DE3203758C2

DE3203758C2 - Modell zur spannungsoptischen Analyse und Demonstration von mechanischen Spannungen in Bau- und Konstruktionselementen von Bauwerken, Maschinen o.dgl.

Info

Publication number: DE3203758C2
Application number: DE19823203758
Authority: DE
Inventors: Hartmut Prof. 2900 Oldenburg Sellin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-02-04
Filing date: 1982-02-04
Publication date: 1984-03-08
Also published as: DE3203758A1

Abstract

Modelle zur spannungsoptischen Analyse und Demonstration von mechanischen Spannungen in Bau- und Konstruktionselementen von Bauwerken, Maschinen sollen spannungsoptische Untersuchungen von vorgespannten Bau- und Konstruktionselementen ermöglichen, wobei die durch die Belastung einerseits und die durch die Vorspannung andererseits verursachten Spannungen, sowohl einzeln als auch in ihrem Zusammenwirken untersucht und dargestellt werden können, wobei Vorspannung und Belastung unabhängig voneinander einstellbar sind. Dies wird hier erreicht, durch einen in seiner Gestaltung, dem zu untersuchenden Bau- oder Konstruktionselementes entsprechenden Modellkörper, der von mindestens einem Kanal zur Aufnahme von Spannelementen durchsetzt ist, in Verbindung mit Spannvorrichtungen die an den aus dem Modellkörper herausreichenden Enden der Spannelemente angreifen und sich auf dessen Endflächen abstützen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Modell zur spannungsoptischen Analyse und Demonstration von mechanischen Spannungen in Bau- und Konstruktionselementen von Bauwerken, Maschinen od. dgl. aus spannungsoptischen aktivem Material.

Es ist bekannt, Bau- und Konstruktionselemente von Bauwerken, Maschinen od. dgl. mit Hilfe von Modellen hinsichtlich ihres Verhaltens bei Belastungen zu untersuchen, um mittels einer quantitativen Spannungsanalyse Konstruktionsdaten zu gewinnen oder auch zu Lehrzwecken eine qualitative Demonstration durchzuführen. Dabei verwendete man auch Modelle aus spannungsoptisch aktiven Material, dessen Eigenschaft, unter Belastung optisch doppeltbrechend zu werden, benutzt wird, um Spannungen im Modell sichtbar und für quantitativ und qualitative Auswertungen nutzbar zu machen. Ebenso ist es, insbesondere bei Untersuchung nicht ebener Objekte üblich, durch Belastung im Modell entstandene Spannungen »einzufrieren«, indem die Modelle unter Belastung erwärmt und anschließend wieder abgekühlt werden. Bei allen diesen Verfahren wird bei der spannungsoptischen Analyse der Modelle f>o so vorgegangen, als ob es sich auch bei den jeweils entsprechenden Hauptausführungen um homogene isotrope elastische Körper handele.

Da diese Annahme z. B. bei Stahlbetonkonstruktionen nicht zutrifft, ist auch vorgeschlagen worden, f« zugfestes Material während der Herstellung der Modelle zusätzlich in den noch flüssigen Modellwerkstoff einzubetten und fest mit ihm zu verbinden, um so »schlaffe« Bewehrung zu simulieren. Dabei gilt allerdings die Entsprechung zwischen Modell und Hauptausführung ebenfalls nur eingeschränkt, weil im Gegensatz zur Hauptausführung beim Modell nicht nur die Bewehrung sondern auch der übrige Modellwerkstoff Zugspannungen aufnimmt.

Alle bisher bekannten spannungsoptischen Verfahren sind jedoch vor allem ungeeignet, vorgespannte Konstruktionen zu analysieren. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Modell zu schaffen, mit welchem die spannungsoptische Untersuchung von vorgespannten Bau- und Konstruktionselementen möglich ist. Dabei sollen die durch die Belastung einerseits und die durch die Vorspannung andererseits verursachten Spannungen, sowohl einzeln als auch in ihrem Zusammenwirken untersucht und dargestellt werden können, wobei Vorspannung und Belastung unabhängig voneinander einstellbar sind.

Dies wird erfindungsgemäß erreicht, durch einen in seiner Gestaltung, dem zu untersuchenden Bau- oder Konstruktionselementes entsprechenden Modellkörper, der von mindestens einem Kanal zur Aufnahme von Spannelementen durchsetzt ist, in Verbindung mit Spannvorrichtungen, die an den aus dem Modellkörper herausreichenden Enden der Spannelemente angreifen und sich auf dessen Endflächen abstützen. Ein solches Modell ist äußerst einfach im Aufbau und in der Handhabung. Es läßt sich durch einfachen Austausch gegen die bisher üblichen Modelle verwenden.

Darüber hinaus ist gewährleistet daß die an ihm dargestellten Spannungszustände weitgehend mit denen des entsprechenden Originales übereinstimmen.

Zweckmäßigerweise ist der Körper des Modelies im wesentlichen prismenförmig ausgebildet. Eine solche Form des Modells stellt einen optimalen Strahlengang des Lichtes bei den Untersuchungen sicher.

