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Vorrichtung zum Messen einer Spannungsminderung infolge Kriechens
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen einer Spannungsminderung infolge
Kriechens, mit der der Betrag der verminderten Spannung in einem Stahldraht oder
Stab (im weiteren als Stahlblock bezeichnet), beispielsweise in einem Stahldraht
gemessen wird, der eine für den Aufbau benötigte Druckkraft im Spannbeton aufweisen
muß (sogenannter "Spsnnstahl" oder "vorgespannter Stahl").
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Gew3hnlich wird in der Praxis der Betrag der Spannungsminderung im
Stahlblock, d. h. Spannstahl, als eine der kennzeichnenden Größen für die mechanischen
Eigenschaften gemessen. Beispielsweise wird in der japanischen Industrienorm ausgeführt,
daß die Spannungsminderung in Spannstahl nach 10 Stunden unter den Bedingungen einer
Anfangsspannung, die 80 0% der Streckgrenze entspricht und unter der Raumtemperatur
3.0 % bei einem Stahldraht maximal beträgt und 1,5 % maximal bei einem Stab.
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Bei der japanischen Industrienorm ist Spannungsminderung ("stress
relaxation")
als der Quotient in % der Spannungsabnahme während der Spannungsdauer, dividiert
durch die Anfangs spannung definiert, wenn der Stahlblock unter einer Spannung von
80 % ist, die der Streckgrenze oder 0,2 % Dehngrenze des Stahlblocks entspricht,
und wenn wahrend der Spannung die unter Spannung stehenden Teile oder ein bestimmter
Abschnitt davon unter konstanter Bedingung gehalten wird.
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Im folgenden wird eine bekannte Vorgehensweise zxm Messen des Betrages
der Spannungsminderung beschrieben.
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Ein zu messender Stahlblock ist zum Beispiel an einem Ende fest eingespannt;
das andere Ende wird unter Spannung durch die Anfangsspannung, die gleich 80 % der
Last, die der Streckgrenze entspricht oder 0,2 % Dehngrenze des Stahlblocks entspricht,
gespannt, indem eine Zugprüfmaschine, die dieselbe Mechanik aufweist, wie eine bekannte
Kriechprüfmaschine verwendet wird. Unter der Spannung neigt der Stahlblock dazu,
sich in Spannungsrichtung zu dehnen. Die Dehnung des Stahlblocks unter Spannung
wird mit einer Empfindlichkeit von kleiner als Irmmit einem bekannten Tensometer
gemessen. Wenn sich der Stahlblock unter der Anfangs spannung dehnt, wird die Anfangs
spannung um einen bestimmten Betrag vermindert, wobei der Stahlstab in seine Ursprungslänge
vor dem Aufbringen der Anfangs spannung sofort zuriickkehrt.
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Wenn der Stahlstab sich ebenfalls nach einer bestimmten Zeit eines
zweiten Aufbringens der Spannung dehnt, wird diese Spannung entsprechend gemindert.
Dann wird die SpSnnungsabn^hme, wenn die Dehnung des Stahlblocks mit kleiner als
1Mm gemessen wurde, gemessen. Somit kann der Betrag der Spannungsminderung in dem
Stahlblock durch die Division der Spaxniungsabnahme während der Spannung durch die
Anfangs spannung ermittelt werden. Bei einem solchen bekannten Verfähren jedoch
nehmen die Abmessungen der Vorrichtung zum Messen zu, wahrend gleichzeitig eine
hohe Präzision der Einrichtung zum Ermitteln der Dehnung und für das selbsttätige
Arbeiten der Lastminderungseinrichtung erforderlich ist, die unvermeidlicherweise
hohe Kosten für die Vorrichtung ergeben.
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Ziel der Erfindung ist, die vorher erwähnten Nachteile zu beseitigen.
