CH335564A - Method for measuring the material stresses and changes in shape occurring in a building or its subsoil or in other artificial or natural material masses - Google Patents

Method for measuring the material stresses and changes in shape occurring in a building or its subsoil or in other artificial or natural material masses

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CH335564A
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CH
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measuring body
measuring
stresses
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liquid
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Inventor
Feodor Dipl Ing Hoernlimann
Original Assignee
Feodor Dipl Ing Hoernlimann
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D1/00Investigation of foundation soil in situ
    • E02D1/08Investigation of foundation soil in situ after finishing the foundation structure

Description

  

  Verfahren zum Messen der in einem Bauwerk oder dessen Baugrund oder in sonstigen  künstlichen oder natürlichen Materialmassen auftretenden Materialspannungen  und Formänderungen    Beim erfindungsgemässen Verfahren zum Messen  der in einem Bauwerk oder dessen Baugrund oder  in sonstigen künstlichen oder natürlichen Material  massen auftretenden Materialspannungen und Form  änderungen wird an der     Messstelle,    in der Richtung  der zu messenden Spannung oder Formänderung,  eine bestimmte Menge der Materialmasse durch  einen tragenden, hohlen     Messkörper    ersetzt.

   Das  Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der     Mess-          körper    mindestens in seinem tragenden Teil aus  einem Material besteht, dessen     Elastizitätsmodul     (z. B. E,. = 2 100 000     kg/cm2)    grösser ist als der  jenige der Materialmasse (z. B.

   E,, - 210 000 kg  pro     cm\-'),    dass die Grösse des Tragquerschnittes des       Messkörpers    sich zum Tragquerschnitt des ersetzten       Materialmassenteils    verhält wie der     Elastizitäts-          modul    der Materialmasse zu demjenigen des tra  genden Materials des     Messkörpers,    so dass das       Messkörpermaterial    und die dasselbe umgebende  Materialmasse in der Richtung der die Spannung  erzeugenden Kraft genau gleiche elastische Ver  hältnisse aufweisen, und dass der vom Verhältnis  der Grösse beider Tragquerschnitte abhängige Hohl  raum im     Messkörper    mit einer Flüssigkeit, wie z. B.

    Wasser, Glyzerin, Terpentinöl oder einem flüssigen  Metall, wie z. B. Quecksilber, gefüllt wird und die  Füllung mit einem Standrohr in Verbindung steht,  in dem sich die den Materialspannungen bzw. Form  änderungen entsprechenden Veränderungen des  Inhaltes des     Messkörperhohlraumes    durch den  Wechsel der Flüssigkeitsstände selbsttätig anzeigen.  Dabei entspricht einem bestimmten Flüssigkeits  stande eine ganz bestimmte auftretende Material  spannung.  



  Bei wieder abnehmender Spannung nehmen die    innerhalb des elastischen Bereiches deformierten  Teile des     Messkörpers    und der     Materialmasse    natur  gemäss selbsttätig wieder ihre ursprüngliche Form  ein, so dass dann auch die Flüssigkeitsstände im  Standrohr auf ihre Ausgangslage zurückgehen.  



  Das Standrohr kann mit     einer    Skala ausgerüstet  sein, deren Teilstriche bestimmten Materialspannun  gen auf Grund von Eichung oder Berechnung ent  sprechen, wie sie durch die Flüssigkeitsstände im  Standrohr angezeigt werden.  



  Beim gleichzeitigen Messen von Längs- und  Querspannungen kann der     Messkörper    einen lotrech  ten, zentralen Raum zum Messen der längsgerich  teten Spannungen und einen konzentrisch um     diesen,     herum angeordneten Raum mit einer als Druckring  wirkenden Ringwand zur Aufnahme der Querspan  nungen aufweisen. Dabei kann bei jedem der beiden  Räume ein getrenntes Standrohr vorgesehen sein.  



  Zum Messen von Zugkräften ist der     Messkörper     zweckmässig in der Materialmasse an gleichmässig  verteilt angeordneten Ankern befestigt.  



  Bei der Einrichtung zur Durchführung des Ver  fahrens zum Messen von Materialspannungen und  Formänderungen, die auch durch Temperatur  schwankungen beeinflusst werden, ist innerhalb des       Messkörperhohlraumes    ein dichtes und starres Ge  fäss angeordnet, das mit einer Flüssigkeit, wie z. B.  Wasser, Glyzerin, Terpentinöl, oder einem flüssiger!  Metall, wie z. B. Quecksilber, gefüllt ist. An dieses  Gefäss ist ein Standrohr angeschlossen, in dem sich  die den Temperaturschwankungen entsprechenden  Veränderungen der     Füllflüssigkeit    durch den Wechsel  der Flüssigkeitsstände selbsttätig anzeigen und ein  Mass für den Einfluss der Temperatur auf das Er-           gebnis    der Spannungsmessung im     Messkörper    ab  geben.  



  Die Flüssigkeit zum Füllen des in den     Mess-          körper    eingesetzten Gefässes ist zweckmässig die  gleiche wie zum Füllen des     Messkörpers.     



  Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Erfin  dungsgegenstandes besteht darin, dass die Wärme  dehnungszahlen des     Messkörpers    und der Material  masse möglichst einander gleich sind.  



  Bei der Einrichtung zum Messen von Material  spannungen und Formänderungen, die auch durch  Temperaturschwankungen in Mitleidenschaft gezo  gen werden, kann das innerhalb des     Messkörper-          raumes    vorgesehene zusätzliche Gefäss einen um ein  Vielfaches     (m-fach)    kleineren Wert besitzen, als der  Inhalt des     Messkörperhohlraumes    beträgt, wobei bei       gleichen    lichten Abmessungen der Standrohre des       Messkörpers    und des zusätzlichen Gefässes, von     der,,

       am Standrohr des     Messkörpers    abgelesenen Span  nungsgrösse der     m-fache    Betrag der     Ablesung    am  Standrohr des zusätzlichen Gefässes in Abzug ge  bracht wird.  



