Statyczna próba ściskania - wyklad_16.pdf

(257 KB) Pobierz
12838735 UNPDF
16. BADANIA MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH
1
16. 
16. Badania materiałów budowlanych
16.1 Statyczna próba ściskania metali
W punkcie 13.2 opisano statyczną próbę rozciągania metali plastycznych i kruchych. Dla metali
plastycznych próba ta jest próbą podstawową. Dla metali kruchych podstawową próbą jest próba ściskania.
Do statycznej próby ściskania metali używa się próbek w kształcie walca. Średnica walca d 0 wynosi 10, 20
lub 30 mm. Wysokość próbek waha się od 1,5 ⋅ d 0 do 10,0 ⋅ d 0 . Płaszczyzny czołowe próbki (stykające
się z płytami dociskowymi maszyny wytrzymałościowej) muszą być do siebie równoległe oraz prostopadłe do
osi próbki. Zaleca się także wyszlifowanie płaszczyzn czołowych. Rysunek 16.1 przedstawia schemat próbki
ściskanej osiowo.
W przypadku osiowego ściskania dochodzi do powstania tarcia na styku powierzchni czołowej próbki i płyty
dociskowej maszyny wytrzymałościowej. Tarcie to jest spowodowane odkształceniem się próbki w kierunkach
prostopadłych do osi próbki. Rysunek 16.2 przedstawia próbkę po odkształceniu w przypadku, gdy między
próbką i płytami maszyny wytrzymałościowej nie występowałoby tarcie.
P
d 0
P
Rys. 16.1. Próbka do ściskania osiowego.
Powierzchnie płyt dociskowych maszyny wytrzymałościowej muszą być znacznie twardsze niż badana próbka,
ponieważ w przeciwnym przypadku próbka byłaby wgniatana w płytę dociskową. Jedna z płyt dociskowych
powinna mieć przegub kulisty, który będzie gwarantował równomierne przyleganie próbki do płyty
dociskowej.
Rysunek 16.3 przedstawia wykres zależności skrócenia próbki od siły osiowej dla metali plastycznych
(aluminium, cynk, miedź, stal niskowęglowa). W początkowym okresie ściskania (do punktu A) skrócenia
próbki są proporcjonalne do naprężeń. Tak jak dla rozciągania w tym etapie występują granica
proporcjonalności oraz granica sprężystości. Po przekroczeniu granicy sprężystości widać krótki odcinek, w
którym wzrostowi deformacji nie towarzyszy wzrost siły osiowej. Punkt ten (punkt B) nazywa się wyraźną
granicą plastyczności.
Prof. dr hab. inż. Andrzej Garstecki
Dr inż. Janusz Dębiński
AlmaMater
12838735.008.png
16. BADANIA MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH
2
P
P
P
P
Rys. 16.2. Ściskanie osiowe bez wpływu tarcia.
P
h
D l
A
B
C
Rys. 16.3. Krzywa ściskania dla metali plastycznych.
Wzrost siły osiowej powoduje coraz większe pęcznienie próbki. Krzywa ściskania wzrasta i asymptotycznie
dąży do wartości skrócenia równej pierwotnej wysokości próbki. Rysunek 16.4 przedstawia rzeczywisty
wygląd odkształconej próbki ściskanej osiowo. Przyjmuje ona kształt beczki, ponieważ na styku płyty
dociskowej oraz próbki występuje tarcie, które zaburza stan osiowego ściskania.
Metale plastyczne nie ulegają zniszczeniu przy osiowym ściskaniu. Możliwe jest spłaszczenie próbki “na
plasterek”. W niektórych przypadkach (przy niedostatecznej plastyczności) na powierzchni próbki pojawiają
się drobne rysy. Przyczyną ich powstania są naprężenia rozciągające pojawiające się wskutek powstania tarcia
pomiędzy próbką a płytą dociskową. Dla metali plastycznych ze względu na to, że metale te nie ulegają
zniszczeniu, nie określa się wytrzymałości na ściskanie. Próbę ściskania przerywa się najczęściej z powodu
wyczerpania zakresu maszyny wytrzymałościowej.
Prof. dr hab. inż. Andrzej Garstecki
Dr inż. Janusz Dębiński
AlmaMater
12838735.009.png 12838735.010.png 12838735.011.png 12838735.001.png 12838735.002.png
16. BADANIA MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH
3
P
P
P
P
Rys. 16.4. Rzeczywisty wygląd odkształconej próbki ściskanej osiowo.
P
D l
Rys. 16.5. Krzywa ściskania dla metali kruchych.
Wykres ściskania dla metali kruchych przedstawia rysunek 16.5. Początkowo wykres jest prostoliniowy,
jednak bardzo szybko zależność między skróceniem próbki a siłą osiową przestaje być liniowa. Zależność ta w
miarę wzrostu siły osiowej staje się coraz bardziej nieliniowa urywając się w pewnym punkcie, który
odpowiada zniszczeniu próbki. Metale kruche nie posiadają wyraźnej granicy sprężystości i plastyczności.
Wyznacza się je tak samo jak dla osiowego rozciągania. Jako granicę plastyczności przyjmuje się takie
naprężenie normalne, które odpowiada odkształceniom plastycznym wynoszącym 0,002. Jako granicę
sprężystości przyjmuje się takie naprężenie normalne, które odpowiada odkształceniom plastycznym 0,0005.