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Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Messen einer Spannungsminderung
infolge Kriechen dadurch gekennzeichnet, daß einVibrator, dermit einem Schwingungsstartsignalgeberverbunden
ist, so angeordnet ist, daß eine Schwingung des Stahldrahts unter konstanter Spannung
mit Hilfe einer elektromagnetischen Kopplung erzeugt wird, daß ein Schwingungsabtaster
so angeordnet ist, daß die Schwingung des Stahldrahts mit Hilfe einer elektromagnetischen
Kopplung abgetastet werden kann und daß ein Zählwerk vorgesehen ist, das die Zeitdauer
derfreiengedsmpften Schwingung in Folge der Eigenfrequenz des Stahldrahts mißt,
der von dem Schwingungsabtaster wahrend einer beliebigen Anzahl von Schwingungen
z. B. einige zehn bis einige hundert Schwingungen pro Sekunde abgetastet worden
ist.
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Weiterhin kann ein Verzögerungszeitkreis an der Ausgabeseite des Schwingungsabtasters
so vorgesehen sein, daß die Zeit, die einer bestimmten Schwingung der freien gedämpften
Schwingung, wie sie durch den- Schwingungsabtaster in der Zeit t, nachdem der Vibrator
gestartet worden ist, entspricht, gezählt werden kann, wobei der Schwingungsabtaster
ein Ausgabesignal erzeugt, das von Oberschwingungen höherer Ordnung nicht beeinflußt
ist, und entsprechend kann eine höhere Genauigkeit beim Zählen der Schwingungszeit
erreicht werden.
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Anhand der beigefügten Zeichnung wird im folgenden beispielsweise
eine bevorzugte Ausfiiiirungsform der erfindung näher erläutert.
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Figur 1 ist eine Vorderansicht eines in einen Rahmen eingespannten
Stahlblock an dem der Betrag der Spannungsminderung infolge Kriechen gemäß der Erfindung
gemessen wird.
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Figur z zeigt eine Ansicht, bei der die ganzeVorrichtung gemäß der
Erfindung zusammen mit der elektrischen Schaltung dargestellt ist.
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Figuren 3 a bis e sind Wellenformdiagramme, anhand deren die Arbeitsweise
der bevorzugten Ausfiihrungsform der Erfindung, wie sie in Figur 2 dargestellt ist,
erläutert wirci.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise der Erfindung naher erläutert.
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Fur die Querschwingung einer Saite unter Spannung gilt
Dabei ist # die Lange der schwingenden Saite, n ist eine Schwingungskonstante, T
ist die Spannung, g ist die Erdbeschleunigung, und ist die Dichte der Saite.
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In leichung 1 sind n, g und # Konstante; l wird ebenfalls eine Konstante,
wenn die Prüftemperatur konstant ist. Somit gilt: f@ = KT Für t=O eingesetzt gilt:
f o = S2 und für t=t gilt f# = KT so daß sich für die Spannungsminderung folgendes
ergibt:
Wenn das Quadrat der Eigenfrequenz der Saite oder das Quadrat des Reziprokwerts
der Schwingungsdauer gemessen wird1 kann der Betrag der Spannungsminderung eines
Stahlblocks zu einem beliebigen Zeitpunkt gemessen werden, wenn seine Länge exakt
konstant gehalten wird. Bei bekannten Meßverfahren hingegen wird die Länge schrittweise
nach einer aufgebrachten Anfangs spannung geändert.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Figuren 1,
2 und 3 dargestellt.
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In Figur 1,sind mit Aq,A2,31,B2 Teile des Rahmens bezeichnet, durch
die der zu messende Stahlblock festgehalten wird. A1, A2 sind Abschlußplatten, an
denen in einer bestimmten Stellung die beiden Enden des mit einem Gewinde versehenen
zu messenden Stahlblocks mit Muttern n1 n2 befestigt sind. B1, B2 sind Stützteile,
an denen jeweils die Enden der Bauteile A1, A2 befestigt sind.
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Die Abschlußplatten A1, A2 sind so genügend dimensioniert , daß sie
die maximale Spannung und die maximale Biegung selbst unter einer Last von ungefähr
20 Tonnen aushalten können. Die Stützteile B1 und B2 sind genügend starr ausgelegt,
damit sie gebogen werden können, und eine genügend hohe elastische Druckkontraktion
bewirken könnens wenn zwischen ihnen eine Probe unter Spannung gehalten wird.