  Die     Abb.    1-8 der Zeichnung zeigen zur Durch  führung des Verfahrens geeignete Vorrichtungen in  Massenbeton eingebettet. Die     Abb.    1, 3, 4, 5, 7 und  8 zeigen schematisch Vertikalschnitte und die     Abb.    2  und 6 Horizontalschnitte durch Teile von Bau  werken und einbetonierten     Messkörpern.     



  In den Abbildungen sind die Materialmassen mit  1, die vertikal gerichteten, durch kleine Pfeile dar  gestellten Materialspannungen mit 2, 24 und die  horizontal gerichteten mit 3 bezeichnet.  



  Der     Messkörper    für Druckspannungen gemäss       Abb.    1 besteht aus einem oben und unten geschlos  senen dichten Eisenrohr 4. An dem obern Rohr  abschluss 5 ist ein oben offenes     Wasserstandsrohr    6  und am untern Teil des     Messkörpers    ein Rohr 7 zum  Füllen des Hohlraumes 8 angeschlossen. Beim  Füllen dieses Hohlraumes wird der im Rohr 7 ein  gebaute Hahn 9 geöffnet, so dass dann die Füll  flüssigkeit zufliesst. Dabei entweicht die Luft aus  dem Raum 8 durch das oben offene Standrohr 6,  wobei     natürlich    für den ungehinderten Abfluss der  Luft zu sorgen ist. Sobald die Flüssigkeit, z. B.  Wasser, im Standrohr bis zum untersten Teilstrich  der Skala 10 angestiegen ist, wird der Hahn 9  wieder geschlossen.

   Selbstverständlich wird das  Standrohr 6 bis zu einer möglichst gut zugänglichen  und für die Spannungsbeobachtung günstig liegen  den Stelle des Bauwerkes hochgeführt.  



  Der     Messkörper    ist in die Materialmasse 1, die  ein Bauwerk bildet, an einer     Stelle,    wo z. B. verti  kale Druckspannungen bzw.     Deformationen    gemes  sen werden sollen, vollständig eingebettet.  



  Es ist angenommen, dass die zu messenden Ma  terialdruckspannungen 2 bei den an den Ober- und  Unterkanten des     Messkörpers    gedachten beiden hori  zontalen Ebenen     a-a    gleichmässig verteilt auftreten.  



  Die Konstruktion des     Messkörpers    gemäss     Abb.    1  sei im nachstehenden an einem Zahlenbeispiel er-    läutert. Wird der mit 11 bezeichnete äussere Durch  messer des     Messkörpers    z. B. 14 cm gross gewählt  und beträgt die eingetretene gleichmässig verteilte  mit 2 bezeichnete Spannung bzw. Nutzbelastung  des Bauwerkes p = 100     kg/cm2,    so besitzt die auf  den     Messkörper    wirkende     Druckübertragungsfläche     eine Grösse von F,, =     14\=        -7/4    = rd. 154     cm2    und  die Druckkraft selbst wird P = 154 - 100 = 15 400       Kilogramm    gross.

   Besitzt der     Elastizitätsmodul    des  aus Eisen bestehenden     Messkörpers    eine Grösse von       E,    = 2 100 000     kg/cm'=    und derjenige des aus  Beton bestehenden Bauwerkes eine solche von       E,,    = 210 000     kg/em-,    so ist das Verhältnis dieser       Elastizitätsmoduli   <I>n =</I>     E,,   <I>: EI, =</I> 10.

   Wird der  rohrförmige Tragquerschnitt 4 des     Messkörpers,     wie ihn auch     Abb.    2 im Horizontalschnitt zeigt,       F"   <I>= F,, : n =</I> 154 : 10 = 15,4     cm-'    gross gewählt,  so ergibt sich die Wandstärke w" des     Messkörpers     aus der Beziehung:    154 - (14 - 2 .     W,,)2   <I>z/4 =</I> 15,4  
EMI0002.0055     
    wobei die Ausrechnung den Wert     w,.    = 0,35 cm  liefert. Diese Wandstärke ist in     Abb.    1 mit 12 be  zeichnet.  



  Hierbei ist dann die Druckspannung im rohr  förmigen Teil 4 des     Messkörpers            ss,    = n -     ss,,    = 10 . 100 = 1000     kg/cm:'       oder auf andere Weise ermittelt         6e    = 15 400 / 15,4 = 1000     kgicm-.       Es ergeben sich dabei folgende gleiche Werte  für die     Zusammendrückung    pro 1 cm Höhe des den       Messkörper    umgebenden     Bauwerkmaterials          8,,    =     ss,,    - 1 / 210 000 = 100 - 1 / 210 000 = 0,

  000  4762 cm  und des     Messkörpermaterials    im Rohrteil 4       E"    =     6E_        #    1 / 2 100 000 = 1000 - 1 / 2 100 000 =_  0,000 4762 cm.  



  Sowohl das     Bauwerkmaterial    1 als auch der     Mess#          körperteil    4 erfahren eine genau gleich grosse elasti  sche     Zusammendrückung.     



  Da die Wandstärke des     Messkörpers,    wie     oben,     ermittelt, 0,35 cm beträgt, so besitzt die Flüssig  keitssäule im Rohr 4 eine Querschnittfläche von  F . = 13,32     ac/4    = rd. 139     cm2,    und die in das  Standrohr übertretende Flüssigkeitsmenge pro 1 cm  Höhe der Flüssigkeitssäule des     Messkörpers    wird bei  p = 100     kg/cm\-'       w = 139     #    0,000 4762 = 0,0662     cm3       Bei rd.

