DE3101575A1

DE3101575A1 - Messwertaufnehmer fuer die messung von dehnungen sowie verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3101575A1
Application number: DE19813101575
Authority: DE
Inventors: Stephan Dipl.-Ing. Dr. 1120 Wien Fuld; Hans Dipl.-Ing. 1180 Wien Peterschinegg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-02-27
Filing date: 1981-01-20
Publication date: 1982-01-07
Also published as: US4377800A; CA1150973A; AT374587B; DE3101575C2; ATA109280A

Description

FuId Stephan Dipl.Ing.Dr.techn. und Peterschinegg Hans Dipl.Ing.

Wien (Österreich)

Meßwertaufnehmer für die Messung von Dehnungen sowie Verfahren zu seiner Herstellung.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßwertaufnehmer für die Messung von Dehnungen in Bauwerken aus Beton mit einem als Hohlprofil ausgebildeten Tragkörper aus Metall, insbesondere Stahl, für die Dehnungsmeßstreifen, dessen gegebenenfalls profiliert ausgebildete Endbereiche als Haftstrecken ausgebildet sind und in dessen die Meßstrecke bildendem mittleren Bereich die Dehnungsmeßstreifen an der äußeren Peripherie des Hohlprofiles festgelegt sind. Es ist bereits bekannt geworden, rohrförmige Verformungskörper als Träger für Dehnungsmeßstreifen zu verwenden, jedoch wurden derartige Meßkörper in der Regel nicht in ein Bauwerk eingebettet, sondern vielmehr analog der Verwendung von Druckmeßdosen außen angeordnet. Der Verwendung von rohrförmigen Trägern für Meßwertaufnehmer stand darüberhinaus das Vorurteil entgegen, daß die Knickgefahr des Trägers vergrößert wird. Bei den bekannten, für die Messung von Dehnungen im Beton vorgeschlagenen Meßwertaufnehmern, welche in der Regel einen stabförmigen vollen Träger aufweisen, ergibt sich aber generell eine erste Schwierigkeit dadurch, daß das Schwindungsverhalten und das daraus resultierende Mikrorißverhalten nicht berücksichtigt wird. Eine weitere Schwierigkeit bei der Messung von Dehnungen in Bauwerken aus Beton besteht darin, daß jeder Meßwertaufnehmer die Festigkeitseigenschaften desjenigen Bereiches, in welchem die Messung vorgenommen wird, beeinflußt und daß daher nur entsprechend verzerrte Werte gemessen werden. Es ist bereits bekannt, Dehnungsmeßstreifen auf Plastikträgern festzulegen. Derartige Plastikträger unterscheiden sich von dem die Meßstelle umgebenden Beton in einem so großen Ausmaß, daß die gemessenen Werte ungenügend mit den tatsächlichen Verhältnissen korrelieren. Bei der Messung von Dehnungen in Betonbauwerken muß darüberhinaus noch berücksichtigt werden, daß auf Grund der Korngröße der Betonzuschlagstoffe relativ lange Träger für die Dehnungsmeßstreifen erforderlich sind, um eine integrierende Messung mit größerer Aussagekraft zu erhalten.

130061/0343

Gerade solche relativ langen Träger ergeben aber bei den bekannten Ausführungen eine empfindliche Verzerrung der Festigkeitseigenschaften innerhalb des Meßbereiches.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, einen Meßwertaufnehmer der eingangs genannten Art in einer Weise auszubilden, daß eine von Mikrorissen unbeeinträchtigte, den tatsächlichen Beanspruchungen des Betons Rechnung tragende Messung ermöglicht wird, und zielt weiters darauf ab, die Handhabbarkeit eines derartigen Meßwertaufnehmers zu verbessern. Insbesondere soll die Anordnung des Meßwertaufnehmers ohne Gefahr einer Beschädigung des Meßwertaufnehmers auch dann einwandfrei möglich sein, wenn in der Folge auf den eingebrachten Meßwertaufnehmer Beton in situ geschüttet wird. Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Ausbildung im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Außenkontur des Hohlprofiles definierte Querschnittsfläche und die Materialquerschnittsfläche des Hohlprofiles im Verhältnis des Ε-Moduls des Materials des Tragkörpers zum Ε-Modul des Betons gewählt ist. Durch die Verwendung eines Hohlprofiles als Träger für den Meßwertaufnehmer wird die Möglichkeit geschaffen, dem Umstand Rechnung zu tragen, daß der Ε-Modul des Tragkörpers des Meßwertaufnehmers vom Ε-Modul des denselben umgebenden Betons verschieden ist. Durch die erfindungsgemäße Dimensionierung des Hohlprofiles wird nun eine Messung ermöglicht, bei welcher die Verschiedenheiten der Materialeigenschaften des Tragkörpers und des zu messenden Bauwerkes kompensiert werden und auf Grund dieser Kompensation der verschiedenen Materialeigenschaften ist es nun auch möglich, den Tragkörper in einer entsprechenden Länge auszubilden, welche eine integrierende Messung erlaubt, ohne daß hiebei die Festigkeitseigenschaften, insbesondere die Eigensteifigkeit des Bauwerkes, vom Meßwertaufnehmer beeinflußt wird. Dieser Einfluß wäre vor allem bei schlanken Bauwerken, vor allem im Spannbetonbau, ohne Verwendung von erfindungsgemäß dimensionierten Hohlprofilen nicht zu vernachlässigen. Durch die erfindungsgemäße Abstimmung der Querschnitte wird die Dehnsteifigkeit des verdrängten Betonquerschnittes im Bereich des Meßwertaufnehmers durch die entsprechende Dehnsteifigkeit des Tragkörpers ersetzt, sodaß die Eigensteifigkeit des Bauwerks an der Meßstelle in

