CZ21244U1 - Strunový tahový siloměr pro deformetrická měření - Google Patents

Description

Strunový tahový siloměr pro deformetrická měření

Oblast techniky

Řešení se týká konstrukčního řešení zařízení pro kontrolu svislých průhybů a relativních posunů součástí rozměrných konstrukcí, zejména určeného pro statické zatěžovací zkoušky mostů. Dosavadní stav techniky

Statická zatěžovací zkouška mostů je frekventovaným experimentálním požadavkem stavebnictví, jehož rozsah a kvalitativní požadavky jsou stanoveny normou. Aplikační vhodnost technického experimentálního vybavení je proto nutno posuzovat podle ekonomické náročnosti splnění požadavku zajistit v reálných povětrnostních, termínových a provozních podmínkách v místě prováděného experimentu spolehlivé splnění normových požadavků, přičemž klíčovým parametrem kontrolovaným pri zatěžovací zkoušce mostu je průhyb mostovky. Pořizovací cena a zranitelnost špičkových interferometrických dálkoměrů zatím vylučuje běžné využívání této techniky v podmínkách IN SÍTU, takže existuji reálné případy, kde je nej výhodnější aplikace geodetických nivelačních měření, ale větší rezervu v nejistotách měření a širší aplikační rozsah obvykle zajišťují systémy měření svislého relativního posunu kontrolovaného bodu mostovky proti podloží stavby s přenosem posunu (průhybu) na deformetr pomocí předepjaté invarové struny. Zde pak nej spolehlivěji požadovanou úroveň nejistot měření zajišťují deformetry složené z pružinového převodníku deformace na sílu a siloměru. Dosud nej výhodnějších parametrů dosahovalo zařízení podle českého vynálezu č. 300 804, který problém rozdílného optimálního rozsahu pracovních předpětí přenosové struny a rozsahu pracovního předpjetí měrné struny obvykle využívaného strunovými snímači řeší cestou zařazení paralelní tuhosti, která rozděluje měřené změny síly předpjetí přenosové struny v poměru tuhostí na měrnou strunu siloměru a paralelní tuhost pružného závěsného paralelogramu siloměru na jehož přímovodný prvek je upnuta jak měrná struna siloměru, tak pružina převodníku deformace na sílu předpjetí přenosové struny. I toto řešení má některé odstranitelné nedostatky, zejména se jedná o výrobní náročnost siloměru, i o náročnost na kvalitu řemeslné práce, která je stále více nedostatkovou, takže je obtížné zajistit žádoucí snížení rozptylu funkčních vlastností siloměrů a kalibračního zařízení pod potřebnou úroveň 1 %, což v opačném případě významným způsobem zvyšuje riziko přehlédnutí hrubé chyby stanovení konstanty citlivosti celého systému měření deformace, které se provádí pri jeho kalibraci v terénu. Subtilnost některých detailů vede navíc ke zvýšené zranitelnosti deformetrického zařízení při transportu. Nevýhodou je též malá přizpůsobivost zařízení k volbě tloušťky struny pro přenos deformací.

Podstata technického řešení

Nevýhody dosud známých zařízení pro měření deformací a vzájemných posuvů, zejména mostních konstrukcí, s přenosem měřených posuvů na deformetr pomocí předpjaté invarové struny, jehož deformetr se skládá z pružinového převodníku měřeného posuvu na změnu síly přenášené pružinou převodníku na siloměr, odstraňuje nebo významně omezuje řešení podle překládaného řešení. Podstata nově navrženého strunového tahového siloměru spočívá v tom, že je tvořen horním a spodním trámem tvořícím páky se shodným pákovým poměrem, které jsou na svých koncích propojeny prvním a druhým táhlem stejné délky do obdélníkového tvaru rámu. První táhlo tvoří siloměr. Druhé táhlo je opatřeno alespoň jedním pružným kloubem, a to na straně upevnění druhého táhla k hornímu trámu. V horním trámu a ve spodním trámu je kolmo na jejich podélnou osu vytvořena alespoň jedna dvojice vzájemně souosých otvorů, do kterých je v horním trámu upevněn závěs opatřený okem pro zavěšení pružiny a ve spodním trámu je proti závěsu do otvoru upevněn teleskopický závěs s nastavitelným dorazovým kroužkem pro kalibraci měrkami. Teleskopický závěs je opatřen koncovou univerzální svěrkou a příčným šroubem pro zajištění polohy teleskopického závěsu.