   20 cm Höhe der Flüssigkeitssäule (Rohr  4) des     Messkörpers    beträgt die in das Standrohr  übertretende Flüssigkeitsmenge  W = 20 - 0,0662 = 1,324     cm3.         Bei Wahl eines lichten     Standrohrdurchmessers     von z. B. 0,3 cm verteilen sich die vorstehend ermit  telten 1,324 cm.' auf eine     Standrohrhöhe    von  1,324 / 0,0707 = rd. 20 cm.  



  Wird im vorliegenden Falle eine     Standrohrskala    mit  Millimeterteilung verwendet, so dass einer durch  Eichung festgestellten 100     kg/cm"    grossen Spannung  ein Flüssigkeitsaufstieg von 20 cm im Standrohr ent  spricht, so stellt jede Steigung der Flüssigkeit um  I mm einen Spannungsanstieg von rd. 0,5     kg/cm2     und eine bestimmte Formänderung dar.  



  Die. genannte Eichung wird zweckmässig in der  Weise durchgeführt, dass. der beschriebene     Mess-          körper    z. B. in einem möglichst grossen Betonblock  einbetoniert wird und der Block in der Richtung des  eingelegten     Messkörpers    dem Druck einer hydrau  lischen Presse, z. B. nach Art der bekannten Würfel  pressen, ausgesetzt wird.  



  Wird nun mittels der Presse ein Druck von  100     kg/cm\=    in den beiden horizontalen Ebenen     a-a     (vgl.     Abb.    1) erzeugt, so wirkt auf die     Abschluss-.     platten 5 eine Druckkraft, wie oben ermittelt, von  15 400 kg, und in der Wandung des Rohres 4 tritt  eine Druckspannung     o"    = 1000     kg/cm=    auf. Infolge  dessen wird der     Messkörper    in der Richtung seiner  Längsachse zusammengedrückt, so dass, wie oben  erläutert, in das Standrohr 6 eine Flüssigkeitssäule  von rd. 20 cm Höhe eintritt. Der Skala von rd.

    20 cm Höhe entspricht dann eine Gesamtspannung  von<B>100</B>     kg/em'=    und der Steigung der Flüssigkeit  um rd. je 1 mm Höhe entspricht eine Materialspan  nung von 0,5     kg/cm2.    Durch eine solche Eichung  mit genau bekannten Pressendrücken lassen sich  Fehlerquellen irgendwelcher Art bei der Festlegung  der Skaleneinteilung ausschalten.  



  Das Zahlenbeispiel zeigt, dass bei geeigneter  Wahl der Grösse des     Messkörpers    und des Stand  rohres mit sehr einfachen Mitteln eine genügende  und leicht stark zu steigernde Genauigkeit bei der  Spannungsermittlung bzw. Formänderung sich er  zielen lässt. Hierin liegt ein ganz     ausserordentlicher     Vorteil des beschriebenen Verfahrens.  



  Damit der im Bauwerk eingebaute     Messkörper     bei der Messung von vertikal gerichteten Längsspan  nungen (vgl.     Abb.    1) nicht durch Querspannungen  beeinflusst wird, kann beim Einbetonieren des     Mess-          körpers    in den Bauwerksbeton an der zylindrischen  Umfangsfläche des     Messkörpers    ein Zwischenraum  freigelassen werden, damit dort keine störende seit  liche Druckübertragung stattfindet. Die Wirkung  eines solchen Zwischenraumes kann     evtl.    auch durch  Auflage einer nachgiebigen Pappschicht 13, wie sie  in     Abb.    3 beispielsweise dargestellt ist, erzielt  werden.  



  Zur Messung horizontal verlaufender Spannun  gen, z. B. Querspannungen 3, wird der     Messkörper     mit entsprechend angeordnetem Standrohr in eine  horizontale Lage gebracht.     Abb.    5 stellt dabei den  Vertikalschnitt und     Abb.    6 den Horizontalschnitt    durch die betreffenden Mittelachsen eines solchen       Messkörpers    dar. Um hier den     Einfluss    der z. B. ver  tikal gerichteten Spannungen auszuschalten, kann  an der     Aussenseite'    des     Messkörpers    eine nachgiebige  Pappschicht 13 oder dergleichen aufgelegt werden  (vgl.     Abb.    5 und 6).  



  Bei den vorstehend erläuterten Vorrichtungen ist  die Möglichkeit unberücksichtigt geblieben, dass  durch Temperaturschwankungen, die z. B. infolge  wechselnder Aussentemperaturen hervorgerufen wer  den, die Spannungsverhältnisse in dem Bauwerk  stark in Mitleidenschaft gezogen werden können. Da &   Verfahren der Spannungsmessung muss deshalb in  bestimmten Fällen auch erkennen lassen, inwieweit  die gemessenen Spannungen einerseits durch direkte  Bauwerksbelastungen, wie z. B. durch Druckkräfte,  beeinflusst werden, und anderseits etwa auch durch  Kräfte, die auf Temperaturschwankungen zurück  zuführen sind. Im nachstehenden sei gezeigt, wie die  Ermittlung der Spannungsanteile infolge von Druck  kräften, die unter dem Einfluss von Temperatur  schwankungen stehen, mit Hilfe einer erweiterten       Messkörperkonstruktion    erfolgen kann.

