Ispitivanje konstrukcija

PISMENI I USMENI DIO ISPITA ISPITIVANJE KONSTRUKCIJA DŢAJIĆ SAFET HADŢIĆ ALADIN 1. KADA POĈINJU PRVA ISPITIVANJA, GDJE SE IZVODE I KADA ? Još u 15 st. Leonardo da Vinči vršio je ispitivanja različitih oblika konstrukcije, vlačne čvrstoće, savijanja greda i nosivih stubova. Galileo Galilei je utemeljitelj ispitivanja. Galileo Galilei provodi eksperimente vezane uz: slobodni pad i kretanje niz kosinu, mjeri vlastitu frekvenciju i vrijeme titranja klatna, savijanje i rastezanje štapova. Na temelju vlastitih eksperimenata pokušavao je pronaći proračunske metode koje bi opisivale ponašanje konstrukcija pod opterećenjem. Metode koje je postavio Galilei sadržavale su brojne netačnosti iako su bile, principijelno, pravilno postavljene. Razlog tome je što tad još nije bio poznat zakon o elastičnosti. 1676. god. Huk je formulirao fizički zakon elastičnosti. Značaj i potreba ispitivanja konstrukcija ogleda se u ocjeni stanja konstrukcije, a takoĎe i provjeri tačnosti teorijskih pretpostavki. Ispitivanjem se mogu utvrditi pojave koje se teorijski nisu mogle utvrditi ili se čak nisu mogle niti obuhvatiti. 2. OBJASNI TEMELJNI ZAKON ISPITIVANJA KONSTRUKCIJA (DEFORMACIJA – NAPREZANJE), KO GA JE RAZVIO I KAKAV JE ODNOS IZMEĐU DEFORMACIJE I NAPREZANJA ? Temeljni zakon ispitivanja konstrukcija poznat je još kao Hukov zakon. Huk je normirane šipke (epruvete) opteretio aksijalnom silom i mjerio je promjenu njihove dužine, apsolutnu deformaciju Δl, s promjenom aksijalne sile F. Iz ovih podataka dobijena je promjena napona.

Izduženje aksijalno napregnutog štapa na oba kraja

Dijagram napon – dilatacija za odreĎeni materijal

(

)

(

)

(

) 1

3. KADA POĈINJU ISPITIVANJA NA MODELIMA I KAKO SE IZVODI ANALIZA KONSTRUKCIJE ? Modeli se koriste za prikazivanje realnih ili apstrsaktnih objekata i pojava ne samo s ciljem stvaranja slike nego za prikaz strukture ili svojstva. Ispitivanja na modelima datiraju još iz vremena MikelanĎela i Leonarda da Vinčija. U 18 st. Danizi je ispitao model luka i pokazao da se luk lomi na četiri a ne na tri oblasti. Da bismo mogli upotrebljavati modele pri eksperimentalnom ispitivanju konstrukcija, neophodno je prethodno jasno definirati matematičke veze izmeĎu modela i prototipa. Analiza rezultata ispitivanja treba dati predstavu o naponsko - deformacionom stanju. 4. OBJASNI NAPREZANJA I DEFORMACIJE PRI SAVIJANJU GREDE . Pri savijanju silama, deformacija grede javlja se u vidu ugiba tj. dolazi do pomijeranja težišta, odnosno neutralne linije poprečnog presjeka u pravcu dejstva sile.

Osa grede se deformiše pri savijanju i javlja se ugib, kao popratna pojava javlja se pritisak na gornjoj strani grede a na donjoj zatezanje ako sila djeluje odozgo prema dolje, a može biti i obratno. Ugib je pomijeranje neke tačke grede normalno na njenu osu, a nagib je ugao zakretanja poprečnog presjeka u odnosu na prvobitni položaj. Naponi se javljaju usljed sopstvene težine, korisnog opterećenja i promjenljivog opterećenja. (

)

(

) ( (

) ) 2

5. KADA POĈINJE ISPITIVANJE ŢELJEZNIĈKIH MOSTOVA, IZVODI I KOJA SE METODA ISPITIVANJA KORISTILA ?

GDJE

SE

Ispitivanje željezničkih mostova se najčešće vrši na modelima, tako da je osnovna metoda eksperimentalno modeliranje. Ispitivanje željezničkih mostova se izvodi putem tenzometra i tenzometrijskih traka, zatim ultrazvučnom defektoskopijom. Obje ove metode su mobilne, odnosno mogu se izvoditi na terenu i u laboratoriju. Ispitivanje željezničkih mostova se vrši i putem statičkog i dinamičkog ispitivanja i to na način da se opterećenje na most prenosi putem lokomotive. Osnovne tačke ispitivanja su oslonci (obalni i srednji) i sredina raspona nosača gdje su najveći momenti. Ispitivanje mostova počinje od početka graĎenja modela. Prvo ispitivanje željezničkog mosta izvršeno je u Engleskoj na jednokolosječnom željezničkom mostu na modelu izraĎenom u mjerilu 1 : 6. 6. KOJA JE OSNOVNA SVRHA ISPITIVANJA I ŠTA SE ISPITIVANJEM UTVRĐUJE ? Osnovna svrha ispitivanja je utvrĎivanje stanja nosivosti i ono se vrši na novim i starim konstrukcijama kao i pri prijemu neke konstrukcije. Ispitivanjem se utvrĎuje nosivost, pomaci, naprezanje i deformacije u kritičnim dijelovima konstrukcije. Poslije ispitivanja piše se izvještaj o ispitivanju. Na osnovu dobivenih rezultata utvrĎujemo da li konstrukcija odgovara traženim zahtjevima. 7. KADA SE IZVODI ISPITIVANJE KONSTRUKCIJE ILI OBJEKTA ? Ispitivanja mogu biti u toku gradnje i pri završetku graĎenja, ili fazna kada to investitor zahtijeva. Ispitivanje se takoĎer vrši i u toku eksploatacije, kao i poslije izvršenog renoviranja neke oštećene konstrukcije. Ispitivanje je neophodno primijeniti i ako se vrše bilo kakve promjene na konstrukciji koje zahtijevaju dodatni kapacitet nosivosti, kao i za bilo kakva izlaganja konstrukcije projektom nepredviĎenim opterećenjima, recimo kod mostova mogućnost privremenog korištenja konstrukcije za veća saobraćajna opterećenja. 8. NAVEDI I OBJASNI METODE ISPITIVANJA KONSTRUKCIJE . Osnovna podjela metoda ispitivanja je na razarajuće i nerazarajuće. Kod razarajuće metode uzimamo uzorak iz konstrukcije. Razorne metode su najčešće primjenjuju u laboratoriju, na elementima konstrukcija i modelima) a nerazorne na gotovim objektima. U razorne metode ispitivanja spadaju ispitivanja na: pritisak, zatezanje, savijanje, uvijanje, izvijanje, ispitivanje tvrdoće, metalografska metoda. Nerazornim se ispitivanjem mogu do odreĎene granice potvrditi pretpostavke proračuna, ali se zaključak o ponašanju ne smije ekstrapolirati na stanje u kojem će se konstrukcija naći u daljnjim fazama ispitivanja koje dovode do sloma. U nerazarajuće metode spadaju: gamografija, metoda korištenja x - zraka, ultrazvučna defektoskopija, magnetno ispitivanje, metode penetracije, akustične metode, površinsko ispitivanje, tenzometrijske metode pomoću traka, ispitivanje propustljivosti, statičke i dinamičke metode itd.

3

9. PREMA VRSTI ISPITIVANJA ?

DJELOVANJA

OPTEREĆENJA

KOJA

MOGU

BITI

Prema vrsti djelovanja opterećenja, ispitivanje može biti: 1. Statičko – Statičkim ispitivanjem nazivamo ono kod kojeg konstrukciju opterećujemo i rasterećujemo postepeno tako da se inercijalne sile koje se javljaju u česticama mogu zanemariti. Svrha ovog ispitivanja je da se utvrdi reakcija konstrukcije na date sile. Ispitivanje statičkih parametara obuhvata mjerenje deformacija i pomaka. 2. Dinamičko – Pod dinamičkim ispitivanjem podrazumjevamo brzo nanošenje opterećenja tako da se inercijalne sile ne mogu zanemariti. Dinamičko ispitivanje vrši se pri eksperimentalnom dinamičkom opterećenju koje može biti: udarno (impulsno) i vibraciono. Najčešća dinamička djelovanja su: opterećenje vjetrom, potresom, radom strojeva. 10. KOJA MOGU BITI ISPITIVANJA PREMA LOKACIJI ? Ispitivanja prema lokaciji mogu se podjeliti na: 1. laboratorijska, 2. terenska i 3. kombinovana. Kod laboratorijskih ispitivanja koristi se metoda modela. Savremene laboratorije posjeduju opremu za opterećenje kojom se mogu simulirati sva djelovanja kojim je konstrukcija izložena. Mana laboratorijskih ispitivanja je ta što se ne mogu uvijek stvoriti uvjeti kojim je konstrukcija izložena u eksploataciji. Terenska ispitivanja se izvode na licu mjesta na realnoj konstrukciji. Specifičnost terenskog ispitivanja jeste da se na konstrukciju mogu postaviti instrumenti tokom dužeg perioda, koji daju rezultate mjerenja u tom periodu. Razlika izmeĎu terenskih i laboratorijskih ispitivanja je ta što je kod terenskih ispitivanja konstrukcija u prirodnoj veličini, dok kod laboratorijskih ispitivanja u najvećem slučaju to nije moguće. Odabir ispitivanja zavisi od konstrukcije. 11. PREMA VREMENSKOM TRAJANJU KOJA IM JE SVRHA ?

KOJA

ISPITIVANJA POSTOJE I

Prema vremenskom trajanju ispitivanja, imamo: 1. Kratkotrajna ispitivanja – Ispitivanje kod kojih ne dolaze do izražaja reološke pojave i kod kojih su djelovanja u odnosu na trajnost konstrukcije kratkog trajanja. 2. Povremena ispitivanja – Ukoliko se ukaže potreba za provjerom. 3. Dugotrajna ispitivanja – UtvrĎuju se dugotrajni učinci na konstrukciju izloženu dugotrajnim djelovanjima kao što su skupljanje i puzanje betona, relaksacija čelika, zamor, korozija čelika.

4

12. KOJA SU ISPITIVANJA S OBZIROM NA DJELOVANJE OPTEREĆENJA S KOJIM SE KONSTRUKCIJA ISPITUJE ? S obzirom na djelovanje opterećenja s kojim se konstrukcija ispituje imamo: 1. Normalna ispitivanja, 2. Posebna ispitivanja i 3. Izuzetna ispitivanja. 13. OBJASNI NORMALNA, KONSTRUKCIJA .

POSEBNA,

I

IZUZETNA

ISPITIVANJA

Normalna ispitivanja – Djelovanje ne prelazi nivo karakterističnog djelovanja, ali nastoji biti što bliže tj. FT = (0,9 – 1,0) FN. Posebna ispitivanja – Nivo djelovanja prelazi nivo karakterističnog djelovanja za neki manji iznos, tj. konstukcija se malo preopterećuje, no ne oštećuje tj. FT=(1,1–1,15) FN. Izuzetna ispitivanja – Nivo djelovanja prelazi do 30 % nivo karakterističnog djelovanja tj. FT = (1,15 – 1,30) FN. 14. KO MOŢE ZAHTIJEVATI DA SE IZVEDE ISPITIVANJE I ZBOG ĈEGA ? IzvoĎenje ispitivanja može zahtijevati: 1. Investitor – ako utvrdi da izvoĎač ne gradi prema projektu, ne postiže zahtijevanu kvalitetu ugraĎenog materijala, ne ispituje materijale koje ugraĎuje, ugraĎuje materijale za koje nema ateste odnosno u slučaju bilo kakve sumnje u gradnju. 2. Izvođač – ako sumnja u kvalitetu radova ili nabavljenih materijala (unatoč atestima), u slučaju da radove preuzima od prethodnog izvošača, kod izvoĎenja interpolacije u gradskom području. 3. Projektant – ako se navodi u projektu, ako se izvoĎač ne pridržava odredbi iz projekta, ako sumnja u način ispitivanja. 4. Građ. inspektor – ako utvrdi da je došlo do odstupanja od projekta, da se ugraĎuju materijali bez atesta, da postoji sumnja u kvalitet radova. 5. Vlasnici susjednih građevina – ako je nova graĎevina uzrok odreĎenih smetnji u njihovim graĎevinama. 15. KOJI SU RAZLOZI DA SE KONSTRUKCIJA PRETPOSTAVKE U PRORAĈUNIMA) ?