Ve výhodném provedení je první táhlem strunový priložný tenzometr.

CZ 21244 Ul

V dalším výhodném provedení jsou homí a spodní trám opatřeny na koncích navzájem symetricky umístěnýmidvojicemi příčných otvorů, do kterých se při společném transportu více strunových tahových siloměrů zasunují transportní svorníky, čímž se jednotlivé rámové konstrukce zaaretují. Osy příčných otvorů jsou orientovány mimoběžně ve směru kolmém k osám otvorů pro upevnění závěsu a teleskopického závěsu.

V případě vytvoření dvou a více dvojic otvorů jsou do těchto dalších otvorů upevněna přídavná elektronická zařízení, která jsou umísťovaná směrem do vnitřního prostoru rámu, čímž jsou chráněna proti poškození, a/nebo jimi procházejí elektrická připojení táhla a použitých elektronických zařízení.

to Univerzální koncová svěrka teleskopického závěsu je s výhodou tvořena slisovaným koncem trubkové části teleskopického závěsu, která je opatřena příčným otvorem pro svěrací šroub. Podélné ohybové partie slisu jsou podélně odděleny a zbylá část slisuje upravena do podoby dvoučelisťové svěrky tvořené první a druhou čelistí křidélkového tvaru. Jedna z čelistí je delší a na čele křidélkového tvaru je opatřena ohybem směřujícím směrem před čelo druhé z čelistí. Tato delší čelist má ve svém středu vytvořené vybrání pro průchod invarové struny a upínacího úhelníku zhotoveného z pásku, který je tenčí než je průměr invarové struny. Upínací úhelník a invarová struny jsou vkládány do koncové svěrky mezi první a druhou čelist. Šířka vybrání je dána šířkou upínacího úhelníku a dvojnásobkem šířky invarové struny.

Pro potřeby kalibrace je siloměr vybaven odnímatelnou pružnou svěrkou pro dotlačení čela trub20 kové části teleskopického závěsu k opěrnému kroužku. Dolní část pružné svěrky je opřena o příčný šroub pro zajištění polohy teleskopického závěsu. Homí část pružné svěrky je pak opřena o homí plochu spodního trámu siloměrů nebo o hlavu upevňovacího šroubu teleskopického závěsu ke spodnímu trámu.

Hlavním přínosem řešení je, že jeho výrobní jednoduchost nevyžaduje pro zajištění 1% shody funkčních parametrů potřebu justáže a to ani při kusové výrobě za použití pouze běžných výrobních operací na standardním vybavení zámečnické dílny, dalším přínosem je vysoká mechanická odolnost zařízení a možnost snadné a důvěryhodné kalibrace celé instalace průhyboměmého systému jako celku vkládáním měrek a to jak v případě upevnění siloměmého deformetru na pevné podložce tak i při vložení siloměmého deformetru do obecné výškové úrovně strunového táhla pro přenos měřeného relativního posuvu. Tím, že siloměmé zařízení umožňuje optimalizaci využití funkčního rozsahu siloměrů a přípustného rozsahu předpětí strunového táhla pro přenos měřených průhybů lze významně zvýšit rozlišovací schopnost měření. Využití příčných otvorů podle třetího nároku umožňuje aretovat siloměmý element pro transport prostým spojováním siloměmých zařízení do dvojic stažených v opačně orientované poloze. Masivní rámová kon35 strukce siloměmého zařízení zajišťuje i významné zvýšení mechanické ochrany přídavných elektronických zařízení jako je např. detašovaný rozkmitávací obvod kombinovaný s rádio pojítkem apod. Univerzální svěrka vytvořená podle tohoto řešení umožňuje unifikaci alternativ spojení průhyboměmého zařízení ke srovnávacímu pevnému bodu a řeší výhodněji i problém šetrného nakládání s přebytkem délky invarového strunového táhla pro přenos měřeného průhybu na de40 formetrické zařízení.