    



  Eine solche, ein Ausführungsbeispiel der Vor  richtung gemäss dem Patentanspruch     1I    bildende  Vorrichtung ist in     Abb.    4 dargestellt. Es unterschei  det sich von der Vorrichtung der     Abb.    1 nur da  durch, dass in den     Messkörperraum    8 noch ein  dichtes und starres Gefäss 20 eingesetzt ist, das  zweckmässig mit einer Flüssigkeit gleicher Zusam  mensetzung angefüllt ist, wie sie schon zur Füllung  des Raumes 8 verwandt worden ist. Die Füllung den  Gefässes 20 steht mit dem Standrohr 21 in Verbin  dung, in welchem sich die Temperaturausdehnung  des Inhaltes des Gefässes 20 ausgleicht.

   Durch den  Wechsel der Flüssigkeitsstände im Standrohr 21 tritt  Standrohr 6 durch Temperaturschwankungen     beein-          in    Erscheinung, inwieweit die Flüssigkeitsstände im       flusst    werden.  



  Wenn die Grösse des Gefässes 20 um das     m-fache     mal kleiner ist, als der Inhalt des     Messkörperhohl-          raumes    8 beträgt, und die lichten Weiten der Stand,       rohre    6 und 21 miteinander genau übereinstimmen,  so ist von der am Standrohr 6 des     Messkörpers    ab  gelesenen Spannungsgrösse der     m-fache    Betrag der       Ablesung    am Standrohr 21 als Berichtigung in Ab  zug zu bringen.

   Werden beispielsweise am Stand  rohr 6 (Skala 10) im ganzen 80 Teilstriche abgele  sen und beträgt am Standrohr 21 (Skala 22) die Ab  lesung sechs Teilstriche und ist m. - 4 zu setzen, so  sind 6     #    4 = 24 Teilstriche von der Zahl 80 in  Abzug zu bringen. Das     Messergebnis    der Spannungs  messung ist dann 80 - 24 = 56     Teiistriche.    Ent  spricht jedem der 56     Teilstrichabstände    auf Grund  einer Eichung mit Hilfe einer hydraulischen Presse  eine Materialspannung von 0,5     kg/em2,    so beträgt  die gemessene Materialspannung im     ganzen     56     #    0,5 = 28     kg/cm2.     



  Befindet sich das Gefäss 20 innerhalb des Mess-           körperhohlraumes    8, so besteht grosse Sicherheit  dafür, dass die Flüssigkeiten beider Gefässe genau  gleiche Temperatur aufweisen und sich die Tempe  ratureinflüsse in den beiden Skalen 10 und 22 gleich  auswirken.  



  Steigt im Standrohr 6 der Flüssigkeitsspiegel,  während er im Gegensatz zum vorstehenden Beispiel  im Standrohr 21 noch unbeweglich ist, so geht aus  einer solchen Sachlage hervor, dass bei der Span  nungszunahme im vorliegenden Falle die Tempera  tur keine Rolle spielt.  



  Das Gefäss 20 kann auch ausserhalb des     Mess-          körpers    angeordnet werden und gleich ausgebildet  sein in Verbindung mit dem Standrohr 21 und der  Skala 22. Dabei muss natürlich Gewähr dafür be  stehen, dass im Gefäss 20 stets die gleiche Tempe  ratur wie im     Messkörperraum    8 herrscht.  



  Bei der Wahl des Materials für den     Messkörper     kann es bei bestimmten Anwendungen wichtig  sein, dass die     Wärmedehnungszahl    dieses Materials  möglichst die gleiche ist wie diejenige des Bauwerk  materials, wie es beispielsweise bei Stahl und Beton       annähernd    der Fall ist. Bei Temperaturschwankun  gen treten dann kaum störende Spannungen zwi  schen Bauwerk und dem in diesem eingebetteten       Messkörper    auf.  



  Zur gleichzeitigen Messung von z. B. Längs- und  Querspannungen mit ein und demselben     Messkörper     kann eine Einrichtung nach     Abb.    7 Anwendung fin  den. Dieser     Messkörper    weist einen mittleren senk  rechten Zylinderraum 14 und um diesen herum  einen ringförmigen, konzentrischen Ringraum 15  auf. Der Raum 14 dient dabei der Messung der  vertikal verlaufenden Längsspannung, wobei ein  Standrohr 16     mit    Skala 17 in Betracht kommt. Die  Ringwand 18 ist in analoger Weise dimensioniert,  wie es vorangehend für die Wand 4 der     Abb.    1 und  2 erläutert ist.

   Zur Aufnahme der horizontal gerich  teten Kräfte 3 dient die als Druckring wirkende  Ringwand 19, die zur Aufnahme der Druckkräfte  nach gleichen Gesichtspunkten dimensioniert ist  wie die Wände 18 bzw. 4.  



  Bei dem Beispiel nach     Abb.    7 kommen die ver  tikalen Druckkräfte im Bereich der Teile 30 nicht  zur Wirkung, da diese Teile aus einer nachgiebigen  Pappe oder dergleichen bestehen, die praktisch  keinen Druck zu übernehmen oder zu übertragen  vermag (vgl. auch die zum gleichen Zweck vorge  sehene Pappe 13 der     Abb.    3, 5 und 6).  



  In den     Abb.    1, 5, 6 und 7 sind die durch kleine  Pfeile dargestellten Kräfte als Druckkräfte darge  stellt. Im Falle Zugkräfte vom     Messkörper    aufzu  nehmen und zu messen sind, erhalten diese Pfeile  24 eine entgegengesetzte Richtung entsprechend       Abb.    B. Es ist dann dafür zu sorgen, dass die Zug  kräfte von den obern und untern     Abschlussplatten    5  aus dem Bauwerk übernommen und auf den     rohr-          förmigen    Teil 4 des     Messkörpers    übertragen werden.