ISPITUJE (NAVEDI I

Razlozi da se konstrukcija ispituje mogu biti: 1. Redoviti razlozi – Provjera usklaĎenosti proračuna sa stanjem konstrukcije (proračun konstrukcije provodi se uz odreĎene pretpostavke koje su manje - više tačne), provjera kvalitete izvedenih radova u odnosu na predviĎeno, utvrĎivanje nosivosti, utvrĎivanje upotrebljivosti itd. 2. Posebni razlozi – Inovativni materijali nepoznatih ponašanja, inovativne vrste nosivih konstrukcija, projektiranje utemeljeno na ispitivanju, rekonstruirane konstrukcije, konstrukcije sa nedovoljno podataka. Npr. : pretpostavka ravnih presjeka je samo dobra aproksimacija pretpostavke o elastičnom ponašanju materijala i upotrebljava se samo u odreĎenim granicama. 5

16. KAREKTERISTIKE STATIĈKOG ISPITIVANJA . Statičkim ispitivanjem nazivamo ono kod kojih konstrukciju opterećujemo i rasterećujemo postepeno tako da se inercijalne sile koje se javljaju u česticama mogu zanemariti. Svrha ovog ispitivanja jeste da se utvrdi reakcija konstrukcije na odreĎena statička opterećenja predviĎena statičkim proračunom. Ispitivanje statičkih parametara obuhvata mjerenje deformacija i pomaka.

Statičko ispitivanje konstrukcija direktnim nanošenjem komadnog opterećenja

17. ŠTA JE GRANIĈNO STANJE NOSIVOSTI, OBJASNI ? Prema Evropskim normama za djelovanje na konstrukcije EC 1, granična stanja nosivosti su ona stanja koja se dovode u vezu sa slomom ili nekim drugim načinom otkazivanja konstrukcije. Granično stanje nosivosti uključuje: 1. gubitak ravnoteže konstrukcije ili nekog njenog dijela, 2. otkazivanje konstrukcije zbog velikih deformacija, 3. propadanje zbog zamora ili drugih učinaka ovisnih o vremenu. 18. ŠTA JE GRANIĈNO STANJE UPOTEBLJIVOSTI, OBJASNI ? Granično stanje upotrebljivosti definira se kao stanje u kojem više nisu udovoljeni odreĎeni upotrebni zahtjevi za konstrukciju. Nepovratno granično stanje upotrebljivosti je ono koje ostaje trajno i kad se otklone djelovanja koja su ga izazvala. Ispitivanje graničnog stanja upotrebljivosti se sprovodi s obzirom na : 1. 2. 3. 4. 5.

pojavu pomaka i deformacija (progiba), pojavu raspucavanja i širinu pukotina, funkcionalnost i estetski izgled, udobnost upotrebe za korisnike, očuvanje zdravlja korisnika (npr. izloženost vibracijama).

6

19. KADA JE KONSTRUKCIJA TEHNIĈKI ISPRAVNA S OBZIROM NA ZAOSTALI UGIB (PROGIB) I KOJI SU KRITERIJI ? Konstrukcija izložena pokusnom opterećenju zadovoljava uvjete za tehnički ispravnu konstrukciju: 1. ako su izmjereni progibi na mjestima najvećih utjecaja manji ili jednaki proračunskim progibima pod pokusnim kratkotrajnim opterećenjem, 2. ako su izmjereni zaostali progibi nakon 16 h od rasterećenja manji od:  15 % najvećih izmjerenih progiba (čelične i spregnute konstrukcije)  20 % najvećih izmjerenih progiba (prednapete konstrukcije)  25 % najvećih izmjerenih progiba (armiranobetonske konstrukcije)  30 % najvećih izmjerenih progiba (drvene konstrukcije)  40 % najvećih izmjerenih progiba (konstrukcije od plastičnih materijala), 3. ako je širina izmjerenih pukotina kod armiranobetonskih konstrukcija za projektna opterećenja manja od dozvoljene veličine, 4. ako se veličina izmjerenih progiba može ocijeniti kao takva da ne utječe na funkcionalnost i estetski izgled konstrukcije. 20. KAKO SE IZVODI ISPITIVANJE GREDE ? Gredni nosači (prosta greda, obostrano uklještena greda...) su veoma česti konstruktivni elementi, pa je neophodno poznavati njihovo ponašanje pod opterećenjem, kao i način i principe ispitivanja njihovog ponašanja. Za grede se mjerenjima lako mogu odrediti opšte, elastične, krajnje i zaostale deformacije. Greda se pri tome ispituje u tri stanja: 1. prije nanošenja opterećenja, 2. pod opterećenjem, 3. poslije rasterećenja grede. Elastične deformacije se dobiju razlikom očitanih podataka dobivenih poslije rasterećenja i pod opterećenjem. Zaostale deformacije se dobiju razlikom očitanih podataka dobivenih poslije rasterećenja grede i prije nanošenja opterećenja. Krajnje deformacije se dobiju razlikom očitanih podataka pod opterećenjem i poslije rasterećenja grede. Postavljanje instrumenata – Instrumenti za mjerenje opštih deformacija se postavljaju na mjestima gdje se očekuju najveći ugibi (nad osloncem i u sredini grede) i najveće promjene elastične linije. Veoma često se ureĎaji za mjerenje ugiba ne mogu postaviti direktno nad osloncima, pa se oni postavljaju na odstojanju a1 i a2 od oslonca ka sredini grede. Instrumenti za mjerenje lokalnih deformacija se postavljaju na mjestima gdje se očekuju najveće deformacije (sredina grede za q = const.). Najbitniji princip kod mjerenja lokalnih deformacija je princip opasavanja presjeka, koji podrazumijeva pravilan raspored instrumenata po obimu presjeka. Deformetar stavljamo na ogoljenu armaturu, da ne bi imali nepotrebna mjerenja usljed otvaranja prslina (npr. da beton nosi zatezanje 12 MPa). 7

(

)

(

)

(

)

21. PRIKAZATI IZBOR SHEME OPTEREĆENJA KOD ISPITIVANJA . Oslanjanje grede pri ispitivanju mora da odgovara računski usvojenom načinu oslanjanja: pokretan oslonac, nepokretan oslonac, uklještenje. Za gredu koju ispitujemo moramo napraviti sheme opterećenja koje se dešavaju u eksploataciji. Na sljedećim slikama prikazane su neke od mogućih shema opterećenja.

22. GLAVNE SHEME OPTEREĆENJA PRI ISPITIVANJU PLOĈA . U zavisnosti od zadatka ispitivanja i konturnih uslova opterećenje se rasporeĎuje po ploči. Cilj nam je da: 1. što efikasnije postignemo ekstremne projektovane uticaje, 2. ostvarimo što bolji učinak opterećenja, da nam pravilan položaj opterećenja daje veće uticaje. 8

Ploče sistema proste grede

Ovakvu ploču dovoljno je opteretiti na dužini 1,5 * lx sa obje strane posmatranog presjeka (1-1). Opterećenje se nanosi u fazama i to: I q = 0,5 kN/m2; II q = 1,0 kN/m2; III q = 1,5 kN/m2; II' q = 1,0 kN/m2; I' q = 0,5 kN/m2; 0' q = 0 kN/m2. Kontinuirane ploče – ploče nosive u jednom pravcu. Ploče su oslonjene na podvlake ili zidove.

Opterećenje se prvo nanosi na dužini ploče 1,5 * l lijevo i desno od posmatranog presjeka, a u narednim fazama i na ostale dijelove ploče sa kojih će se povećati traženi uticaji (na dužini 3 * l). 9

Krstasto armirane ploče – Prenose opterećenje u oba pravca.  opterećenje polja se vrši po fazama, a opterećuju se po principu šahovske table,  negativni momenti nad osloncem.

Pečurkaste ploče – Računamo ih preko zamjenjujućih ramova.

10

23. SHEME OPTEREĆENJA PRI ISPITIVANJU LUKA I REŠETKE . Pri ispitivanju luka prvo se nanosi opterećenje na polovinu raspona i mjere deformacije, zatim se nanosi opterećenje na drugu polovinu luka i ponovo se mjere deformacije. Na kraju se rasterećuje i druga polovina luka i vrši se analiza deformacija. Kod sheme opterećenja rešetke, potrebno je opteretiti rešetku sa jednako podjeljenim opterećenjem u svakom čvoru cijelog raspona.

24. ISPITIVANJE I MJERENJE UGIBA, VRSTE INSTRUMENETA ZA MJERENJE UGIBA . Ugib je pomjeranje neke tačke grede normalno na njenu osu. Za mjerenje ugiba koriste se sljedeći instrumenti: 1. precizni nivelman (nivelir), 2. ugibomjer. Nivelirom se mjere ugibi konstrukcije kako u laboratoriji tako i na terenu. Na posmatranu tačku se postavlja letva sa milimetarskom podjelom i vrši se očitavanje tzv. horizontalnom vizurom.

Mjerenje ugiba nivelirom 11

Ugibomjerom se postiže zadovoljavajuća tačnost mjerenja. Jednostavne je konstrukcije i lak je za primjenu. Pomjeranje neke tačke konstrukcije se prenosi neposredno preko glave pipka, te na taj način očitavamo pomjeranje.

Ugibomjer 25. ISPITIVANJE GREDE NA SAVIJANJE, ODREĐIVANJE NAPREZANJA I DEFORMACIJA I DUŢINSKIH DILATACIJA IZNAD I ISPOD NEUTRALNE LINIJE . Veličine napona u poprečnom presjeku odreĎene se transverzalnom silom i napadnim momentom u tom presjeku. Ovaj slučaj naprezanja zove se čisto savijanje. Da bismo uradili raspodjelu unutarnjih sila po površini presjeka moramo posmatrati deformaciju grede. Deformacije pratimo pomoću instrumenata (elektromehanički mjerači) postavljenih na oslonce grede i u sredini raspona kako je to prikazano na slici.

Mjerenje deformacija na gredi Elektromehanički ureĎaji su povezani sa odgovarajućim računarskim programom za prikupljanje podataka. Na gornjoj plohi (1 i 2) mjere se tlačne deformacije, a na donjoj (3 i 4) vlačne deformacije. Na prednjoj strani grede (5, 6, 7 i 8) bilježe se mjerenja grede u sredini raspona, a iznad ležajeva (9 i 10) postavljamo mjerne ureĎaje kako bi se eliminisao eventualni utjecaj pomaka konstrukcije nad njima. Broj 11 služi za mjerenje progiba i nalazi se na sredini grede. Intenzitet nanešene sile očitava se na presi. 12

26. KAKO SE IZVODI STATIĈKO, A KAKO DINAMIĈKO ISPITIVANJE A.B. KONTRUKCIJE ? A.B. konstrukcije pri ispitivanju karakterišu dvije faze: 1. predpukotinska faza u kojoj se konstrukcija ponaša elastično, 2. pukotinska u kojoj dolazi do raspuknuća vlačnog područja. Kod statičkog ispitivanja mjere se pomaci i deformacije, gdje se opterećenje nanosi postepeno, što znači da se opterećenje na AB konstrukciju vrši u nekoliko koraka (najmanje 4 kod ispitivanja upoterbljivosti a najmanje 10 koraka kod ispitivanja nosivosti.

Metoda nanošenja statičkog opterećenja

Metoda nanošenja statičkog opterećenja

preko poluge

užetom

Što se tiče dinamičkog ispitivanja ono se bazira na brzom nanošenju opterećenja uzimajući u obzir veličine inercijalnih sila nastalih pri nanošenju. Dinamičko ispitivanje se izvodi putem impulsnog ispitivanja (impuls – udar), prisilnim vibracijama i ispitivanjem na potresnoj platformi. Jedan od načina impulsnog ispitivanja je ispitivanje konstrukcije padom teške mase. Ispitivanje prisilnim vibracijama se izvodi posebnim ureĎajima kojima se konstrukcija pobuĎuje na titranje.

