Verfahren zur Messung der im Material eines Baukörpers auftretenden Spannung.
Die bekannten Verfahren zur Messung der innerhalb eines Baukörpers, z. B. im Beton einer massiven Staumauer, auftretenden Spannung beruhen zum Teil auf der Feststellung der bei dieser Spannung auftretenden Deformation des Betons oder der dabei auftretenden Änderung von Eigenschaften des Baumaterials. Bei diesen Verfahren sind sehr empfindliche Instrumente erforderlich, so dass ihr Einbau während der Herstellung-des Baukörpers auf Schwierigkeiten stösst, Beim Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung soll es sieh hingegen nur um Massnahmen handein, wie sie bei jedem Baubetrieb ohne Schwierigkeit zur Anwendung kommen können.
Gemäss der Erfindung wird in den Bau körper, z. B. schon bei seiner Herstellung, ein mit einem Alessmitte] gefüllter Messkörper eingebaut, dessen unter der Wirkung der Spannung eintretende Deformation in einer Rich- tung mit derjenigen des Baumaterials übler- einstimmt, und es wird die im Messmittel (Flüssigkeft, Luft, Gras oder dergleichen) entstehende Spannungsänderung, z. B. mittels eines Manometers, gemessen.
An hand der Zeichnung seien Ausfüh rungsbeispide des erfindungsgemässen Verfahrens sowie der Messeinrichtung erläutert.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen in Richtung der Belastung verlaufende sehematisehe Schnitte durch die kreisrund angenommenen Messkörper von vier verschiedenen Messeinrichtungen, während Fig. 5 eine Maschine zum Zwecke der Eichung einer Messeinrichtung sehematiseh darstellt.
Nach Fig. 1 ist in den Beton 1 einer Stan- mauer 2 ein Messkörper 3 während der Ein bringung des Mauerbetons eingebaut. An den Messkörper ist eine Druckleitung 4 angesehles- sen, die zu einem ausserhalb der Mauer befindlichen Spannungsmesser 5 (Manometer) führt und durch den Abschlusshahn 6 abgeschlossen ist. Der Messkörper 3 und die Leitung 4 sind mit einer Flüssigkeit, z. B. Was- ser, vollständig gefüllt.
Da der Messkörper 3 aus Bleeh oder ähnlichem ihn elastisch machendem Material besteht und einen am Rande umlaufenden verformbaren Wulst 7 aufweist, so kommt die im Messkörper 3 befindliche Flüssigkeit durch das Gewicht des oberhalb des Messkörpers eingebrachten Betons unter Spannung. Sobald der den Messkörper umgebende Beton erhärtet ist und weitere Auf lasten aufgebracht sind, wird der Verlauf der Spannungen in dem seitlich des Messkörpers befindlichen, auf Druck beanspruchten Beton nicht gestört, wenn der ICLeQ3körper in der Belastungsrichtung die gleiche Zusammendrückbarkeit und Elastizität aufweist wie der ihm benachbarte Beton im Bereich der in Fig. 1 mit h bezeichneten Höhe des Messkörpers.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 gehört zur Ausrüstung des Messkörpers auch eine der Messkörperform angepasste, oben aufliegende Lastübertragungsplatte 8. Eine solehe Platte kann auch unten vorgesehen sein.
Seitlich des Messkörpers wird ein freier Spiel raum 9 gelassen, damit die Bewegungen des Messkörpers seitlich nicht behindert werden.
Wird die Belastung des Baukörpers 2 durch das Aufbringen von neuem Material oder durch die Wirkung der Nutzlast erhöht, so tritt naturgemäss eine Erhöhlmg der Span- nung im Bereich der Höhe h auf. Da der Messkörper so ausgebildet ist, dass er sich in bezug auf seine Zusammendrüeklmg genau gleich verhält wie der ihn umgebende oder durch ihn ersetzte Beton, so wird der Messkörper einen genau gleichen Lastanteil aufnehmen, wie ihn deir durch den Messkörper ersetzte Beton der Mauer aufgenommen haben würde.
