DE102007014161B4 - Apparatus and method for measuring load on bearings of structures - Google Patents

Apparatus and method for measuring load on bearings of structures Download PDF

Info

Publication number
DE102007014161B4
DE102007014161B4 DE200710014161 DE102007014161A DE102007014161B4 DE 102007014161 B4 DE102007014161 B4 DE 102007014161B4 DE 200710014161 DE200710014161 DE 200710014161 DE 102007014161 A DE102007014161 A DE 102007014161A DE 102007014161 B4 DE102007014161 B4 DE 102007014161B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
measuring
bearing
ultrasonic
forces
bearings
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE200710014161
Other languages
German (de)
Other versions
DE102007014161A1 (en
Inventor
Frank-Michael Jaeger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE200710014161 priority Critical patent/DE102007014161B4/en
Publication of DE102007014161A1 publication Critical patent/DE102007014161A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102007014161B4 publication Critical patent/DE102007014161B4/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/25—Measuring force or stress, in general using wave or particle radiation, e.g. X-rays, microwaves, neutrons
    • G01L1/255—Measuring force or stress, in general using wave or particle radiation, e.g. X-rays, microwaves, neutrons using acoustic waves, or acoustic emission
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00—Structural or constructional details of bridges
    • E01D19/04—Bearings; Hinges
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00—Structural or constructional details of bridges
    • E01D19/04—Bearings; Hinges
    • E01D19/048—Bearings being adjustable once installed; Bearings used in incremental launching
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0008—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings of bridges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0033—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining damage, crack or wear
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0066—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by exciting or detecting vibration or acceleration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

Vorrichtung zur Lastmessung an Lagern von Bauwerken und zur Messung der Flächenpressung zwischen den die Vertikal- und/oder Horizontalkräfte übertragenden Lagerteilen, mit zwischen den Lagerteilen angeordneten Gleitschichten zur Übertragung der Kräfte mit:
a) einem Lagerteil welches wenigstens einen piezoelektrischen Sensor zur Einleitung von Ultraschallwellen besitzt,
b) einer Anordnung zur Messung der Ultraschallimpulslaufzeiten in einem die vertikalen Kräfte aufnehmenden Lagerteil,
c) einer Einheit zur Datenübertragung und/oder Datenspeicherung,
d) und einer Krafteinleitung ganz oder teilweise durch den Ultraschallwellensensor.Apparatus for measuring the load on bearings of structures and for measuring the surface pressure between the bearing parts transmitting the vertical and / or horizontal forces, with sliding layers arranged between the bearing parts for transmitting the forces with:
a) a bearing part which has at least one piezoelectric sensor for the introduction of ultrasonic waves,
b) an arrangement for measuring the ultrasonic pulse transit times in a vertical part receiving the bearing part,
c) a unit for data transmission and / or data storage,
d) and a force application in whole or in part by the ultrasonic wave sensor.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Auflast von Brückenlagern innerhalb der die Horizontal- und/oder Vertikalkräfte übertragenden Lagerteile. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Messung von Auflasten an Lagern von Bauwerken.The The invention relates to a device for measuring the load of bridge bearings within the horizontal and / or vertical forces transmitted bearing parts. The invention further relates to a method for measuring loads at warehouses of buildings.

Bei Bauwerken der vorgenannten Art, insbesondere Brücken mit einem oder mehreren Auflagerpunkten, kann es zur Gewährleistung und des Nachweises der Betriebssicherheit wünschenswert oder erforderlich sein alle Veränderungen der Lastaufnahme und deren Verteilung auf die Lagerpunkte zu ermitteln und zu erfassen.at Structures of the aforementioned type, in particular bridges with one or more Support points, it can be to guarantee and proof of operational safety desirable or necessary its all changes the load bearing and their distribution to the bearing points to determine and capture.

Während der Herstellung von Brückenbauwerken im Takt-Schiebe-Verfahren werden die Taktschiebelager unterschiedlich belastet. Die Kontrolle auf mögliche Veränderungen an den Lastaufnahmepunkten kann so zum Beispiel Unterbausetzungen oder andere Störungen in der Krafteinleitung in den Untergrund feststellen. Lastumlagerungen an Lagerpunkten lassen sich nicht nur während der Herstellungsphase des Bauwerkes sondern auch während des regulären Betriebes feststellen. Dieses kann besonders in erdbebengefährdeten Gebieten von Bedeutung sein.During the Production of bridge structures in clock-shift process, the clock slide bearings are different loaded. The control on possible changes At the load-bearing points, for example, sub-bases or other disorders in the force introduction into the underground determine. load shifts At bearing points can not only be during the manufacturing phase of the building but also during the regular Determine operation. This can be especially in earthquake-prone Areas of importance.

Stand der TechnikState of the art

Zur Spannungsermittlung an Bauwerken gibt es außer dem Umweg der Ermittlung geometrischer Größen mit optischen Geräten (Dehnungsmessung mit faseroptischen-Sensoren oder Dehnmessstreifen) für die Erfassung der Bewegung von Bauteilen auch noch die Längenmessverfahren mit Schwingseiten oder faseroptischen Sensoren.to Stress determination on structures, there is the detour of the investigation geometric sizes with optical devices (Strain measurement with fiber optic sensors or strain gauges) for detection The movement of components also the length measuring method with oscillating sides or fiber optic sensors.

Es gibt auch Anwendungen zur Spannungsmessung mit hydraulischen Kissen oder Kolbensystemen.It There are also voltage measurement applications with hydraulic cushions or piston systems.