Impulsno ispitivanje padom teške mase

Ispitivanje prisilnim vibracijama

13

27. POKAZATI SLIJED REŢIMA ISPITIVANJA METALNE KONSTRUKCIJE . Posebnosti ispitivanja metalnih konstrukcija se očituju u sljedećem: 1. prije ispitivanja potrebno je provjeriti spojeve i spojna sredstva metalnih konstrukcija te se uvjeriti da su izvedeni sukladno projektu, 2. mjesta za mjerenje deformacija treba odabrati vodeći računa o tome da je glavni cilj mjerenja pri opterećenju utvrĎivanje veličine prosječne vrijednosti deformacija, a ne mjesta na kojima dolazi do njihove koncentracije koja za ponašanje konstrukcijske cjeline nije mjerodavna, 3. kod konstrukcija spojenih vijcima (dalekovodni stubovi) treba očekivati da će pri prvom opterećenju konstrukcije doći do pomaka u spojevima prouzročenim razlikom izmeĎu promjera rupe i promjera spojnog sredstva - to će prouzročiti veće pomake od očekivanih. 4. pri ponovljenom opterećenju u istom smjeru tih zazora više neće biti pa se može očekivati elastično ponašanje. 5. kod metalnih konstrukcija spojenih prednapregnutim vijcima (koji posmične sile prenose trenjem) može tijekom ispitivanja doći do proklizavanja u spoju što prouzrokuje jaki zvučni učinak na koji ispitivači moraju biti psihički spremni kako ne bi došlo do panike. 28. PRIKAZATI SLIJED REŢIMA ISPITIVANJA ZIDANE KONSTRUKCIJE . U laboratoriju se ispituje: 1. 2. 3. 4.

tlačna i vlačna čvrstoća, savijanje u ravnini zida i izvan nje, klizanje po sljubnici morta, lokalno opterećenje na dijelu ploštine zida.

Opterećenje može biti i kombinirano npr. istodobno djelovanje uzdužnih i poprečnih sila te momenata savijanja. S obzirom na smjer opterećenje može biti: 1. jednosmjerno, 2. dvosmjerno. Unifikacija ispitivanja: 1. usklaĎuju se oblici ispitnih uzoraka, 2. režimi opterećenja. Tlačna čvrstoća se ispituje tlačenjem malih uzoraka izraĎenih od nekoliko zidnih elemenata u pravcu visine zida. Vlačna čvrstoća se ispituje na uzorcima istog oblika, ali dijagonalno postavljenim u ureĎaj za ispitivanje tako da tlačenjem uzduž dijagonale prouzroči cijepanje uzorka nakon što je dostignuta njegova vlačna čvrstoća.

14

Ispitivanje tlačne čvrstoće

Ispitivanje vlačne čvrstoće

Ispitivanje zida na savijanje Ispitivanje klizanja po sljubnici morta tj. ispitivanje posmične čvrstoće zida vrši se: a) bez normalnog naprezanja, b) dodavanjem normalnog naprezanja, c) s uvijek prisutnim tlačnim naprezanjem.

Uzorci za odreĎivanje posmične čvrstoće 15

Ispitivanje posmične čvrstoće neke postojeće graĎevine 29. POSTUPAK ISPITIVANJA DRVENE KONSTRUKCIJE . Od svih najčešće upotrebljavanih materijala, drvo je najnehomogenije, a mehanička svojstva mu ovise o vrsti, starosti, vlazi i greškama strukture. Pokusnim opterećenjem ispituju se drvene konstrukcije za koje je ispitivanje predviĎeno projektom. Ispitivanje se obavezno provodi za konzolne konstrukcije istaka 15 m i više, gredne konstrukcije raspona 30 m i više, te lučne konstrukcije dužine luka 60 m i više. Postupak ispitivanja drvenih konstrukcija uključuju: 1. vizuelni pogled oštećenja, 2. utvrĎivanje stanja sloja zaštitnog premaza, 3. utvrĎivanje veličine progiba glavnih nosivih elemenata. 30. KAKO SE IZVODI ISPITIVANJE MOSTA PRIJE PREDAJE U SAOBRAĆAJ ? Po završenoj montaži i poslije završenih radova na opremanju mosta, a prije tehničkog pregleda obavezno treba izvršiti ispitivanje probnim opterećenjem svakog cestovnog mosta raspona > 15 m, svakog željezničkog mosta raspona > 10m. Ispitivanje mosta probnim opterećenjem obuhvata: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

analizu projektne dokumentacije, izradu programa isptivanja, analizu dokumentacije o kvaliteti materijala, pregled mosta, opterećenje, mjerenje, teorijski proračun, izradu izvještaja.

31. METODE ISPITIVANJA MOSTOVA . Kako opterećenje mostova ima statički i dinamički karakter i ispitivanje mostova mora obuhvatiti obje vrste opterećenja. Metode ispitivanja su najčešće metoda pokusnim opterećenjem, a pored toga tu je i eksperimentalno modeliranje. Pokusno opterećenje izvodi se sa statičkim i dinamičkim opterećenjem. Pri statičkom i dinamičkom ispitivanju primjenjuju se dvije metode: razorna i nerazorna, zatim metoda preciznog geometrijskog nivelmana. Statičko ispitivanje vršimo postavljanjem niza vozila na most i promatranjem njihovog dejstva.

16

Cilj nanošenja dinamičkog opterećenja je da odredimo sopstvene frekvencije, amplitudu, prigušenje i dinamički koeficijent. Kod cestovnih mostova prave se vještačke neravnine. Preko njih prelaze teška vozila brzinom 20 km/h, 40 km/h, 60 km/h. Kad se vozila sklone most nastavlja da osciluje, za te oscilacije odreĎujemo T – period i pratimo oscilacije. Kod željezničkih mostova opterećenje je kompozicija koja prelazi brzinom 30 km/h, 60 km/h ili 90 km/h.

Statičko ispitivanje mosta 32. PRIKAŢI POSTAVLJANJE SONDI - MJERNIH MJESTA NA KONSTRUKCIJI MOSTA . Da bi sa uspjehom mogli mjeriti pomake i deformacije neophodno je znati osnovnu geodetsku mrežu. Tačke na mostu tj. mjerna mjesta odreĎuju se na osnovu plana koji je rezultat rada geodeta, geologa i projektanta. Prema slici, predviĎaju se mjerenja vertikalnih pomaka iznad ležajeva uzdužnog nosača, na polovinama otvora, a kod najvećeg raspona i na četvrtinama. Osim vertikalnih pomaka, na četiri mjesta (iznad temelja stubova) opažali bi se i horizontalni pomaci.

Stabilizacija tačaka je takva da sa terenom čine jednu homogenu cjelinu, s ciljem da ostanu nepromjenjena. Stabilizacija se vrši u obliku betonskog stuba u čiji vrh je ubetoniran vijak za postavljanje mjernih sondi. 17

33. KAKO SE ISPITUJU POSTUPAK MJERENJA ?

ŢELJZNIĈKI

MOSTOVI, OBJASNI METODE I

Ispitivanje mostova općenito se bazira na statičkoj i dinamičkoj metodi ispitivanja, pa samim tim i ispitivanje željzničkih mostova se bazira na tome. Ispitivanja željezničkih mostova se dijele na: 1. ispitivanja prema učestalosti:  redovna,  kontrolna mjerenja. 2. ispitivanje prema načinu djelovanja opterećenja:  normalna,  posebna,  izuzetna. 3. ispitivanja prema prirodi opterećenja:  ispitivanja za osnovna opterećenja,  ispitivanja za incidentna opterećenja. Statičko ispitivanje željezničkog mosta vrši se lokomotivom sa 6 osovina i 3 vagona s max. opterećenjem. Lokomotiva se postavlja u sredini raspona. Sa tenzometrima se mjere naponi i deformacije gornje i donje zone, a klinometrima mjerimo nagibe nad osloncima. Osnovne tačke ispitivanja su oslonci (obalni i srednji) i sredina raspona nosača gdje su najveći momenti. Dobivene vrijednosti uporeĎujemo sa proračunski dozvoljenim vrijednostima. Kod dinamičkog ispitivanja se koristi isto opterećenje s tim da se lokomotiva kreće brzinom 30 km/h, 60 km/h, ili 90 km/h. Mjerna mjesta su identična kao i kod statičkog ispitivanja. 34. PRIKAZATI ISPITIVANJE KRANSKIH STAZA, DINAMIĈKO I STATIĈKO . Kranske staze ili nosači dizalica su elementi koji se postavljaju neposredno ispod šina i služe kao noseća konstrukcija po kojoj se kreće dizalica. Njihovo oslanjanje vrši se direktno preko stubova ili preko konzola kod okvirnih glavnih nosača hala. Kod hala sa velikim razmakom stubova oslanjanje se može vršiti i preko ispusta iz krovne rešetke. Nosači dizalica najčešće su statičkog sistema proste grede, a takoĎe se izvode i kao kontinuirani nosači, a rijetko kao Gerberovi nosači. Za preporuku je primjena sistema proste grede zbog niza nesumljivih prednosti kao što su: jednostavnija statička analiza, jeftinija radionička izrada i lakša montaža. Najčešće konstruktivno riješenje za kranske staze je u vidu punog I nosača (valjanog ili formiranog zavarivanjem). Ispitivanje kranskih staza u terenskim uvjetima je propisano i obavezno. Ono se izvodi kao ispitivanje kontinuiranog nosača ili kao slobodno oslonjene grede. Teret se smjesti što bliže kranskoj stazi, a zatim se kran pomjera u položaje koji daju najveće momente savijanja, odnosno poprečne sile u karekterističnim presjecima. Dinamičko ispitivanje se izvodi slično statičkom s tim da se staze naglo opterćuju s naglim spuštanjem tereta.

18

Ispitivanje kranske staze 35. PRIKAZATI POSTUPAK ISPITIVANJA U LABORATORIJI I NA TERENU . Ispitivanja na graĎevinskim konstrukcijama vrše se na način da se konstrukcije opterećuju teretom koji zamjenjuje stvarno djelovanje. Ispitivanja konstrukcija u stvarnoj veličini se mogu ispitivati na terenu i/ili u laboratoriji. Instrumenti za ispitivanje konstrukcija u laboratorijama su razne prese, kidalice, potresne platforme i sl. Primjer ispitivanja u laboratoriji - Postupci elastičnog odskakanja odreĎuju tvrdoću posrednim putem, tj. preko ispitivanja elastičnih svojstava površine datog materijala. S obzirom da se ta svojstva kod materijala čiji moduli nemaju slične vrijednosti kao što su na primjer: guma, drvo, kamen, čelik, itd., osjetno razlikuju, to i podaci o tvrdoći zasnovani na njima pokazuju velika kolebanja i ne treba ih meĎusobno uporeĎivati, pošto bi se inače mogao izvesti pogrešan zaključak. Za ova ispitivanja se najčešće koristi Šorov skleroskop koji je prikazan na sljedećoj slici:

Šorov skleroskop: 1. staklena cijev; 2. teg; 3.uzorak; 4. postolje 19

Primjer ispitivanja na terenu: Dinamičko ispitivanje konstrukcije impulsom koji izravno horizontalno djeluje na konstrukciju naglim otpuštanjem tereta.

36. KAKO SE IZVODI ISPITIVANJE KONSTRUKCIJE NA MODELU ? Veoma važan faktor za ispitivanje na modelima jeste izbor razmjere za model. To nam kazuje da s obzirom na veličinu, ispitivanja mogu da budu prototipska i modelska. Mjerilo nam služi za uspostavljanje sličnih osobina modela i realne konstrukcije. Ispitivanja na modelima se vrše u laboratorijama sa konstantnim vremenskim uslovima za razliku od ispitivanja na realnim konstrukcijama.