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An bestimmten Stellen an der nach innen weisenden Seite der Stützteile
Bi, BS in Figur 2 sind ein Vibrator G, der dieselbe Funktion wie ein bekannter Magnet
hat, und ein Schwingungsabtaster H mit derselben Funktion wie ein Mikrophon vorgesehen.
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Die Anordnung ist so getroffen daß ein bestimmter Spalt zwischen dem
Vibrator G oder dem Schwingungsabtaster H und dem gegenüberliegenden zu messenden
Stahlblock offengelassen ist, der in einem Zustand unter Spannung durch den Rahmen
gehalten wird.
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Dieser Schwingungsabtaster H ist in Reihe mit dem Schmidtkreis Scht,
mit dem Gatterkreis GT1, mit dem Schwingungssiebkreis CS geschaltet und ist dann
mit dem Eingang des Gatters GT2 verbunden.
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Der Vibrator G ist über die Schwingungseinheit I und dem Verzögerungssetzkreis
TC mit dem Gatter GU1 verbunden.
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Der Eingang des Gatters GT2 ist mit dem Ausgang des Taktimpulsgenerators
SP verbunden, während der Ausgang des Gatters GU2 in
Serie mit dem
Zählwerk G, dem Speicherkreis M und dem Anzeigekreis ID geschaltet ist.
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Der Vibrator G überträgt durch elektromagnetische Kopplung die Schwingung
auf den Stahlblock T und der Vibrator G ist in Bezug auf den Stahlblock T in einer
solchen Stellung angeordnet, daß eine Schwingung verursacht wird. Der Schwingungsabtaster
H dient zum Abtasten der Schwingung des Stahlblocks T durch elektromagnetische Kopplung
; der Schwingungsabtaster H und der Stahlblock T sind in einer solchen Stellung
zueinander angeordnet, daß eine Abtastung erzielt wird.
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In den Figuren 1 und 2 sind die gleichen Teile mit denselben Bezugszeichen
versehen; Es bezeichnet die Stromquelle.
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Der zu messende Stahlblock T kann unter konstanter Spannung zwlschen
den Abschlußplatten A1 und A2 unter den Stützteilen B1 und B2 auf folgende Weise
gehalten werden.
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Einerseits, wie in Figur 1 gezeigt ist, können-beide Enden des Stahlblocks
T an den entsprechenden Stellen der Abschlußplatten A1 und A2 mit einem Gewinde
versehen sein, und werden dort mit Muttern n1, n2 befestigt. Dabei ist das Ende
T' des Stahlblocks, der an der Abschlußplatte A2 befestigt ist, festgelegt, wobei
ein Stück über die Abschlußplatte A2 in Figur 1 nach rechts hinaus ragt, welches
lang genug ist, um mit einem Verbindungsstäck E, das unter Bezugnahme auf Figur
2 naher erläutert wird, die entsprechenden Gewinde einander anzupassen.
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Ein so an dem Rahmen angebrachter Stahlblock T, der unter konstanter
Spannung gehalten wird, ist in Figur 2 dargestellt. In Figur 2 sind Ai, A2, B1,
B2, n1, n2, T1, und T' die entsSrechenden Bauteile der Anordnung, wie sie in Figur
1 dargestellt ist.
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In Figur 2 ist das Verbindungsstück E eine bekannte Nutter.
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Dieses Verbindungsstück E ist mit Innengewinden versehen1 die entsprechend
mit dem Gewinde S1, das am Umfang des rechten Endes des Stahlblocks T in Figur 1
und 2 vorgesehen ist, und mit dem Gewinde S das an der Spitze des Zugstabes TR zum
uebertragen der Spannung mit Hilfe des Hubzylinders F vorgesehen ist, in Eingriff
sind.
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Indem das Außengewinde S1 am Ende T'.des Stahlblocks T und das Außengewinde
S2 an der Spitze des Zugstabes TR entsprechend in die gegenüberliegenden Enden des
Verbindungsstücks E geschraubt werden, sind das Ende T' des Stahlblocks T und die
Spitze des Zugstabes TR, der in einem Hubzylinder F angeordnet ist, durch das Verbindungsstück
E miteinander verbunden. Wenn die hydraulische Einrichtung auf bekannte Art und
Weise betätigt wird, wird der Kolben (nicht gezeigt) des Hubzylinders F in Richtung
des gebrochen dargestellten Pfeiles bewegt, dadurch wird der Zugstab TR im Bild
nach rechts bewegt, und somit wird der Stahlblock T einer Anfangsspannung To ausgesetzt.
