the strength and ultimate tensile strength of concrete.

Известно также устройство для испытания образцов на осевое растяжение, приник маемое в качестве прототипа, состоящее из двух крестовин или плит, имеющих по 4 отверстия со сферическими гнездами, расположённых на одинаковом расстоянии от оси образца, 4-х стальных стержней с резьбой на концах, 8 сферических шайб и 8 гаек. Крестовины (плиты) крепятся к захватам образца. Через отверстия в крестовинах пропускаются стержни, на концах которых одеваются сферические шайбы и навинчиваются гайки.There is also known a device for testing specimens for axial tension, applicable as a prototype, consisting of two crosses or plates having 4 holes with spherical nests located at the same distance from the axis of the specimen, 4 steel rods with threads at the ends, 8 spherical washers and 8 nuts. Crosses (plates) are attached to the grips of the sample. Through holes in the crosses, rods are passed, at the ends of which spherical washers are put on and nuts are screwed.

Для краткостиустройство, состоящее из плит (крестовин), стержней, сферических шайб и гаек, будем называть кондуктором.For brevity, a device consisting of plates (crosses), rods, spherical washers and nuts will be called a conductor.

Приложенная к системе образец + кондуктор растягивающая нагрузка N распределяется между элементами системы прямо пропорционально их жесткостям. С целью определения усилий, воспринимаемых образцом No и кондуктором Nk, с помощью приборов, установленных на образце и стержнях кондуктора, производится измерение деформаций удлинения бетонного образца - во и стержней кондуктора - Си. Это позволяет при определенных условиях построить полную диаграмму σ — ε растяжения бетона.The tensile load N applied to the system + conductor system is distributed between the elements of the system in direct proportion to their stiffnesses. In order to determine the forces perceived by specimen No and conductor Nk, with the help of instruments installed on the specimen and rods of the conductor, the elongation strains of the concrete specimen - in and the conductor rods - Cu are measured. This allows, under certain conditions, to construct a complete diagram of σ - ε tensile concrete.

К числу основных условий, при которых в эксперименте может быть получена полная диаграмма σ — ε растяжения бетона, относится условие большей жесткости кондуктора. Выполнение этого условия приводит к необходимости иметь в качестве основных элементов кондуктора стальные стержни большого диаметра (Fkc0,1F_o). В этом случае дополнительные деформации стержней кондуктора, возникающие вследствие развития пластических деформаций в бетоне образца, невелик и не приводит к разрушению образца.Among the basic conditions under which a complete diagram of σ - ε tensile concrete can be obtained in an experiment is the condition for a greater stiffness of the conductor. The fulfillment of this condition leads to the need to have steel rods of large diameter (Fkc0.1F _o ) as the main elements of the conductor. In this case, additional deformations of the conductor rods arising from the development of plastic deformations in the concrete of the sample are small and do not lead to destruction of the sample.

Другим условием является осевое нагружение бетонного образца, что возможно лишь в случае равенства усилий в стержнях кондуктора во все время эксперимента.Another condition is the axial loading of the concrete sample, which is only possible if the forces in the conductor rods are equal throughout the experiment.

Одним из недостатков рассматриваемой конструкции кондуктора является больШая трудоемкость проведения Эксперимента, обусловленная необходимостью выравнивания усилий в стержнях кондуктора на начальной стадии эксперимента, Путем поочередного подтягивания гаек при Одновременном контроле усилий в стержнях с помощью установленных на них измерительных приборов. Однако даже Осуществление этой трудоемкости и длительной операции не предотвращает нерав^омерности распределения усилий в Стержнях кондуктора на последующих этапах нагружения системы образец-»- кондуктор”, приводящей к снижению точности Эксперимента.One of the drawbacks of the conductor design under consideration is the great complexity of the experiment, due to the need to equalize the forces in the conductor rods at the initial stage of the experiment, by tightening the nuts in turn while simultaneously monitoring the efforts in the rods using measuring instruments installed on them. However, even the implementation of this laboriousness and lengthy operation does not prevent uneven distribution of forces in the Conductor Rods at the subsequent stages of loading the sample - "- conductor" system, which reduces the accuracy of the Experiment.

Другим недостатком этой конструкции устройства для испытания образцов является необходимость использования высокочувствительных датчиков для измерения деформаций стержней кондуктора. При диаметре стержней кондуктора, соответствующем требуемому соотношению жесткости образца и кондуктора, относительные деформации металла стержней сравнительно Цевелики и их измерение обычной аппаратурой (например, с точностью до 1.10'⁵отн.ед.) приведет к недостаточной точности эксперимента. ¹ ; Целью изобретения является повышение точности определения усилия, восприн'имаемого бетонным образцом при применении обычной измерительной аппаратуры, снижение трудоемкости испытаний образцов.Another disadvantage of this design of the device for testing samples is the need to use highly sensitive sensors to measure the deformation of the conductor rods. When the diameter of the conductor rods corresponding to the required ratio of the stiffness of the sample and the conductor, the relative deformations of the metal of the rods are comparatively Tseveliki and their measurement by conventional equipment (for example, with an accuracy of 1.10 ' ⁵ rel.units) will lead to insufficient accuracy of the experiment. ¹ ; The aim of the invention is to increase the accuracy of determining the force perceived concrete sample when using conventional measuring equipment, reducing the complexity of testing samples.

