599

1. ВъведениеШирокото използване на стоманобетона при

проектирането на сгради и съоръжения обуславят необходимостта от развитие и усъвършенстване на методите за изчисляването им. В стомано-бетонни елементи, подложени на огъване при статично натоварване е необходимо определянето на механичните напрежения sc и относителните деформации ec в натисковата зона.

Един от начините за определяне на дефор-мациите, предизвикани от външни сили е чрез измерване с тензометрични преобразуватели (тензодатчици) фиг. 1. Той представлява провод-ник или полупроводник с диаметър от 0,01 до 0,04 mm, зигзагообразно разположен и залепен върху тънък изолационен носител (фиг. 1 - а).

Тензорезисторът се залепва със специално лепило към повърхността на стоманобетонния елемент, така че очакваните деформации да са по направление на дължината му l

Зависимостта между sc и ec в областта на ли-нейните деформации се определя от уравнението:

ccmc Eσ e= (1)

където Ecm е модул на еластичност на бетона.Ако към стоманобетонна повърхност се

закрепи тензопреобразувател, той възприема деформациите от силите на натиск в еластичната област и променя своите дължина l (фиг. 1 - б). и съпротивление R:

RR

Gll ∆=

∆ .1 (2)

където G се нарича тензофактор или коефициент на тензочувствителност и обикновено се дава от производителите на преобразуватели.

ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ОТНОСИТЕЛНИТЕ ДЕФОРМАЦИИ И МЕхАНИЧНИТЕ НАПРЕЖЕНИЯ В СТОМАНОБЕТОННИ

ЕЛЕМЕНТИ, ПОДЛОЖЕНИ НА ОГЪВАНЕ

Иван Иванчев 1), Веселин Славчев 2), Веселка Иванчева 3)1) ВСУ - „Любен Каравелов”, София, iivanchev@mail.bg, www.vsu.bg2) ВСУ - „Любен Каравелов”, София, slavchev@vsu.bg, www.vsu.bg

3) ТУ - София, Факултет Автоматика, vivancheva@tu-sofia.bg, www.tu-sofia.bg

Резюме: В този доклад са описани извършените експериментални изследвания за определяне на относителните деформации и механичните напрежения в стоманобетонни елементи, подложени на огъване. Измерването е направено с тензорезистори. Получените резултати са обработени с Matlab.

Ключови думи: относителни деформации, механични напрежения, стоманобетонни елементи, тензорезистори.

cm

cc El

l se ==

∆ (3)

Относителното удължение ll /∆ и относи-телното изменение на съпротивлението RR /∆ са нищожни (части от процента) и затова при измерването им се използват високочувствителни електрически мостови схеми, в чиито рамене се включват един или повече тензорезистори.

2.Експериментална постановка.Изпитванията са проведени в Научноизсле-

дователския Строителен Инсти-тут – НИСИ гр. София.

а)

б)фиг. 1. Тензорезистор.

600

За експерименталните изследвания за опре-деляне на механичните напрежения sc и отно-сителните деформации ec в натисковата зона на стоманобетонни елементи, подложени на огъване при статично натоварване са изготвени 3 броя греди. Те са от бетон клас C25 / 30, ситна фракция на едрия добавъчен материал (dmax = 12mm), кон-систенция S3 с напречно сечение 27/15cm, светъл отвор 3m, вложена надлъжна долна армировка от 2N12, стремена ф8/10 (15) cm. Избрана е стати-ческа схема проста греда. Тя е натоварена с две концентрирани сили, разположени в третините й.

На фиг. 2 е показана експерименталната постановка, която включва: 1 - стоманобетонна греда, 2 - UPM 100, 3 - тензорезистори, 4 - на-тискова преса, 5 - компютърна конфигурация.

Фиг. 2. Експериментална постановка.

Измерванията се извършват с многокана-лен измервателен уред UPM - 100 на фирмата Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH (HBM) - фиг. 3. Той е предназначен да усилва електрическите сигнали получени от първични измервателни преобразуватели (тензорезисторни, индуктивни, пиезо, потенциометрични и др.), да преобразува усиления сигнал в цифров и да визуализира из-мерената величина.

Фиг. 3. Многоканален измервателен уред UPM - 100

Състои се от основен блок и три сменяеми селектора за включване на различни измервател-

ни преобразуватели. Към него могат да се включат 100 точки на измерване групирани в модули 10 х 10. Информацията от включените преобразувате-ли се получава последователно. Към уреда може да се включи компютър чрез интерфейс RS232.