Stellvertretend seien hier für die Messverfahren, die zur Spannungsbestimmung mit hydraulischen Druckaufnehmern arbeiten, die bekannten Druckkissen nach Glötzl, genannt.vicarious be here for the measuring methods used to determine the voltage with hydraulic Pressure transducers work, the known pressure pad after Glötzl called.

Mit diesen hydraulischen Kissen kann zum Beispiel auch der Kraftschluss zum Baugrund gemessen werden.With This hydraulic cushion can, for example, the adhesion be measured to the ground.

Diese Methoden besitzen mehrere wesentliche Nachteile. So muss die absolute Dichtheit zur Aufrechterhaltung des Druckes in dem System gewährleistet sein. Zur Druckbeaufschlagung mit Hydrauliköl sind Absperreinrichtungen notwendig, die aber potentielle Stellen für Undichtheiten sind. Weitere Nachteile für Langzeitmessungen sind die Vorhaltung von Pumpen und Vorratsgefäßen zur Druckkompensation bei Druckmessdosen oder Druckmesskissen.These Methods have several significant disadvantages. So must the absolute Tightness to maintain the pressure in the system ensures be. To pressurize with hydraulic oil are shut-off devices necessary, but these are potential sites for leaks. Further Disadvantages for Long-term measurements are the provision of pumps and storage vessels for Pressure compensation for pressure cells or pressure measuring pads.

Mit Druckaufnehmern kann auch die Auflast von Lagern gemessen werden. Diese Auflastmessung soll Bauwerksüberlastungen und daraus resultierende Schäden erkennen.With Pressure transducers can also be used to measure the bearing load of bearings. This load measurement is designed to overload structures and resulting damage detect.

Werden die Elastomere, die unter Druck ein Fließverhalten zeigen, wie Flüssigkeiten betrachtet, kann durch Annahme eines quasi-hydrostatischen Druckausgleiches die Auflast bestimmt werden.Become the elastomers that exhibit flow behavior under pressure, such as liquids considered, by adopting a quasi-hydrostatic pressure compensation the load will be determined.

So wird nach Druckschrift DE 199 13 895 A1 die Auflast an Lagern (Elastomerlager) durch Druckmessung mit Druckaufnehmern gemessen.So is after publication DE 199 13 895 A1 the load on bearings (elastomer bearing) measured by pressure measurement with pressure transducers.

Diese Methode wird aber durch die starke Temperaturabhängigkeit der Elastomere beeinflusst. Auch sind der Einfluss innerer und äußerer Reibungskräfte gegeben.These However, the method is influenced by the strong temperature dependence of the elastomers. Also are given the influence of internal and external friction forces.

Das Zeitstandsverhalten von Metallen ist wesentlich stabiler als das von polymolekularen Elastomeren.The Creep behavior of metals is much more stable than that of polymolecular elastomers.

Eine wichtige Bedingung ist die Formstabilität. Ein Kriechen des Messkörpers würde zur Verlängerung der Messstrecke und damit zu fehlerhaften Messergebnissen führen. Durch Bewehrung muss ein Fließen des Elastomers verhindert werden.A important condition is the dimensional stability. A creep of the measuring body would to renewal the measuring path and thus lead to erroneous measurement results. By Reinforcement must be flowing of the elastomer can be prevented.

In der DE 44 02 608 A1 werden Lager für Bauwerke beschrieben, die Kraftmesselemente mit Dehnmessstreifen verwenden. Hier soll u. A. die Verformung der Lagerplatte gemessen werden. Auch wird hier die Verwendung der Krafteinleitungsplatten als Kondensator vorgeschlagen. Messtechnisch ist aber die Messung der Kapazität eines aus Lagerplatten und Elastomer gebildeten Kondensators problematisch. Die dielektrischen Eigenschaften des Elastomers sind zur Messung sehr ungünstig, da sehr klein und vorn umgebenden Klima abhängig. Zweitens beträgt der Plattenabstand mehrere Zentimeter und die sich daraus ergebende Kapazität ist sehr klein. Eine Messanordnung zur lastabhängigen Kapazitätsbestimmung ist ohne HF-gerechten Aufbau nicht möglich, dieser ist aber unter Praxisbedingungen unter einer Brücke wirtschaftlich nicht realisierbar.In the DE 44 02 608 A1 describes bearings for structures that use force measuring elements with strain gauges. Here u. A. the deformation of the bearing plate are measured. Also, the use of the force introduction plates is proposed as a capacitor here. However, metrologically, the measurement of the capacitance of a capacitor formed from bearing plates and elastomer is problematic. The dielectric properties of the elastomer are very unfavorable for the measurement, being very small and dependent on the surrounding climate. Second, the plate spacing is several centimeters and the resulting capacity is very small. A measurement arrangement for load-dependent capacity determination is not possible without HF-compliant design, but this is not economically feasible under real conditions under a bridge.

Weiterhin sind im Stand der Technik die Druckabhängigkeit der Eigenschaften der Wellenausbreitung in unterschiedlichen Medien bekannt. Mit der Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Kompressions- und/oder Scherwellen können richtungsabhängige Spannungen gemessen werden.Farther In the prior art, the pressure dependence of the properties wave propagation in different media known. With the Measurement of the propagation velocity of compression and / or Shear waves can cause directional stresses be measured.