Ispitivanje modela bandere 37. KAKVO MOŢE BITI MODELIRANJE KONSTRUKCIJE I POJASNI OSNOVE POZNATIH METODA ? Modeliranje može biti: 1. inžinjersko – matematičko, 2. fizikalno i 3. mehaničko. Matematičko modeliranje je aproksimiranje stvarnih pojava nekim matematičkim opisom koji više – manje odgovara stvarnoj pojavi. Fizikalno modeliranje se izvodi pomoću pojedinih fizičkih polja npr. električnog koje održava svojstvo objekta odnosno konstrukcije. Mehaničko modeliranje ima svrhu da riješi sljedeće zadatke: pokazivanje ponašanja konstrukcija pod opterećenjem, provjera analitičkog proračuna, provjera tačnosti pretpostavke na kojima se zasniva data metoda proračuna i eksperimentalni metod proračuna konstrukcije. 38. KAKO SE IZVODI MATEMATIĈKO MODELIRANJE ? Matematičko modeliranje je aproksimiranje stvarnih pojava nekim matematičkim opisom koji više – manje odgovara stvarnoj pojavi. Neki problemi se veoma lako i tačno modeliraju i to: 1. 2. 3. 4.

računanje zapremine konstrukcija, problemi malih brzina krutih tijela, ali postoje i složeniji problemi, problemi pri velikim brzinama (npr. otpor zraka), meĎudjelovanje tijela i tekućina. 20

Prilikom modeliranja služimo se terminima: aproksimacija, numerička analiza i uvod u programiranje. Valjanost našeg matematičkog modela procjenjujemo njegovim uporeĎivanjem sa stvarnom konstrukcijom. Npr. savijanje grede, matematički model koji opisuje savijanje je diferencijalna jednačina drugog reda. Rješavanjem te jednačine dobijamo dobar opis savijanja grede kad su progibi mali i kad je ponašanje materijala linearno elastično. 39. KAKO SE IZVODI FIZIKALNO MODELIRANJE ? Fizikalno modeliranje se izvodi pomoću pojedinih fizičkih polja npr. električnog koje održava svojstvo objekta odnosno konstrukcije. Fizikalno modeliranje se provelo u vjetrovnom tunelu na modelu koji je napravljen u mjerilu 1:5 – 1:50 u strogo kontrolisanim uvjetima. Prilikom mjerenja u vjetrovnom tunelu izvršeno je mjerenje polja brzina uz ispitivano tijelo, te mjerenje ukupne sile koja djeluje na model. Za analizu kod fizikalnog modeliranja kod ovog primjera i sličnih njemu u obzir se moraju uzeti znanja o fizikalnim karakteristikama zraka (gustina, pritisak, vlaga itd.). Da bi se rezultati fizikalnog modeliranja mogli primjeniti na sagraĎen objekat potrebno je da postoji hidrodinamička sličnost strujanja izmeĎu modela i prirode. Fizikalno modeliranje predstavlja ispitivanje u centrifugama, potresnim platformama, vjetrovnim tunelima i sl. 40. KOJI SE ZADACI ILI PROVJERE MOGU RJEŠAVATI NA MEHANIĈKIM – FIZIKALNIM MODELIMA ? Mehanički – fizikalni modeli nam služe da bi što tačnije mogli odraziti svojstvo konstrukcije tj. da bi rezultati ispitivanja bili što bliži realnom ponašanju konstrukcije. Mehaničkim – fizikalnim modelima možemo da rješavamo sljedeće zadatke: pokazivanje ponašanja konstrukcija pod opterećenjem, provjera analitičkog proračuna, provjera tačnosti pretpostavke na kojima se zasniva data metoda proračuna i eksperimentalni metod proračuna konstrukcije. 41. PRIKAŢI VEZU IZMEĐU REALNE KONSTRUKCIJE MOSTA I MODELA . Veza izmeĎu realne konstrukcije mosta i modela se zasniva na odreĎivanju razmjere razmatranih veličina: (

)

– vrijednost razmatrane veličine prototipa, – vrijednost razmatrane veličine modela.

Modelska ispitivanja su nezaobilazna u svim granama tehnike uz razvijene analitičke metode. Modelskim ispitivanjem se utvrĎuje stanje deformacija radi odreĎivanja naprezanja i pomaka stvarne konstrukcije. Zajednička veza i cilj modela i realne konstrukcije je pokazivanje ponašanja konstrukcije pod opterećenjem i omogućavanja ekonomičnog graĎenja.

21

42. ŠTA JE BEZDIMENZIONALNA TEORIJA MODELIRANJA I KAKO SE IZVODI ?

ra – razmjera razmatranih veličina, ap – vrijednost razmatrane veličine prototipa, am – vrijednost razmatrane veličine modela. Na osnovu prve i druge teorije sličnosti prikazuju se jednačine u bezdimenzionalnom obliku. 43. KOJI SU TO STATIĈKI INSTRUMENTI ZA ISPITIVANJE KONSTRUKCIJE ? Parametri koji se mjere kod statičkog ispitivanja su: 1. pomak, 2. deformacija i 3. ugao zaokreta. Za mjerenje ovih parametara primjenjuju se instrumenti: 1. za pomak: mehanički, električni, optički, laserski i dr. ureĎaji, mikroure (ugibomjeri), električna induktivna osjetila (LVDT), precizni nivelman (nivelir), 2. za deformacije: tenzometri (mehanički i optički, akustični, elektromehanički, elektrootporni, induktivni), 3. za ugao zaokreta: klinometri (mehanički i električni). 44. SVRHA I VAŢNOST DINAMIĈKOG ISPITIVANJA . Svrha dinamičkih ispitivanja je vrjednovanje različitih modela teorijske dinamičke analize putem odreĎivanja općeg dinamičkog odziva konstrukcijskog sistema na dinamičko djelovanje, kao i odreĎivanje dinamičkih parametara konstrukcije (vlastitih frekvencija, vlastitih oblika titranja i prigušenja). TakoĎer svrhu dinamičkih ispitivanja predstavlja: 1. potvrda sukladnosti ispitanog objekta s teorijskim pretpostavkama i proračunskim modelom graĎevine, 2. prognoza dinamičkog ponašanja za slučaj da graĎevina bude izložena stvarnom dinamičkom djelovanju, 3. otkrivanje nedostataka ili slabih mjesta graĎevine, 4. prognoziranje poslijeelastičnog ponašanja graĎevine. Mjerenje dinamičkih djelovanja važno je zbog: 1. 2. 3. 4.

usavršavanja teorijskih postupaka, osiguranja dinamičke stabilnosti i sigurnosti konstrukcija, osiguravanja izdržljivosti konstrukcija s obzirom na zamor, obezbjeĎivanje udobnosti korisnika graĎevine.

22

45. ŠTA JE DINAMIĈKA KRUTOST KONSTRUKCIJE I O ĈEMU OVISI ? Pod dinamičkom krutosti smatra se krutost kojom se konstrukcija odupire dinamičkom djelovanju. Ona se dobiva ispitivanjem konstrukcija iz vlastitih i prisilnih oscilacija. Dinamička krutost nije funkcija samo izmjerenog poprečnog presjeka konstrukcije nego i masa, frekvencije, vibracija i prigušenja. 46. KOJE POSTOJE VRSTE DINAMIĈKIH ISPITIVANJA ? Vrste dinamičkih ispitivanja su: 1. Impulsno ispitivanje - može se izvesti tako da:  impuls djeluje u tlu na nekoj udaljenosti od graĎevine, npr. putem eksplozije izvedene u bušotini u tlu,  impuls djeluje izravno na zgradu, ; 2. Ispitivanje prisilnim vibracijama; 3. Vibracije okoliša; 4. Ispitivanje na potresnoj platformi; 5. Nazovidinamičko ispitivanje; 6. Ispitivanje zamora konstrukcijskih elemenata pulsatorima. 47. ISPITIVANJE NA POTRESNOM STOLU – VIBROPLATFORMI . Potresna platforma kruta je armiranobetonska ili čelična konstrukcija oslonjena na sistem hidrauličkih presa s mogućnošću pomicanja u jednom ili oba horizontalna smjera i u vertikalnome smjeru. S obzirom na broj mogućih smjerova kretanja, platforme se nazivaju: 1. jednokomponentne, 2. dvokomponentne ili, 3. trokomponentne. Pomaci (odnosno ubrzanje) platforme ostvaruju se elektrohidrauličkim sistemima s pomoću servoventila. Amplituda ubrzanja može se po volji mijenjati: 1. od najmanje pri kojoj će se model na platformi ponašati elastično, 2. do najveće koja će prouzrokovati rušenje modela. Na platformi se ispituju modeli ili prototipi graĎevina.

23

48. KAKO SE ODREĐUJE KOEFICIJENT PRIGUŠENJA IZ HISTEREZNE PETLJE, GRAFIĈKI I MATEMATIĈKI PRIKAZATI ? Histereza je pojava kod koje posljedice izaziva neki uzrok. Ne iščezavaju uklanjanjem uzroka. Osnovu čini Hukov zakon – linearna zavisnost napona i deformacije. Površina histerezne petlje jednaka je energiji utrošenoj za jedan ciklus. Prigušenje oscilacija predstavlja smanjenje amplitude oscilacija s vremenom.

Prigušenje je dato izrazom:

b – koeficijent stvarnog prigušenja, bkr – koeficijent kritičnog prigušenja. 1. ω > A – postepeno prigušenje oscilacija, 2. ω < A – neperiodične oscilacije, 3. ω = A – granične (kritične) oscilacije. ω – učestalost oscilacije, A – koeficijent amortizovanja.

49. ISPITIVANJE ZAMORA ELEMENATA KONSTRUKCIJE . Pod zamorom se podrazumijeva pojava sloma pri dugotrajnom ili kratkotrajnom dinamičkom opterećenju. Ako slom nastupi nakon dužeg izlaganja dinamičkom djelovanju (više od 1000 oscilacija) govori se o dugotrajnom zamoru (djelovanje strojeva), a ako slom nastupi nakon kratkotrajnog djelovanja (manje od 1000 oscilacija) govori se o kratkotrajnom zamoru (djelovanje potresa). Ispitivanje na zamor provodi se tako što se element optereti na pritisak (stub) ili na savijanje (greda). Opterećenje je promjenljivog intenziteta. UreĎaj kojim se izvodi opterećenje naziva se pulsator. Pulsator radi na taj način što bat udara po nekom metalu s obje strane naizmjenično tako da se stvara dinamičko oscilatorno opterećenje koje izaziva izmjenično naprezanje na vlak i tlak, ono dovodi do zamora materijala koje će se prekinuti uslijed naprezanja koje je manje od čvrstoće materijala.

24

50. MJERENJE VIBRACIJA U ZGRADAMA . Čovječiji organizam na različite načine opaža vibracije ovisno o tome nalazi li mu se tijelo u stojećem, sjedećem ili ležećem položaju. Stoga se i mjerenje provodi odvojeno u tri smjera x, y, z. X smjer – kretanje čovjeka ka naprijed, Y smjer – kretanje čovjeka lijevo – desno, Z smjer – kretanje čovjeka noge – glava. Mjerenje se provodi na spoljnoj površini čovječijeg tijela i mjesta koje vibrira. Za mjerenje se koristi akcelerometar. Mjerenje se izvodi u trajanju od nekoliko minuta, kako bi se moglo provesti osrednjavanje podataka i zabilježiti najveće učinke. Za svaki smjer proračunava se srednje kvadratno ubrzanje: {( ) ∫

( )

}

T – trajanje mjerenja, a2w – težinski odreĎeno ubrzanje. Ukupna veličina vibracija proračunava se kao zbir vibracija tri okomita smjera uz množenje popravnim koeficijentima k. (

)

51. KAKO SE ISPITUJU BRANE HIDROELEKTRANA ? Mjerenjem i opažanjem kontrolira se razvoj deformacija, pornih tlakova, procjeĎivanja i naprezanja u tijelu brane. Brane spadaju u grupu objekata kod kojih je zakonom predviĎeno stalno mjerenje deformacija. Instrumenti za osmatranje brana su svrstani u tri grupe: 1. instrumenti i metode za ispitivanje opšteg stanja brane (pomjeranja i obrtanja tačaka ili zona na brani), 2. instrumenti za procjenu naponsko – deformacionog stanja brane (instrumenti se ugraĎuju u branu i tu ostaju, ti specifični deformetri su kablovima povezani sa mjernom stanicom), 3. instrumenti za mjerenje fizičkog stanja brane (potrebno je odrediti dovoljan broj mjesta u brani u kojima će se mjeriti pritisak vode ili nivo vode u njoj ).

25

Instrumenti za procjenu naponsko – deformacionog stanja su: 1. teledeformetar – mjeri deformacije brane: a) akustični teledeformetar, b) elektrodeformatar.

Akustični teledeformetar

Elektrodeformetar

2. teledilatometar – mjeri deformacije brane, 3. teledetektor – registruje pojavu prslina, 4. teletermometar – mjeri temperaturno stanje,

Instrumenti za ispitivanje fizičkog stanja: 1. 2. 3. 4. 5.

pijezometarske cijevi – mjere nivo i porni pritisak, telehidrometar – mjeri nivo i porni pritisak, telehimetar – mjeri količinu vode u cementnom malteru ili betonu, ultrazvučni uređaj – procjenjuje kvalitetu betona, teletermometar – mjeri temperaturno stanje.

52. ŠTA JE MJERENJE MEHANIĈKIH VELIĈINA ELEKTRIĈNIM PUTEM ? Suština mjerenja mehaničkih veličina električnim putem jeste da se pomoću posrednika mehanički parametri pretvaraju u električnu veličinu. Električna mjerenja mehaničkih deformacija (pritisak, istezanje, savijanje) se provode pomoću elektrootpornih mjernih traka koje rade na principu električnog otpora struje koja protiče kroz traku, gdje pod uticajem sile, odnosno mehaničkog opterećenja, dolazi do promjene električnog otpora.

26

53. KAKO SE IZVODI ODREĐIVANJE DEFORMACIJA I NAPREZANJA POMOĆU TENZOMETRIJSKIH TRAKA ? Princip mjerenja deformacija temelji se na osobini žice da mijenja električni otpor proporcionalno promjeni dužine. Deformacija konstrukcije prenosi se na osjetljivi žičani dio mjerne trake, pri čemu se rad mjerne trake temelji na linearnom odnosu izmeĎu promjene električnog otpora i mehaničke dilatacije. Istezanjem otporne žice ona postaje tanja i dulja te joj se prema tome mijenja otpor. Ostane li se pri tome u granicama elastičnosti materijala žice pri prestanku istezanja vrijednost otpora poprima prvobitnu veličinu. Obično je izraĎena kao više paralelnih žičanih elemenata spojenih serijski čvrsto ugraĎenih u plastičnu traku. Ako se takva traka zalijepi za zgradu ili dio stroja tvrdim ljepilom može se pratiti istezanje ili torzija, odnosno mehaničko opterećenje. 54. KOJE SE EKSPERIMENTALNE METODE PRIMJENJUJU U ANALIZI NAPREZANJA I DEFORMACIJA ? Eksperimentalne metode koje se primjenjuju u analizi naprezanja i deformacija su: 1. metoda električnih mjerenja (elektrootporne mjerne trake), 2. naponsko optičke metode (fotoelastična metoda, metoda zamrzavanja naprezanja i deformacija, metoda fotoelastične osjetljive obloge, metoda holografije), 3. Moare (Moire) metoda, 4. metoda krtih lakova, 5. metoda sa tenzometrima (mehaničkim, optičko – mehaničkim, ogledalnim, žičanim). 55. NA KOME ZAKONU ZAPOĈIVA MJERENJE DEFORMACIJA ELEKTRIĈNIM PUTEM ? Elektrootporne mjerne trake rade na principu električnog otpora struje koja kroz njih protiče, gdje pod utjecajem sile, odnosno mehaničkog opterećenja, dolazi do promjene električnog otpora. Ovo je prvi konstatovao Vilijem Tomson (William Thomson) još 1856. godine u Engleskoj. TakoĎer, smatra se da je Lord Kelvin istovremeno dokazao da se električni otpor žice od bakra i željeza mijenja pri izduženju, što predstavlja temeljni princip rada mjerne trake, dok je 1938. godine Sajmons (Edward E. Simmons) pri ispitivanju utjecaja udara na čelični štap, namotaj žice od konstantana nalijepio na površinu štapa i tako snimio dijagram sila – izduženje.

27

56. OPIS MJERNE TRAKE, VRSTE I PRINCIP MJERENJA DEFORMACIJA . Mjernu traku čini tanka žica koja je savijena nekoliko puta i zalijepljena kvalitetnim ljepilom na noseći element, koji može biti od sintetičke mase, metalne folije, papira, itd. Mjerna traka je nalijepljena na konstrukciju tako da se deformacije konstrukcije prenose na osjetljivi dio mjerne trake.

Princip mjerenja deformacija temelji se na osobini žice da mijenja električni otpor proporcionalno promjeni dužine. Deformacija konstrukcije prenosi se na osjetljivi žičani dio mjerne trake, pri čemu se rad mjerne trake temelji na linearnom odnosu izmeĎu promjene električnog otpora i mehaničke dilatacije. Imamo standardne i specijalne mjerne trake. 57. ODREĐIVANJE NAPREZANJA I DEFORMACIJA KADA NIJE POZNAT POLOŢAJ GLAVNIH PRAVACA . Kada nije poznat položaj glavnih pravaca koriste se rozete, gdje se na osnovu očitanih veličina mogu odrediti maksimalne deformacije i naprezanje. Pomoću rozeta mjere se deformacije u najmanje tri pravca. Imamo tri oblika rozeta: 1. delta, 2. pravokutna i 3. lepeza.

Rozete 28

58. ŠTA JE PRETVARAĈ – ELASTIĈNI ELEMENTI, OBLIK I NA KOM PRINCIPU RADI ? Pretvarač je prvi član mjernog sistema koji prima mehaničko opterećenje i pretvara fizikalnu (mehaničku) veličinu u električnu. Na elastičnom elementu pretvarača se lijepe mjerne trake koje preuzimaju dilatacije elastičnog elementa i preko promjene električnog otpora registruju električni signal. Osnovna karakteristika svakog mjernog elementa, kao elastične strukture, sastoji se u tome da dio strukture na kome se lijepe trake mora imati linearnu karakteristiku. Za vrijeme mjerenja opterećenja elastični element treba biti u području elastičnosti (σ < σe) kako ne bi pretrpio plastične deformacije jer bi tada bio neupotrebljiv, a dobiveni rezultati ne bi odgovarali stvarnom stanju. Dimenzije elastičnog elementa na kome se lijepe mjerne trake trebaju biti takve da preuzimaju u cjelosti mjerenu veličinu. To znači da taj dio pretvarača mora imati osobine osjetljivosti na preuzimanje opterećenja koje se putem mjernih traka transformiraju u električnu veličinu.

Elastični element pretvarača

Neki oblici mjernih pretvarača 29

59. OBJASNI MJERNI SISTEM I STRUKTURU MJERNOG LANCA . Eksperimentalna analiza naprezanja i deformacija u realnom vremenu podrazumijeva kontinualno preuzimanje izmjerenih podataka uz istovremeni prikaz i obradu rezultata. Često je potrebno preuzimati podatke od više mjernih mjesta tj. obaviti mjerenja na velikom broju kanala, zašto služe višekanalni mjerni sistemi. MeĎusobnim povezivanjem elemenata mjernog sistema dobije se osnovni mjerni lanac koji ima (slika 17.10.): - davač (pretvarač), - pojačalo i - registrator.

Davač (pretvarač) je najosjetljiviji elemenat mjernog lanca. Pretvarač pretvara mehaničku veličinu u električni oblik. Pojačalo služi za pojačavanje slabog električnog signala dobivenog od pretvarača. Pojačalo može da ima mogućnost podešavanja linearnosti i podešavanje nule (početno stanje se odredi kao nulta vrijednost). Izlazni signal iz pojačala može biti struja ili napon srazmjeran mjerenoj mehaničkoj veličini i digitalni broj koji opisuje vrijednost mjerene veličine. Registrator može biti: pisač, disketa, displej, osciloskop, oscilograf. U suvremenim mjernim sistemima računar služi za prikaz i obradu mjerenih rezultata (slika 17.11.).

30

60. PRIMJENA MJERNIH TRAKA U ANALIZI NAPREZANJA I DEFORMACIJA KOD JEDNOOSNOG I DVOOSNOG NAPREZANJA . -

Jednoosno naprezanje

Maksimalna deformacija se javlja u pravcu djelovanja sile (α=00). 1   max   00 . Deformacija upravna na pravac dejstva sile (α=900).  2   min   900  1 .

Maksimalna naprezanja se javljaju u pravcu djelovanja sile (α=00). 1   max   00 . Naprezanja upravna na pravac djelovanja sile jednaka su nuli (α=900).  2   min   900  0 .     m ax(1  cos 2 ) ;     oo 1    cos 2 1    ; za α=±61º20´→εα=0. 1 2

-

1 2

Dvoosno naprezanje (napregnuto stanje u ravnini)

Veza izmeĎu deformacija u pravcu glavnih osa (ε1 i ε2) i proizvoljnog pravca (   ) kod dvoosnog naprezanja glasi:  

1   2 2



1   2 2

cos 2

(17.17)

Često se u praksi javlja potreba za odreĎivanjem maksimalnih naprezanja σ1, σ2 i pravaca u kojima djeluju. U tom slučaju, da bi se odredili σ1, σ2 i α potrebno je mjeriti deformacije ε u tri poznata pravca (npr. φ = 0˚, 45˚, 90˚), te koristeći tri jednačine odrediti tri nepoznate.

31

Za slučaj izbora kutova φ = 0˚, 45˚, 90˚, izrazi za glavna naprezanja i kut α glase:  1,2  

E 2E (a  c )  (  a   b )2  (  c   b )2 2( 1   ) 2( 1   )

1 2   a   c arctan b 2 a  c

(17.18) (17.19)

εa, εb, εc – odgovaraju deformacijama za φ = 0˚, 45˚, 90˚.

Orijentacija kuta α prema (17.19): 1 z arctan 2 n z  2 b   a   c



n  a  c

32

61. PRIKAŢI MJERNI MOST TZV. WHEATSTON – OV MOST SA OTPORNICIMA I MJERNIM TRAKAMA, OPIS I PRIMJENA . Mjerenje promjene otpora izvodi se instrumentom konstruiranim na osnovu Vistonovog mosta, koji se napaja jednosmjernom strujom. U granama mosta su otpori R1, R2, R3, R4, gdje se u postupku mjerenja nalaze mjerne trake. Kada je mjernih traka manje od četiri tada u granama mosta gdje nema mjernih traka dolaze pasivni otpornici.

Vistonov most Za slučaj uravnoteženog Vistonovog mosta otpori u granama mosta su podešeni tako da je napon UAC = 0, te je protok struje iAC = 0, pa je :

Navedeni odnos prema prethodno napisanom izrazu koristi nultu metodu za mjerenje promjene otpora. Pri promjeni otpora mjerne trake R1 za R1 nastaće neuravnoteženje mosta. Za uravnoteženje mosta treba promjeniti otpor R4 za R4. Prije opterećenja most je bio u ravnoteži tj.

Mjerenjem vrijednosti R4 i za poznati odnos R2 / R3 odredi se vrijednost R1, odnosno dilatacija na mjestu gdje je priljepljena mjerna traka.

33

62. PRIKAŢI POSTAVLJANJE MJERNIH TRAKA KOD KONZOLNIH NOSAĈA 1/4 MOSTA, 1/2 MOSTA I 1/1 (PUNI MOST) . a) veza u 1/4 most

z  UA 

-

z E



MB WB E

,

U K U K UE Kt  z   z E t  M B E t . 4 4E 4WB E

εzp = -νεz (17.30)

Mjerni signal proporcionalan je veličini momenta ili naprezanja. Kompenzacija uticaja temperature nije postignuta, odnosno uticaj temperature unosi greške u mjerenje. Superponirano normalno naprezanje (ukoliko postoji) manifestira se kao greška u mjerenju. b) veza u 1/2 most

UA 

UE U K t ( z   z )  E K t  z . 4 2

(17.31)

34

Karakteristike povezivanja: -

mjerni signal UA je dvostruko veći u odnosu na slučaj (a), uticaj temperature je kompenziran, superponirano normalno opterećenje je kompenzirano. c) veza u 1/1 most

UA 

UE K t ( z   z   z   z )  U E K t  z . 4

(17.32)

Karakteristike povezivanja: -

mjerni signal UA je četiri puta veći u odnosu na slučaj (a), uticaj temperature je kompenziran, superponirano normalno opterećenje je kompenzirano.

63. ZAŠTO SLUŢE ROZETE I KAKAV IMAJU OBLIK ? Za praćenje deformacija u ravni postavljaju se rozete u odreĎenim karakterističnim tačkama konstrukcije. Pomoću rozeta mjere se deformacije u najmanje tri pravca. Kada nije poznat položaj glavnih pravaca koriste se rozete gdje se na osnovu očitanih veličina mogu odrediti maksimalne deformacije i naprezanja. Imamo tri oblika rozeta i to:

35

64. RASPORED MJERNIH TRAKA NA ISPITIVANOJ KONSTRUKCIJI I PROCEDURA MJERENJA DEFORMACIJA . Veliki broj različitih oblika i velična mjernih traka rezultat je njihove prilagodbe različitim problemima. Mjerna traka se lijepi na konstrukciju u odreĎenim tačkama tako da se deformacije konstrukcije prenose na osjetljivi žičani dio trake. Kod jednoosnih mjernih traka treba paziti da se pravac glavnog naprezanja σ1, odnosno σ2 podudara sa pravcem žica na traci, a kod mjerenja na više mjesta konstrukcije sva su mjerna mjesta spojena na preklopnik, pomoću kojeg se jedna po jedna mjerna traka uključuje u krug mjernog mosta, a pri tom se zapisuju izmjerene vrijednosti opterećenja objekta. Zapisane vrijednosti iz mjernog pojačala se oduzimaju ili zbrajaju nul – vrijednostima očitanih kod neopterećene konstrukcije i tako se odreĎuju deformacije u pojedinim mjernim tačkama. Kod savremenih pojačala (mjernog mosta) prije početka mjerenja postavlja se u svim mjernim tačkama nulto stanje, a kod mjerenja pod opterećenjem očitane vrijednosti su stvarne deformacije u mjernim tačkama objekta. Na taj se način odreĎuju deformacije u pravcima mjernih traka u svim mjernim tačkama ispitivanog objekta. 65. IZBOR MJERNIH TRAKA I NJIHOVE KARAKTERISTIKE . Mjerna traka je provodnik definisane otpornosti koji je pričvršćen za površinu mjernog objekta. Svaka deformacija mjernog objekta usljed opterećenja izaziva odgovarajuću deformaciju mjerne trake. To sve zajedno omogućuje mjerenje promjene otpora mjerne trake. Mjerna traka se najčešće lijepi za podlogu, preko nje se nanosi sloj silikona za zaštitu od vanjskih utjecaja. Postavljanje mjerne trake uključuje: čišćenje (mehaničko – hemijsko), vezivanje (različitim ljepilima), lemljenje (kontrola temperature pomoću terminola za lemljenje), provjera (vizuelna, otpor izolacije), zaštita (mehanička, hemijska). Standardne mjerne trake Mjerne trake mogu biti različitih dimenzija. Standardne mjerne trake (slika 17.4.) imaju dimenzije: A = 1,4-20 mm (obično 10 mm) ; B = 1,4-10 mm (obično 5-6 mm) ; C = 6,0-33 mm (obično 20-25 mm) ; D = 5,0-15 mm (obično 10 mm).

Specijalne mjerne trake Standardne mjerne trake ponašaju se elastično do izduženja maksimalno do 2%. Kada se mjere izduženja preko granice razvlačenja tada se koriste trake za velika izduženja (od 8% do 15%). Ove trake mogu se upotrijebiti samo jedan put jer prelaze iz elastičnog u plastično stanje. Na slici 17.5. prikazane su specijalne mjerne trake.

36

a) b) c) d) e) f)

mjerna traka za velika izduženja, čelična mjerna traka za niske i povišene temperature, temperaturno – samokompenzirajuća mjerna traka, temperaturno vanjski kompenzirana mjerna traka, mjerna traka za visoke temperature sa termootporom, membranska mjerna traka.

66. PRIPREMA POVRŠINE NA KONSTRUKCIJI ZA POSTAVLJANJE MJERNIH TRAKA, NAĈIN POSTAVLJANJA, ZAŠTITE I SPAJANJE S POJAĈALOM . Za pravilan rad mjerne trake potrebno je površinu, na koju se lijepi traka, očistiti (mehaničko ili hemijsko) od hrĎe, boje, masnoća, prašine i sl. Na očišćenu površinu mjernog objekta i na lice trake prevuče se tanak sloj ljepila, te se mjerna traka postavi na mjerno mjesto. Pravilno postavljanje omogućuju, na njoj označeni pravci (podužni i poprečni). Palcem se pritisne sredina ka krajevima da se istisne suvišno ljepilo. Preko tako postavljene trake postavi se sunĎerasta guma debljine 1 cm, koja se pritisne silom od 0,05 MPa. Poslije 1 h treba je osloboditi pritiska da bi se uspostavila cirkulacija zraka. Nakon sušenja vrši se kontrola mjerne trake, prvo otpora, zatim veze mjerne trake i mjernog objekta. Traku obavezno zaštititi od vlage kod postavljanja na betonsku površinu, pitanje vlage se postavlja strožije jer vlaga može doći od betonske mase. Nakon provjere mjerne trake se vežu za kablove mostova i to svaka traka pojedinačno sa mostom koji se onda dovodi na nulu za svaku traku. Ako je mjerna traka dobro zalijepljena, nakon prestanka pritiska, igla će se vratiti u prvobitni položaj, odnosno na nulu, a ako se ne vrati na nulu onda postoji mogućnost oštećenja trake ili traka nije dobro postavljena.

37

67. KOJI FAKTORI UTIĈU NA TAĈNOST MJERENJA ? Faktori koji utiču na tačnost mjerenja su: 1. pravilan izbor i postavljanje mjerne trake tj. stabilnost nule, 2. temperatura na površini ispitivanja, 3. vlaga i zaštita od vlage, 4. tehnika lijepljenja mjerne trake, 5. dužina trajanja ispitivanja. 68. METODE DINAMIĈKOG ISPITIVANJA KONSTRUKCIJA I OBJEKATA . Metode dinamičkog ispitivanja konstrukcija i objekata su: 1. inercijalna metoda (masa pričvršćena na objekat, oprugu, mjeri se pomjeranjem tijela koje oscilira), 2. vibraciona metoda, 3. metoda za mjerenje oscilacija: a) optička metoda (vibromarkeri, geodetski pribor, sistem ogledala, foto i kino kamere), b) mehanička metoda (mehanički instrumenti koji deformacije pokazuju u obliku grafikona), c) električna metoda ( pretvaranje mehaničkih parametara u električne veličine). Dinamičkim ispitivanjem dolazi se do podataka o vlastitim periodima osciliranja konstrukcije, formulama osciliranja i koeficijentu prigušenja. Praćenjem dinamičkih karakteristika dobija se informacija o trenutnom stanju konstrukcije. Kinematička metoda mjerenja oscilacija zasniva se na nepomičnom koordinatnom sistemu (konstrukcija na nepomičnim osloncima). 69. VRSTE OPTEREĆENJA PRI DINAMIĈKOM ISPITIVANJU KONSTRUKCIJA . Vrste opterećenja pri dinamičkom ispitivanju konstrukcija su: 1. udarno (impulsno), 2. vibraciono.

Udarno opterećenje konstrukcije

Vibraciono opterećenje konstrukcije 38

Dinamička opterećenja se prema karakteru promjene dijele na: 1. promjenljiva opterećenja sa pravilnim (harmonijskim) zakonom promjene i 2. promjenljiva opterećanja sa slučajnim (nepravilnim) zakonom promjene. Udarno opterećenje – opterećenje pri kojem se materijal deformiše velikom brzinom. Vibraciono opterećenje – opterećenje pri kojem se materijal deformiše velikom frekvencijom. 70. PRIMJENA METODA FOTO – ELASTIĈNOSTI KONSTRUKCIJA I RAZLIKE IZMEĐU NJIH .

U

ISPITIVANJU

Fotoelasticimetrija ili fotoelastičnost, kako se ranije zvala, temelji se na osobini nekih providnih materijala da mjenjaju optičke osobine pri napregnutom stanju. Fotoelastičnost se javlja u optički osjetljivim materijalima kada se svijetlosni zrak pri prolasku dijeli u dvije zrake koje se kreću po pravcima glavnih naprezanja različitim brzinama. Njihova brzina ovisi od veličine glavnih naprezanja. U fotoelastičnosti za izradu modela najčešće se koristi epoksidna smola araldit. Fotoelastično odreĎivanje naprezanja i deformacija najprije je primjenjeno pri rješavanju ravninskih problema (modeli konstrukcija izraĎeni od ploča fotoelastičnog materijala), a zatim prostornih modela. Fotoelastični materijali u napregnutom stanju postaju optički dvolomni (optički anizotropni). Ispitivanje se vrši tako da se model posmatra u polariziranom svjetlu. Fotoelasticimetrija obuhvata tri široke tehnike i to: 1. fotoelastično oblaganje, 2. dvodimenzionalnu analizu, 3. trodimenzionalnu analizu. Metoda foto elastičnog oblaganja ima mnoge prednosti u odnosu na druge metode eksperimentalne analize napona, jer omogućava ispitivaču da mjeri deformacije na dijelovima i strukturama bilo koje veličine, oblika, materijala koji se ispituje. Ovo bi bila površinska fotoelastičnost. Fotoelasticimetrijsko ispitivanje prostornih modela je složenije nego kod jednoosnih i ravno napregnutih stanja, jer se pravci glavnih naprezanja mjenjaju prostorno. Dakle, optička promjenljivost u materijalu odražava se preko naprezanja i razlike naprezanja, čiji intenzitet ovisi o vrijednosti opterećenja modela i geometrijskih karakteristika konstrukcije.

Naprezanja na modelu i oblozi

Naprezanja u površinskom elementu osvijetljenom u pravcu osi x 39

71. OBJASNI OSNOVNE METODE FOTO – ELASTIĈNOSTI, PRELAMANJE SVJETLOSTI, ODBIJANJE I LOM SVJETLOSTI . Osnovna metoda fotoelastičnosti temelji se na osobini providnih materijala da mijenjaju optičke osobine pri napregnutom stanju. U optički osjetljivim materijalima svjetlosni zrak pri prolasku se dijeli u dvije zrake koje skreću u pravcu glavnih naprezanja različitim brzinama. Odbijanje i lom svjetla Kut upadanja svjetlosti jednak je kutu odbijanja (slika 17.21) ili α= β.

Pri prelasku zrake svijetla iz jedne u drugu sredinu sa različitim indeksima loma, svijetlost se na granici jednim dijelom odbija, a drugim dijelom lomi (slika 17.21.a), odnosno : sin α : sin γ = v1 : v2, gdje su v1 i v2 brzine u prvom, odnosno u drugom sredstvu. Pri prolasku svjetla kroz planparalelnu ploču (slika 17.21.b) važi odnos : sin  1 sin    sin  1 n sin

(17.40)

što znači da je α = γ1. 72. OBJASNI POLARISKOP I ANALIZU MODELA . Polariskop je optički ureĎaj u kome se izvodi analiza napregnutog modela uz odreĎivanje stanja naprezanja (slika 17.22)

40

Ravninski polariskop ima slijedeće elemente : izvor svjetlosti (I.S.), difuziono staklo (D.S.), polarizator (P), analizator (A) i kameru (K). Napregnuti model M izraĎen od fotoelastičnog materijala postavljen je u ravninski polariskop (slika 17.23).

Ako je model pravilno izraĎen i nema rubnog efekta vidjeće se tamno polje. Kada se model optereti materijal modela postaje dvoloman, pri čemu nastaje optički efekat što dovodi do pojave tamnih odnosno svijetlih linija na modelu. U odnosu na ravninski polariskop gdje su osi polarizatora i analizatora uvijek ukrštene, kod kružnog polariskopa postoje četiri moguća slučaja kombinacija polarizatora, analizatora i četvrtvalnih ploča (slika 17.25).

Napregnuti model u kružno polariziranom svjetlu prikazan je na slici 17.26.

41

73. OBJASNI ŠTA NASTAJE ULASKOM SVJETLA U NAPREGNUTI MODEL . Dolaskom svjetlosnog fluksa na ravninski napregnuti model nastaje njegovo razlaganje na dvije komponente, Є1 u pravcu glavnog naprezanja σ1 i Є 2 u pravcu σ2 (slika 17.24).

Ulaskom svjetla u napregnuti model (slika 17.27), gdje se materijal modela ponaša kao dvolomni kristal, dolazi do razlaganja svjetlosnog fluksa na dvije komponente Є 1 i Є 2 koje titraju u pravcu σ1 i σ2.

74. ŠTA SU TO IZOKLINE, A ŠTA IZOHROME I KAKO SE ODREDI RAZLIKA GLAVNIH NAPREZANJA . Izokline su linije u čijim tačkama su pravci glavnih naprezanja jednaki, odnosno to su linije duž kojih glavna naprezanja imaju stalan pravac. Na slici prikazane su izokline za 0˚, 15˚ i 45˚. Svaka izoklina ima svoj parametar α, koji označava ugao koji jedno od glavnih naprezanja čini s proizvoljno odabranom osom (os x).

Izokline parametara 0˚, 15˚ i 45˚ 42

Izohrome – n - struka vrijednost razlike glavnih naprezanja jednaka je krutosti modela, odnosno izohrome su linije koje spajaju tačke jednake razlike glavnih naprezanja. Razliku glavnih naprezanja odreĎujemo prema izrazu: σ1 – σ2 = gdje je :

f 

 c

Nf h

(17.55)

- fotoelastična konstanta ploče izraĎenog modela,

N – red izohrome ili red interferencije, λ - valna dužina, c – konstanta naprezanja materijala modela. 75. KAKO SE ODREĐUJE IZRAĐENOG MODELA ?