Większość metali kruchych doznaje podczas ściskania zniszczenia poślizgowego, powstającego na skutek
przesuwania się warstw metalu pod działaniem ekstremalnych naprężeń stycznych nachylonych pod kątem 45
stopni w stosunku do osi próbki. Ekstremalne naprężenia styczne i odpowiadające im naprężenia normalne
wyznacza się ze wzorów (3.35) i (3.36). Rysunek 16.6 przedstawia pęknięcia próbki, która ulega zniszczeniu
poślizgowemu. Niektóre metale ulegają podczas osiowego ściskania zniszczeniu rozdzielczemu, które zostało
przedstawione na rysunku 16.7. Pęknięcie rozdzielcze zachodzi w przekrojach prostopadłych do kierunków
głównych wydłużenia.
Dla materiałów kruchych na podstawie próby ściskania osiowego można otrzymać wartość wytrzymałości
metalu na ściskanie. Wytrzymałość ta jest większa niż wytrzymałość na rozciąganie. Ogólnie można
stwierdzić, że metale kruche lepiej “znoszą” ściskanie niż rozciąganie .
Prof. dr hab. inż. Andrzej Garstecki
Dr inż. Janusz Dębiński
AlmaMater
12838735.003.png 12838735.004.png
16. BADANIA MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH
4
Rys. 16.6. Pęknięcie poślizgowe w próbce ściskanej osiowo.
Rys. 16.7. Pęknięcie rozdzielcze w próbce ściskanej osiowo.
16.2 Badania betonu
Beton jest konglomeratem ziaren kruszywa zespolonych w sztuczny kamień w wyniku stwardnienia
zaczynu cementowego. Podstawowymi cechami świeżej masy betonowej są jej urabialność i potencjalna
wytrzymałość. Wytrzymałość ta przejawia się dopiero po stężeniu, ale jej wartość jest przesądzona składem
masy betonowej i techniką jej przygotowania. Na wytrzymałość betonu mają wpływ właściwości cementu oraz
stosunek cementu do wody (stosunek cementowo-wodny). Świeża mieszanka betonowa powinna zawierać tyle
cementu i wody, aby osiągnąć żądaną konsystencję pozwalającą na ułożenie mieszanki w deskowaniu. Z
drugiej strony mieszanka po stwardnieniu powinna osiągnąć projektowaną wytrzymałość.
Twardnienie mieszanki zaczyna się już w parę godzin po zarobieniu. Po upływie 28 dni beton osiąga około
90% swojej nominalnej wytrzymałości. Poprzez zastosowanie odpowiednich dodatków oraz zastosowanie
obróbki termicznej można przyśpieszyć dojrzewanie betonu w początkowym okresie.
Podstawowym testem wytrzymałościowym betonu jest osiowe ściskanie próbki w maszynie
wytrzymałościowej. Podstawowe próbki sześcienne i walcowe wraz z ich wymiarami zostały przedstawione na
rysunku 16.8. W Polsce podstawową próbką do badań jest próbka sześcienna o wymiarze boku 15 cm.
Naprężenia oblicza się ze wzoru (3.3), w którym siła normalna N równa się sile osiowej P (odczytanej z
siłomierza maszyny wytrzymałościowej) natomiast pole powierzchni A równa się polu podstawy próbki.
Pomiaru odkształceń dokonuje się za pomocą tensometrów, które zostaną dokładnie omówione w jednym z
następnych wykładów. Rysunek 16.9 przedstawia stan naprężenia powstały w wyniku osiowego ściskania
próbki betonowej. Stan ten opisuje tensor naprężenia w postaci
=
0 0 0
0 0 0
0 0 3
] .
(16.1)
Prof. dr hab. inż. Andrzej Garstecki
Dr inż. Janusz Dębiński
AlmaMater
[
12838735.005.png 12838735.006.png
 
16. BADANIA MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH
5
We wzorze (16.1) naprężenie normalne s 3 ma oczywiście wartość ujemną. Ze względu na to, że naprężenia
styczne są równe zero tensor (16.1) przedstawia stan naprężenia w układzie osi głównych.
P
P P
P
P
15 cm
20 cm
P
15 cm
Rys. 16.8. Podstawowe próbki betonowe do osiowego ściskania.
X 3
s 3
X 2
X 1
s 3
Rys. 16.9. Stan naprężenia w próbce ściskanej osiowo.
Na rysunku 16.10 przedstawiono wykresy zależności pomiędzy naprężeniem normalnym s 3 i odkształceniami
liniowymi e 1 , e 2 oraz e 3 . Zależność pomiędzy naprężeniem i odkształceniem dla naprężeń nie przekraczających
0,3 wytrzymałości na ściskanie f c jest zależnością prawie liniową. Powyżej tego poziomu dla naprężeń w
granicach od 0,75 f c do 0,9 f c krzywizna wykresu wzrasta, ale nie jest to wzrost gwałtowny. Powyżej 0,9 f c
wzrost krzywizny jest już znaczny i niewielkiemu przyrostowi naprężeń towarzyszy znaczny wzrost
odkształceń.
Krzywe przedstawione na rysunku 16.10 są ściśle związane z procesami uszkodzenia zachodzącymi w
materiale. W pierwszym etapie obciążania dla naprężeń nie przekraczających 0,3 f c rysy, które istniały
pierwotnie w betonie nie ulegają zmianie a nowe nie powstają. Oznacza to, że energia zgromadzona wewnątrz
materiału jest mniejsza niż energia potrzebna do zainicjowania rozszerzania się istniejących i powstania
nowych rys. Przyjmuje się granicę 0,3 f c jako granicę sprężystości dla betonu. Dla naprężeń pomiędzy 0,3 a
Prof. dr hab. inż. Andrzej Garstecki
Dr inż. Janusz Dębiński
AlmaMater
12838735.007.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin