СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ И МОНИТОРИНГА ДАВЛЕНИЯ НА БЕТОННЫЕ И КИРПИЧНЫЕ НЕСУЩИЕ СТЕНЫ И ФУНДАМЕНТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ НА ЗАДАННОМ УРОВНЕ НА СТАДИИ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 2016 года по МПК G01L1/18 G01N3/08 

Изобретение относится к области неразрушающих измерений давления на заданном горизонтальном уровне бетонных и кирпичных стен и фундаментов зданий и сооружений на стадии их эксплуатации.

Известен способ измерения давления на фундамент и стены от вышележащих конструкций и оборудования здания [1], заключающийся в расчете нагрузок по геометрическим размерам и плотности материала конструктивных элементов здания и расположенных в нем объектов, а также известному весу мебели, оборудования, людей и т.д.

Недостатком этого способа является то, что при отсутствии проектной документации на здание такой способ трудоемок, связан с неудобствами для жильцов и работников, не учитывает изменение веса, вызванного устройством новых полов без разборки старых, устройством подвесных потолков, изменением снеговой и ветровой нагрузок, увеличением числа бытовой техники и т.д. и не приспособлен для мониторинга давления в течение срока эксплуатации здания.

Также известен способ измерения давления на стены и фундамент зданий и сооружений [2], который заключается в том, что на бетонную или кирпичную поверхность стены или фундамента здания вдоль направления главных сжимающих напряжений наклеивают три тензорезистора и измеряют их начальное омическое сопротивление R₀. Затем ниже наклеенных тензорезисторов вырубают карман глубиной 100 мм, шириной 200 мм и высотой 25 мм и измеряют их ответное омическое сопротивление R₁.

Напряжение σ в стене или фундамента рассчитывают по формуле

σ=ε·E,

где ε - относительная деформация стены или фундамента;

Е - модуль упругости материала стены или фундамента.

Относительную деформацию ε стены или фундамента определяют по формуле

,

где k - коэффициент тензочувствительности тензорезисторов.

При этом чтобы не измерять модуль упругости Е материала стены или фундамента, в карман вводят компенсатор в виде металлической коробки с размерами 160×80×15 мм с жесткими боковыми стенками, днищем и крышкой в виде гибких мембран, маслопроводом и манометром. Компенсатор крепят к стенкам камеры цементным раствором, после затвердевания раствора в компенсатор накачивают масло до тех пор, пока давление компенсатора на стенки вырубки не приведет к возврату омического сопротивления тензорезисторов к величине начального омического сопротивления R_0. По манометру определяют давление масла Р_м внутри компенсатора. Это давление равно напряжению σ в материале стены или фундамента и давлению конструкции на стену или фундамент на заданном уровне здания в горизонтальном сечении выше уровня наклейки тензорезисторов.

Недостатками этого способа являются формирование повышенной концентрации напряжений в стене или фундаменте, вызванное устройством карманов в виде прямого параллелепипеда; выключение из работы части стены или фундамента, работающей на сжатие, даже после заполнения кармана бетоном, вследствие чего снижается несущая способность силовых элементов здания; постоянное наличие в компенсаторе масла.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ измерения давления на стену или фундамент на заданном уровне [2], заключающийся в том, что на малой площади поверхности конструкции наклеивают тензорезисторы, измеряют начальное омическое сопротивление R₀ тензорезисторов, фрезеруют кольцевой надрез вокруг наклеенных тензорезисторов на поверхности стены или фундамента на глубину ¾ диаметра кольцевого надреза, измеряют ответное омическое сопротивление R₁ тензорезисторов и определяют относительную деформацию стены по формуле

.

По относительной деформации ε стены или фундамента определяют напряжение в материале стены или фундамента по формуле

σ=ε·Е.

Модуль упругости Е материала стены или фундамента измеряют по результатам испытаний выбуренных цилиндрических образцов материала конструкции известными неразрушающими методами [3], например с помощью прибора ПУЛЬСАР-1.0.

Далее по напряжению σ в материале стены или фундамента определяют давление на единицу площади поперечного сечения стены или фундамента.

Недостатками этого способа являются необходимость нарушения электрической цепи тензорезисторов на период фрезерования кольцевого надреза, что влечет появление ошибки в измерениях ответного сопротивления R₁ тензорезисторов; снижение несущей способности конструкции и ее надежности; низкая точность измерения деформации ε из-за малой глубины кольцевого надреза и относительно большого его диаметра.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является сохранение несущей способности стен и фундаментов; уменьшение концентрации напряжений в стенах и фундаментах; отсутствие необходимости нарушения электрической цепи тензорезисторов; возможность непрерывного мониторинга давления на стены и фундаменты; дистанционное управление измерениями.

Предлагаемый способ измерения давления на бетонные и кирпичные стены и фундаменты заключается в том, что на поверхности стены или фундамента 3 (см. фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4) вдоль направления главных сжимающих напряжений наклеивают тензорезистор 1 и измеряют его начальное омическое сопротивление R₀. Затем выше и ниже тензорезистора 1 в стене или фундаменте 3 высверливают два отверстия 2 диаметром в 3…4 раза больше ширины b тензорезистора 1, глубиной L равной 40…60 мм, на расстоянии в 3…4 раза больше ширины b тензорезистора 1 и измеряют ответное омическое сопротивление R₁ тензорезистора 1.

Относительную деформацию стены или фундамента 3 определяют по формуле

,

где k - коэффициент тензочувствительности тензорезистора 1.