Тензорезисторите се включват в четвърт Уйтстонови мостове по трипроводна схема на свързване - фиг. 4.

Получените резултатите от UPM 100 се съби-рат и обработват с софтуер Catman Professional - 5.0, които се получат в реално време при из-мерването.

Прилагането на натоварването и разтоварва-нето на гредите се осъществява чрез натискова преса Amsler.

Фиг. 4. Уитстонови мостове с по един тензорезистор във всеки.

Тензорезисторите се залепват със специа-лизирано лепило Х60 на фирмата HBM към предварително почистената повърхност на сто-манобетонния елемент.

Тензорезисторите са разположени в средните третини на гредите, както е показано на фиг. 5 - а:

- по 10 тензорезистора с номера 00(10), 01(11), 02(12), 03(13) ,04(14), 05(15), 06(16), 07(17), 08(18) и 09(19) на двете странични повърхности на гредата- фиг. 5 - б;

- 9 тензорезистора с номера 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 и 28 на горната повърхност на гредата-

601

фиг. 5 - в.

а)

б)

в)

Фиг. 5. Разположение на тензорезисторите върху стоманобетонната греда.

За температурна компенсация са предвидени по 10 % от броя на работните тензорезистори, т.е. 3 температурни тензо-резистори, които са залепени върху 3 от страните на призматично пробно тяло (фиг.6) с размери 100/100/400 mm. То е изготвено от същия бетон като на гредите и е отлежавало при същите условия.

За измервания на относителните деформа-ции са използвани електросъпро-тивителни тензорезистори BQ120 - 40AA(11) - BX на фирмата Zemic, Китай с база 60 mm, външни

размери 80 mm, съпротивление, ,1,0120 Ω± тензофактор %,1,022,2 ± термо-компенсация

C06 /110.11 −=α и изводи с плоско сечение.

Фиг. 6. Призматично пробно тяло с залепени тензорезистори за температурна компенсация.

3. Експериментални резултати.Стъпките на натоварване и разтоварване на

гредата от 0 до 9 kN са през 1 kN, от 9 до 14 kN през 1,5 kN и от 15 до 29 kN през 2 kN.

За всеки един от 29 тензорезистори, подло-жени на натиск през 1,3 секунди се получават резултати за промяната на електрическото напре-жението в съответния измервателен диагонал на четирираменния мост и изменението на ll /∆ - фиг.7:

041 U

UGll

S

∆=∆ (4)

Относителните деформации ec се получават в графичен вид. Продължителността на нато-варването е около 9 часа и резултатите за всеки тензорезистор са около 31 000.

Фиг. 7. Визуализиране на резултатите с програмата

Catman Professional - 5.

Резултатите от измерването са получени във формат на Microsoft Excel и са обработени с програмният продукт Matlab. За всеки от тензорезисторите е получена зависимостта на

602

относителната деформация ec от приложеното натоварване и разтовар-ване. На фиг.8 за един от тензорезисторите е показан хистерезисния цикъл с остатъчната му деформация.

Фиг. 8. Хистерезисна крива на тензодатчик.

5. ИзводиПолучените резултати от измерванията с тен-

зорезисторите ще бъдат използвани за определяне на широчините и разстоянията между пукнатини в стоманобетонни елементи, подложени на огъ-ване. Тези изследвания са актуални и прецизира-нето на факторите и параметрите, които оказват влияние върху пукнатините ще допринесат за подобряване на експлоатационните качества, дълготрайността, целостта и външният вид на сградите и съоръженията.

6. Литература[1] Даалов Т., Б. Даалов, Ръководство за

проектиране на стоманобетонни конструкции по Еврокод 2, ВСУ „Л. Каравелов”, 2010, ISBN: 978 954 331 029 6.

[2] Гуглев Р., Т. Даалов, Б. Даалов, В. Славчев и др., Ръководство за проектиране на бетонни и стоманобетонни конструкции от обикновен бетон, НИСИ София, 2014, ISBN 978

619 90296 1 9.[3] Eurocode 2, Design of concrete structures. [4] Гуров И., Еленков А., Иванчева В.,Ми-

лушев Г., Стоянов Н., Цветков П. Ръководство за лабораторни упражнения по “Електрически измервания”, част-I и II, Изд. ТУ, 2012 г., ISBN 954-438-562-2

[5] Радев х. и др., Метрология и измерва-телна техника, Книга справочник в три тома, Том 1, 2, 3, С., Софттрейд, София, 2012, ISBN 978-954-334-077-4.