FOTOELASTIĈNA

KONSTANTA

fσ

PLOĈE

Fotoelastična konstanta fσ se najčešće odreĎuje na uzorku (slika 17.31.a) sa proširenim krajevima koji se stavljaju u kidalicu i postepeno opterećuju. Pri navedenom opterećenju uzorka, naprezanja u okomitom pravcu na silu F su (σ2=0) : 1  0 N



f h

ili  1 

Nf h

(17.56)

gdje je : σ1 – naprezanje uzorka. Drugi način odreĎivanja fσ prikazan je na slici (17.31.b), gdje se pomoću dvije koncentrirane sile na srednjem dijelu dobije čisto savijanje. Pri povećanju naprezanja na gornjem i donjem dijelu ruba grede nastaju nove izohrome, tako da je naprezanje:

1 

Fa Nf , jer je σ2=0.  w h

Slika 17.31. Određivanje fσkonstante ploče modela

43

76. KAKO SE ODREĐUJU NAPREZANJA PRIMJENOM METODE FOTOELASTIĈNE OBLOGE, TZV. POVRŠINSKA FOTOELASTIĈNOST ? Direktno odreĎivanje naprezanja na površini konstruktivnog elementa se postiže lijepljenjem tanke obloge modelskog materijala debljine 1,0 – 2,5 mm na površinu ispitivane konstrukcije. Lijepljenje modelskog materijala se izvodi obično dvokomponentnim ljepilom. Pri deformiranju konstrukcije, deformacije se prenose na fotoelastičnu oblogu, tako da su deformacije površine konstrukcije i fotoelastične obloge jednake, a moduli elastičnosti i Poasonovi koeficijenti različiti, pa i naprezanja moraju biti različita.

Naprezanja na modelu i oblozi

Razlika glavnih naprezanja u konstrukciji:  1m   2m 

gdje su :

E m 1   o  Nf E o 1   m  2h0

νm, ν0 - Poasonov koeficijent materijala konstrukcije i fotoelastične obloge, Em, E0 - modul elastičnosti materijala konstrukcije i materijala obloge.

77. OBJASNI PRIMJENU DEFORMACIJA .

METODE

ZAMRZAVANJA

NAPREZANJA

I

Metoda zamrzavanja naprezanja i deformacija najviše se primjenjuje za ispitivanje naprezanja i deformacija kod prostih modela, zbog manjih troškova ispitivanja. Osnovna karakteristika ove metode je što model izraĎen od fotoelastičnog materijala nakon obavljenog zagrijavanja na temperaturi 100 – 150 C, a zatim hlaĎenja, zadržava naprezanja i deformacije na sobnoj temperaturi i nakon prestanka opterećenja. Na ovaj način su deformacije zamrznute, pa se model može rezati na tanke ploče radi nastavka 2D analiziranja. Metoda zamrzavanja primjenjuje se kod kružnih ploča nejednake debljine, kvadratnih ploča oslonjenih na rubove i izloženih na savijanje, kod mašinskih elemenata (osovine, zupčanici, nosači strukture). Ponovnim zagrijavanjem na kritičnu temperaturu model dolazi u stanje u kojem je bio prije opterećenja.

44

78. VRSTE MATERIJALA ZA IZRADU FOTOELASTIĈNOG MODELA I KOJE UVJETE TREBA DA ISPUNJAVA MATERIJAL ? Za izradu prostornih modela potrebno je da materijal ima : 1. visoku optičku osjetljivost (što niža fotoelastična konstanta), 2. linearnu ovisnost naprezanja i deformacija, 3. prozirnost, 4. dobru obradivost zbog izrade modela, 5. dovoljnu mehaničku i optičku izotropnost i homogenost, 6. visok modul elastičnosti kako bi se izbjegle velike deformacije, 7. neosjetljivost na male promjene temperature, 8. vrlo mala ili da ne postoje prednaprezanja.

Materijal trgovaĉki

Kemijski

Araldit B

Epoksidna smola

Araldit D

Epoksidna smola

Araldit F

Epoksidna smola

Castolit

Poliester

Trolon VP-1527

Poliester nezasićen

Columbia Poliester smola

resin CR39 Catalin

Alkidna smola

61-893 Pleksi staklo

Akrilna smola

Staklo

Mineralno staklo

Celuloid

Nitrat celuloze i kamfor

Guma

PreraĎen kaučuk

Dekorit

Fenolformaldehidna smola

79. PRIMJENA FOTOELASTIĈNOSTI U ISPITIVANJU KONSTRUKCIJA I KONSTRUKCIJSKIH ELEMENATA . Metoda fotoelastičnosti ima mnoge prednosti u odnosu na druge metode eksperimentalne analize napona. Ona omogućava ispitivaču da mjeri deformacije površine na djelovima i strukturama bilo koje veličine, oblika pa i materijala koji se ispituje u stvarnim radnim ili uslovima približnim sobnoj temperaturi. Prednosti primjene fotoelastičnosti su: 1. 2. 3. 4. 5.

polje deformacija je vizuelno prikazano preko čitavog polja obloge, dužina trake je približno nula omogućavajući tačno mjerenje napona, može se mjeriti skup deformacija, dinamička analiza se može vršiti na dijelu ili na cijeloj konstrukciji, mogu se odrediti zaostali naponi.

Fotoelasticimetrijski materijal za oblaganje se može nanijeti na složene zakrivljene površine. Ovaj metod se najčešće primjenjuje kod kružnih ploča nejednake debljine, kvadratnih ploča oslonjenih na rubove itd. 45

80. ISPITIVANJE NAPREGNUTOG STANJA NOSEĆE KONSTRUKCIJE METODOM FOTOELASTIĈNOG PREKRIVANJA POVRŠINE KONSTRUKCIJE . Na površinu koja se ispituje nanosi se optički osjetljiv materijal. Naneseni materijal – prekrivač prati deformacije napregnute konstrukcije u svakoj tački kontakta, tako da se time ispunjava jednakost da su glavne deformacije pokrivača jednake deformacijama konstrukcije: ε1 (p) = ε1 (k) ε2 (p) = ε2 (k).

Refleksijski polariskop Optičko osjetljivi prekrivač pri opterećenju konstrukcije posjeduje svojstva dvostrukog prelamanja svjetlosti, što daje sliku pruga na modelu.

81. PRIMJENA METODE HOLOGRAFIJE, ŠTA JE HOLOGRAFIJA I KAKO SE IZVODI ? Holografija je metoda stvaranja i reproduciranja trodimenzionalnih slika na fotografskoj ploči primjenom koherentne svetlosti (laser). Snimljeni uzorci su hologrami. Holografija omogućuje i novi princip rada računara na bazi optičkih memorija. Pomoću holografije sa snopom elektrona (elektronska holografija) snimljena je i unutrašnjost atoma. Objekat se osvijetli paralelnim monohromatskim koherentnim snopom svjetla (laser), a dio tog istog snopa pada i na foto - ploču, na kojoj dolazi do interferencije dvaju polja svjetla: izvornog koherentnog i raspršenog od snimanog predmeta. Na foto - ploči (hologramu) ne vide se konture predmeta, nego interferencije koje u svojim tamnim i svijetlim linijama sadržava sve informacije o smjeru, intenzitetu i fazi svjetla sa snimljenog predmeta. Slika objekta dobivenog reprodukcijom holograma vjerna je objektu, iste je veličine kao i objekt, a ovisno o uglu promatranja holograma moguće je vidjeti predmete koji stoje jedan iza drugoga.

46

Shematski prikaz snimanja (a) i rekonstrukcije slike pomoću holograma (b)

82. OBJASNI ŠTA JE REZULTAT INTERFERENCIJE I SUPERPOZICIJE DVA SVJETLOSNA SNOPA KOD ODREĐIVANJA NAPREZANJA . Rezultat interferencije, kada je I = 0 (I – jačina svjetla) a pri tom su i pravci glavnih naprezanja σ1 i σ2 paralelni sa osi polarizatora, je taj da će sve tačke na modelu biti tamne, te će se njihovim povezivanjem (superponiranjem ili superpozicijom) dobiti interferencijske linije tzv. izokline. Izokline spajaju mjesta u modelu u kojima pravci glavnih naprezanja čine jednak ugao sa nekom izabranom osom. Ovaj ugao je parametar izokline, koji je jednak uglu polarizatora. 83. KOJE POSTOJE VRTE HOLOGRAFIJE ? Postoje dvije vrste holografije, a to su: 1. holografija dvojne ekspozicije – na jednoj foto – ploči, pri neizmijenjenom referentnom snopu registruju se dva holograma objekta, 2. holografija razmatranja interferometra u realnoj razmjeri vremena (spori proces) – slika je registrovana pri razvijanju foto – ploče kod rezultata složenih talasnih fontova i zadržava sve interferencione pruge s različitim kontrastima.

47

84. METODA MOARE (MOIRE), OPIS I PRIMJENA . Moare metoda spada u naponsko optičke metode za mjerenje dilatacije ili pomijeranja usljed opterećenja ispitivane konstrukcije. Sastoji se od dvije mreže (rastera) tankih gustih neprovidnih linija (8 - 50 linija po 1 mm), čija je širina približno jednaka njihovim meĎurastojanjima (p). Ove mreže se postavljaju na uzorak i na model jedna iznad druge i posmatraju se pod dejstvom svjetlosti koja prolazi kroz njih ili se od ispitivane površine reflektuje. Ako opteretimo ispitivanu konstrukciju (model) na kojoj imamo mrežu jednako udaljenih – paralelnih linija, deformisaće se kao i mreža na njoj. Deformisana mreža se snima, a potom se postavlja preko nedeformisane mreže i vrši se uporeĎivanje. Putem mehaničke interferencije deformisane i nedeformisane mreže dolazi do optičkog efekta – pojave Moare konture.

Shematski prikaz Moire metode 85. PRIMJENA METODE MOARE U ANALIZI SAVIJANJA RAVNIH PLOĈA . Metoda Moare se uspješno primjenjuje za odreĎivanje momenata savijanja kod ploča bilo kojeg oblika i graničnog uslova koje su opterećene upravno na srednju ravan. Model (oblik ploče) konstruiran je i napravljen od refleksnog materijala u središtu se nalaze foto – kamere i preko ekrana sistemom paralelnih linija vrši se posmatranje. Kada se ploča optereti dolazi do promjene položaja tačaka, što se odražava na promjenu položaja refleksnog sistema linija na ekranu, na ploči za snimanje, tako da jedan isti sistem paralelnih linija na ekranu usljed različitih položaja refleksivne površine modela na snimku obrazuje neki ugao α. Bilo koja promjena položaja tačaka na modelu se odražava na snimku u obliku posebnih linija (moare linije). Sa ovom metodom se mogu predvidjeti vrijednosti momenata u prototipu sa tačnošću od 5 %. 86. OBJASNI PRIMJENU METODE KRTIH LAKOVA I TOK MJERENJA . Metoda krtog laka je najjednostavnija eksperimentalna metoda za odreĎivanje pravaca najvećih napona. Krti lak se nanese na pripremljeni dio konstrukcije tako da potpuno prijanja uz njenu površinu. Naponi koji se javljaju na površini ispitivanog dijela usljed opterećenja se prenose na lak koji u odreĎenom trenutku počinje da prska u pravcima glavnih napona (deformacija). Na osnovu ispucalog laka dobija se slika naponskog stanja površine. Na ovaj način lakše se uočavaju kritična mjesta na konstrukciji. Dobre strane ove metode: ispitivanje se vrši direktno na konstrukciji, debljina sloja laka je mala i ne utiče na tačnost mjerenja. Loše strane: ne može se tačno odrediti veličina napona i deformacija, napon se može ispitati samo na površini konstrukcije. 48

87. ISPITIVANJE KONSTRUKCIJA METODOM ULTRAZVUKA . Ultrazvuk je pojava oscilacija gustoće čije su učestalosti toliko visoke da ih čulo sluha čovjeka više ne može osjetiti. Granica na kojoj se završava područje zvuka je frekvencija od 20 kHz. Frekvencija koja se koristi za ultrazvučno ispitivanje je izmeĎu 0,5 i 15 MHz ovisno o materijalu koji se ispituje. Pomoću ultrazvučne metode otkrivaju se defekti i homogenost materijala. Sa ovom metodom se mogu provjeriti debljine zidova 0,5 – 300 mm i otkriti pukotine duge 0,4 mm i široke 0,0001 mm. UreĎaji za ova ispitivanja sadrže brušeni kristal kvarca na koji se postavljaju elektrode jednog izvora visokofrekventnih električnih oscilacija pri čemu taj kristal usljed piezoelektričnog efekta počinje sam da osciluje. Oscilacije kvarca su iste prirode kao i zvučne oscilacije samo što se ne nalaze u intervalu oscilacija koje čovjek može da čuje. Ove oscilacije prolaze lako kroz tečnost i čvrsta tijela, a teško kroz gasove. Pored aparata koji rade na principu odbijanja talasa, imamo aparate koji registruju sve talase koji proĎu kroz predmet. Korištenje aparata je takvo što se izmeĎu kvarcnog kristala i predmeta stavlja uvijek sloj ulja koje osigurava dobar prijenos oscilacija, a kod druge metode u ulje se stavlja cijeli predmet.

