DE2304027C3 - Vorrichtung zur Messung von Druckspannungen im Eise - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Druckspannungen im Eise mittels Dehnungsmeßstreifen auf einer Membran, welche am Rande in eine Druckmeßdose und senkrecht zur Achse dieser Druckmeßdose eingespannt und in Richtung dieser Achse gewölbt ist.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die in der Eisdecke eines zugefrorenen Gewässers und gegebenenfalls im Eis eines Gletschers, eines Eisberges od. dgl. auftretenden Druckspannungen mittels einer geeigneten Vorrichtung zu messen und vorteilhaft auch aufzuzeichnen.

Es ist weitestgehend unbekannt, welchen Belastungen eisbrechende Schiffe, im Eis eingeschlossene Schiffe, Bohrinseln und Brückenpfeiler sowie Staudämme, Kanalböschungen und ähnliche technische Bauwerke in vereisten Gewässern ausgesetzt sind. Über die Größe und den zeitlichen Verlauf der sicherlich hohen Drücke im Eis sind genaue Aussagen nicht bekannt. Eine mögliche -_o naue Kenntnis dieser Kräfte ist jedoch Voraussetzung für eine ausreichende Dimensionierung solcher technischen Strukturen. Die bisherige Unkenntnis der maximal vorkommenden Kräfte führt daher zu einer in der Regel anzutreffenden, beträchtlichen Überdimendonierung der entsprechenden Bauwerke. Lediglich für einige Seegebiete, z. B. für die Ostsee, liegen Erfahrungen mit Eisbrechern vor, die es gestatten, die gegen die Schiffsbeplattung wirkenden Kräfte vorherzusagen. Aus Eisschäden an Brückenpfeilern oder Staudämmen lassen sich in Einzelfällen auch die aufgetretenen Maximallasten ungefähr rekonstruieren. In stark vereisten Seegebieten, z. B. der kanadischen Arktis, sind spezielle Druckuntersuchungen bisher nicht vorgenommen worden, so daß die zu erwartenden Belastungen bei der Errichtung technischer Strukturen oder beim Verkehr eisbrechender Schiffe nicht bekannt sind. Man weiß zwar, daß der Druck in einer festen Eisdecke zu einem geringen Teil von den Temperaturschwankungen abhängt, jedoch hauptsächlich durch Wasserströmungskräfte an der Unterseite und durch Windkräfte an der Oberseite der Eisdecke bestimmt wird, aber für die Gestaltung technischer Strukturen ist es wichtig zu wissen,

welcher dieser Einflüsse vorherrschend ist und gegebenenfalls zu einem überwiegend einachsigen Spannungszustand in der Eisdecke führt

Bekannt sind Druckmeßdosen mit einer eingespannten Membran und mittig auf dieser Membran befestigten Dehnungsmeßstreifen, jedoch mißt ein solches Gerät nur Kräfte in Richtung der Membranachse. Bekannt sind außerdem Rosetten aus Dehnungsmeßstreifen. Schließlich ist es bekannt, die Membran einer Druckmeßeinrichtung am Rand einzuspannen und mit gewölbten Oberflächen auszubilden

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mittels einer Vorrichtung die Größe, die Richtung und den zeitlichen Verlauf des Druckes in einer Eisdecke oder einem Eisberg zu messen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den eingangs erwähnten Merkmalen gelöst, die sich dadurch auszeichnet, daß die Druckmeßdose einen dünnwandigen, zylindrischen und elastisch verformbaren Mantel aufweist welcher an den Stirnseiten durch flache Deckel verschlossen ist und daß die Dehnungsmeßstreifen rosettenförmig und in der Mitte der Membran angeordnet sind.

Mehrere solcher Vorrichtungen können in vorbereitete Bohrlöcher eines für die Untersuchung vorgesehenen Eisgebietes eingepflanzt werden, wobei der Ausdruck »Einpflanzen« ein Verfahren umschreibt, nach dem jede Meßvorrichtung in eine wasserdichte Hülle verpackt, in ein Bohrloch eingesetzt und mit Wasser bedeck« wird, so daß die Meßvorrichtung einfriert und nunmehr für den Meßvorgang bereit ist. An diesen in Anpassung an ein bestimmtes Untersuchungsvorhaben im Eise verteilten Meßvorrichtungen können über beliebige Zeiträume hinweg Drücke abgelesen und registriert oder in besonderen Vorrichtungen aufgezeichnet werden, um aus den erzielten Meßergebnissen genaue Rückschlüsse über den Verlauf, die Größe und die Richtung der auftretenden Spannungen zu ermöglichen. Im wesentlichen wird die Richtung der auftretenden Kräfte etwa horizontal sein, so daß vertikale Kräfte praktisch nicht vorkommen. Es ist somit kein Nachteil, wenn die Vorrichtung vertikale Kräfte nicht registriert.