Vorzugsweise verläuft der, bzw. die Kanäle zur Aufnahme der Spanne!ement2 etwa senkrecht zur Hauptbelastungsrichtung.

Der, bzw. die Kanäle mit den Spannelementen im Modellkörper können einen für die hinzutretende Belastung günstigen oder ungünstigen Verlauf haben.

Außerdem kann die von den Spannelementen erzeugte Vorspannung und die durch die Belastung hervorgerufene Spannung in an sich bekannter Weise »eingefroren« sein.

Schließlich können in an sich bekannter Weise die Spannelemente Metalldrähte oder Stangen sein und die Spannvorrichtungen aus auf diese aufgeschraubten Muttern od. dgl. bestehen. Die Kanäle können zweckmäßig aus, die Spannelemente aufnehmenden Rohren gebildet sein.

Der Erfindungsgedanke läßt die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zu. Einige davon sind in der Zeichnung rein schematisch wiedergegeben und im folgenden erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Modellkörper mit einem Spannelement in der zugbeanspruchten Zone,

Fig.2 ein Modellkörper mit einem Spannelement, welches einen gekrümmten Verlauf hat und

Fig.3 ein Modellkörper, dessen Spannelement im Bereich der Spannungs-Null-Linie verläuft.

Der Modeilkörper 1 besteht aus spannungsoptisch aktivem Material, welches die Eigenschaft hat, unter Belastung optisch doppeltbrechend zu werden, so daß der Spannungsverlauf im Modellkörper sichtbar gemacht werden kann. Der Modellkörper 1 hat dabei beispielsweise prismatische Form. Er sollte dem

Original des zu untersuchenden Bau- oder Konstruktionselementes nachgebildet sein.

Der ModeHkörper t wird von einem Spannelement 2 durchsetzt, welches zweckmäßig ein in einem Hüllrohr 3 verlaufender Spannstab ist, der mit seinen Enden über den ModeHkörper hinausreicht und hier vermittels Verschraubungen 4 unter Spannung gesetzt werden kann.

Bei der Anordnung gemäß F i g. 1 verläuft das Spannelement 2 in der zugbeanspruchten Zone, also ι ο unterhalb einer Spannungs-Null-Linie, etwa senkrecht zur Belastung »B«.

Bei der Anordnung gemäß Fi g. 2 hat das Spannelement 2 einen gekrümmten Verlauf und bei deir Anordnung gemäß Fig.3 liegt das Spannelement im Bereich der Spannungs-Null-Linie, was selbstverständlich nur zu Demonstrationszwecken anzuwenden ist

Während das Modeil gemäß F i g. 1 eine direkte Entsprechung zu sogenannten Hauptausführungen, also zu real existierenden Konstruktionen darstellt, weicht das Modell gemäß Fig.3 insofern von der Realität ab, als es das Spannglied an technisch ungünstigen Stellen aufweist. Der Vergleich zwischen günstiger und ungünstiger Spanngliedführung ist für Lehrzwecke sehr wirksam, weil er .2. B. nachweisen kann, wie im ersten Fall nach Hinzutreten von Verkehrslasten B die Druckspannungen in der Zugzone abgebaut werden und im zweiten Fall die Druckspannungen in der Druckzone überproportional anwachsen.

Die gezeigten ModeHkörper können auch Anwendung Finden zur Demonstration des Begriffes »eingefroren«. Bei diesem in der Spannungsoptik bekannten Verfahren ist der ModeHkörper im Zustand der Belastung zu erwärmen und wieder erkalten zu lassen. Dann bleiben die Spannungen im Modell auch nach dem Entlasten erhalten und damit auch die spannungsoptischen Erscheinungen, z. B. das Isochromatenbild. Modelle, bei denen die durch Vorspannung oder durch Belastung entstandenen Spannungen durch Einfrieren fixiert sind, können besondere Möglichkeiten für Experiment oder Demonstration bieten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Modell zur spannungsoptischen Analyse und Demonstration von mechanischen Spannungen in Bau- und Konstruktionselementen von Bauwerken, Maschinen oddgL aus spannungsoptisch aktivem Material, mit einem in seiner Gestaltung dem zu untersuchenden Bau- oder Konstruktionselement entsprechenden Modellkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Modellkörper von mindestens einem Kanal zur Aufnahme von Spannelementen durchsetzt ist in Verbindung mit Spannvorrichtungen, die an den aus dem Modellkörper herausreichenden Enden der Spannelemente angreifen und sich auf dessen Endflächen abstützen.

2. Modell nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Kanäle zur Aufnahme der Spannelemente etwa senkrecht zur Hauptbelastungsrichtung verlaufen.

3. Model! nach Anspnzch 1 und 2, dadurch 2Q gekennzeichnet, daß der Modellkörper im wesentlichen prismenförmig ausgebildet ist.

4. Modell nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Spannelementen erzeugte Vorspannung und die durch die Belastung hervorgerufene Spannung in an sich bekannter Weise »eingefroren« sind.

5. Modell nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente Metalldrähte oder .Stangen sind und die Spannvorrichtungen jo aus auf diese aufgeschraubten Muttern bestehen.

6. Modell nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle aus, die Spannelemente aufnehmenden Rohn.ii gebildet sind.

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