Давление на заданном уровне стены или фундамента 3 определяют по формуле

p₀=ε₀E+γh,

где E - модуль упругости материала стены или фундамента 3;

γ - плотность материала стены или фундамента 3;

h - расстояние от тензорезистора 1 до заданного уровня стены или фундамента 3, на котором измеряется давление на единицу площади горизонтального сечения стены или фундамента 3.

Для мониторинга давления на заданном уровне стены или фундамента 3 в каждое из отверстий 2 закладывают по два стальных полуцилиндра 4 диаметром меньше диаметра отверстий 2 на 2…3 мм и длиной, равной глубине L отверстий 2. Между стальными полуцилиндрами забивают по клину 5 длиной, равной глубине L отверстий 2, и толщиной на одном конце 1…3 мм, а на другом 4…5 мм. Забиванием клиньев 5 доводят омическое сопротивление тензорезистора 1 до величины, равной начальному омическому сопротивлению R₀. Затем фиксируют текущее омическое сопротивление R_t тензорезистора 1 в любой момент времени t. Изменение омического сопротивления ΔR_t тензорезистора 1 рассчитывают по формуле

ΔR_t=R_t-R₀.

Приращение деформации Δε_t стены или фундамента 3 рассчитывают по формуле

.

Давление р на стену или фундамент 3 определяют по формуле

p=p₀+Δε_tE.

Литература

1. ТСН 50-302-2004. Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге. - СПб.: Правительство Санкт-Петербурга, 2004.

2. Обследование и испытание сооружений: Учеб. для вузов / О.В. Лужин, А.Б. Злочевский, И.А. Горбунов, В.А. Волохов; Под ред. О.В. Лужина. - М.: Стройиздат, 1987. - 263 с.: ил.

3. Землянский А.А. Обследование и испытание зданий и сооружений: Учебное пособие. - М.: Изд-во АСВ, 2001. - 240 с.: ил.

4. Тензо-М. Тензодатчики. Тензорезисторный извлекаемый датчик давления грунта ДДГЛ [Электронный ресурс]. URL: . Дата обращения: 26.03.2013.

Изобретение относится к области неразрушающих измерений давления на заданном горизонтальном уровне бетонных и кирпичных стен и фундаментов зданий и сооружений на стадии их эксплуатации. Сущность: на поверхность стены или фундамента наклеивают тензорезистор на уровне измеряемого давления вдоль направления главных сжимающих напряжений и измеряют начальное омическое сопротивление тензорезистора. В стене или фундаменте выше и ниже тензорезистора высверливают два отверстия диаметром в 3…4 раза больше ширины тензорезистора, на расстоянии в 3…4 раза больше ширины тензорезистора, глубиной 40…60 мм и измеряют ответное омическое сопротивление тензорезистора. Определяют относительную деформацию стены или фундамента и давление на заданном уровне стены или фундамента по формулам. Для мониторинга давления на стену или фундамент в каждое отверстие закладывают по два стальных полуцилиндра длиной, равной глубине отверстий, диаметром меньше диаметра отверстий на 2…3 мм. Между стальными полуцилиндрами забивают по стальному клину длиной, равной глубине отверстий, и толщиной 1…3 мм с одной стороны и 4…5 мм с другой стороны. Забиванием стальных клиньев доводят омическое сопротивление тензорезистора до величины, равной начальному омическому сопротивлению, затем фиксируют величину текущего омического сопротивления тензорезистора в любой момент времени и вычисляют изменение омического сопротивления тензорезистора, приращение деформации стены или фундамента и давление на стену или фундамент в любой момент времени. Технический результат: сохранение несущей способности стен и фундаментов; уменьшение концентрации напряжений в стенах и фундаментах; отсутствие необходимости нарушения электрической цепи тензорезисторов; возможность непрерывного мониторинга давления на стены и фундаменты; дистанционное управление измерениями. 4 ил.

Способ измерения и мониторинга давления на бетонные и кирпичные несущие стены и фундаменты зданий и сооружений на стадии их эксплуатации, заключающийся в том, что на поверхность стены или фундамента наклеивают тензорезистор на уровне измеряемого давления вдоль направления главных сжимающих напряжений и измеряют начальное омическое сопротивление R₀ тензорезистора, отличающийся тем, что в стене или фундаменте выше и ниже тензорезистора высверливают два отверстия диаметром в 3…4 раза больше ширины тензорезистора, на расстоянии в 3…4 раза больше ширины тензорезистора, глубиной 40…60 мм и измеряют ответное омическое сопротивление R₁ тензорезистора; относительную деформацию стены или фундамента определяют по формуле

где k - коэффициент тензочувствительности тензорезистора;
давление на заданном уровне стены или фундамента определяют по формуле
p₀=ε₀E+γh,
где Е - модуль упругости материала стены или фундамента; γ - плотность материала стены или фундамента; h - расстояние от тензорезистора до заданного уровня стены или фундамента;
для мониторинга давления на стену или фундамент в каждое отверстие закладывают по два стальных полуцилиндра длиной, равной глубине отверстий, диаметром меньше диаметра отверстий на 2…3 мм; между стальными полуцилиндрами забивают по стальному клину длиной, равной глубине отверстий, и толщиной 1…3 мм с одной стороны и 4…5 мм с другой стороны; забиванием стальных клиньев доводят омическое сопротивление тензорезистора до величины, равной начальному омическому сопротивлению R₀; затем фиксируют величину текущего омического сопротивления R_t тензорезистора в любой момент времени t и вычисляют изменение омического сопротивления ΔR_t тензорезистора по формуле
ΔR_t=R_t-R₀;
приращение деформации Δε_t стены или фундамента определяют по формуле

давление р на стену или фундамент в любой момент времени t рассчитывают по формуле
р=р₀+Δε_tE.