130061/0343

keiner Weise beeinflußt wird. Als Material für das Hohlprofil kommt in erster Linie Stahl in Frage, welcher sich durch mit Beton vergleichbare Temperaturausdehnungskoeffizienten auszeichnet. Für diesen Werkstoff stehen temperaturkompensierte Dehnungsmeßstreifen zur Verfügung.

Dehnungsmeßstreifen können in an sich bekannter Weise in Achsrichtung und/oder in Umfangsrichtung des Tragkörpers angeordnet sein und der Meßwert kann über eine Brückenschaltung mit hoher Genauigkeit erfaßt werden. Der Tragkörper steht hiebei nach dem Einbetonieren an den als Haftstrecken ausgebildeten Endbereichen in kraft- und wegschlüssiger Verbindung mit dem Bauwerk.

In vorteilhafter Weise ist die Ausbildung so getroffen, daß die Dehnungsmeßstreifen mit einer einen Kraftschluß mit dem Beton innerhalb der Meßstrecke verhindernden Abdeckung versehen sind. Auf diese Weise wird eine Lasteinleitung innerhalb der Meßstrecke verhindert, wobei die Abdeckung die Meßstelle gegen Feuchtigkeit und Belastung schützt.

Auf Grund der Übereinstimmung der Dehnsteifigkeiten des Tragkörpers mit der Dehnsteifigkeit des verdrängten Betonquerschnittes ist es möglich, die Meßstrecke und die Verankerungsstrecken ausreichend lang auszubilden, und tatsächlich eine mittelwertbildende Messung durchzuführen. Hiefür ist vorzugsweise für die Messung in Beton die Länge der Meßstrecke zwischen dem 6- bis 12-fachen, vorzugsweise dem 8- bis 10-fachen des größten Korndurchmessers des Betons gewählt. Durch eine derartige Bemessung wird dem Umstand Rechnung getragen, daß eine die Messung beeinflussende Inhomogenität eine Abklinglänge von etwa dem 5-fachen des größten Korndurchmessers des Betons zur Folge hat. Da diese Länge zu beiden Seiten der Inhomogenität zu berücksichtigen ist, ergibt sich ein bevorzugter Bereich für die Länge der Meßstrecke im Ausmaß des 8- bis 10-fachen des größten Korndurchmessers des Betons. Die sich auf diese Weise ergebende Mittelwertbildung des Meßwertes zwischen den Haftstrecken unterdrückt die materialspezifischen Inhomogenitäten von Beton, wobei die gemessenen Dehnungen sofort mit den

130061/0343

statischen Berechnungsgrundlagen des Traglastverfahrens und somit der Ö-Norm B42OO vergleichbar sind. Da die Dehnungsmeßstreifen an der äußeren Peripherie des Hohlprofiles festgelegt sind, kann die relativ leichtere Verformbarkeit des Hohlprofiles bei einer Belastung quer zur Längsachse des Profiles durch Ausgießen des Hohlprofiles kompensiert werden, wobei lediglich darauf geachtet werden muß, daß die Vergußmasse keine Last übertragen darf. Um ein Beulen zu verhindern, kann das Hohlprofil des Tragkörpers mit einer Masse geringerer Kompressibilität als die des Hohlprofiles, insbesondere mit Sand oder Beton, gefüllt sein. Die Druckübertragung in Längsrichtung kann auch mittels einer porösen Scheibe, beispielsweise aus Schaumgummi, an den Enden der Füllung unterbunden werden. Eine Kraftübertragung zum Hohlprofil kann beim Verguß mit Beton durch Einfetten des Hohlprofiles verhindert werden.

