СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АБСОЛЮТНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ И НАПРЯЖЕНИЙ МЕХАНИЧЕСКИМ ТЕНЗОМЕТРОМ Российский патент 2023 года по МПК G01B5/30 

Изобретение относится к области оценки технического состояния строительных конструкций и может быть использовано для определения механических напряжений, например, в каркасах зданий и сооружений, элементах конструкции мостов. Сущность изобретения состоит в том, что для определения механических напряжений в элементах конструкции на них устанавливается механический тензометр со съемным деформометром. С его помощью определяют абсолютные деформации, которые происходят в элементах конструкций от приложения внешней нагрузки. По абсолютным деформациям вычисляются напряжения в элементах конструкции, позволяющие судить об их несущей способности (прочности и устойчивости). Измерения с использованием механического тензометра не зависят от температуры. При использовании механического тензометра со съемным деформометром, который имеет специальные наконечники, позволяющие надежно фиксировать его в измерительном устройстве и при этом шкала деформометра перестроена таким образом, что нулевой отчет переносится на середину его шкалы, что позволяет измерять как сжимающие, так и растягивающие абсолютные деформации и получать напряжения в элементах конструкции.

Технический результат изобретения заключается в повышении достоверности измерений и определения параметров напряженного состояния конструкций, что отражается на их надежности.

Изобретение относится к области оценки технического состояния строительных конструкций и может быть использовано для определения механических напряжений, например, в каркасах зданий и сооружений, элементах конструкции мостов.

Известен механический тензометр системы Гугенбергера, разработанный еще в начале XX века, позволяющий определять абсолютные деформации в элементах конструкции от внешних нагрузок, действующих на нее и являющийся наиболее близким прототипом к нашему изобретению. В нем использован принцип неравноплечего рычага для увеличения небольших деформаций верхнего слоя, испытываемого элемента до видимых невооруженным глазом перемещений конца стрелки. Он состоит из неподвижной и подвижной призмы, жестко соединенной с рычагом, горизонтального коромысла, которое передает перемещения стрелке, прикрепленной к неподвижному рычагу, регистрирующей абсолютные деформации элемента конструкции. База тензометра может изменяться в пределах 20-250 мм с помощью специального удлинителя, входящего в комплект прибора. На шкале прибора расположено зеркало, служащее для достижения постоянного положения глаза наблюдателя при различных отсчетах. При взятии отсчета изображение стрелки в зеркале совмещается со стрелкой; при этом взгляд наблюдателя постоянно перпендикулярен шкале прибора, что уменьшает ошибку при взятии отсчета.

К недостаткам системы регистрации абсолютных деформаций помощью механического тензометра Гугенбергера относятся:

1. механические тензометры Гугенбергера требуют тщательной установки призм (без излишнего прижима, но с достаточно плотным примыканием к конструкции), с ними необходимо осторожно обращаться, во время проведения измерений нельзя прикасаться к приборам во избежание смещения их от первоначального положения;

2. они позволяют получить абсолютные деформации только с момента их установки и не дают получить полное напряжение в элементе конструкции;

3. для измерения деформации (напряжения) прибор постоянно должен находится на исследуемом элементе конструкции;

4. предложенная система измерений дает достоверные результаты только в лабораторных условиях.

Известен способ измерения абсолютных деформаций при помощи электромеханического тензометра Аистова (авторское свидетельство №34797 в 1934 г.), который представляет собой упругий стальной элемент, прикрепленный к испытываемой конструкции закладными деталями, и деформируемый совместно с ней. Тензометр с применением микрометренного винта и укрепленного на нем лимба для отсчетов угла поворота при замыкании электросигнальной цепи, отличающийся тем, что для измерения деформации применена пластинка, наглухо скрепленная с призмою, например, посредством рамки, и служащая для установления контакта при подвинчивании микрометренного винта. Полученные абсолютные деформации измеряют с помощью проволочных тензорезисторов омического сопротивления. Электромеханический тензометр системы Аистова, при проведении измерений деформируется совместно с исследуемым элементом конструкции и преобразует деформацию в изменяемый электрический параметр, который фиксируется регистрирующей установкой, причем шкала установки отградуирована в единицах деформаций.

К недостаткам системы регистрации абсолютных деформаций с помощью электромеханического тензометра Аистова относятся:

1. такая система измерений позволяет получить абсолютные деформации только с момента их установки и не дают получить полное напряжение в элементе конструкции для измерения деформации (напряжения);

2. прибор постоянно должен находится на исследуемом элементе конструкции;

3. снятие отсчетов по шкале диска путем его вращения вручную повышает погрешность измерения.