Zur konstruktiven Gestaltung der Meßvorrichtung ist nach der Erfindung eine Membran aus einer runden, nach oben gewölbten Scheibe vorgesehen, welche aus einem elastisch federnden Material besteht. Diese Scheibe wird aus Gründen einer einfachen Montage etwa mittig in dem zylindrischen Mantel der Dose zwischen den einander zugekehrten Stirnringflichen zweier in die Dose eingesetzter Rohrstücke gehalten, deren Länge etwa der Hälfte der Dosenlänge entspricht. Diese Rohrstücke sollten zweckmäßig aus elastischem Kunststoff bestehen und in der Längsrichtung geschlitzt sein, damit sie leicht in die Dose eingesetzt werden können, sich selbst durch Federwirkung führen und halten und gegebenenfalls demontierbar sind, wenn das Gerät inspiziert werden soll. Für die wasserdichte Verpackung des Gerätes genügt ein Piastiksack, der

zugebunden wird und das Herausführen eines Anschlußkabels ermöglicht Die mit der Meßvorrichtung erzielbaren Vorteile bestehen danacn vor allem darin, daß die gewünschten Messungen mit einem relativ einfachen robusten Gerät durchgeführt werden können, welches genaue Aufschlüsse über die auftretenden Spannungen gibt Der Dehnungsmeßstreifen auf der Membran ist handelsüblich erhältlich. Die Verwendung rosettenförmiger Meßstreifen hat den Vorteil, daß jede einzelne Meßvorrichtung die auftretenden Spannungen nach Größe und Richtung elektrisch mißt

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Meßvorrichtung nach der Erfindung, und zwar in
F i g. 1 in senkrechtem Schnitt und in
F i g. 2 im Querschnitt der Linie 11-11 der F i g. 1.

In einer Dose mit zylindrischem Mantel 1, welche an beiden Enden durch Deckel 2 und 3 dicht verschlossen ist, wird mittig eine Membran 4 aus einer runden, nach oben gewölbten Scheibe gehalten. Dazu dienen zwei

S untereinander gleich lange Kunststoffrohre 5 und 6, welche in Längsrichtung geschlitzt sind und sich daher leicht in die Dose 1 einbringen lassen. Mittig auf der Membran 4 ist eine handelsübliche Rosette 7 mit Dehnungsmeßstreifen befestigt welche über Anschlußkabel

ίο 8 mit einem Anzeigegerät einem Aufzeichnungsgerät od. dgl. verbunden sind. Die Anschlußkabel 8 sind nach oben aus der Dose herausgeführt Ein Plastiksack oder Plastikbeutel 9 schützt die Meßvorrichtung gegen eindringende Feuchtigkeit

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung von Druckspannungen im Eise mittels Dehnungsmeßstreifen auf einer Membran, welche am Rande in eine Druckmeßdose und senkrecht zur Achse dieser Druckmeßdose eingespannt und in Richtung dieser Achse gewölbt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßdose einen dünnwandigen, zylindrischen und elastisch verformbaren Mantel (1) aufweist, welcher an den Stirnseiten durch flache Deckel. (2) verschlossen ist und daß die Dehnungsmeßstreifen (7) rosettenförmig und in der Mitte der Membran angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (4) aus einer runden, nach oben gewölbten Scheibe eines elastisch federnden Materials besteht

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (4) in dem zylindrischen Mantel (1) in der Dose zwischen den einander zugekehrten Stirnringflächen zweier lose eingesetzter Rohrstücke (5,6) gehalten ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rohrstücke (5,6) aus elastischem Kunststoff bestehen und in Längsrichtung geschlitzt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung in einem Plastiksack (9) untergebracht ist.