Nová možnost využití pružné svěrky při kalibraci odstraňuje problém nej častější příčiny odchylek výsledků opakovaných kalibrací způsobených rozdíly v přítlačné síle na sevření kalibračních měrek, resp. zatížení pružných složek systému ukotvení teleskopických závěsů ke srovnávacímu pevnému bodu.

Přehled obrázků na výkrese

Příkladné provedení strunového tahového siloměrů je schematicky zobrazeno na přiložených výkresech, kde obr. 1 a obr. 2. znázorňují dvě základní aplikace zařízení pro měření průhybu mostů, přičemž vlastní předmětné siloměmé zařízení je zobrazeno detailněji ve dvou pohledech

CZ 21244 Ul tak, že na každém z obrázků je uveden jeden z bokorysů. Alternativní varianty ukotvení k pevnému bodu podloží jsou již jen schematicky naznačeny.

Příklad provedení technického řešení

Strunový tahový siloměr pro deformetrická měření svislých průhybů rozměrných stavebních konstrukcí s využitím principu přenosu měřené deformace předepjatou invarovou strunou 10 k srovnávacímu bodu, ke kterému je upevněn siloměr pro měření změn předpětí tahové pružiny H vyvolané deformací přenesenou na tuto tahovou pružinu li předepjatou invarovou strunou 10 je znázorněn na obr. 1 a 2.

Strunový tahový siloměr je tvořen horním trámem i a spodním trámem 2, které tvoří páky se shodným pákovým poměrem. Navzájem jsou homí trám i a spodní trám 2 propojené na svých koncích prvním táhlem 3 a druhým táhlem 4 stejné délky do obdélníkového tvaru rámu. První táhlo 3 tvoří siloměr a druhé táhlo 4 je opatřeno alespoň jedním pružným kloubem 5, a to na straně upevnění druhého táhla 4 k hornímu trámu 1. V horním trámu 1 a ve spodním trámu 2 je kolmo na jejich podélnou osu vytvořena alespoň jedna dvojice vzájemně souosých otvorů 8, do kterých je v horním trámu i upevněn závěs 6 opatřený okem pro zavěšení pružiny H· Ve spodním trámu 2 je proti závěsu 6 do otvoru 8 upevněn teleskopický závěs 7 s nastavitelným dorazovým kroužkem 12 pro kalibraci měrkami 14. Teleskopický závěs 7 je opatřen koncovou univerzální svěrkou 15 a příčným šroubem 13 pro zajištění polohy teleskopického závěsu 7.

Na obrázcích znázorněná příkladná provedení jsou pro případy měření průhybu mostovky 25 nad variantními příklady podloží 26, kde měřený průhyb v upínacím bodě 24 je invarovou strunou 10 přenášen přes závěsnou svěrku 32 na převodník deformace na sílu tvořený tahovou pružinou H, přičemž sílaje měřena stranovým siloměmým zařízením. Tato sílaje přenesena na oko závěsu 6, který je upevněn v příčně svislém otvoru 8 na horním trámu i rámové konstrukce siloměmého zařízení. Homí trám i má funkci páky, která rozkládá podle zvoleného pákového poměru měřenou sílu na dvě koncová táhla, tedy na první táhlo 3 a druhé táhlo 4, přičemž druhé táhlo 4 je opatřeno zeštíhlením na straně připevnění k hornímu trámu i, které je kloubem 5 a první táhlo 3 je siloměmé s výhodou využívající dříve sériově vyráběný pří ložný strunový tenzometr podle Čs. patentu č. 142 366 jako siloměr. Spodním trámem 2 je opět měřená síla složena díky jeho shodné pákové a závěsné funkci na teleskopický závěs 7. Teleskopická funkce teleskopického závěsu 7 je využita pro nastavení počátečního předpětí invarové struny 10, přičemž nastavené předpětí je zajištěno zablokováním teleskopu příčným šroubem 13. Dále pak teleskopický závěs 7 umožňuje pomocí dorazového kroužku 12 a Čela trubkové části teleskopického závěsu 7 vytvořit spáru pro vkládání měrek 14 při kalibraci. Definované podmínky stlačení měrek 14 pří kalibraci zajišťuje odnímatelná pružná svěrka 22, která svěrací sílu na měrky 14 vnáší přes zařízení příčného blokovacího šroubu 13 teleskopického závěsu 7 a hlavu šroubu 23, kterým je teleskopický závěs 7 upnut ke spodnímu trámu 2 zařízení siloměru.