In vorteilhafter Weise ist der erfindungsgemäße Meßwertaufnehmer so ausgebildet, daß um die Dehnungsmeßstreifen eine Schicht aus Abdeckkitt aufgebracht ist, daß der mit dem Abdeckkitt abgedeckte Abschnitt mit einer selbstschweißenden Folie oder einem selbstschweißenden Band mit einem für das Verschweißen ausreichenden Druck umwickelt ist, und daß als Außenwand ein durch Erwärmen aufgeschrumpfter Schrumpfschlauch angeordnet ist. Hiebei dient der Abdeckkitt einerseits der Feuchtigkeitsisolation der Meßstrecke und andererseits auf Grund seiner klebrigen Eigenschaften zur mechanischen Stabilisierung der Verdrahtung. Durch das Umwickeln mit einer selbstschweißenden Folie oder einem selbstschweißenden Band wird unter der Voraussetzung, daß ein für das Verschweißen ausreichender Druck eingehalten wird, eine weitere mechanische Stabilisierung und Homogenisierung der knetbaren Abdeckmasse, sowie ein weiterer Schutz der Abdeckmasse erzielt. Als letzte Schicht ist die Meßstelle mit einem Schrumpfschlauch überzogen. Dieser vorzugsweise innen asphaltierte Schrumpfschlauch ergibt beim Erwärmen zum Schrumpfen eine Erwärmung der Meßstelle auf erfahrungsgemäß ca. +6O⁰C. Bei dieser Temperatur ist ein volles Homogenisieren des Kittes zu beobachten, der gleichzeitig an die Stahloberfläche dauerhaft

130061/0343

ankriecht. Durch die innere Asphaltbeschichtung des Schrumpfschlauches ist ein weiterer Feuchtigkeitsschutz gegeben. Nach dem Schrumpfen stellt der Schrumpfschlauch eine sehr schlagzähe Muffe dar, welche einerseits den mechanischen Schutz der Meßstelle beim Einbau und beim Betonieren verbessert, und andererseits auf Grund der glatten Oberfläche des SchrumpfSchlauches eine Krafteinleitung in die Dehnungsmeßstreifen im Bereich der Meßstrecke verhindert. Die Krafteinleitung soll lediglich im Bereich der außerhalb der Meßstrecke liegenden Haftstrecken sichergestellt werden, wofür die Oberfläche in den Endbereichen des Rohres profiliert ausgebildet sein kann, oder aber beispielsweise mit Pratzen oder Ringscheiben verschweißt werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Meßwertaufnehmers und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1.

In Fig. 1 ist das von einem Stahlrohr gebildete Hohlprofil 1, welches den Tragkörper bildet, im Bereich der Haftstrecken 2 und 3 mit Ringscheiben 4 verschweißt, welche die Haftung im Beton verbessern. Die Meßstrecke 5 hat unter Berücksichtigung eines praxisgerechten Größtkornes von Beton eine mittlere Gesamtlänge von etwa 25O mm, das heißt, von etwa dem 10-fachen Großtkorndurchmesser, welcher etwa 25 mm beträgt. Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, wird ein Stahlrohr verwendet, dessen Durchmesser etwa 40 mm bei einer Wandstärke von etwa 1,5 mm beträgt. Die daraus resultierende Querschnittsfläche des Tragkörpers F_M verhält sich bei dieser Bemessung zur Querschnittsfläche des verdrängten Betons F , wie der E-Modul des Betons zum Ε-Modul des Stahls. Der Ε-Modul von

2 Stahl wurde hiebei mit etwa 21000 kN/cm und der Ε-Modul von

2
Beton mit etwa 3000 kN/cm eingesetzt. Auf Grund der Beziehung

^FM · ^EM = ^FB · ^EB

ergibt sich zu jedem gewählten Durchmesser für das Rohr des Tragkörpers unter Berücksichtigung des für den Tragkörper

130081/0343

relevanten Ε-Moduls die erforderliche Wandstärke.