In der DE 20 2005 015 571 U1 wird eine Vorrichtung zur Spannungsermittlung im Gebirge beschrieben, bei der ein oder mehrere Ultraschallsensoren in Bohrlöcher eingebracht werden, wobei die Messung der Ultraschallparameter nicht direkt im Gebirge erfolgt, sondern in einer, die Gebirgsspannung aufnehmenden Bohrlochsonde, die mit einem in der Sonde enthaltenem, nicht kompressiblen Medium.In the DE 20 2005 015 571 U1 describes a device for determining the voltage in the mountains, in which one or more ultrasonic sensors are introduced into wells, wherein the measurement of the ultrasound parameters does not take place directly in the mountains, but in a, the mountain tension receiving borehole probe, with a contained in the probe, non-compressible Medium.

Ferner wird in der DE 101 26 539 A1 eine Vorrichtung zur Verformungs- und/oder Bewegungserfassung genannt. Die dort offengelegte Vorrichtung benötigt ein Paar piezoelektrischer Sensoreinheiten zur Abstandsmessung und einen verformbaren Wellenleiter aus einem Polymer. Wesentliche Nachteile und Hinderungsgründe für eine Anwendung zur Lastmessung an Bauwerken bestehen unter Anderem aus:

  • – das Zeitstandsverhalten von Polymeren unter hohen mechanischen Belastungen ist ungenügend, die Polymere zeigen Verhalten wie Flüssigkeiten,
  • – hohe Temperaturabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften,
  • – die Transmissionseigenschaften der Polymere für Ultraschall erfordern relativ niedrige Ultraschallfrequenzen und bewirken damit eine nur ungenügende Laufzeitauflösung, damit wird die Wegmessung zur Messung der Auflast unbrauchbar.
Furthermore, in the DE 101 26 539 A1 called a device for deformation and / or motion detection. The device disclosed therein requires a pair of piezoelectric sensor units for distance measurement and a deformable waveguide made of a polymer. Significant disadvantages and impediments to an application for load measurement on structures include:
  • The creep behavior of polymers under high mechanical loads is insufficient, the polymers show behavior like liquids,
  • High temperature dependence of the mechanical properties,
  • - The transmission properties of the polymers for ultrasound require relatively low ultrasonic frequencies and thus cause only insufficient runtime resolution, so that the distance measurement for measuring the ballast is unusable.

Die DE 693 19 850 T2 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Normaldruck und Scherdruck unter Verwendung eine piezoelektrischen Sensors. Dabei werden sowohl die piezoelektrische Spannung am Piezosensor bei Krafteinwirkung als auch die Abstandsveränderung in einem Polymer gemessen.The DE 693 19 850 T2 relates to a method and apparatus for measuring normal pressure and shear pressure using a piezoelectric sensor. In this case, both the piezoelectric voltage at the piezoelectric sensor upon application of force and the change in distance in a polymer are measured.

Neben den schon vorstehend genannten Nachteilen der Messungen an durch Krafteinwirkung deformierte Polymere, sind weitere Einschränkungen zu beachten. So können dort nur Kraftmessungen über die Laufzeit bei jeweils nur 4–6 μs erfolgen.Next the above-mentioned disadvantages of the measurements of Force deformation deformed polymers are further limitations too note. So can there only force measurements over the runtime is only 4-6 μs.

Für stabile und praxisrelevante Messungen an Bauwerkslagern sind langzeitstabile Messkörper erforderlich. Zudem erfordern die Laständerungen im MPa-Bereich noch verwertbare Messergebnisse der Laufzeit mit Auflösungen zwischen ns und ps (Nano- und Piko-sekunden).For stable and practice-relevant measurements on building warehouses are long-term stable Measuring body required. In addition, the load changes require in the MPa range still usable measurement results of the term with resolutions between ns and ps (nano and pico seconds).

Neben der Laufzeitänderung durch das elastische Verhalten der Messkörper muss auch die Abhängigkeit der Ultraschallgeschwindigkeit von der einwirkenden Kraft beachtet werden.Next the term change Due to the elastic behavior of the measuring body must also dependency the ultrasonic speed of the acting force is considered become.

Aufgabenstellungtask

Aufgabe der Erfindung ist es, eine geeignete Überwachungsseinrichtung für Brückenlager zu schaffen, die ohne Verformungs- oder Druckmessung an Teilen der Lagerkörper, Lastaufnahmen über eine Messung der Spannung innerhalb der Lagerkörper ermöglicht und durch den Vergleich und Analyse der gemessenen Werte mit älteren Werten Schädigungen früh erkennt.task The invention is to provide a suitable monitoring device for bridge bearings to provide that without deformation or pressure measurement on parts of Bearing body, Load pickups over one Measurement of the tension within the bearing body allows and by comparison and analysis of measured values with older values damages recognizes early.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist in den gekennzeichneten Merkmalen der Ansprüche 1 und 7 beschrieben.The solution the task is in the marked features of claims 1 and 7 described.

Die weiteren Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder.The further claims give advantageous developments of the device for carrying out the inventive method again.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lastmessung an Brückenlagern durch die Langzeitbeobachtung und des Vergleiches von Spannungsmessungen innerhalb der Lagerkörper mittels Ultraschall beruht auf dem akusto-elastischen Effekt. Die Laufzeit eines Ultraschallimpulses innerhalb eines Lagerkörpers wird gemessen.The inventive method for load measurement at bridge bearings through long-term observation and comparison of voltage measurements inside the bearing body using ultrasound is based on the acousto-elastic effect. The Running time of an ultrasonic pulse within a bearing body is measured.