Цель достигается тем, что устройство для испытания образцов, включающее две параллельно расположенные плиты с двумя парами центрально симметрично сквозных о+верстий в каждой, снабженные захватами для закрепления образца между ними, стержни с резьбой на концах, снабженные в средней части измерительными приборами и сферические шайбы и гайки для крепления стержней, снабжено размещенными с внешней стороны плит двумя парами параллельно расположенных траверс с двумя сквозными отверстиями в каждой траверсе и четырьмя шарнирными опорами, каждая из которых размещена между соответствующими траверсой и плитой посредине, между отверстиями в траверсе, а концы стержней закреплены к концам траверс посредством указанных сферических шайб и гафк. Такое соединение стержней и траверс образует статически определимую систему, в которой автоматически обеспечивается равенство усилия в стержнях во все время эксперимента.The goal is achieved by the fact that the device for testing samples, comprising two parallel plates with two pairs of centrally symmetrically through o + holes in each, equipped with grippers for fixing the sample between them, threaded rods at the ends, equipped with measuring instruments in the middle part and spherical washers and nuts for fastening the rods, equipped with two pairs of parallel traverses located on the outside of the plates with two through holes in each traverse and four hinged supports, each one of which is placed between the respective traverse and the slab in the middle, between the holes in the traverse, and the ends of the rods are fixed to the ends of the traverse by means of these spherical washers and hoffs. Such a connection of the rods and the traverse forms a statically determinable system in which the equal force in the rods is automatically ensured throughout the experiment.

Нам известно устройство для испытания образцов, в котором стержни соединены траверсами, которые шарнирно связанны с другой траверсой, ось которой перпендикулярна осям первых двух траверс (см.Заводская лаборатория”, № 6, 1962. с.738). Это устройство решает задачу: обеспечить равномерное распределение внешнего усилия на 4 точки. Эта задача решается путем превращения системы из 4 стержней в статически определимую. В этой системе в любой момент времени усилие в каждом из стержней составляет 1/4 от величины приложенного внешнего усилия.We know a device for testing specimens in which the rods are connected by traverses that are pivotally connected to another traverse whose axis is perpendicular to the axes of the first two traverses (see Zavodskaya Lab, No. 6, 1962. p.738). This device solves the problem: to ensure a uniform distribution of external force at 4 points. This problem is solved by turning a system of 4 rods into a statically determinable one. In this system, at any moment of time, the force in each of the rods is 1/4 of the magnitude of the applied external force.

С целью повышения точности измерения деформации стержней кондуктора при применении обычной измерительной аппаратуры центральная по длине часть стержней выполнена с утонением, например, путем выточки, плавно сопряженной со смежными частями стержня. Длина участка с выточкой должна не менее чем в 3 раза превосходить базу размещенного на нем измерительного прибора.In order to improve the accuracy of measuring the deformation of the conductor rods when using conventional measuring equipment, the central part of the rods along the length is made with thinning, for example, by a recess smoothly interfaced with adjacent parts of the rod. The length of the section with a recess should not less than 3 times exceed the base of the measuring device placed on it.

Наличие выточек на стержнях кондуктора незначительно снижает их жесткость, следовательно мало влияет на условия деформирования бетона. Однако вследствие уменьшенной, например, в 4-5 раз площади поперечного сечения стержней на участках измерения деформаций точность определения усилия, воспринимаемого кондуктором, а, следовательно и образцом, повышается в несколько раз по сравнению с применением в кондукторе стержней постоянного диаметра. Такое конструктивное выполнение стержней кондуктора нам неизвестно.The presence of grooves on the rods of the conductor slightly reduces their stiffness, therefore, little effect on the conditions of deformation of concrete. However, due to, for example, a 4–5-fold reduction in the cross-sectional area of the rods at the strain measurement sites, the accuracy of determining the force perceived by the conductor, and therefore the sample, increases several times compared to the use of rods of constant diameter in the conductor. Such a constructive implementation of the conductor rods is unknown to us.

На фиг.1 представлен общий вид устройства; на фиг.2 - разрез на фиг. 1; на фиг.З - узел I крепления стержня к траверсе.Figure 1 presents a General view of the device; FIG. 2 is a sectional view of FIG. 1; in Fig.Z - node I of the fastening of the rod to the traverse.