Ispitivanje metodom ultrazvuka 88. PRIMJENA ULTRAZVUĈNE ELEMENATA I KONSTRUKCIJA .

DEFEKTOSKOPIJE

ZA

ISPITIVANJE

Ultrazvučna defektoskopija ima široku primjenu u kontroli zavarenih spojeva. Posebno je prikladna za otkrivanje pukotina, ali se koristi i za otkrivanje drugih grešaka. Svoje mjesto je našla i u ispitivanju betonskih konstrukcija. Metode ultrazvučnog ispitivanja su eho – metoda i metoda transmisije.

49

89. PRIMJENA EHO – METODE ULTRAZVUĈNE DEFEKTOSKOPIJE . Impulsivna – eho - metoda radi sa samo jednom ultrazvučnom glavom (sondom) koja ima dvostruku funkciju – predajnika i prijemnika. U jednom periodu ona radi kao predajnik (odašiljač) ultrazvučnih talasa, a u drugom periodu mijenja ulogu i radi kao prijemnik. Ove naizmjenične uloge ultrazvučne glave dešavaju se impulsivno. Prijemnik koji mjeri reflektovani talas pretvara mehaničku energiju u naponski signal koji se transformiše u sliku – signal na ekranu ultrazvučnog aparata. Pomoću eho - metode utvrĎuje se greška u materijalu kao i dubina te greške. Ova metoda koristi se i za mjerenje debljine limova ( ). Prednosti ove metode su: - samo jedna ultrazvučna glava, - mogu se ispitivati materijali pristupačni samo sa jedne strane, - mogu se otkriti i jako male greške, - može se odrediti i položaj greške u materijalu.

90. UREĐAJ ZA MJERENJE ULTRAZVUĈNE DEFEKTOSKOPIJE . U praktičnoj primjeni ultrazvučni impulsi se dobijaju primjenom generatora impulsa (1). Za unošenje impulsa u element koji se ispituje služe predajnici (2). Primjenom ovih predajnika provode se UV impulsi kroz ispitivani materijal (3) do prijemnika (4), pri čemu dolazi do prijenosa podužnih, poprečnih i površinskih ultrazvučnih talasa. Primljeni impulsi pojačavaju se putem pojačivača (5) i šalju na indikator vremena (6).

Blok shema ureĎaja za ispitivanje ultrazvukom

50

91. OBJASNI PRIMJENU METODE RENTGENOGRAFIJE U ISPITIVANJU ZAVARENIH ĈELIĈNIH KONSTRUKCIJA I ARMIRANOBETONSKIH KONSTRUKCIJA . Ispitivanje pomoću rendgena ili izotopa je radiografska kontrola. Osnovni princip radiografije ogleda se u sljedećem: ako snop γ ili x zraka pogaĎa jednu stranu posmatranog betonskog elementa ili čeličnog elementa, pri tome prolazeći kroz njega, izlazna radiaciona energija će, na osjetljivoj (fotografskoj) ploči postavljenoj sa suprotne strane i spitivanog elementa pokazati različite nivoe slabljenja (zasjenčenja), zavisno od prepreka na koje nailazi.

Ova tehnika je ranije uglavnom primjenjivana u oblasti čeličnih konstrukcija - prvenstveno za provjeru kvaliteta varova, ali se danas veoma uspješno primjenjuje i za prethodno napregnute mostovske konstrukcije.

Ispitivanje armiranobetonskog elementa

92. OBJASNI PRIMJENU KONSTRUKCIJA .

METODE

Ispitivanje zavarenog čeličnog elementa

GAMAGRAFIJE

U

ISPITIVANJU

Ispitivanje γ – zracima je u principu slično ispitivanju sa rendgenskim ili x – zracima. Ovo je tzv. metoda prozračivanja ili gamagrafija. γ – zraci imaju oko dva puta veću moć prodiranja i dobivaju se pri raspadu radioaktivnih materijala. Njihova velika prednost u odnosu na rendgenske zrake je u tome što se može bez skupih aparata proizvesti zračenje za ispitivanje velikog broja predmeta. Izvor zračenja se stavlja u sredinu, a oko njega ispitivani predmeti, pri čemu se iza svakog predmeta stavlja film – folija.

Panoramsko snimanje γ - zracima 51

Gamagrafijom se na betonu utvrĎuje njegova gustoća i homogenost. U AB konstrukcijama gamagrafija služi za utvrĎivanje položaja, količine i dimenzija armature. Kod malih debljina (do 10 cm) moguće je ustanoviti raspucavanje i pojavu korozije armature. Postupak je pogodan za pločaste konstrukcije a manje pogodan za grede i stubove s mnogo armature. 93. OBJASNI PRIMJENU METODE PENETRACIJSKE DEFEKTOSKOPIJE KOD ISPITIVANJA KONSTRUKCIJA . Osnova korištenja ove metode je u svojstvu tekućina koje su pretežno osnovane na lakim uljima i nazivaju se penetratima. Njihov zadatak je da prodru u šupljine i ispune ih . Nakon toga se izvlače iz šupljine na pogodan način i ako ga uspijemo učiniti vidljivim stvaraju se uvjeti za penetratsku metodu kontrole. Ova metoda se često koristi kod kontrole zavarenih spojeva na konstrukcijama.

Prikaz postupka ispitivanja penetratima Postupak kontrole je: 1. na prethodno očišćenu površinu nanosi se penetrat, 2. nakon penetriranja po eventualnoj pukotini (10 – 15 mm) on se odstranjuje odgovarajućom metodom (vodom, suhom krpom), 3. kod penetrata mlaz s vodom je usmjeren paralelno sa površinom lima, tako da se nebi istisnuo penetrat iz pukotine, 4. nakon sušenja površine limova (suha krpa) nanosi se razvijač (obično je bijele boje), 5. on izvlači penetrat iz pukotine, pa je na bijeloj površini lima lako uočljiva crvena linija (ukoliko je penetrat crvene boje).

52

94. KAKO SE OCJENJUJE REZULTATIMA ISPITIVANJA ?

KVALITETA

KONSTRUKCIJE

PREMA

Ocjena kvaliteta konstrukcije prema rezultatima ispitivanja: 1. sve rezultate ispitivanja treba kritički vrednovati. Općenito ponašanje i načine otkazivanja treba uporediti sa očekivanima. Kad se dogode veća odstupanja od očekivanih treba potražiti objašnjenje uključujući dodatna ispitivanja, ako su potrebna. 2. gdje je to prikladno, ocjenu rezultata ispitivanja treba temeljiti na statističkim metodama, 3. ako odziv (ili čvrstoća) gradiva zavisi od trajanja opterećenja ili zapisa, obima ili mjerila, o uvjetima okoliša ili o drugim nekonstrukcijskim učincima u proračunskom modelu treba uzeti u obzir te pojedinosti upotrebom odgovarajućih koeficijenata pretvorbe i pravila za pretvorbu podataka s modela na prototip, 4. ocjenjivanje ispitivanja vrijedi za razmatrane odredbe i svojstva opterećenja. 95. PRIKAZATI PROGRAM ISPITIVANJA KONSTRUKCIJE ILI OBJEKTA I NAVESTI SLIJED SVIH FAZA U PROGRAMU . Ovisno o tome da li se radi o statičkom ili dinamičkom ispitivanju, ili obje vrste ispitivanja, program se razlikuje. U programu se obraĎuju sljedeća pitanja: 1. predmet ispitivanja, 2. svrha i cilj ispitivanja, 3. veličina i raspored opterećenja po fazama, 4. instrumenti i njihov položaj na konstrukciji, 5. ispitivački tim, 6. pomoćne konstrukcije potrebne za pristup mjerenju, 7. broj pomoćne radne snage za ispitivački tim, 8. vremenski plan ispitivanja, 9. sistem veze izmeĎu članova tima, 10. provedba prethodnih proračuna, 11. sigurnosne mjere pri ispitivanju za osoblje i instrumente, 12. izvori električne energije za instrumente, 13. raspored obustave prometa za vrijeme ispitivanja mostova ili radova u blizini ispitivane konstrukcije. 96. KOJI FAKTORI UTIĈU NA TAĈNOST I POUZDANOST MJERENJA ? Na tačnost i pouzdanost mjerenja utiču: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

odabir mjernih instrumenata, položaj mjernih mjesta, vremensko planiranje ispitivanja, tehnike mjerenja – ispitivanja, stručnosti ispitivačkog tima, dužine trajanja ispitivanja.

53

97. RADNE KARAKTERISTIKE POJEDINIH NAĈINA ISPITIVANJA .

98. IZBOR NAĈINA ISPITIVANJA I UTICAJI NA IZBOR NAJPRIKLADNIJE METODE . Izbor načina ispitivanja ovisi o: 1. 2. 3. 4. 5.

vrsti objekta, vrsti materijala, traženoj tačnosti, raspoloživim sredstvima za ispitivanje, stručnosti osoblja.

Izbor zahtijeva i dobro poznavanje, iskustvo i stručnost inženjera. 99. ISPITIVANJE KONSTRUKCIJA U EUROPSKOJ UNIJI I BITNI ZAHTJEVI . Europska unija objavila je 1989. god. smjernicu za graĎevinske proizvode 89/106/EC. Ta smjernica odreĎuje postupanje sa graĎevinskim proizvodima i obavezuje sve dobavljače (proizvoĎače, trgovce, izvoĎače) da za odreĎene graĎevinske proizvode moraju dokazati njihovu upotrebljivost. Bitni zahtjevi su: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

mehanička otpornost i stabilnost, zaštita od požara, higijena, zdravlje i okoliš, sigurnost pri upotrebi, zaštita od buke, ušteda energije i toplinska zaštita. 54

100. EUROKODOVI ZA KONSTRUKCIJE, OPISATI DIJELOVE EC . Eurokodovi su europske norme za proračun raznih vrsta graĎevinskih konstrukcija. Oni obraĎuju i sve predvidive vrste opterećenja i njihovo djelovanje na konstrukcije. U razvoju eurokodova osnovna ideja je stvaranje ujednačenog sistema konstrukcijskih pravila pridržavajući se CEN - ovih normizacijskih pravila. Znači, cilj je da eurokodovi postanu europske norme vodeći računa da su povezani sa drugim usklaĎenim ili neusklaĎenim europskim normama za graĎevinske proizvode. Svaki eurokod je podijeljen u više dijelova, a neki dijelovi imaju i poddijelove. Norme su veoma opsežne, pa pojedini dijelovi imaju više od stotinu stranica. Dogovoreno je da se eurokodovi prvo pripreme kao prednorme (ENV). To su: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

ENV 1991 ENV 1992 ENV 1993 ENV 1994 ENV 1995 ENV 1996 ENV 1997 ENV 1998 ENV 1999

Eurokod 1: Osnove projektiranja i djelovanja na konstrukcije, Eurokod 2: Projektiranje betonskih konstrukcija, Eurokod 3: Projektiranje čeličnih konstrukcija, Eurokod 4: Projektiranje čeličnobetonskih spregnutih konstrukcija, Eurokod 5: Projektiranje drvenih konstrukcija, Eurokod 6: Projektiranje zidanih konstrukcija, Eurokod 7: Geotehničko projektiranje, Eurokod 8: Projektiranje konstrukcija otpornih na potres, Eurokod 9: Projektiranje aluminijskih konstrukcija.

Npr. eurokod 1 daje opće osnove projektiranja konstrukcija bez obzira na vrstu materijala od kojeg je konstrukcija izgraĎena, dakle načela projektiranja, opterećenja i zahtjeve koji su primjenjivi na sve konstrukcije.

55