4. визуальное снятие отсчетов по шкале каждого прибора требует дополнительного обслуживающего персонала и времени. Опасность повреждения тензометров при обрушении конструкции требует своевременного снятия их и исключает возможность вести наблюдения до момента разрушения.

5. необходимость применения звукового сигнала и невозможность снятия отсчетов без прикосновения к прибору.

6. предложенная система измерений дает достоверные результаты только в лабораторных условиях;

7. применение в данной системе измерений датчиков омического сопротивления добавляет недостатки, присущие этим датчикам (влияние температурных погрешностей и т. д.);

8. необходимость использования регистрирующей аппаратуры и большого количества проводов для соединения датчика омического сопротивления с ней.

9. возможность случайного повреждения соединительных, с регистрирующей аппаратурой, проводов

Известен способ измерения абсолютных деформаций при помощи струнных тензометров (авторское свидетельство №308314, опубликовано 01.07.1971 г., Бюл. № 21). Струнный тензометр для измерения деформаций, содержащий крышку, струну со струнодержателями, закрепляемыми на поверхности исследуемой детали, и возбудитель колебаний струны, выполненный в виде электромагнитной катушки с ферромагнитным сердечником, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и технологичности изготовления тензометра, крышка выполнена из пластмассы с заармированными внутри нее катушкой с сердечником, расположенным перпендикулярно струне.

В отличие от предыдущих прототипов они являются более надежным и долговечным датчиком для измерения деформаций и напряжений непосредственно на элементах конструкций. Струнные тензометры состоят из сплошного цилиндрического корпуса и двух анкеров, между которыми смонтирована натянутая струна. Для возбуждения струны импульсом электромагнитного поля и создания переменной ЭДС от ее собственных колебаний, служит электромагнитная головка, установленная посредине струны. Деформация исследуемого элемента через анкеры передается струне, изменяя ее натяжение и частоту собственных колебаний. По измененному периоду колебаний струны с помощью индивидуальной градуировочной зависимости удлинения струны от частоты ее колебаний определяют величину относительных деформаций базы тензометра. Для возбуждения колебаний, используется помещенный рядом со струной в котором колебания струны индуцируют переменный ток той же частоты, который отмечается специальным регистрирующим устройством. Для исключения влияния температуры на получаемые результаты измерений используют специальный компенсационный прибор, который помещают рядом с местом исследования, таким образом, чтобы деформации на него не действовали,

К недостаткам такого способа измерений относятся:

1. прибор постоянно должен находится на исследуемом элементе конструкции;

2. применение при соединениях компенсационного прибора для устранения влияния температуры на струнный датчик;

3. необходимость использования регистрирующей аппаратуры и большого количества проводов для соединения струнного тензометра с регистрирующей аппаратурой.

4. возможность случайного повреждения соединительных проводов с регистрирующей аппаратурой.

Предлагаемый способ измерения абсолютных деформаций (напряжений) позволяет устранить все недостатки, присущие описанным выше прототипам.

Способ измерения абсолютных деформаций (напряжений) реализуют следующим образом.

Для получения значений параметров напряженного состояния используют механический тензометр со съемным деформометром на базе индикатора часового типа, который перестраивается таким образом, что начало его шкалы смещается в середину шкалы измерений. Это позволяет получать значения абсолютных деформаций (напряжений), как в сжатых, так и в растянутых элементах конструкции, непосредственно при измерениях. Измерения, получаемые механическим тензометром, не зависят от воздействия температуры и автоматически входят в состав измеренных напряжений.

Раскрытие и осуществление способа с примерами

Измерение напряжений и абсолютных деформаций производится с помощью механического тензометра со съемным деформометром (фиг.2). Он состоит из трех уголков, приваренных к элементу конструкции в месте измерения. Два крайних уголка расположены на расстоянии друг от друга (база измерительного прибора), а третий служит для поддержки штанги механического тензометра. В состав тензометра входят штанга в виде сплошного стержня, имеющего с одной стороны резьбу, при помощи которой и двух гаек она прикрепляется к одному из крайних уголков и болта, который прикреплен с помощью двух гаек к другому крайнему уголку. Штанга и болт имеют на своих торцах запрессованные шарики. Для измерения напряжений и абсолютных деформаций между болтом и штангой вставляется съемный деформометр, снабженный специальными наконечниками.