Die Schallgeschwindigkeit der Ultraschallwellen ist abhängig von den elastischen Spannungen innerhalb des Messkörpers, hier zum Beispiel in einer Lagerplatte.The The speed of sound of the ultrasonic waves depends on the elastic stresses within the measuring body, here for example in a bearing plate.

Voraussetzung für diese Messung ist der form- und kraftschlüssige Schluss der Messkörper mit der Lagerplatte.requirement for this Measurement is the positive and non-positive conclusion of the measuring body with the bearing plate.

Die Verbindung der Messkörper kann durch spezielle Koppelmedien, zum Beispiel durch Kleben an die Bauteile oder durch andere kraft- und formschlüssige Verbindungen erfolgen.The Connection of the measuring bodies can by special coupling media, for example by gluing on the components or other non-positive and positive connections respectively.

Wird in den metallischen Ankerplatten der Lager die Ultraschalllaufzeit gemessen, ist eine Messung der Auflast auf die Lager vorteilhaft und leicht möglich.Becomes in the metallic anchor plates of bearings the ultrasonic transit time measured, a load bearing on the bearings is advantageous and easily possible.

Zur Erzielung einer hohen Auflösung werden möglichst kurze Sendeimpulse und steile Flanken des Empfangsimpulses benötigt. Das setzt eine gute Ultraschall-Leitfähigkeit der Messstrecken oder Messkörper voraus.to Achieving a high resolution be possible short transmit pulses and steep edges of the receive pulse needed. The requires a good ultrasonic conductivity of the measuring sections or measuring bodies.

Beim Einsatz von Metallen werden diese Forderungen weitestgehend erfüllt. Die Adaption der Ultraschallwandler in metallische Körper ist leicht möglich.At the Use of metals, these requirements are largely met. The Adaptation of ultrasonic transducers into metallic bodies is easily possible.

Die Krafteinleitung über die Außenflächen in die Messkörper und die damit verbundene Stauchung wird als negative Dehnung messtechnisch erfasst.The Force transmission via the outer surfaces in the measuring body and the associated compression is metrological as a negative strain detected.

Die Messung der Laufzeit der Ultraschallimpulse, d. h. die Ermittlung der Schallgeschwindigkeit, ist mit einem oder mehreren Ultraschallsensoren möglich. Dabei kann ein Sensor als Sender und Empfänger arbeiten und eine oder mehrere Reflexionen des Ultraschalls an der Wandung der Messstrecke auswerten. Auch zwei oder mehrere Ultraschallsensoren, d. h. getrennte Sender und Empfänger, können vorteilhaft verwendet werden.The measurement of the duration of Ultraschallim pulse, ie the determination of the speed of sound, is possible with one or more ultrasonic sensors. In this case, a sensor can work as a transmitter and receiver and evaluate one or more reflections of the ultrasound on the wall of the test section. Also, two or more ultrasonic sensors, ie separate transmitter and receiver can be used advantageously.

Der akusto-elastische Effekt kann sowohl durch die Messung der longitudinalen (Schub-)Welle als auch durch die Messung der transversalen (Scher-)Welle oder durch Auswertung der Veränderung beider Wellen erfolgen.Of the acousto-elastic effect can be achieved both by measuring the longitudinal (Thrust) wave as well as by the measurement of the transverse (shear) wave or by evaluating the change both waves take place.

In vorteilhafter Weise wird mindestens eine PVDF-Folie an eine Lagerplatte befestigt, so dass die Schallwellen in Richtung der eingeleiteten Last verlaufen.In Advantageously, at least one PVDF film is attached to a bearing plate fastened so that the sound waves are directed towards the Load is lost.

Technisch lässt sich das durch Zwischenlegen der PVDF-Folie zwischen plane Lagerplatten erreichen.Technically let yourself this by interposing the PVDF film between plane bearing plates to reach.

Die Reflexion der Ultraschallwelle erfolgt an der Phasengrenze Lagerplatte-Elastomer.The Reflection of the ultrasonic wave takes place at the phase boundary bearing plate elastomer.

Das beidseitige Abstrahlen von Ultraschallwellen aus der PVDF-Folie kann durch ein Material mit hohem Schallwiderstand erreicht werden.The Two-sided blasting of ultrasonic waves from the PVDF film Can be achieved by a material with high sound resistance.

Eine andere Methode ist das Einbringen einer Dünnen Schicht mit einer Textur, zum Beispiel Glasvlies. Auch Lacke mit einer bestimmten Pigmentstruktur, welche die Ultraschallwellen stark streut, sind geeignet.A Another method is the introduction of a thin layer with a texture, for example glass fleece. Also paints with a certain pigment structure, which strongly scatters the ultrasonic waves are suitable.

Damit wird eine definierte Laufzeitmessung in nur einer Lagerschicht erreicht.In order to a defined transit time measurement is achieved in only one storage layer.

Die Änderung der Schallgeschwindigkeit durch die Änderung der akusto-elastischen Koeffizienten ist im Verhältnis zur absoluten Schallgeschwindigkeit sehr klein.The change the speed of sound by the change of the acousto-elastic Coefficients is in proportion very small for the absolute speed of sound.

Die direkte messtechnische Auswertung durch eine übliche Laufzeitmessung (time of flight) ist zu ungenau, da hier die Auflösung nicht ausreicht.The direct metrological evaluation by a usual transit time measurement (time of flight) is too inaccurate, since the resolution is not sufficient here.