Aus der auf den Stahlblock T ausgeübten Anfangs spannung T0 ergibt sich, daß sich
der Stahlblock um einen bestimmten Betrag in Richtung des mit gebrochenen Linien
dargestellten Pfeiles in Figur 2 dehnt, und dabei ist die Mutter n2 nicht mehr in
Berührung mit der Abschlußplatte A2, so daß sich diese Mutter n2 an der Stelle befindet,
wie sie in Figur 2 gezeigt ist. Nach dem Aufbringen der Anfangsspannung To auf den
Stahlblock T wird die Mutter n2 auf dem Außengewinde des Endes 2' des Stahlblocks
T in Richtung des mit einer ausgezogenen Linie dargestellten Pfeiles bewegt, und
damit liegt diese Mutter n2 an der Oberfläche der Abschlußplatte A2 an. Somit ist
der Stahlblock T unter einer Anfangs spannung zwischen den beiden Abschlußplatten
A1 und A2 eingespannt. Folglich ist das Verbindungsteil E außer Eingriff von T'
des Stahlblocks T und von der Spitze des Zugstabes TR; und der Hubzylinder F ist
abgesenkt.
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Dabei kann die Anfangs last durch bekannte DeEnmeßstreifen auf dem
Stahlblock T überprüft werden.
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Nachdem der Stahlblock T mit dem Rahmen, der aus Abschlußplatten di,
A2 und den Stützteilen B19 32 gebildet wird, unter konstanter Spannung gehalten
ist, wird der Stromkreis an der Stromquelle Es geschlossen. Dann wird die Schwingungseinheit
I in der entsprechenden Stellung angebracht. Wenn der Druckschalter PB kurzzeitig
gedrückt wird, d. h. daß manuell der Stromkreis geschlossen wird, wodurch die Schwingungseinheit
I in Betrieb ist, und ihr momentaner Schwingungsimpulsausgang wird über den Vibrator
G auf den Stahlblock T übertragen. Dann führt der Stahlblock T eine gedämpft Schwingung
mit einer Resonanzfrequenz aus, die von der Spannung, unter der der Stahlblock gehalten
ist, abhängt. PB' ist schalterbetätigt mit dem Druckschalter PB verriegelt.
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Der Schwingungsabtaster H, der die Schwingung des Stahlblocks T, die
durch den Vibrator G verursacht wurde, elektrisch abtastet, übermittelt ein Signal
in Wellenform zu dem Schmidtkreis Scht, wie diese in Figur 3 (a) dargestellt ist,
wobei der Schmidtkreis dieses Signal in eine Rechteckwelle umwandelt, wie sie in
Figur 3 (b) dargestellt ist. Das Ausgabesignal von dem Schwingungsabtaster H, das
durch die Oberschwingungen höherer Ordnung beeinflußt ist, kann bei seinen ersten
paar Impulsen kaum einen genauen Impuls liefern. Um dies zu vermeiden, ist es erforderlich,
daß die Anfangsimpulse, die durch die Oberschwingungen höherer Ordnung beeinflußt
sind, ohne Zahlung übersprungen werden, so daß die Zählung von den Folgeimpulsen,
die nun frei von einem solchen Einfluß sind, beginnt. Deshalb wird der Ausgang der
Schwingungseinheit 1 gleichzeitig auf einen bekannten Verzögerungskreis TC als auch
auf den Vibrator G gegeben. Die Verzögerung, die in Folge des Verzögerungskreises
TC mit t Sekunden gesetzt wird, bewirkt, daß der von der Schwingungseinheit I empfangene
Eingang als Ausgang des Schwingungsabtasters H in t Sekunden ausgegeben werden kann.