Upnutí teleskopického závěsu 7 v upínacím bodě 33 na podloží 26 má díky koncové univerzální svěrce 15 závěsu 7 alternativní možnosti. Koncová univerzální svěrka 15 je vyrobena slisováním konce trubkové ěásti teleskopického závěsu 7, přičemž odfrézováním ohybových partií slisu nabývá koncová univerzální svěrka 15 tvaru křidélkových čelistí, a to první čelisti 18 a druhé čelisti

19. V daném příkladě je druhá čelist 19, které je ponechána větší délka, na svém konci opatřena ohybem 21, který je ve střední části opatřen vybráním pro průchod upínacího úhelníku 20 a dvojí průchod invarové struny 10. Upínací úhelník 20 je vyroben z pásku tenčího než je průměr invarové struny 10 a je v teleskopickém závěsu 7 upevněn mezi první čelistí 18 a druhou čelistí 19 svěracím šroubem 17. Teleskopický závěs 7 je možné upnout přímo za upínací úhelník 20 pomocí kleštiny šroubem v upínacím bodě 33 na tuhém povrchu podloží 26 nebo v upínacím bodě 33 kotevního bloku 28. Častější variantou je použití zatížené upínací desky 27 přitlačené hmotností zátěže k měkkému podloží 26 a upevnění upínacího úhelníku 20 šroubem v upínacím bodě 33 ve středu upínací desky 27.

CZ 21244 Ul

S výhodou lze upínací desky 27 využívat při transportu dvojic siloměmých zařízení pro měření průhybu jako desek systému boční ochrany a aretačního šroubového sevření rámové konstrukce siloměrů přes příčné otvory 9, které jsou vytvořeny v horním trámu i a ve spodním trámu 2 na jejich koncích jako navzájem symetricky umístěné dvojice. Osy příčných otvorů 9 jsou orientovány mimoběžně ve směru kolmém k osám otvorů 8 pro upevnění závěsu 6 a teleskopického závěsu 7. Toto řešení je zejména žádoucí pokud budou využity zbývající otvory 8 ve spodním trámu 2 pro upevnění přídavného elektronického zařízení 16 jako např. detašovaného rozkmitávacího obvodu v kombinaci s rádio pojítkem, protože se jedná o subtilnější a proto mechanicky při transportu zranitelnější prvky systému.

V případech, kdy je žádoucí nebo nutná jiná výšková úroveň instalace siloměmého deformetru než je podloží 26, např. nad vodní hladinou, tak lze invarovou strunu 10 vést od závěsné svěrky 32 překlenovacím obloukem najeden bok koncové univerzální svěrky 15 a druhý konec invarové struny 10 upevnit v upínacím bodě 33 kotevního bloku 28 a upevnit invarovou strunu 10 na druhém boku koncové univerzální svěrky 15, přičemž upínací úhelník 20 a uvolněná střední část koncového ohybu 21 druhé čelisti 19 slouží jako opěry navádějící invarovou strunu 10 v koncové univerzální svěrce 15 do svislého směru. Pro snadnější ukládání a vytváření kotevního bloku 28 je vhodné ho doplnit plovákem 29 s masivnějším úvazem než je invarová struna 10. Nadbytečná zbytková část 30 délky invarové struny 10 potom zůstává výhodněji pod siloměmým zařízením na rozdíl od dosavadního uvazování zbytku 30 invarové struny 10 v úseku nad závěsnou svěrkou 32.

Průmyslová využitelnost

Uvedené zařízení pro měření průhybů mostních konstrukcí lze miniaturizovat a tak rozšířit využitelnost řešení pro obecné úkoly kontroly a měření relativních posuvů a to zejména i tam, kde nejsou tak vysoké nároky na mechanickou odolnost jako jsou kladeny na experimentální techniku ve stavebnictví.