БлагодарностПолучените резултати отразяват работата

по Договор 17/2014, ВСУ „Любен Каравелов” на тема: “Изследвания върху пукнатините при стоманобетонни елементи” и авторите изказват благодарност за финансовата помощ и подкрепа.

Данни за авторите:Иван Йорданов Иванчев, Маг. инж. специ-

алност „Строителство на сгради и съоръжения” (2010 г.), асистент катедра „Строителни кон-струкции“, Строителен факултет, ВСУ „Любен Каравелов“, София. Научни интереси: Модели-ране и проектиране на строителни конструкции, изследване на нелинейно поведение с помощта на програмните продукти SAP 2000, Tower и Stadyps. Антисеизмично осигуряване на сгради и съоръжения.

Веселин Славчев Славчев, Mаг. инж. спе-циалност „Промишлено и гражданско строител-ство“ (2002 г.), Доктор (2012 г.), Доцент (2015 г.), катедра „Строителни конструкции“, Строителен факултет, ВСУ „Любен Каравелов“, София. На-учни интереси: проектиране, обследване, възста-новяване и усилване на строителни конструкции.

Веселка Маринова Иванчева, Mаг. инж. спе-циалност „Електронна техника“ (1978 г.), доктор (2000 г.), доцент (2002 г.), катедра „Електроизмер-вателна техника“, Факултет Авоматика, ТУ-Со-фия. Научни интереси: електрически измервания и измервания на неелектрични величини.

603

RESEARCH OF STRAINS AND MECHANICAL STRESSES IN REINFORCED CONCRETE ELEMENTS, SUBJECTED TO BENDING

Ivan Ivanchev 1), Veselin Slavchev 2), Veselka Ivancheva 3) 1) University of Structural Engineering & Architecture(VSU) „Lyuben Karavelov“ - Sofia,

iivanchev@mail.bg, www.vsu.bg2) University of Structural Engineering & Architecture(VSU) „Lyuben Karavelov“ - Sofia,

slavchev@vsu.bg, www.vsu.bg3) Technical University of Sofia, Faculty of Automatics,

vivancheva@tu-sofia.bg, www.tu-sofia.bg

Abstract: In this paper are described the experimental research studies performed to determine the strains and mechanical stresses in the concrete elements subjected to bending. The measurement was done with strain gages. The results obtained were processed with Matlab.

Key words: strains, mechanical stresses, reinforced concrete elements, strain gauges..

References:[1] Daalov T., B. Daalov, Rakovodstvo za

proektirane na stmanobetonni konstrukcii po Evrokod 2, VSU “L. Karavelov”, 2010, ISBN: 978 954 331 029 6.

[2] Guglev R., T. Daalovq B. Slavchev и dr., Rakovodstvo za proektirane na betonni I stomanobetonni konstrukcii ot obiknoven beton, NISI Sofia, 2014, ISBN 978 619 90296 1 9.

[3] Eurocode 2, Design of concrete structures.[4] Gurov N., Elenkov A., Ivancheva V., Milu-

shev G., Stojanov N., Tzvetkov P., Rakovodstvoza laboratorni upragnenia po Elektricheski izmervani-ja”, I I II, Изд. TU, 2012 г., ISBN 954-438-562-2

[5] Radev H., I dr., Metrologia I izmervatelna tehnika, kniga spravochnik v tri toma, tom 1, 2, 3, Softtreid, Sofia, 2012, ISBN 978-954-334-077-4.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛьНых ДЕФОРМАЦИЙ И МЕхАНИЧЕСКИх НАПРЯЖЕНИЙ В ЖЕЛЕЗОБЕТОННых

эЛЕМЕНТАх, ПОДВЕРГАЕМых СГИБАНИю

Иван Иванчев 1), Веселин Славчев 2), Веселка Иванчева 3) 1) ВСУ-„Любен Каравелов”, София, Строительный факультет, iivanchev@mail.bg, www.vsu.bg

2) ВСУ-„Любен Каравелов”, София, Строительный факультет, slavchev@vsu.bg, www.vsu.bg3) ТУ- София, Факультет Автоматики, vivancheva@tu-sofia.bg, www.tu-sofia.bg

Резюме: В докладе описаны экспериментальные исследования, проведенные для определения относительной деформации и механических напряжений в железобетонных элементах, подвергаемых сгибанию. Измерение проведено тензодатчиками. Полученные результаты обработаны программой Matlab.

Ключевые слова: относительные деформации, механические напряжения, железобетонные элементы, тензодатчики