Der Gatterkreis GT ist so angeordnet, daß nur, wenn er Eingabesignale sowohl von
dem Schmidtkreis Scht als auchvondem Verzögerungskreis TC erhält, elektrisch leitenlwird,
um ein Ausgabesignal abzugeben, und daß in t Sekunden der Ausgang des Schwingungsabtasters
H frei von dem Einfluß der Oberschwingungen höherer Ordnung sein kann.
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Bei dieser Anordnung erfolgt die Ausgabe des Schwingungsabtasters
H dem Ausgang des Verzögerungskreises TO in Figur 3 (c) dargestellt, d. th. der
Ausgang, der an der rechten Seite der S-Linie in Figur 3 (a) aufgezeigt ist, kann
durch den Schmidtkreis Scht in eine Rechteckwelle, wie sie in Figur 3 (b) dargestellt
ist, umgewandelt werden, der auf den Schwingungsselektivkreis OS gegeben werden
kann.
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Im Schwingungsselektivkreis CS ist die Anzahl der zu zählenden Impulse
vorgewählt, so daß der Ausgang abgeschnitten werden kann, nach dem die vorgewählte
Anzahl von Impulsen, die auf den Anfangsimpulserngang erfolgen, gezählt worden sind.
Somit erzeugt der Schwingungsselektivkreis CS die vorgewählte Anzahl von Impulsen,
wie den Ausgang, der zu dem Kreis GT2 übermittelt wird. Dieser Gatterkreis GT2 empfängt
den Grundimpuls von dem Taktimpulsgenerator SP, wie es in Figur 3 (e) gezeigt ist,
und somit kann die Zeitdauer, während der der Schwingungsselektivkreis CS ein Ausgabesignal
gibt, von dem Zählwerk C ermittelt werden, das die Grundtaktimpulse zählt.
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Angenommen, die Anzahl der Impulse, die gezählt werden, und die Ausgabe
durch den Schwingungsselektivkreis CS während der Schwingungsdauer, die in Figur
3 (d) dargestellt ist, sei vorgewahlt, kann die Gesamtzeit, die für die vorgewählte
Schwingung S-E in Figur (a)r*(b) benötigt wird, von dem Impulsausgang des Gruiidtaktimpulsgebers
SP ermittelt werden. Die so ermittelte Gesamtzeit wird in dem bekannten Speicherkreis
M gespeichert und kann durch ein bekanntes Anzeige gerät angezeigt werden. Und wie
oben in der Gleichung 2 gezeigt ist, ergibt der Reziprokwert der Gesamtzeit das
Maß der Spannungsminderung infolge Eriechens in dem gemessenen Stahlblock.
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Gemäß der Erfindung kann das Maß der Spannungsminderung in z. B.
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vorgespanntem Stahl mit Hilfe einer einfachen Vorrichtung einfach
im Vergleich zu der bekannten umfangreichen Anordnung, wie sie eingangs erwähnt
ist, gemessen werden.
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Der Stahlstab wird unter konstanter Spannung gehalten, ein Vibrator,
der mit einem Schwingungsbeginnsignalgeber verbunden ist, ist so angeordnet, daß
die Schwingung des Stahlblocks in Folge elektromagnetischer Kopplung verursacht
werden kann; ein Schwingungsabtaster ist so angeordnet, daß die Schwingung des Stahlblocks
mit Hilfe elektromagnetischer Kopplung abgetastet werden kann. Weiterhin ist ein
Zählwerk vorgesehen, das die Anzahl der gedämpften Schwingungen des Stahlblocks
aufgrund der Eigenfrequenz- als Zeitdauer messen kann, die für eine beliebige Anzahl
von Schwingungen z. B. einige zehn oder hundert Schwingungen pro Sekunde erforderlich
ist.
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Mit einer solchen Anordnung kann der Betrag der Spannungsminderung
infolge Kriechens bei einer beliebigen Zeitabnahme nach dem der Stahlblock unter-Spannung
gesetzt wurde, als ein Quadrat der Eigenfrequenz der Schwingung oder als ein Quadrat
des Kehrwerts der Schwingungsdauer des Stahlblocks gemessen werden, die von den
Aus schlägen des Zählwerks hergeleitet worden ist.