Wird dann die Spannungserhöhung des im Messkörper eingeschlossenen Messmittels mit dem Manometer 5 gemessen, so kann daraus auf die Spannung im Beton in der Berührungsfläche 10 zwischen dem Messkörper und dem darunter. befindlichen Beton geschlossen werden. Mit einer solchen Einrichtung kann also die an einer bestimmten Stelle der Staumauer auftretende Spannung jederzeit ohne weiteres festgestellt werden. Wird an das Manometer 5 eine automatische Registriereinrichtung angeschlossen, so kann auf diese Weise während längerer Zeit, z. B. mehreren Jahren, der Spannungsverlauf verfolgt werden. In gleicher Weise können auch die Spannungen unterhalb der Fulnda- mentsohle im Baugrund, z. B. Fels, festgestellt werden.
An Stelle des freien Spielraumes 9 ist nach Fig. 2 eine auf den Wulst des Messkörpers aufgelegte nachgiebige Wellpappe 15 gesetzt. Dabei besteht der Messkörper aus zwei am Rande gewölbten Blechen, die am Ende der Wölbung miteinander verbunden sind.
Im übrigen zeigt Fig. 2 den an die Leitung 4 angeschlossenen, bei allen andern Ausführungsbeispielen ebenfalls anwendbaren Regelkörper 12. Durch ihn kann erreicht werden, dass der Messkörper 3 eine ganz bestimmte Zusammendrückbarkeit und Elastizi tät aufweist Beim Beispiel nach Fig. 2 besteht der Regelkörper 12 aus einem an den Enden abgeschlossenen Metallrohr bestimmter lichter Länge L und Wandstärke S sowie bestimmtern lichtem. Durchmesser D. Durch Wahl der Grössen L, S, D kann ohne Schwie- rigkeit erreicht werden, dass sich das Rohr unter einem bestimmten Druck des iMessmit- tels in bestimmter Weise elastisch ausdehnt und sich darnach sein Inhalt entsprechend verändert.
Auf diese Weise kann die Zusammendrückbarkeit des Messkörpers 3 so reguliert werden, dass sie genau derjenigen des ihn umgebenden Baumaterials entspricht Sobald der Druck des Messmittels wieder nach lässt, zieht sich auch das Rohr elastisch zus am- men.'Auf'jieseWeise kann erreichtwerden, dass der Messkörper ein ganz bestimmtes elastisches Verhalten aufweist. Man hat es deshalb in der Hand, Messkörper mit bestimmter Elastizität herzustellen. Wird z. B. über das Rohr des Regelkörpers 12 aussen ein dicht anliegendes Metallrohr geschoben, so kann mit einer sol chen Massnahme die Elastizität des Messkörpers auch nachträglich geändert werden. Da sich z.
B. die Elastizität eines Betons mit seinein Alter verändert, so kann diesen Verhält- nissen mit der genannten Massnahme oder sonstigen Mitteln Rechnung getragen werden.
Der Regelkörper kann statt rohrförmig auch kugelförmig sein.
Fig. 3 zeigt eine Einriehtung zur Messung von in der Mauer 2 auftretenden Zugspannun- gen. Um die Hafürng des Betons 1 an den Übertragungsflächen 13 des Messkörpers 3 zu erhöhen, sind an die Übertragungsflächen 13 Verankerungen 14 angeschlossen zwecks Erzielung einer zugfesten Verbindung zwischen den Flächen 13 und dem Beton 1. Dabei besitzt der Messkörper eine Dehnbarkeit, die mit derjenigen des Betons übereinstimmt. Der im Messmittel eintretende Spannungsbfall als Mass für das im Messkörper beim Auftreten von Zugspannungen auftretende Valuinm wird mittels des Manometers 5 gemessen.
Fig. 4 zeigt eine Einrichtung, bei der der Messkörper 3 aus zwei Kissen 11 besteht, die aus flachen Blechen durch Zusammenseluveü ssen an ihrem Rande hergestellt sind. Zwischen den heiden Wissen 11 befindet sich eine starke Platte 16, deren Elastizität geringer ist als diejenige des Betons. Auf diese Weise kann der Beton im Bereich einer verhältnismässig grossen Höhe h für die Spannungsmessung herangezogen und damit die Genauigkeit der Messung erhöht werden.