К торцам бетонного образца 1 с помощью анкеров 2 крепятся плиты 3, снабженные захватом 4 для приложения к системе образец + кондуктор растягивающего усилия и двумя парами центрально симметричных сквозных отверстий в каждой. На плиты 3 посредством шарнирной опоры 5 опираются траверсы 6, снабженные отверстиями со сферическими гнездами, расположенными на одинаковом расстоянии от шарнирной опоры 5, причем расстояние между отверстиями траверс 6 равно расстоянию между отверстиями плит 3. Через отверстия в плитах и траверсах пропускаются стержни 7, снабженные на концах резьбой имеющие в средней части утонение (выточку), оснащенную приборами 8 для измерения деформаций. Стержни 7 с по мощью сферических шайб 9 и гаек 10 крепятся к траверсам 6. Оси траверс, опирающихся на пластину, параллельны друг другу, причем оси верхних траверс перпендикулярны осям нижних траверс.To the ends of the concrete sample 1, with the help of anchors 2, plates 3 are fastened, equipped with a grip 4 for applying tensile force to the sample + conductor system and two pairs of centrally symmetrical through holes in each. On the plate 3, through the hinge support 5, traverses 6 are supported, provided with holes with spherical nests located at the same distance from the hinge support 5, and the distance between the holes of the traverse 6 is equal to the distance between the holes of the plates 3. The rods 7 provided at the ends with a thread having in the middle part a thinning (undercut) equipped with devices 8 for measuring deformations. The rods 7 with the help of spherical washers 9 and nuts 10 are attached to the traverses 6. The axes of the traverses resting on the plate are parallel to each other, and the axes of the upper traverses are perpendicular to the axes of the lower traverses.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Приложенная к системе образец + кондуктор растягивающая нагрузка с помощью плит 3 передается одновременно как на бетонный образец 1, так и на стержни 7, причем к стержням 7 нагрузка от плит 3 передается посредством шарнирных опор 5 и траверс 6. Благодаря принятой системе расположения траверс 6 и соединения их со стержнями 7 автоматически соблюдается равенство усилий в стержнях и осевое приложение нагрузки к бетонному образцу во все время эксперимента, что повышает точность исследований и сокращает их трудоемкость, продолжительность и стоимость.The tensile load applied to the system + conductor system with the help of plates 3 is transmitted simultaneously to both the concrete sample 1 and the rods 7, and to the rods 7, the load from the plates 3 is transmitted through the hinged supports 5 and traverse 6. Thanks to the adopted arrangement of the traverse 6 and connecting them to the rods 7 the equality of forces in the rods and axial application of the load to the concrete sample throughout the experiment is automatically observed, which increases the accuracy of the research and reduces their complexity, duration and cost Th.

Благодаря наличию на стержнях кондуктора утонения (выточки) удается существенно увеличит точность определения усилия, воспринимаемого кондуктором, а, следовательно, и бетонным образцом.Due to the presence of thinning (undercutting) on the conductor rods, it is possible to significantly increase the accuracy of determining the force perceived by the conductor, and, consequently, the concrete sample.

Перед проведением исследований с бетонными образцами стержни кондуктора тарируются на прессе. По результатам тарировки устанавливается зависимость Nk=f(£k). При испытании бетонного образца с применением кондуктора на каждой ступени нагружения одновременно измеряются деформации как бетона образца, так и материала стержня. Это позволяет определить на всех этапах нагружения системы образец + кондуктор долю усилия, воспринимаемого бетонных образом (N₀=N-Nk) и построить полную диаграмму σ — ε бетона при растяжении.Before conducting studies with concrete samples, the conductor rods are calibrated on a press. According to the calibration results, the dependence Nk = f (£ k) is established. When testing a concrete sample using a conductor at each loading stage, deformations of both the concrete sample and the core material are simultaneously measured. This makes it possible to determine the fraction of the force perceived in a concrete way (N ₀ = N-Nk) at all stages of loading the sample + conductor system and to construct a complete diagram of σ - ε concrete under tension.

Claims

Claim

1. A device for testing a concrete sample, containing two parallel plates with two pairs of centrally symmetrical through holes in each, grippers for securing the sample between the plates, threaded rods at the ends of the plates, spherical washers and nuts for fixing the rods and placed on the rods in their central part are force sensors, characterized in that, in order to increase the accuracy of the test by reducing the uneven distribution of forces in the rods, the device is equipped with external plate torons with two pairs of parallel traverses with two through holes in each traverse and four hinged supports, each of which is placed between the respective traverse and the plate in the middle between the holes in the traverse, and each traverse hole covers the corresponding threaded part of the corresponding rod.

2. The device pop 1. characterized in that the central part of the rods is made with thinning.

figz