    Bei der Wirkung solcher Zugkräfte verlängert sich    der     Messkörper    4, und es fliesst aus dem Standrohr 6  Flüssigkeit in den     Messkörperraum    B. Die Bewegun  gen der Flüssigkeit in den Standröhren sind bei Zug  kräften entgegengesetzt denjenigen bei der Wirkung  von Druckkräften. Bei Zugkräften ist in den Stand  röhren ein gewisser Vorrat an Füllflüssigkeit vor  zusehen.  



  Die Aufnahme von Zugkräften 24 durch die Ab  schlussplatten 5 wird, wie aus     Abb.    8 ersichtlich, da  durch ermöglicht, dass an den Platten 5 gleichmässig       verteilte    Anker 23 befestigt sind, die in das Bau  werk eingreifen und mit diesem in geeigneter Weise  verbunden sind.



  Method for measuring the material stresses and changes in shape occurring in a building or its foundation or in other artificial or natural material masses In the method according to the invention for measuring the material stresses and shape changes occurring in a construction or its foundation or in other artificial or natural material masses, at the measuring point , in the direction of the stress or change in shape, a certain amount of the material mass is replaced by a load-bearing, hollow measuring body.

   The process is characterized by the fact that the measuring body at least in its load-bearing part is made of a material whose modulus of elasticity (e.g. E,. = 2 100 000 kg / cm2) is greater than that of the material mass (e.g. B.

   E ,, - 210 000 kg per cm \ - ') that the size of the cross-section of the measuring body is related to the cross-section of the replaced material mass part like the modulus of elasticity of the material mass to that of the supporting material of the measuring body, so that the measuring body material and the the same surrounding material mass in the direction of the force generating the tension have exactly the same elastic Ver ratios, and that the dependent on the ratio of the size of the two support cross-sections hollow space in the measuring body with a liquid such. B.

    Water, glycerine, turpentine oil or a liquid metal such as B. mercury, is filled and the filling is connected to a standpipe in which the material stresses or changes in shape corresponding changes in the contents of the measuring body cavity by the change in the liquid levels automatically display. A certain level of material tension corresponds to a certain liquid level.



  When the tension decreases again, the parts of the measuring body deformed within the elastic area and the material mass naturally automatically resume their original shape, so that the liquid levels in the standpipe then also return to their original position.



  The standpipe can be equipped with a scale whose graduation marks correspond to certain material stresses based on calibration or calculation, as indicated by the fluid levels in the standpipe.



  When measuring longitudinal and transverse stresses at the same time, the measuring body can have a vertical, central space for measuring the longitudinal stresses and a space arranged concentrically around this with an annular wall acting as a pressure ring for receiving the transverse stresses. A separate standpipe can be provided for each of the two rooms.



  In order to measure tensile forces, the measuring body is expediently attached to anchors that are evenly distributed in the material mass.



  In the device for performing the method for measuring material stresses and changes in shape, which are also influenced by temperature fluctuations, a tight and rigid Ge container is arranged within the measuring body cavity, which is filled with a liquid such. B. water, glycerine, turpentine oil, or a liquid! Metal, such as B. mercury is filled. A standpipe is connected to this vessel, in which the changes in the filling liquid corresponding to the temperature fluctuations are automatically indicated by the change in the liquid levels and provide a measure of the influence of the temperature on the result of the voltage measurement in the measuring body.



  The liquid for filling the vessel inserted in the measuring body is expediently the same as for filling the measuring body.



  Another advantageous embodiment of the subject matter of the invention is that the thermal expansion coefficients of the measuring body and the material mass are as equal as possible to one another.



  In the device for measuring material stresses and changes in shape, which are also affected by temperature fluctuations, the additional vessel provided within the measuring body space can have a value many times (m times) smaller than the content of the measuring body cavity , with the same clear dimensions of the standpipes of the measuring body and the additional vessel, from the ,,

       The voltage value read on the standpipe of the measuring body is subtracted from the m-fold amount of the reading on the standpipe of the additional vessel.



  Figs. 1-8 of the drawing show suitable devices embedded in mass concrete for implementing the method. Figs. 1, 3, 4, 5, 7 and 8 show schematically vertical sections and Figs. 2 and 6 horizontal sections through parts of construction works and concreted measuring bodies.



  In the figures, the material masses are denoted by 1, the vertically directed material tensions with 2, 24 and the horizontally directed by 3 denotes by small arrows represents.



  The measuring body for compressive stresses according to Fig. 1 consists of a dense iron pipe 4 closed at the top and bottom. A water level pipe 6 open at the top is connected to the upper pipe end 5 and a pipe 7 for filling the cavity 8 is connected to the lower part of the measuring body. When this cavity is filled, the valve 9 built into the pipe 7 is opened so that the filling liquid then flows in. The air escapes from the room 8 through the standpipe 6, which is open at the top, whereby, of course, the unimpeded outflow of the air must be ensured. As soon as the liquid, e.g. B. water, has risen in the standpipe to the bottom graduation of the scale 10, the valve 9 is closed again.

   Of course, the standpipe 6 is brought up to the point of the structure that is as easily accessible as possible and is convenient for voltage monitoring.



  The measuring body is in the material mass 1, which forms a structure, at a point where z. B. vertical compressive stresses or deformations should be measured sen, completely embedded.



  It is assumed that the material compressive stresses 2 to be measured occur evenly distributed in the two imaginary horizontal planes a-a on the upper and lower edges of the measuring body.



  The construction of the measuring body according to Fig. 1 is explained below using a numerical example. If the designated 11 outer diameter of the measuring body z. If, for example, 14 cm is selected and the evenly distributed stress or useful load of the structure identified by 2 is p = 100 kg / cm2, the pressure transfer surface acting on the measuring body has a size of F ,, = 14 \ = -7/4 = approx. 154 cm2 and the pressure itself is P = 154 - 100 = 15 400 kilograms.