Eine direkte Frequenzzählung über Mikroprozessoren scheidet aus, da die Zykluszeit (Rechentakt) um den Faktor 1000 bis 10000 größer ist als die geforderte nutzbare Auflösung. Metallplatten von wenigen Zentimetern ergeben bei nur einer Reflexion Laufzeiten des Ultraschallimpulses kleiner 10 μs.A direct frequency counting via microprocessors is eliminated because the cycle time (calculation clock) by a factor of 1000 up to 10000 is larger than the required usable resolution. Metal plates of a few centimeters result in just one reflection Running times of the ultrasonic pulse less than 10 μs.

Sollen Belastungen von nur einigen MPa gemessen werden, muss die Auflösung unter 0,1 ns liegen.Should Loads of only a few MPa are measured, the resolution must be below 0.1 ns lie.

Zur Erfassung von Lastumlagerungen (oder auch Spannungsumlagerungen) in der Größenordnung 100 kPa und kleiner reichen auch moderne Messanordnungen wie die TDC (Time-to-Digital-Converter) mit Auflösungen bis etwa 0,15 ns nicht aus.to Detecting load transfers (or also voltage transfers) in the order of magnitude 100 kPa and smaller are also sufficient modern measuring arrangements such as TDC (time-to-digital converter) with resolutions up to about 0.15 ns not enough.

Mit elektronischen Maßnahmen kann die Messempfindlichkeit (hier auch als Auflösung bezeichnet) erhöht werden. So können die Ultraschallsensoren (Sendewandler und Empfangswandler) in einer Regelschleife (PLL-Oszillator) oder als pulsed-phase-locked-loop (PPLL) betrieben werden. Man erreicht einen Phasen-Shift kleiner 0,001°, das entspricht einem Zeitversatz von etwa 0,002 Nanosekunden. Damit ist die Auflösung ca. zweimal besser als bekannte Verfahren mit FFT-basierten Auswertungen und Kreuzkorrelationen der Echosignale.With electronic measures the measuring sensitivity (here also called resolution) can be increased. So can the ultrasonic sensors (transmitting transducer and receiving transducer) in one Control loop (PLL oscillator) or as pulsed-phase-locked-loop (PPLL) are operated. One achieves a phase shift smaller 0.001 °, this corresponds to a time offset of about 0.002 nanoseconds. In order to is the resolution about twice better than known methods with FFT-based evaluations and cross-correlations of the echo signals.

Ausführungsbeispieleembodiments

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche. Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben werden. Es zeigen:Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the Features of the dependent claims. In the following, the invention will be described with reference to exemplary embodiments become. Show it:

1 eine Ausführungsvariante und Vorrichtung zur Auflastmessung von Brückenlager mit Elastomerschicht zwischen den Lagerplatten 1 a variant embodiment and apparatus for Auflastmessung of bridge bearings with elastomer layer between the bearing plates

2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsvariante mit Trägerfolie zur Kontaktierung der PVDF-Folie 2 a schematic representation of an embodiment with carrier film for contacting the PVDF film

In 1 ist eine Ausführungsvariante und Vorrichtung zur Auflastmessung von Brückenlagern mit einer Elastomerschicht zwischen der oberen Lagerplatte 81 und unteren Lagerplatte 82 dargestellt.In 1 is an embodiment and device for Auflastmessung of bridge bearings with an elastomer layer between the upper bearing plate 81 and lower bearing plate 82 shown.

Die Auflast der Brückenbauwerksteile 83 wird von der oberen Lagerplatte 81 getragen. Zwischen der oberen Lagerplatte 81 und der unteren Lagerplatte 82 befindet sich eine Elastomerschicht 84.The ballast of the bridge building parts 83 is from the upper bearing plate 81 carried. Between the upper bearing plate 81 and the lower bearing plate 82 there is an elastomeric layer 84 ,

In der unteren Lagerplatte 82 wird die Laufzeit der Ultraschallwellen 92 gemessen. Dazu ist die ultraschallaussendende und ultraschallempfangende PVDF-Folie 88 mit einer Elektronikeinheit 91 verbunden. Die PVDF-Folie 88 ist auf einer Kontaktfolie 90 befestigt. Unter der Kontaktfolie 90 befindet sich eine Schutzlage mit Textur 86. Diese Schutzlage mit Textur 86 verhindert das Ausbreiten der Ultraschallwellen 92 in Richtung Brückenpfeiler 85. Zum Schutz der Schutzlage mit Textur 86 gegen mechanische Beschädigung durch Betonrauhigkeiten ist darunter eine Schutzplatte 89 angeordnet.In the lower bearing plate 82 is the transit time of the ultrasonic waves 92 measured. This is the ultrasound-emitting and ultrasound-receiving PVDF film 88 with an electronics unit 91 connected. The PVDF film 88 is on a contact sheet 90 attached. Under the contact foil 90 there is a protective layer with texture 86 , This protective layer with texture 86 prevents the propagation of ultrasonic waves 92 in the direction of the bridge pier 85 , To protect the protective layer with texture 86 against mechanical damage by concrete roughness is underneath a protective plate 89 arranged.

Die elektrische Verbindung zwischen der PVDF-Folie 88 und der Elektronikeinheit 91 kann natürlich mit unterschiedlichen Mitteln erfolgen. Wird dazu zum Bespiel Koaxialkabel verwendet wird zum mechanischen Schutz des Koaxialkabels in die Schutzplatte 89 eine Rille oder Nut eingearbeitet.The electrical connection between the PVDF film 88 and the electronics unit 91 can na Of course, done with different means. If, for example, coaxial cable is used for the mechanical protection of the coaxial cable in the protective plate 89 a groove or groove incorporated.