Fig. 5 zeigt eine Maschine zur Eichung und Nachprüfung der Wirkungsweise der Messeinrichtung. Ein kreisrunder Messkörper ist in der Mitte eines Betonzylinders 18 einbetoniert. Seine Lastübertragungsflächen entsprechen z. B. genau der halben Zylinderquerschnittsfläche. Wird der Betonzylinder zwischen die Druekplatten 19 einer Prüfmaschine eingesetzt und werden zwecks vollkommen gleichmässiger Druckverteilung zwi schen die Platten 19 und den Zylinder 18 Druckkissen 20 eingelegt, so muss in der Schnittebene die Hälfte der Last P vom Messkörper übernommen werden. Auf diese Weise kann eine Eichung des Messkörpers für ver- schiedene Belastungen erfolgen.
Die Eichung kann auch direkt in der Prüfmaschine durchgeführt werden, indem der Messkörper ohne weiteres zwischen die Druckplatten 19 der Prüfmasehine gelegt wird. Die Eichung kann dann für verschiedene Elastizitätszahlen des betreffenden Bate materials erfolgen.
PATENTANSPROCHE :
I. Verfahren zur Messung der im Material eines Baukörpers auftretenden Spannung, dadurch grekennzeiehnet, dass in den Baukörper (2) ein mit einem Messmittel gefüllter Messkörper (3) eingebaut wird, dessen unter der Wirkung der Spannung eintretende Deformation in einer Richtung mit derjenigen des Baukörpcrmaterials (1) übereinstimmt, und dass die im Messmittel entstehende Spannungs änderung gemessen wird.
Method for measuring the stress occurring in the material of a building.
The known methods for measuring the inside a building, for. B. in the concrete of a massive dam, occurring tension are based in part on the determination of the deformation of the concrete occurring at this tension or the resulting change in properties of the building material. These methods require very sensitive instruments, so that their installation encountered difficulties during the manufacture of the building structure. In the method according to the present invention, however, it should only be about measures that can be used in any building operation without difficulty.
According to the invention, in the construction body, for. B. already during its manufacture, a measuring body filled with an Alessmitte] installed, whose deformation occurring under the effect of the tension in one direction is worse than that of the building material, and that in the measuring device (liquid, air, grass or the like) resulting voltage change, e.g. B. measured by means of a manometer.
Examples of embodiments of the method according to the invention and of the measuring device are explained with reference to the drawing.
FIGS. 1 to 4 show semistatic sections through the assumed circular measuring bodies of four different measuring devices, while FIG. 5 shows a machine for the purpose of calibrating a measuring device.
According to FIG. 1, a measuring body 3 is built into the concrete 1 of a wall 2 while the wall concrete is being placed. A pressure line 4 is attached to the measuring body, which leads to a tension meter 5 (manometer) located outside the wall and is closed off by the stopcock 6. The measuring body 3 and the line 4 are with a liquid, for. B. water, completely filled.
Since the measuring body 3 is made of sheet metal or similar material that makes it elastic and has a deformable bead 7 running around the edge, the liquid in the measuring body 3 is under tension from the weight of the concrete placed above the measuring body. As soon as the concrete surrounding the measuring body has hardened and further loads have been applied, the course of the stresses in the pressure-loaded concrete located on the side of the measuring body is not disturbed if the ICLeQ3 body has the same compressibility and elasticity in the load direction as the one next to it Concrete in the area of the height of the measuring body designated by h in FIG. 1.
In the embodiment according to FIG. 1, the equipment of the measuring body also includes a load transfer plate 8, which is adapted to the shape of the measuring body and rests on top. Such a plate can also be provided at the bottom.
A free play space 9 is left on the side of the measuring body so that the movements of the measuring body are not hindered laterally.