   If the modulus of elasticity of the measuring body made of iron has a size of E, = 2 100,000 kg / cm '= and that of the building made of concrete is E, = 210,000 kg / em-, the ratio of these moduli of elasticity is < I> n = </I> E ,, <I>: EI, = </I> 10.

   If the tubular support cross-section 4 of the measuring body, as also shown in Fig. 2 in the horizontal section, is selected to be F "<I> = F": n = </I> 154: 10 = 15.4 cm- ', the result is the wall thickness w "of the measuring body from the relationship: 154 - (14 - 2nd W ,,) 2 <I> z / 4 = </I> 15.4
EMI0002.0055
    where the calculation is the value w ,. = 0.35 cm supplies. This wall thickness is marked with 12 in Fig. 1.



  The compressive stress in the tubular part 4 of the measuring body is then ss, = n - ss, = 10. 100 = 1000 kg / cm: 'or determined in another way 6e = 15 400 / 15.4 = 1000 kgicm-. This results in the following values for the compression per 1 cm height of the building material surrounding the measuring body 8 ,, = ss ,, - 1 / 210,000 = 100 - 1 / 210,000 = 0,

  000 4762 cm and the measuring body material in the pipe part 4 E "= 6E_ # 1/2 100 000 = 1000 - 1/2 100 000 = _ 0.000 4762 cm.



  Both the building material 1 and the measuring body part 4 experience exactly the same amount of elastic compression.



  Since the wall thickness of the measuring body, as determined above, is 0.35 cm, the liquid column in the tube 4 has a cross-sectional area of F. = 13.32 ac / 4 = approx. 139 cm2, and the amount of liquid entering the standpipe per 1 cm height of the liquid column of the measuring body is at p = 100 kg / cm \ - 'w = 139 # 0.000 4762 = 0.0662 cm3 At approx.

   20 cm in height of the liquid column (tube 4) of the measuring body, the amount of liquid entering the standpipe is W = 20 - 0.0662 = 1.324 cm3. When choosing a clear standpipe diameter of z. B. 0.3 cm distribute the above determined 1.324 cm. ' to a standpipe height of 1.324 / 0.0707 = approx. 20 cm.



  If, in the present case, a standpipe scale with millimeter graduation is used, so that a 100 kg / cm "tension determined by calibration corresponds to a liquid rise of 20 cm in the standpipe, every 1 mm rise in the liquid represents a voltage increase of around 0.5 kg / cm2 and a certain change in shape.



  The. The mentioned calibration is expediently carried out in such a way that the measuring body described is e.g. B. is concreted in as large a concrete block as possible and the block in the direction of the inserted measuring body the pressure of a hy metallic press, z. B. press in the manner of the known cube, is suspended.



  If a pressure of 100 kg / cm \ = is now generated in the two horizontal planes a-a (see Fig. 1) by means of the press, this acts on the final. plates 5 have a compressive force, as determined above, of 15,400 kg, and a compressive stress o "= 1000 kg / cm = occurs in the wall of the tube 4. As a result, the measuring body is compressed in the direction of its longitudinal axis, so that, as explained above, a column of liquid about 20 cm high enters the standpipe 6. The scale of about.

    A height of 20 cm then corresponds to a total tension of <B> 100 </B> kg / em '= and the gradient of the liquid by approx. for every 1 mm height corresponds to a material tension of 0.5 kg / cm2. Such a calibration with precisely known press pressures can eliminate sources of error of any kind when determining the scale graduation.



  The numerical example shows that with a suitable choice of the size of the measuring body and the standpipe, it is possible to achieve sufficient and easily greatly increased accuracy in determining the stress or changing the shape with very simple means. This is a very extraordinary advantage of the method described.



  So that the measuring body installed in the building is not influenced by transverse stresses when measuring vertically directed longitudinal stresses (see Fig. 1), a gap can be left free on the cylindrical circumferential surface of the measuring body when the measuring body is set in concrete in the building there is no disruptive pressure transfer from the side. The effect of such a gap can possibly also be achieved by placing a flexible cardboard layer 13, as shown in Fig. 3, for example.



  To measure horizontally running voltages, z. B. transverse voltages 3, the measuring body is brought into a horizontal position with an appropriately arranged standpipe. Fig. 5 shows the vertical section and Fig. 6 the horizontal section through the relevant central axes of such a measuring body. B. to switch off vertically directed voltages, a flexible cardboard layer 13 or the like can be placed on the outside 'of the measuring body (see. Fig. 5 and 6).



  In the above-mentioned devices, the possibility has not been taken into account that temperature fluctuations caused e.g. B. caused as a result of changing outside temperatures who the, the stress conditions in the structure can be strongly affected. The stress measurement method must therefore in certain cases also show the extent to which the measured stresses are caused by direct structural loads, such as B. be influenced by pressure forces, and on the other hand, for example, by forces that are due to temperature fluctuations. The following shows how the determination of the stress components as a result of pressure forces that are under the influence of temperature fluctuations can be carried out with the help of an extended measuring body design.

    



  Such a device forming an embodiment of the device according to claim 1I is shown in FIG. It differs from the device in Fig. 1 only in that a tight and rigid vessel 20 is inserted into the measuring body space 8, which is expediently filled with a liquid of the same composition as is already used to fill the space 8 has been. The filling of the vessel 20 is connected to the standpipe 21 in which the temperature expansion of the contents of the vessel 20 is balanced.

   As a result of the change in the fluid levels in the standpipe 21, the standpipe 6, as a result of temperature fluctuations, affects the extent to which the fluid levels are in the flow.