Innerhalb der Meßstrecke sind wie insbesondere aus Fig. ersichtlich, Dehnmeßstreifen 6 und 7 jeweils einander diametral gegenüberliegend festgelegt. Die Dehnmeßstreifen 6 sind hiebei in Achsrichtung des Rohres angeordnet. Die Dehnmeßstreifen 7 weisen eine Meßrichtung in Umfangsrichtung, das heißt, unter einem Winkel von 9O° zur Rohrachse auf. Durch diese Anordnung ergibt sich im Falle eines Stahlrohres in Vollbrückenschaltung ein verbesserter Meßeffekt, wobei alle vier Dehnmeßstreifen als aktive Aufnehmer geschaltet sind. Die Vollbrückenschaltung hat hiebei den Vorteil, daß sie unempfindlich gegen die Länge des Zuleitungskabels zur Meßstelle, sowie unempfindlich gegen die Einflüsse der Temperaturabhängigkeit der Zuleitung ist. Ebenso ist auch der Übergangswiderstand beim Messen ohne Bedeutung. Durch die Anordnung zweier Meßstreifen in Umfangsrichtung wird die einer Stauchung oder Dehnung entsprechende Querdilatation bzw. Querkontraktion gemessen und durch Einbeziehung dieser Meßwerte in die Brückenschaltung läßt sich die Empfindlichkeit wesentlich steigern. Unter Berücksichtigung der Poisson'sehen Zahl für Stahl von μΐη ^₁= 0,30 ergibt sich in einer Vollbrückenschaltung ein 2,6-facher Meßeffekt bei Verwendung eines Tragkörpers aus Stahl. Dies ergibt eine höhere Auflösung der auftretenden Dehnungen und somit genauere Meßergebnisse.

Auf die Dehnmeßstreifen ist ein Isolierkitt 8 aufgebracht, welcher die Dehnmeßstreifen gegen Feuchtigkeit schützt und die Verdrahtung mechanisch stabilisiert. Über diesen Kitt ist ein selbstschweißendes Band 9 gewickelt, durch welches die Kittmasse weitgehend homogenisiert wird. Als äußere Abdeckung der Meßstrecke ist ein Schrumpfschlauch 10 vorgesehen. Dieser Schrumpfschlauch IO ist an seiner Innenseite asphaltiert und wird zum Zwecke des Aufschrumpfens erwärmt. Die Erwärmung des SchrumpfSchlauches führt in der Folge zu einer Erwärmung der Meßstelle, welche eine weitere Homogenisierung des Kitts bedingt .

Die Haftstrecken sind hinreichend lang ausgebildet, um eine sichere Verankerung im Beton zu gewährleisten. In der Regel ist die Länge der Haftstrecken zumindest gleich der

130061/0343

Länge der Meßstrecke, vorzugsweise größer als die Meßstrecke, gewählt. In Fig. 1 ist mit 11 das Zuleitungskabel zu den Dehnungsmeßstreifen bezeichnet. Die Länge des Meßwertaufnehmers beträgt etwa 1 m.

1981 Ol 12 sm

130061/0343

Claims

FuId Stephan Dipl.Ing.Dr.techn. und Peterschinegg Hans Dipl.Ing. Wien (Österreich) Patentansprüche :

1. .Meßwertaufnehmer für die Messung von Dehnungen in Bauwerken aus Beton mit einem als Hohlprofil ausgebildeten Tragkörper aus Metall, insbesondere Stahl, für die Dehnungsmeßstreifen, dessen gegebenenfalls profiliert ausgebildete Endbereiche als Haftstrecken ausgebildet sind und in dessen die Meßstrecke bildendem mittleren Bereich die Dehnungsmeßstreifen an der äußeren Peripherie des Hohlprofiles festgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Außenkontur des Hohlprofiles

(1) definierte Querschnittsfläche (F ) und die Materialquer-Schnittsfläche (F ) des Hohlprofiles im Verhältnis des E-Moduls (E..) des Materials des Tragkorpers zum Ε-Modul (E_n) des Betons gewählt ist.

2. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmeßstreifen (6, 7) mit einer einen Kraftschluß mit dem Beton innerhalb der Meßstrecke (5) verhindernden Abdeckung versehen sind.

3. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Meßstrecke (5) zwischen dem 6- bis 12-fachen, vorzugsweise dem 8- bis 10-fachen des größten Korndurchmessers des Betons beträgt.

4. Meßwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlprofil des Tragkörpers (1) mit einer Masse geringerer Kompressibilität als die des Hohlprofiles, insbesondere mit Sand oder Beton, gefüllt ist.

5. Meßwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß um die Dehnungsmeßstreifen (6, 7) eine Schicht aus Abdeckkitt (8) aufgebracht ist, daß der mit dem Abdeckkitt (8) abgedeckte Abschnitt mit einer selbstschweißenden Folie oder einem selbstschweißenden Band (9) mit einem für das Verschweißen ausreichenden Druck umwickelt ist, und daß als Außenwand ein durch Erwärmen aufgeschrumpfter Schrumpfschlauch (10) angeordnet ist.

130061/0343