Специалистами сторонних организаций были попытки измерять напряжения без использования съемного деформометра, а применяя для этого штангенциркуль, снабженный электронной шкалой измерения. Эти попытки не увенчались успехом из-за невозможности надежной установки элементов штангеля на шариках штанги и болта механического тензометра

Примеры использования механического тензометра для определения напряжений в элементах конструкции

Предложенная система измерений апробирована на нескольких значимых объектах нашей страны. Она позволяет получать надежные и достоверные данные о напряжениях, которые возникают в элементах конструкции, в том числе и повышенного уровня ответственности, предусмотренного федеральным законом нашей страны ФЗ-384 «Технический регламент о безопасности зданий».

В качестве примеров определения напряжений приведем использование данной системы определения напряжений на следующих объектах:

1. Большепролетное покрытие БСА стадиона «Лужники» в г. Москве.

2. Большепролетное трансформируемое покрытие стадиона «Газпром Арена» в г. Санкт-Петербурге.

3. Распорная система котлована многоэтажного комплекса у Курского вокзала г. Москвы.

4. Строящаяся радиотелевизионная башня в г. Владикавказе.

Примеры использования системы измерения напряжений на стадионе «Лужники» приведены на фиг. 9, на стадионе «Газпром Арена», на фиг. 10,11, на распорной системе котлована на фиг. 12,13 и на строящейся радиотелевизионной башне в г. Владикавказе на фиг. 14,15,

Представленные чертежи:

Фиг. 1. Общий вид калибра

Фиг. 2. Тарировка деформометра с помощью калибра

Фиг. 3. Схема механического тензометра

Фиг. 4. Узел 1

Фиг. 5. Узел 2

Фиг. 6. Узел 3

Фиг. 7. Узел 4

Фиг. 8. Узел 5

Фиг. 9. Узел 6

Фиг. 10. Съемный деформометр Фронтальный вид

Фиг.11. Съемный деформометр Боковой вид

Фиг. 12. Калибровка деформометра тензометра перед измерением

Фиг. 13. Установка деформометра в механический тензометр

Фиг. 14. Измерение деформаций (напряжений) мехпническим тензометром

Фиг. 15. Удаление деформометра из механического тензометра

Фиг. 16. Съемный деформометр

Фиг. 17. Измерение деформаций (напряжений) на элементах покрытия Большой спортивной арены стадиона «Лужники»

Фиг. 18. Механический тензометр, установленный на внутреннем контуре покрытия покрытия стадиона «Газпром Арена» в г. Санкт-Петербург»

Фиг. 19. Измерение деформаций (напряжений) на элементах трансформируемого покрытия стадиона «Газпром Арена» в г. Санкт-Петербург»

Фиг. 20. Измерение деформаций (напряжений) на элементах распорной системы котлована многофункционального комплекса «Чкалов» в г. Москва

Фиг. 21. Измерение деформаций (напряжений) на одном из элементов распорной системы котлована многофункционального комплекса «Чкалов» в г. Москва

Фиг. 22. Установка механического тензометра на одном из элементов строящейся радиотелевизионной башни в г. Владикавказ

Фиг. 23. Измерение деформаций (напряжений) на одном из элементов строящейся радиотелевизионной башни в г. Владикавказ

Условные обозначения

1 – узел 1 2 – узел 2 3 – узел 3 4 – узел 4 5 – узел 5 6 – узел 6 7 – сварные точки проплавлением

Изобретение относится к области оценки технического состояния строительных конструкций и может быть использовано для определения механических напряжений, например, в каркасах зданий и сооружений, элементах конструкции мостов. Сущность изобретения состоит в том, что для определения механических напряжений в элементах конструкции на них устанавливается механический тензометр со съемным деформометром. С его помощью определяют абсолютные деформации, которые происходят в элементах конструкций от приложения внешней нагрузки. По абсолютным деформациям вычисляются напряжения в элементах конструкции, позволяющие судить об их несущей способности (прочности и устойчивости). Технический результат заключается в повышении достоверности измерений и определения параметров напряженного состояния конструкций. 23 ил.

Способ определения абсолютных деформаций и напряжений механическим тензометром, заключающийся в применении механического тензометра, отличающийся тем, что проводят подготовку тензометра посредством установки трех уголков, причем на двух устанавливают болт с запрессованным шариком и штангу из круглого прутка, где на конце штанги запрессовывают шарик, при этом третий уголок поддерживает штангу, а деформометр на базе индикатора часового типа устанавливают между шариками и на концах индикатора часового типа устанавливают наконечники, а нулевую отметку индикатора смещают в центр шкалы, затем деформометр в конце измерений удаляют из тензометра, при этом калибровку деформометра производят перед каждым измерением.