  If the size of the vessel 20 is m times smaller than the content of the measuring body cavity 8, and the clear widths of the stand, tubes 6 and 21 exactly match, then that of the standpipe 6 of the measuring body is different to deduct m-times the amount of the reading on the standpipe 21 as a correction.

   If, for example, on the stand tube 6 (scale 10) read a total of 80 graduation marks and on the standpipe 21 (scale 22) the reading is six graduation marks and is m. - 4, then 6 # 4 = 24 tick marks are to be subtracted from the number 80. The result of the voltage measurement is then 80 - 24 = 56 divisions. If each of the 56 graduation marks corresponds to a material tension of 0.5 kg / cm2 on the basis of a calibration with the aid of a hydraulic press, the measured material tension is a total of 56 # 0.5 = 28 kg / cm2.



  If the vessel 20 is inside the measuring body cavity 8, there is great certainty that the liquids in both vessels have exactly the same temperature and that the temperature influences on the two scales 10 and 22 have the same effect.



  If the liquid level rises in the standpipe 6, while it is still immobile in the standpipe 21 in contrast to the example above, then such a situation shows that the temperature does not play a role in the voltage increase in the present case.



  The vessel 20 can also be arranged outside the measuring body and have the same design in connection with the standpipe 21 and the scale 22. Of course, there must be a guarantee that the temperature in the vessel 20 is always the same as in the measuring body space 8.



  When choosing the material for the measuring body, it can be important for certain applications that the coefficient of thermal expansion of this material is as close as possible to that of the building material, as is approximately the case with steel and concrete, for example. In the event of temperature fluctuations, there are hardly any disruptive stresses between the structure and the measuring body embedded in it.



  For simultaneous measurement of z. B. Longitudinal and transverse stresses with one and the same measuring body can be a device according to Fig. 7 application fin the. This measuring body has a central vertical cylinder space 14 and an annular, concentric annular space 15 around it. The space 14 is used to measure the vertical longitudinal tension, a standpipe 16 with a scale 17 being considered. The annular wall 18 is dimensioned in a manner analogous to that explained above for the wall 4 in FIGS. 1 and 2.

   To absorb the horizontally directed forces 3, the ring wall 19 acting as a pressure ring is used, which is dimensioned according to the same criteria as the walls 18 and 4 to absorb the pressure forces.



  In the example according to Fig. 7, the vertical compressive forces in the area of the parts 30 are not effective because these parts are made of flexible cardboard or the like, which is practically unable to take on or transfer any pressure (see also those for the same purpose provided cardboard 13 of Figs. 3, 5 and 6).



  In Figs. 1, 5, 6 and 7, the forces shown by small arrows are presented as pressure forces Darge. If tensile forces are to be absorbed and measured by the measuring body, these arrows 24 are given an opposite direction as shown in Fig. B. It must then be ensured that the tensile forces are taken from the upper and lower end plates 5 from the building and onto the pipe - Shaped part 4 of the measuring body are transferred.

    When such tensile forces act, the measuring body 4 is elongated, and liquid flows from the standpipe 6 into the measuring body space B. The movements of the liquid in the standpipes are opposite to those under the action of compressive forces with tensile forces. In the case of tensile forces, a certain supply of filling liquid must be provided in the stand tubes.