Die Elektronikeinheit 91 ermittelt die Ultraschallaufzeiten der in der unteren Lagerplatte 82 reflektierten Ultraschallwellen 92 mit einer Auflösung besser 0,01%.The electronics unit 91 determines the ultrasound times of those in the lower bearing plate 82 reflected ultrasonic waves 92 with a resolution better 0.01%.

Dazu werden die in der Beschreibung erwähnten elektronischen Mittel verwendet.To become the electronic means mentioned in the description used.

Die Elastomerschicht 84 kann natürlich in einer anderen, hier nicht weiter dargestellten Ausführungsform des Lagers mit Auflastmessung als Gleitschicht ausgebildet werden. Damit sind Auflastmessungen während großer Bewegungen zwischen oberer Lagerplatte 81 und unterer Lagerplatte 82 möglich. Diese Bewegungen treten zum Beispiel beim Bau von Brückenbauwerken nach dem Takt-Schiebe-Verfahren auf.The elastomer layer 84 can of course be formed in another, not shown here embodiment of the bearing with load measurement as a sliding layer. This makes load measurements during large movements between upper bearing plate 81 and lower bearing plate 82 possible. These movements occur, for example, in the construction of bridge structures by the clock-sliding method.

Mit der erfindungsgemäßen Auflastmessung und dem beschriebenen Brückenlager ist während des Schiebevorganges der Brücke eine Auflastmessung möglich. Nach dem Bau der Brücke kann die untere Lagerplatte 82 mit der PVDF-Folie 88 zur Auflastmessung unter der fertigen Brücke verbleiben.With the load measurement according to the invention and the bridge bearing described a load measurement is possible during the sliding operation of the bridge. After construction of the bridge, the lower bearing plate 82 with the PVDF film 88 remain under the finished bridge for load measurement.

2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsvariante mit Trägerfolie 93 zur Kontaktierung der PVDF-Folie 88 mit der Elektronikeinheit 91. Zwischen der unteren Lagerplatte 82 und der Schutzplatte 89 ist die Trägerfolie 93 mit der aufgebrachten PVDF-Folie 88 dargestellt. Die Leiterbahnen 15 und 16 zur Verbindung der PVDF-Folie 88 mit der Elektronikeinheit 91 können noch mit hier nicht dargestellten Abschirmschichten hergestellt werden. Dazu wird für die Trägerfolie 93 eine Multi-Layer-Leiterplattenfolie verwendet. 2 is a schematic representation of an embodiment with carrier film 93 for contacting the PVDF film 88 with the electronics unit 91 , Between the lower bearing plate 82 and the protective plate 89 is the carrier foil 93 with the applied PVDF film 88 shown. The tracks 15 and 16 for connecting the PVDF film 88 with the electronics unit 91 can still be made with shielding layers, not shown here. This is for the carrier film 93 used a multi-layer printed circuit board foil.

Besitzt die Leiterplattenfolie eine Textur aus Glasgewebe, wird die Abstrahlung der Ultraschallwellen in die Schutzplatte 89 verhindert.If the circuit board film has a texture of glass fabric, the radiation of the ultrasonic waves is in the protective plate 89 prevented.

Durch die Verwendung eines füllstoffhaltigen Lackes kann der Ultraschall ebenfalls gestreut werden.By the use of a filler-containing paint the ultrasound can also be scattered.

Die in 2 gezeigte Vorrichtung kann vorteilhaft als kompakte Einheit gefertigt werden.In the 2 shown device can be advantageously manufactured as a compact unit.

Die erfindungsgemäße Auflastmessung an Brückenlagern beschränkt sich nicht nur auf Elastomerlager und Gleitlager.The Load measurement according to the invention at bridge bearings limited not only on elastomeric bearings and plain bearings.

Bei allen Bauteillagern, wo die Ultraschallwellengeschwindigkeit in Feststoffen gemessen werden kann, ist die Auflastmessung durch die Messung der mechanischen Spannung möglich.at all component bearings where the ultrasonic wave velocity in Solids can be measured, the load is measured by the Measurement of the mechanical stress possible.

Claims (7)

