Прибор для определения изгибающих моментов в сооружениях Советский патент 1939 года по МПК G01N5/00 

Для измерения напряжений в элементах инженерных конструкций и сооружений применяются, так называемые, тензометры, основанные на измерении изменения расстояния между двумя точками на поверхности элемента, фиксируемыми ножками прибора. Относя величину этого изменения длины к расстоянию / между точками (базе прибора) и умножая это отношение на модуль упругости материала, из котогого изготовлен исследуемый элемент, по закону Юнга о -- получают напряжение 6. Величина этого напряжения в общем случае является суммарной от действия продольной силы в элементе и от действия изгибающих элемент моментов. На практике весьма часто встречается необходимость найти отдельно все составляющие этого напряжения и, в частности, составляющую от действия в какой-либо плоскости изгибающего момента. Так, например, при исследовании рамных конструкций возникает потребность определить действительное положение по длине элементов рамы нулевых точек, в которых изгибающие

моменты, действующие в плоскости рамы, равны нулю.

Зная теоретическое положение этих нулевых точек и измерив экспериментально действительную величину изгибающих моментов по обе стороны от теоретических нулевых точек, можно определить фактическое положение нулевых точек аналитическим или графическим путем. При существующих конструкциях тензометров для этой цели ; в частном случае, когда изгиб элеменj тов рамы происходит только в плоскости рамы, требуется установить в двух : сечениях элемента рамы по обе стоI роны от теоретического положения нулевой точки по два тензометра, расположенные на гранях элемента по обе стороны от его нейтральной оси. Тогда, в этом частном случае, показания каждого тензометра будут соответствовать суммарному напряжению, состоящему из напряжения o.v от действия продольной силы и напряжения о м от действия изгибающего момента в плоскости рамы.

Если тензометр на одной грани элемента дает напряжение од-|-олг, то расположенный в том же сечении, но на противоположной грани тензометр

даст напряжение ,)/. Взяв полуразность показаний обоих тензометров, получим напряжение од., от действия лишь одного изгибающего момента. Таким же образом вторая пара тензометров даст напряжение от действия изгибающего момента в этом сечении- оти.Так как эта пара тензометров расположена по другую сторону от нулевой точки, то это напряжение будет по знаку противоположно напряжению . Зная, что при отсутствии внешних сил между обоими исследуемыми сечениями элемента величина изгибающего момента изменяется прямолинейно, можно найти точку между обоими сечениями, в которой напряжение от действия изгибающего момента будет равно нулю. Эта точка и будет фактической (экспериментальной) нулевой точкой. Если бы поставить пару тензометров в этом сечении, то их показания были бы равны, так как соответствовали бы действию лишь одной продольной силы. Практически установить тензометры по обе стороны от нейтр1альной оси элемента не всегда представляется возможным, и в таких случаях метод нахождения действительноге положения нулевых точек с помощью обычных тензометров становится неприменимым.

Во избежание этого предлагается конструкция прибора, основанного не на измерении изменения величины расстояния между двумя точками на поверхности элемента, а на измерении изменения кривизны этого элемента. С этой целью в данном приборе для определения изгибающих моментов в сооружениях для управления указательной стрелкой предусмотрена пружинная связь, которая соединяет одну из опор с прижимом для указательной стрелки прибора,

На чертеже изображена общая схема прибора.

Если для простоты вычислений припять, что величина изгибающего момента на длине между двумя близко расположенными друг от друга сечениями элемента постоянна, то изменение длины между двумя точками на поверхности элемента, рас повоженными в этих сечениях, будет:

I /N , М h

« flT -i-T-yJ

A(a.vгде / - расстояние между точками (база тензометра); -Е - модуль Юнга (упругости материала); ад- - напряжение от продольной силы; - напряжение от изгиба; N - продольная сила; М - изгибающий момент; о - площадь поперечного сечения элемента; /- момент инерции сечения элемента и Л - высота сечения.

Перпендикулярное же к продольной оси элемента относительное перемещение обеих точек (разность стрел проX ч «.- Л11- .

гиба) будет: . Как видно, последняя величина не зависит от продольной силы N и поэтому ее измерение может дать непосредственно величину изгибающего момента М. По сравнению с первым способом измерений этот способ, кроме возможности сокращения количества применяемых при измерениях тензометров и возможности производства измерений на одной лишь грани элемента, может оказаться более точным.

Действительно, если при одинаковой точности отсчета по тензометрам и по предлагаемому прибору мы получаем величину изгибающего момента в пер /AI -Д.И, 2EI BOM случае М i, у ---, а во

2EI

втором случае ,-, то при

точность второго способа измерения будет большей. Следовательно, независимо от преимуществ установки приборов лищь на одной поверхности исследуемого элемента, способ измерения изменения кривизны элемента будет более точным при тонких стержнях, когда толщина стержня менее базы прибора. Так как выбор той или иной величины базы прибора зависит от интенсивности изменения величины изгибающего момента по длине исследуемого стержня, то, принимая для элементов, изгибаемых более или менее гюстоянным изгибающим моментом, ббльшую базу / прибора, мы увеличим точность измерений, по сравнению с измерениями с помощью тензометров с той же величиной базы /, в отношении

-- (величины базы прибора к толщине

исследуемого стержня).

Прибор состоит из станины 1, жестко прикрепляемой с помощью винтов или струбцинки и одной точке элемента, рычажной системы, увеличивающей в определенном масштабе деформацию элемента и пружинящего прижима, прикрепляемого во второй точке элемента и передающего смещение второй точки относительно станины насистему рычагов. На чертеже для простоты рычажная система изображена в виде одного рычага, служащего одновременно и стрелкой-указателем 2, для отсчета показаний прибора. В общем же случае при необходимости уменьщения базы прибора и связанного с этим увеличения масштаба рычажной передачи рычажная система может состоять из двух и более рычагов.

Отмеченная на чертеже щтрихами линия является проекцией поверхности элемента, на которой установлен прибор, а стрелки / и // условно обозначают силы прижатия станины / и прижима 5, развиваемые струбцинками или прикрепляющими прибор винтами.

Продольные удлинения или укорочения поверхностных волокон стержня не будут сказываться на показаниях прибора вследствие наличия в прижиме 5 пружинной связи 4, в виде упругой плоской пружины, которая связывает прижим 3 с одной из опор 5 прибора.

Так как фактическое соприкасание станины / и прижима 3 с поверхностью элемента происходит не в точках, а на некотором протяжении, то для определения истинного масщтаба прибора последний подвергается тарировке на специальном калибромере.

Предмет изобретения

Прибор для определения изгибающих моментов в сооружениях, отличающийся тем, что, с целью избежания влияния на показания прибора продольных сил, действующих в сооружении наряду с изгибающими моментами, для управления указательной стрелкой применена пружинная связь 4, связывающая одну из опор 5 прибора с прижимом для указательной стрелки.