  The absorption of tensile forces 24 by the end plates 5 is, as can be seen from Fig. 8, since this allows that evenly distributed anchors 23 are attached to the plates 5, which engage in the building and are connected to it in a suitable manner.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH I Verfahren zum Messen der in einem Bauwerk oder dessen Baugrund oder in sonstigen künstlichen oder natürlichen Materialmassen auftretenden Ma terialspannungen und Formänderungen, wobei eine bestimmte Menge der Materialmasse an der Mess- stelle in der Richtung der zu messenden Spannung oder Formänderung durch einen tragenden, hohlen Messkörper ersetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper mindestens in seinem tragenden Teil aus einem Material besteht, dessen Elastizitäts- modul (E,) grösser ist als derjenige der Material masse (EI), PATENT CLAIM I Method for measuring the material stresses and changes in shape occurring in a building or its subsoil or in other artificial or natural material masses, whereby a certain amount of material mass at the measuring point in the direction of the stress or deformation to be measured by a load-bearing, hollow Measuring body is replaced, characterized in that the measuring body at least in its supporting part consists of a material whose modulus of elasticity (E,) is greater than that of the material mass (EI), dass die Grösse des Tragquerschnittes (F,) des Messkörpers sich zum Tragquerschnitt (F,) des ersetzten Materialmassenteils verhält wie der Elastizitätsmodul der Materialmasse (E,) zu dem jenigen des tragenden Materials des Messkörpers (E"), so dass das Messkörpermaterial und die dasselbe umgebende Materialmasse in der Richtung der die Spannung erzeugenden Kraft genau gleiche elasti sche Verhältnisse aufweisen, und dass der vom Ver hältnis der Grössen beider Tragquerschnitte (F" F,,) that the size of the supporting cross-section (F,) of the measuring body is related to the supporting cross-section (F,) of the replaced material mass part as the modulus of elasticity of the material mass (E,) to that of the supporting material of the measuring body (E "), so that the measuring body material and the the same surrounding material mass in the direction of the force generating the tension have exactly the same elastic conditions, and that the ratio of the sizes of both support cross-sections (F "F ,,) abhängige Hohlraum im Messkörper mit einer Flüs sigkeit gefüllt wird und die Füllung mit einem Standrohr in Verbindung steht, in dem sich die den Materialspannungen bzw. Formänderungen entspre chenden Veränderungen des Inhaltes des Messkör- perhohlraumes durch den Wechsel der Flüssigkeits stände selbsttätig anzeigen. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Standrohr mit einer Skala ausgerüstet wird, deren Teilstriche bestimmten Ma terialspannungen entsprechen, wie sie durch die Flüssigkeitsstände im Standrohr angezeigt werden. 2. The dependent cavity in the measuring body is filled with a liquid and the filling is connected to a standpipe in which the changes in the contents of the measuring body cavity corresponding to the material stresses or changes in shape are automatically indicated by the change in liquid levels. SUBClaims 1. The method according to claim I, characterized in that the standpipe is equipped with a scale, the graduation marks of which correspond to certain material stresses as indicated by the liquid levels in the standpipe. 2. Verfahren nach Patentanspruch 1 zum gleich zeitigen Messen von Längs- und Querspannungen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messkörper ver wendet wird, der-einen lotrechten, zentralen Raum (14) zum Messen der vertikalen Längsspannungen und einen konzentrisch um diesen herum angeordne ten Ringraum (15) mit einer als Druckring wirkenden Ringwand (19) zur Aufnahme der Querspannungen aufweist und jeder der beiden Räume ein getrenntes Standrohr aufweist. 3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Messen von Zugspann kräften der Messkörper in der Materialmasse mit gleichmässig verteilt angeordneten Ankern (23) ver ankert wird. Method according to claim 1 for the simultaneous measurement of longitudinal and transverse stresses, characterized in that a measuring body is used which has a vertical, central space (14) for measuring the vertical longitudinal stresses and an annular space (15) arranged concentrically around it ) has an annular wall (19) acting as a pressure ring to absorb the transverse stresses and each of the two spaces has a separate standpipe. 3. The method according to claim 1, characterized in that for measuring tensile stress forces, the measuring body is anchored in the material mass with anchors (23) arranged evenly distributed. PATENTANSPRUCH 1I Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Patentanspruch I zum Messen von Material spannungen und Formänderungen, die auch durch Temperaturschwankungen beeinflusst werden, da durch gekennzeichnet, dass innerhalb des Messkör- perhohlraumes (8) ein dichtes und starres Gefäss (20) angeordnet ist, das mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, und dass an dieses Gefäss (20) ein Standrohr (21) angeschlossen ist, PATENT CLAIM 1I Device for carrying out the method according to Patent Claim I for measuring material stresses and changes in shape, which are also influenced by temperature fluctuations, as characterized in that a tight and rigid vessel (20) is arranged within the measuring body cavity (8) is filled with a liquid, and that a standpipe (21) is connected to this vessel (20), in dem sich die den Tempe raturschwankungen entsprechenden Veränderungen der Füllflüssigkeit durch den Wechsel der Flüssig.. keitsstände selbsttätig anzeigen und ein Mass für den Einfluss der Temperatur auf das Ergebnis der Span nungsmessung im Messkörper abgeben. UNTERANSPRÜCHE 4. Einrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit im Gefäss die gleiche ist wie die im Messkörper. 5. in which the changes in the filling liquid corresponding to the temperature fluctuations are automatically indicated by the change in liquid levels and provide a measure of the influence of the temperature on the result of the voltage measurement in the measuring body. SUBClaims 4. Device according to claim 1I, characterized in that the liquid in the vessel is the same as that in the measuring body. 5. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedehnungszahlen des Messkörpers und der Materialmasse einander min destens annähernd gleich sind. 6. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse des innerhalb des Messkörperhohlraumes (8) vorgesehenen Gefässes (20) m-mal kleiner ist als der Inhalt des Messkörper- hohlraumes (8) beträgt, wobei m eine ganze Zahl ist, und dass die lichten Abmessungen der beiden Standrohre (6, 21) einander gleich sind. Device according to claim II, characterized in that the coefficients of thermal expansion of the measuring body and the material mass are at least approximately equal to one another. 6. Device according to claim II, characterized in that the size of the vessel (20) provided within the measuring body cavity (8) is m times smaller than the content of the measuring body cavity (8), where m is an integer, and that the clear dimensions of the two standpipes (6, 21) are equal to each other.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3503254A (en) * 1966-09-23 1970-03-31 Louis Francois Auguste Menard Apparatus for measuring,in situ,stresses in a material
US3635076A (en) * 1969-07-29 1972-01-18 Carnegie Inst Of Washington Strain-sensing device
WO1997015804A1 (en) * 1995-10-23 1997-05-01 Carnegie Institution Of Washington Strain monitoring system
WO2006070235A1 (en) * 2004-12-28 2006-07-06 Schlumberger Technology B.V. Temperature compensated strain measurement

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3503254A (en) * 1966-09-23 1970-03-31 Louis Francois Auguste Menard Apparatus for measuring,in situ,stresses in a material
US3635076A (en) * 1969-07-29 1972-01-18 Carnegie Inst Of Washington Strain-sensing device
WO1997015804A1 (en) * 1995-10-23 1997-05-01 Carnegie Institution Of Washington Strain monitoring system
US5900545A (en) * 1995-10-23 1999-05-04 Carnegie Institution Of Washington Strain monitoring system
WO2006070235A1 (en) * 2004-12-28 2006-07-06 Schlumberger Technology B.V. Temperature compensated strain measurement
US7171851B2 (en) 2004-12-28 2007-02-06 Schlumberger Technology Corporation Temperature compensated strain measurement
JP2008525814A (en) * 2004-12-28 2008-07-17 シュルンベルジェ ホールディングス リミテッド Temperature compensated strain measurement
JP4732466B2 (en) * 2004-12-28 2011-07-27 シュルンベルジェ ホールディングス リミテッド Temperature compensated strain measurement

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