If the load on the structure 2 is increased by the application of new material or by the effect of the payload, then naturally there is an increase in the stress in the area of the height h. Since the measuring body is designed in such a way that it behaves in exactly the same way as the concrete surrounding it or the concrete it has replaced with regard to its compression, the measuring body will absorb exactly the same load share as the concrete of the wall that has been replaced by the measuring body would.
If the increase in tension of the measuring device enclosed in the measuring body is then measured with the manometer 5, the tension in the concrete in the contact surface 10 between the measuring body and the one below it can be derived from this. any concrete located. With such a device, the stress occurring at a certain point on the dam can be easily determined at any time. If an automatic registration device is connected to the manometer 5, this can be done for a long time, e.g. B. several years, the voltage curve can be followed. In the same way, the stresses below the floor dam in the subsoil, e.g. B. rock, can be determined.
In place of the free space 9, according to FIG. 2, a flexible corrugated cardboard 15 placed on the bead of the measuring body is placed. The measuring body consists of two metal sheets curved at the edge, which are connected to one another at the end of the curve.
In addition, FIG. 2 shows the regulating body 12 connected to the line 4, which can also be used in all other exemplary embodiments. It can be used to ensure that the measuring body 3 has a very specific compressibility and elasticity. In the example according to FIG from a metal tube closed at the ends of a certain clear length L and wall thickness S as well as certain clearances. Diameter D. By choosing the sizes L, S, D it can be achieved without difficulty that the pipe expands elastically in a certain way under a certain pressure of the measuring device and its content changes accordingly.
In this way, the compressibility of the measuring body 3 can be regulated in such a way that it corresponds exactly to that of the building material surrounding it. As soon as the pressure of the measuring means decreases again, the pipe also contracts elastically. In this way, it can be achieved that the measuring body exhibits a very specific elastic behavior. It is therefore up to you to produce measuring bodies with a certain elasticity. Is z. B. pushed a tightly fitting metal tube over the tube of the control body 12 on the outside, the elasticity of the measuring body can also be changed subsequently with such a measure. Since z.
If, for example, the elasticity of a concrete changes with age, these conditions can be taken into account with the mentioned measure or other means.
The regulating body can also be spherical instead of tubular.
3 shows a device for measuring tensile stresses occurring in the wall 2. In order to increase the load of the concrete 1 on the transfer surfaces 13 of the measuring body 3, anchors 14 are attached to the transfer surfaces 13 in order to achieve a tensile strength connection between the surfaces 13 and the concrete 1. The measuring body has an elasticity that corresponds to that of the concrete. The voltage drop occurring in the measuring device as a measure of the value occurring in the measuring body when tensile stresses occur is measured by means of the manometer 5.
Fig. 4 shows a device in which the measuring body 3 consists of two cushions 11, which are made of flat metal sheets by assembling at their edge. Between the two pieces of knowledge 11 there is a strong plate 16, the elasticity of which is less than that of the concrete. In this way, the concrete in the area of a relatively large height h can be used for the stress measurement and thus the accuracy of the measurement can be increased.
5 shows a machine for calibrating and checking the operation of the measuring device. A circular measuring body is concreted in the middle of a concrete cylinder 18. Its load transfer areas correspond to z. B. exactly half the cylinder cross-sectional area. If the concrete cylinder is inserted between the pressure plates 19 of a testing machine and pressure cushions 20 are inserted between the plates 19 and the cylinder 18 for the purpose of completely even pressure distribution, half of the load P must be taken over by the measuring body in the cutting plane. In this way, the measuring body can be calibrated for different loads.
The calibration can also be carried out directly in the testing machine by simply placing the measuring body between the pressure plates 19 of the testing machine. The calibration can then be carried out for various elastic coefficients of the relevant Bate material.
PATENT CLAIM:
I. A method for measuring the stress occurring in the material of a building, characterized in that a measuring body (3) filled with a measuring device is installed in the building (2), the deformation of which, under the effect of the tension, is in the same direction as that of the building material (1) and that the voltage change occurring in the measuring equipment is measured.