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.