Vorrichtung zur Lastmessung an Lagern von Bauwerken und zur Messung der Flächenpressung zwischen den die Vertikal- und/oder Horizontalkräfte übertragenden Lagerteilen, mit zwischen den Lagerteilen angeordneten Gleitschichten zur Übertragung der Kräfte mit: a) einem Lagerteil welches wenigstens einen piezoelektrischen Sensor zur Einleitung von Ultraschallwellen besitzt, b) einer Anordnung zur Messung der Ultraschallimpulslaufzeiten in einem die vertikalen Kräfte aufnehmenden Lagerteil, c) einer Einheit zur Datenübertragung und/oder Datenspeicherung, d) und einer Krafteinleitung ganz oder teilweise durch den Ultraschallwellensensor.Device for measuring the load on bearings of buildings and for measuring the surface pressure between the bearing the vertical and / or horizontal forces bearing parts, with between the bearing parts arranged sliding layers for the transmission of personnel With: a) a bearing part which at least one piezoelectric Has sensor for the introduction of ultrasonic waves, b) one Arrangement for measuring the ultrasonic pulse transit times in a vertical forces receiving bearing part, c) a unit for data transmission and / or data storage, d) and a force application completely or partly by the ultrasonic wave sensor. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrischen Sensoren aus einer piezoelektrischen Folie bestehen.Device according to claim 1, characterized in that the piezoelectric sensors consist of a piezoelectric film. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrischen Sensoren aus mindestens einer auf einem Lagerteil haftenden piezoelektrischen Schicht bestehen.Device according to claim 1, characterized in that the piezoelectric sensors at least one adhering to a bearing part piezoelectric Layer exist. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrischen Sensoren teilweise oder ganz die Fläche zwischen den Lagerteilen bedecken.Device according to a the claims 1 to 3, characterized in that the piezoelectric sensors partially or completely the area cover between the bearing parts. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrischen Sensoren mittels einer zwischen den Lagerschichten befindlichen Kontakteinrichtung mit der Anordnung zur Messung der Ultraschalllaufzeiten verbunden sind.Device according to a the claims 1 to 4, characterized in that the piezoelectric sensors by means of a contact between the bearing layers contact device connected to the arrangement for measuring the ultrasonic transit times are. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinrichtung flächenhaft zwischen den Lagerteilen als Schicht oder durch eine Folie gebildet wird.Device according to claim 5, characterized in that that the contact device areal formed between the bearing parts as a layer or by a film becomes. Verfahren zur Lastmessung an Lagern von Bauwerken und zur Messung der Flächenpressung zwischen den die Vertikal- und/oder Horizontalkräfte übertragenden Lagerteilen, mit zwischen den Lagerteilen angeordneten Gleitschichten zur Übertragung der Kräfte mit nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Aufnahme der vertikalen Kräfte in ein Lagerteil, b) Entkopplung der horizontalen und vertikalen Kräfte, c) Einleitung von Ultraschallwellen in ein Lagerteil, d) Messung der Ultraschallimpulslaufzeiten in einem die vertikalen Kräfte aufnehmenden Lagerteil, e) Übermittlung und/oder Bewertung der gemessenen Ultraschalllaufzeiten.Method for measuring the load on bearings of buildings and for measuring the surface pressure between the bearing parts transmitting the vertical and / or horizontal forces, with sliding layers arranged between the bearing parts for transmitting the forces with the following method steps: a) picking up the vertical forces in a bearing part, b) Decoupling of the horizontal and vertical forces, c) introduction of ultrasonic waves into a bearing part, d) measurement of the ultrasonic pulse transit times in a bearing part receiving the vertical forces, e) transmission and / or evaluation of the measurements NEN ultrasonic transit times.
DE200710014161 2007-03-23 2007-03-23 Apparatus and method for measuring load on bearings of structures Expired - Fee Related DE102007014161B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200710014161 DE102007014161B4 (en) 2007-03-23 2007-03-23 Apparatus and method for measuring load on bearings of structures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200710014161 DE102007014161B4 (en) 2007-03-23 2007-03-23 Apparatus and method for measuring load on bearings of structures

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102007014161A1 DE102007014161A1 (en) 2008-09-25
DE102007014161B4 true DE102007014161B4 (en) 2009-06-04

Family

ID=39713151

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200710014161 Expired - Fee Related DE102007014161B4 (en) 2007-03-23 2007-03-23 Apparatus and method for measuring load on bearings of structures

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102007014161B4 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013008777A1 (en) 2013-05-23 2014-11-27 Frank-Michael Jäger Method and device for mechanical stress measurement
CN106192739A (en) * 2016-08-30 2016-12-07 洛阳双瑞特种装备有限公司 A kind of vertical force measurement type bridge pad and force measuring method thereof
US10458472B2 (en) 2016-05-10 2019-10-29 University Of Connecticut Force sensing sliding bearing
DE202021003437U1 (en) 2021-09-24 2022-01-04 Frank-Michael Jäger Device for monitoring and determining the prestressing force in buildings and building parts made of prestressed concrete
DE102021004851A1 (en) 2021-09-24 2023-03-30 Frank-Michael Jäger Device for monitoring and determining the prestressing force in buildings and building parts made of prestressed concrete

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008037127A1 (en) * 2008-08-08 2010-02-11 Jäger, Frank-Michael Method and device for determining the rock tension
CN105735116B (en) * 2016-03-10 2018-02-06 重庆邮电大学 It is a kind of that bridge pier bearing pad is perceived based on Review of Electrical Impedance Tomography certainly
US11307135B2 (en) * 2019-04-30 2022-04-19 Fabreeka International Holdings, Inc. Bearing pad
CN112284612B (en) * 2020-10-23 2022-04-01 成都济通路桥科技有限公司 Operation period supporting device serial type calibration method and system
CN112729635B (en) * 2021-02-20 2022-04-15 河北省建筑科学研究院有限公司 Computer-based support and monitoring method for monitoring stress state of steel-concrete composite beam in real time
CN113356033A (en) * 2021-07-02 2021-09-07 河南工业贸易职业学院 Bridge anti-seismic system based on computer regulation and control
CN113818336B (en) * 2021-09-03 2023-02-24 上海路博减振科技股份有限公司 Method for adjusting position of support node