Claims (6)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Strunový tahový siloměr pro deformetrická měření svislých průhybů rozměrných stavebních konstrukcí s využitím principu přenosu měřené deformace předepjatou invarovou strunou k srovnávacímu bodu, ke kterému je upevněn siloměr pro měření změn předpětí tahové pružiny vyvolané deformací přenesenou na tuto pružinu předepjatou invarovou strunou, vyznačující se tím, že je tvořen horním trámem (1) a spodním trámem (2) tvořícím páky se shodným pákovým poměrem propojenými na svých koncích prvním táhlem (3) a druhým táhlem (4) stejné délky do obdélníkového tvaru rámu, kde první táhlo (3) tvoří siloměr, a druhé táhlo (4) je opatřeno alespoň jedním pružným kloubem (5) a to na straně upevnění druhého táhla (4) k hornímu trámu (1), přičemž v horním trámu (1) a ve spodním trámu (2) je kolmo na jejich podélnou osu vytvořena alespoň jedna dvojíce vzájemně souosých otvorů (8), do kterých je v horním trámu (1) upevněn závěs (6) opatřený okem pro zavěšení pružiny (11) a ve spodním trámu (2) je proti závěsu (6) do otvoru (8) upevněn teleskopický závěs (7) s nastavitelným dorazovým kroužkem (12) pro kalibraci měrkami (14) a tento teleskopický závěs (7) je opatřen koncovou univerzální svěrkou (15) a příčným šroubem (13) pro zajištění polohy teleskopického závěsu (7).

2. Strunový tahový siloměr podle nároku 1, vyznačující se tím, že první táhlo (3) je strunový příložný tenzometr.

3. Strunový tahový siloměr podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že horní trám (1) a spodní trám (2) jsou opatřeny na koncích navzájem symetricky umístěnými dvojicemi

CZ 21244 Ul příčných otvorů (9) pro zasunutí transportních svorníků při transportní aretaci více strunových tahových siloměrů, kde osy příčných otvorů (9) jsou orientovány mimoběžně ve směru kolmém k osám otvorů (8) pro upevnění závěsu (6) a teleskopického závěsu (7).

4. Strunový tahový siloměr podle nároku 1 a kteréhokoli z nároků 2 nebo 3, vyznačující se tím, že v případě vytvoření dvou a více dvojic otvorů (8) jsou do těchto dalších otvorů (8) upevněna přídavná elektronická zařízení (16) umísťovaná směrem do vnitřního prostoru rámu a/nebo jimi procházejí elektrická připojení táhla (3) a použitých elektronických zařízení (16).

5. Strunový tahový siloměr podle nároku 1 a kteréhokoli z nároků 2 až 4, vyznačující se tím, že univerzální koncová svěrka (15) teleskopického závěsu (7) je tvořena slisovaným koncem trubkové části teleskopického závěsu (7), která je opatřena příčným otvorem pro svěrací šroub (17) a kde podélné ohybové partie slisu jsou podélně odděleny a zbylá část slisuje upravena do podoby dvoučelisťové svěrky tvořené první čelistí (18) a druhou čelistí (19) křidélkového tvaru, kde jedna z čelistí (18, 19) je delší a na čele křidélkového tvaruje opatřena ohybem (21) směřujícím směrem před čelo druhé z čelistí (19,18) a majícím ve svém středu vytvořené vybrání pro průchod invarové struny (10) a upínacího úhelníku (20) zhotoveného z pásku tenčího než je průměr invarové struny (10) vkládaných do koncové svěrky (15) mezi první čelist (18) a druhou Čelist (19), kde šířka vybrání je dána šířkou upínacího úhelníku (20) a dvojnásobkem šířky invarové struny (10).

6. Strunový tahový siloměr podle nároku 1 a kteréhokoli z nároků 2až5, vyznačující se tím, že pro potřeby kalibrace je siloměr vybaven odnímatelnou pružnou svěrkou (22) pro dotlačení čela trubkové části teleskopického závěsu (7) k opěrnému kroužku (12), přičemž dolní část pružné svěrky (22) je opřena o příčný šroub (13) pro zajištění polohy teleskopického závěsu (7) a homí část pružné svěrky (22) je opřena o homí plochu spodního trámu (2) siloměru, nebo o hlavu upevňovacího šroubu (23) teleskopického závěsu (7) ke spodnímu trámu (2).