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4402608A1 (en) * 1994-01-28 1995-08-03 Christian Dr Grueger Load bearing support assembly for e.g. bridge structure
DE69319850T2 (en) * 1992-11-16 1999-02-04 The Goodyear Tire & Rubber Co., Akron, Ohio Three-dimensional pressure sensor
DE19913895A1 (en) * 1999-03-26 2000-09-28 Maurer Friedrich Soehne Device for bearing arrangement of buildings and for measuring surface pressure between bearing parts has at least pressure differences equalizing layer and at least one force sensor
DE10126539A1 (en) * 2001-05-30 2002-12-05 Friendly Sensors Ag Apparatus for determining deformations and/or displacements comprises a pair of sensors which are joined by means of an elastic and/or deformable element capable of conducting ultrasound
DE202005015571U1 (en) * 2005-10-05 2006-02-02 Jäger, Frank-Michael Rock mass`s e.g. saliniferous rock, ground pressure determination device for mining industry, has sensor to determine pressure based on reflections of ultrasonic waves in ultrasonic path formed between ultrasonic transmitter and receiver

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69319850T2 (en) * 1992-11-16 1999-02-04 The Goodyear Tire & Rubber Co., Akron, Ohio Three-dimensional pressure sensor
DE4402608A1 (en) * 1994-01-28 1995-08-03 Christian Dr Grueger Load bearing support assembly for e.g. bridge structure
DE19913895A1 (en) * 1999-03-26 2000-09-28 Maurer Friedrich Soehne Device for bearing arrangement of buildings and for measuring surface pressure between bearing parts has at least pressure differences equalizing layer and at least one force sensor
DE10126539A1 (en) * 2001-05-30 2002-12-05 Friendly Sensors Ag Apparatus for determining deformations and/or displacements comprises a pair of sensors which are joined by means of an elastic and/or deformable element capable of conducting ultrasound
DE202005015571U1 (en) * 2005-10-05 2006-02-02 Jäger, Frank-Michael Rock mass`s e.g. saliniferous rock, ground pressure determination device for mining industry, has sensor to determine pressure based on reflections of ultrasonic waves in ultrasonic path formed between ultrasonic transmitter and receiver

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013008777A1 (en) 2013-05-23 2014-11-27 Frank-Michael Jäger Method and device for mechanical stress measurement
US10458472B2 (en) 2016-05-10 2019-10-29 University Of Connecticut Force sensing sliding bearing
CN106192739A (en) * 2016-08-30 2016-12-07 洛阳双瑞特种装备有限公司 A kind of vertical force measurement type bridge pad and force measuring method thereof
CN106192739B (en) * 2016-08-30 2018-07-06 洛阳双瑞特种装备有限公司 A kind of vertical force measurement type bridge pad and its force measuring method
DE202021003437U1 (en) 2021-09-24 2022-01-04 Frank-Michael Jäger Device for monitoring and determining the prestressing force in buildings and building parts made of prestressed concrete
DE102021004851A1 (en) 2021-09-24 2023-03-30 Frank-Michael Jäger Device for monitoring and determining the prestressing force in buildings and building parts made of prestressed concrete

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007014161A1 (en) 2008-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007014161B4 (en) Apparatus and method for measuring load on bearings of structures
DE69728310T2 (en) Stress measurement of an element and monitoring of its integrity
DE102011052670B4 (en) Ultrasonic transducer device
WO2010015248A2 (en) Method and device for monitoring and determining the ground stress
DE10124394A1 (en) Process and assembly to determine bearing condition using ultrasonic acoustic signals
DE69625613T2 (en) STRAIN MEASURING DEVICE
DE102005053335A1 (en) Wear measurement on running surfaces of large rolling element bearing rings, is achieved using ultrasonic sensor which detects and measures traces of wear
DE102010038534A1 (en) Sensor element for capacitive differential pressure measurement
DE202005015571U1 (en) Rock mass`s e.g. saliniferous rock, ground pressure determination device for mining industry, has sensor to determine pressure based on reflections of ultrasonic waves in ultrasonic path formed between ultrasonic transmitter and receiver
DE102006053965A1 (en) Building damage recognizing method for e.g. dam, involves analyzing monitored stress conditions on changes in time interval, and comparing monitored stress conditions with stored actual condition values
DE102005047659B4 (en) Device for determining the rock tension in a borehole
DE102010008397B4 (en) Sensor system for the determination of fatigue on metallic components
DE102006023154B4 (en) Weighing device for hydraulically movable load containers
DE19752439C2 (en) Micromechanical tilt sensor, in particular for motor vehicles
DE102005047091A1 (en) Pressure measuring device, has separating unit to separate medium from conversion unit, and transmitting unit to transmit mechanical force, which is effected by pressure of medium, from medium to conversion unit
EP2847554B1 (en) Method for measuring the fluid level
DE4304818A1 (en) Equipment for detecting load-induced stresses in roller bearings
DE102013008777A1 (en) Method and device for mechanical stress measurement
DE102010037981B4 (en) Ultrasonic measuring method and apparatus, in particular for curing monitoring and laminate thickness determination in fiber composite part production
DE202021003431U1 (en) Device for monitoring and determining the mechanical stress in concrete structures and structural parts
DE102010042279A1 (en) Ultrasonic based measuring device and method
DE102021004852A1 (en) Process and device for monitoring and determining the mechanical stress in concrete structures and structural parts
DE202021003437U1 (en) Device for monitoring and determining the prestressing force in buildings and building parts made of prestressed concrete
DE102021004851A1 (en) Device for monitoring and determining the prestressing force in buildings and building parts made of prestressed concrete
DE102011081544A1 (en) Method for measuring pressure of fuel in automotive industry, involves determining pressure in measuring reservoir depending on pressure-dependent sound velocity and continuously measured temperature

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8122 Nonbinding interest in granting licenses declared
8364 No opposition during term of opposition
R084 Declaration of willingness to license
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee