EA028043B1

EA028043B1 - Домкрат, способ его изготовления и способ определения нагрузки, приложенной им

Info

Publication number: EA028043B1
Application number: EA201201562A
Authority: EA
Inventors: Джон А. Хэйз
Original assignee: Лоудтест, Инк.
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2017-10-31
Also published as: EP2572174B1; BR112012029303B1; AU2011255650B2; ZA201208526B; WO2011146641A2; US8511176B2; SG10201503846QA; US20130333487A1; TWI534067B; MY159373A; EA201201562A1; TW201200457A; WO2011146641A3; EP2572174A2; SG185464A1; EP2572174A4; MY168519A; KR101893871B1; AR085883A1; CA2799611C

Abstract

Вариант осуществления рассматриваемого изобретения направлен на разработку домкрата, включающего один тензодатчик или более тензодатчиков. Один или более тензодатчиков может быть размещен на домкрате, внутри домкрата или встроен в домкрат. При создании домкратом нагрузки или силы один материал или более материалов внутри домкрата испытывает деформации или перемещения в результате воздействия нагрузки. Один тензодатчик или более тензодатчиков применяются для измерения деформации или перемещения и, следовательно, измерения напряжения. Замеренное напряжение может применяться для определения величины нагрузки, приложенной со стороны домкрата. В варианте осуществления изобретения применяют множество тензодатчиков, и результаты измерений могут объединяться для определения приложенной нагрузки.

Description

Домкраты применяют для приложения нагрузок или сил в различных задачах. Обычно домкрат применяют для приложения толкающего (сжимающего) или тянущего (растягивающего) усилия к объекту. В конкретной задаче домкраты могут применяться для проверки несущей способности и/или устойчивости свай или других конструкций. Подобные конструкции могут иметь различные конфигурации и изготавливаться из различных материалов. Строительные сваи могут быть изготовлены, например, из дерева, бетона, стали или других строительных материалов, известных в данной области техники. Подобные конструкции могут применяться для различных целей. Строительные сваи, например, часто вбиваются в землю или изготавливаются путем заливки бетона в опалубку, сформированную в земле, для создания фундамента зданий, мостов или других сооружений. Домкраты могут располагаться под сваей, над сваей или внутри сваи и прикладывать направленную вверх нагрузку на сваю и/или направленную вниз нагрузку на грунт под сваей, на секцию сваи под домкратом, или на верхнюю часть сваи. Вне зависимости от задачи часто полезно знать с некоторой степенью точности нагрузку или силу, прикладываемую домкратом.

Когда применяют гидравлический домкрат, известен способ замера давления гидравлической текучей среды в гидравлическом домкрате и использования данных замеров давления гидравлической текучей среды и текущей площади поверхности домкрата перпендикулярной к направлению силы в контакте с гидравлической текучей средой для вычисления нагрузки, прикладываемой гидравлическим домкратом. Нагрузка обычно равна произведению давления гидравлической текучей среды на текущую площадь поверхности, перпендикулярной силе воздействия гидравлической текучей среды. В качестве примера для домкрата с площадью сечения А, находящейся в контакте с гидравлической текучей средой, перпендикулярной направлению силы, прикладываемой домкратом, сила может быть вычислена следующим образом: Р=РхА, где Р -давление гидравлической текучей среды. Однако данный способ измерения силы может оказаться чувствительным к температуре, поскольку объем и давление гидравлической текучей среды часто меняются с изменением температуры. Кроме того, данный способ измерения силы не учитывает некоторых источников трения, таких как трение между поршнем и цилиндром домкрата. Таким образом, может легко оказаться, что истинная нагрузка, прикладываемая гидравлическим домкратом, существенно отличается от нагрузки, вычисленной по замеренному давлению гидравлической текучей среды.

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к системам, способам и аппарату для измерения нагрузки, приложенной домкратом, и/или внутреннего определения нагрузки, приложенной домкратом. Варианты осуществления рассматриваемого изобретения также относятся к системам, способам и аппарату для применения домкрата с целью проверки несущей способности и/или устойчивости свай или других конструкций. В конкретном варианте осуществления изобретения домкрат может располагаться сверху сваи, внутри сваи или под сваей и прикладывать нагрузку в направлении сверху, вверх или вниз к соответствующим секциям или вверх к нижней поверхности сваи соответственно. Предпочтительные варианты осуществления изобретения относятся к встраиванию одного или более тензодатчиков, содержащих элемент Остерберга, таким образом, что один или более тензодатчиков крепятся к поршню элемента Остерберга и/или встроены в него и/или расположены рядом с ним. Документы И8 4,614,110 и И8 5,576,494 раскрыты здесь из-за описания элемента Остерберга, в котором один или более тензодатчиков могут встраиваться в элемент. На фиг. 2 показан вариант осуществления элемента Остерберга, включающего один или более тензодатчиков.

Вариант осуществления рассматриваемого изобретения направлен на разработку домкрата, включающего один или более тензодатчиков. Один или более тензодатчиков могут располагаться поверх, внутри или являться составной частью домкрата, например, располагаться поверх, внутри или являться составной частью поршня домкрата. При создании домкратом нагрузки или силы один или более материалов внутри домкрата деформируется или перемещается в результате воздействия нагрузки. Для измерения деформаций или перемещений и, следовательно, напряжений применяется один или более тензодатчиков. Замеренное напряжение может применяться для определения величины нагрузки, приложенной домкратом. В конкретном варианте осуществления изобретения нагрузка, приложенная домкратом, может быть вычислена по следующей зависимости:

Нагрузка = еАхЕ/Ь, где ε - напряжение;

А - площадь контакта с гидравлической текучей средой, перпендикулярная направлению силы, приложенной со стороны домкрата;

Е - модуль упругости;

Ь - длина участка материала, на котором производится замер напряжения. В варианте осуществления изобретения применяют множество тензодатчиков, и результаты измерений могут объединяться для определения приложенной нагрузки.

Другой вариант осуществления рассматриваемого изобретения направлен на разработку способа измерения нагрузки, прикладываемой домкратом, и/или измерения несущей способности сваи. В одном варианте осуществления изобретения один или более тензодатчиков размещены поверх, внутри или яв- 1 028043 ляются составной частью одного или более материалов домкрата. При создании домкратом нагрузки или силы один или более материалов внутри домкрата деформируется или перемещается в результате воздействия нагрузки. Для измерения деформаций или перемещений и, следовательно, напряжений в одном материале или в большем числе материалов применяется один или более тензодатчиков. Замеренное напряжение затем используется для определения нагрузки, приложенной домкратом.

Еще один предпочтительный вариант осуществления рассматриваемого изобретения направлен на разработку способа измерения нагрузки, прикладываемой к свае, и/или измерения несущей способности сваи. В одном варианте осуществления изобретения домкрат, содержащий один или более тензодатчиков, может располагаться в непосредственной близости от испытываемой сваи или внутри нее. Предпочтительно, домкрат может располагаться под испытываемой сваей, над испытываемой сваей или внутри испытываемой сваи. Нагрузка или сила прикладывается к свае, к секции сваи и/или к грунту или к другому материалу, окружающему сваю. В другом варианте осуществления изобретения нагрузка или сила прикладывается к свае, к грунту или к другому материалу под сваей, к секции сваи под домкратом и/или к секции сваи под домкратом в направлении вверх и/или вниз. В одном варианте осуществления изобретения нагрузка или сила прикладывается к внутренней поверхности сваи. При создании нагрузки или силы один или более тензодатчиков, встроенные в домкрат, получают один или более сигналов. Предпочтительно один или более сигналов применяются для измерения напряжений в домкрате. В одном варианте осуществления изобретения один или более тензодатчиков располагаются поверх, внутри или является составной частью одного или более материалов домкрата, и один или более тензодатчиков применяются для измерения деформаций или перемещений одного или более материалов. Замеренные деформации и перемещения затем используются для замера напряжений в домкрате. Замеренное напряжение в домкрате затем используется для определения величины приложенной нагрузки или силы. Возможно применение одного или более компьютеров, запрограммированных соответствующим образом для контролирования приложенной нагрузки или силы; измерения, вычисления и/или определения другим образом деформации или перемещения одного или более материалов, напряжений в домкрате и/или других результатов испытаний; и/или определения момента завершения испытания.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее: фиг. 1А - приложение силы или давления (Р) к домкрату;

фиг. 1В - характеристика давление (Р) -напряжение (ε) домкрата, который может применяться для вычисления нагрузки, прикладываемой домкратом на основании замеров одного или более напряжений в домкрате при помощи одного или более тензодатчиков в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг. 2 -цилиндр и поршень домкрата, в котором тензодатчик встроен в поршень в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

фиг. 3А-3С - различные варианты размещения тензодатчиков согласно изобретению.

Варианты осуществления изобретения относятся к системам, способам и аппарату для измерения нагрузки, приложенной домкратом. Варианты осуществления рассматриваемого изобретения также относятся к системам, способам и аппарату для применения домкрата с целью проверки несущей способности и/или устойчивости свай или других конструкций. В конкретном варианте осуществления изобретения домкрат может располагаться сверху сваи, внутри сваи или под сваей и прикладывать нагрузку в направлении сверху, вверх или вниз к соответствующим секциям или вверх к нижней поверхности сваи соответственно.

При создании домкратом нагрузки или силы в одном материале или в большем числе материалов домкрата в результате воздействия нагрузки могут возникать деформации или перемещения. В одном варианте осуществления рассматриваемого изобретения по меньшей мере один тензодатчик встроен в домкрат для измерения деформаций или перемещений одного или более материалов домкрата. В одном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, один тензодатчик расположен поверх, внутри или является составной частью одного или более материалов домкрата, например, расположен поверх, внутри или является составной частью поршня домкрата.

В другом варианте осуществления изобретения тензодатчик включает полупроводниковый материал, который расположен поверх, внутри или является составной частью одного или более материалов домкрата. При деформации или перемещении материала домкрата происходит изменение формы полупроводникового материала, за счет чего изменяется сопротивление полупроводникового материала. Затем для определения степени деформации или перемещения материала домкрата сопротивление полупроводникового материала может быть замерено, например, при помощи моста Уитстона. Для измерения данных деформаций или перемещений могут применяться различные другие тензодатчики. В конкретном варианте осуществления изобретения применяется вибрационный проволочный тензодатчик.

Предпочтительно, один или более подобных тензодатчиков может размещаться поверх, внутри или быть составной частью одного или более материалов домкрата, например, поршня домкрата. В одном варианте осуществления изобретения датчики располагаются на участках, которые испытывают сжатие за счет приложения нагрузки при работе домкрата. Например, тензодатчик может устанавливаться на одной несущей поверхности или на большем числе несущих поверхностей домкрата, таких как, напри- 2 028043 мер, поверхность, предназначенная для контакта с объектом приложения нагрузки, реактивный элемент, фиксирующий элемент, и/или на другой поверхности. В одном варианте осуществления изобретения тензодатчик расположен поверх, внутри или является составной частью внешней поверхности домкрата. В предпочтительном варианте тензодатчик расположен поверх, внутри или является составной частью внутренней поверхности домкрата. В другом варианте осуществления изобретения домкрат включает цилиндр, и тензодатчик и прочие датчики расположены поверх, внутри или являются составной частью цилиндра. Предпочтительно датчик расположен поверх, внутри или является составной частью внутренней поверхности цилиндра. Целесообразным является то, что датчик расположен поверх, внутри или является составной частью внешней поверхности цилиндра. В одном варианте осуществления изобретения датчик расположен поверх, внутри или является составной частью верхней поверхности цилиндра. В другом варианте осуществления изобретения домкрат включает поршень, а тензодатчик и прочие датчики расположены поверх, внутри или являются составной частью поршня. В следующем варианте осуществления изобретения датчик расположен поверх, внутри или является составной частью внешней поверхности поршня. В еще одном варианте осуществления изобретения датчик расположен поверх, внутри или является составной частью внутренней поверхности поршня.

На фиг. 2 показаны цилиндр и поршень домкрата, в котором поршень расположен внутри цилиндра, а тензодатчик встроен в поршень в соответствии с одним вариантом осуществления рассматриваемого изобретения. В одном варианте осуществления изобретения тензодатчик или другой датчик размешен поверх, внутри или является составной частью другого материала домкрата. В другом варианте осуществления изобретения тензодатчик или другой датчик размещен более чем на одном материале домкрата для измерения относительных перемещений в материалах. В одном варианте осуществления подобные датчики могут иметь такую конфигурацию и/или ориентацию, при которой обеспечивается наилучшее измерение перемещений и/или деформаций, которые могут возникать при работе домкрата. Например, при определении напряжения по деформации полупроводникового материала конфигурация и ориентация полупроводникового материала могут быть выбраны таким образом, чтобы малое перемещение и/или деформация в ожидаемом направлении вызывали поддающиеся измерению изменения сопротивления полупроводника. Как показано на фиг. 2, тензодатчик предпочтительно размещают под участком приложения сил трения или других сил к поршню, действующих сверху, и выше участка приложения сил, действующих снизу.

На фиг. 3А-3С, показаны варианты размещения: одного или более тензодатчиков относительно поршня в соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения. На фиг. ЗА показан вид сверху поршня 100, у которого к поверхности прикреплен тензодатчик 101, а другой тензодатчик 102 встроен в поршень. На фиг. ЗВ показан пространственный вид поршня фиг. ЗА с теми же тензодатчиками 101 и 102. На фиг. ЗС приведен вид сверху полого поршня 100, имеющего кольцевое поперечное сечение, у которого тензодатчик 101 прикреплен к поверхности поршня, тензодатчик 102 встроен в поршень, а тензодатчик 10З расположен рядом с поршнем, при этом тензодатчик 10З прикреплен к верхней пластине и к нижней пластине (на фиг. 2 показан поршень, имеющий верхнюю пластину и нижнюю пластину, который может иметь тензодатчик, расположенный внутри поршня и прикрепленный к верхней пластине и к нижней пластине). В данном варианте осуществления изобретения по меньшей мере 3, а предпочтительно 4 тензодатчика размещены по периметру поршня для учета наличия эксцентриситета и/или изгиба поршня при нагружении. В еще одном варианте осуществления изобретения полый поршень может иметь множество тензодатчиков, расположенных на внутренних поверхностях стенок поршня. Предпочтительно имеется, по меньшей мере, три, а более предпочтительно четыре тензодатчика, симметрично размещенных по периметру внутренней стенки полого поршня. Тензодатчик также может подключаться к верхней пластине и к нижней пластине полого поршня таким образом, чтобы тензодатчик обеспечивал измерение деформации верхней пластины поршня при создании давления в текучей среде домкрата для получения информации о нагрузке, приложенной к верхней пластине поршня. В белее предпочтительном варианте осуществления изобретения применяется тензодатчик, проходящих от верхней пластины к нижней пластины в сочетании с множеством тензодатчиков на внутренней поверхности стенок поршня. Применение одного или более тензодатчиков, прикрепленных к поршню, встроенных в поршень и/или размещенных вблизи от поршня, превращает поршень в датчик напряжений, позволяющий определять нагрузку, прикладываемую домкратом, который включает в себя поршень.

Один или более подобных тензодатчиков или прочих датчиков встроены в один материал или в больше материалов домкрата. В одном варианте осуществления изобретения один или более подобных датчиков встраиваются в один материал или в больше материалов домкрата при изготовлении домкрата. Например, выполненный из металлического сплава поршень может отливаться вокруг тензодатчика или другого датчика. В другом варианте осуществления изобретения тензодатчик включает изоляционный материал, который защищает тензодатчик в процессе литья. Поршень может быть выполнен из стали.

В одном варианте осуществления изобретения один или более подобных тензодатчиков или прочих датчиков расположены на одной поверхности или на большем числе поверхностей одного или более материалов домкрата. Для размещения данного датчика на поверхности могут применяться различные способы. Датчик крепится к поверхности при помощи, по меньшей мере, одного крепежного элемента. В

- З 028043 одном варианте осуществления изобретения один участок датчика крепится к первой поверхности, а другой участок датчика крепится ко второй поверхности. В другом варианте осуществления изобретения конфигурация датчика обеспечивает измерение перемещения первой поверхности относительно второй поверхности (или наоборот). В рассматриваемом изобретении могут применяться различные крепежные элементы. В одном варианте осуществления изобретения применяется такой механический крепежный элемент, как гвоздь, шпилька, болт, винт, скоба или другой элемент. В другом варианте осуществления изобретения применяется такой клеевой крепежный элемент, как эпоксидная смола, клей или другое клеящее вещество. В следующем варианте осуществления изобретения крепежный элемент также служит для изоляции датчика от электрических и/или температурных колебаний, поступающих с поверхности.

В других вариантах осуществления изобретения может применяться вибрационный проволочный тензодатчик. В качестве примера вибрационный проволочный тензодатчик может встраиваться в поршень, показанный на фиг. 2, и иметь форму поперечного сечения, показанную на фиг. 3С, на которой тензодатчик обозначен цифрой 103. В других вариантах осуществления изобретения может применяться тензодатчик, использующий мостовую схему Уитстона.

В одном варианте осуществления изобретения на домкрат могут подаваться команды для управления его работой. Например, могут подаваться команды для включения домкрата, уменьшения создаваемой домкратом нагрузки, увеличения силы, прикладываемой домкратом, или иного управления работой домкрата. В одном варианте осуществления изобретения домкрат включает встроенный процессор. В другом варианте осуществления изобретения встроенный процессор обеспечивает для домкрата прием и выполнение более сложных команд. Подобный встроенный процессор может выполнять некоторые или все измерения, вычисления, расчеты и/или прочие операции обработки данных, описанные в данном документе. Например, домкрат с подобным встроенным процессором может обеспечивать поддержание заданной приложенной нагрузки. В одном варианте осуществления изобретения на домкрат передаются простые или сложные команды. В другом варианте осуществления изобретения подобные команды передаются с одного компьютера или с большего числа компьютеров, запрограммированных соответствующим образом. В следующем варианте осуществления изобретения один или более компьютеров, запрограммированных соответствующим образом, включают систему контроля нагрузки, обеспечивающую выполнение некоторых или всех измерений, вычислений, расчетов и/или прочих операций обработки данных, описанных в данном документе, и иного управления работой домкрата. Как написано выше, функции подобной системы контроля нагрузки могут быть распределены между элементами сети. В одном варианте осуществления изобретения встроенный процессор включает, по меньшей мере, часть системы контроля нагрузки. В другом варианте осуществления изобретения все подобные операции обработки данных выполняются удаленно, а на домкрат передаются простые команды.

В одном варианте осуществления изобретения обеспечивается прием сигналов, результатов измерений и прочих данных от домкрата, тензодатчиков или прочих датчиков. Например, обеспечивается прием результатов измерений, по меньшей мере, с одного тензодатчика. В другом варианте осуществления изобретения, как описано выше, домкрат включает встроенный процессор. Предпочтительно, встроенный процессор обеспечивает для домкрата обработку и передачу более сложных данных. В одном варианте осуществления изобретения с домкрата передаются простые или сложные команды. Предпочтительно, подобные команды передаются на один или более компьютеров, запрограммированных соответствующим образом, и/или в систему контроля нагрузки, обеспечивающую выполнение некоторых или всех измерений, вычислений, расчетов и/или прочих операций обработки данных, описанных в данном документе. Как описано ниже, команды и данные могут передаваться на домкрат и от домкрата при помощи любого числа проводных или беспроводных технологий связи.

В одном варианте осуществления изобретения одно или более замеренных значений деформации, перемещения и/или напряжения, полученных при нахождении домкрата под нагрузкой, применяются для определения нагрузки, приложенной домкратом. Для определения приложенной нагрузки используется установленная зависимость, связывающая замеренные величины с давлением, нагрузкой, напряжением или другими характеристиками. В другом варианте осуществления изобретения зависимость может быть выражена в виде функции или кривой. В следующем варианте осуществления изобретения применяется зависимость известная в данной области техники. Предпочтительно зависимость выводится из известных или замеренных характеристик домкрата. В одном варианте осуществления изобретения зависимость получается путем обобщения опытных наблюдений за домкратом. В другом варианте осуществления изобретения зависимость содержит связь между данными измеряемыми параметрами и нагрузкой, приложенной к домкрату. Предпочтительно зависимость включает взаимосвязь между нагрузкой, приложенной к одному конкретному материалу или к большему числу конкретных материалов, и деформацией одного или более конкретных материалов. Зависимость включает взаимосвязь между нагрузкой, приложенной к одному конкретному материалу или к большему числу конкретных материалов, и перемещением одного или более конкретных материалов. В одном варианте осуществления изобретения замеренное перемещение представляет собой перемещение первого материала из одного или более конкретных материалов относительно точки, по меньшей мере, одного второго материала из одного или более конкрет- 4 028043 ных материалов. В другом варианте осуществления изобретения замеренное перемещение представляет собой перемещение одного из одного или более конкретных материалов относительно, по меньшей мере, одной другой точки, такой как точка домкрата, сваи или другой испытываемой конструкции, другой сваи или другой конструкции, искусственного или географического ориентира, спутника и/или другой неподвижной или подвижной точки. В одном варианте осуществления изобретения деформация или перемещение используется для измерения напряжения в одном конкретном материале или в большем числе конкретных материалов, и зависимость включает, по меньшей мере, зависимость между нагрузкой, приложенной к одному конкретному материалу или к большему числу конкретных материалов, и напряжением в одном конкретном материале или в большем числе конкретных материалов. В другом варианте осуществления изобретения зависимость специально подобрана для состава, формы или других характеристик конкретного материала, в котором возникают деформации перемещения или напряжения. В следующем варианте осуществления изобретения может применяться зависимость общая для материалов определенного класса (например, пластичных материалов, хрупких материалов). Домкрат калибруется при помощи одного или более тензодатчиков для получения зависимости. В данном варианте осуществления изобретения к домкрату прикладываются известные нагрузки (например, при помощи грузов), и фиксируются получающиеся в результате деформации, перемещения и/или напряжения. В другом варианте осуществления изобретения калибровка гидразлического домкрата производится на основании давления гидравлической текучей среды, подаваемой к домкрату, и площади поверхности домкрата мгновенно перпендикулярной направлению действия силы в контакте с гидравлической текучей средой. В конкретном варианте выполнения изобретения данные наблюдения проводятся в контролируемых условиях (например, при постоянных температуре и давлении, при уменьшенном трении) для того чтобы максимально устранить шумы.

На фиг. 1А показано приложение нагрузки, такой как давление (Р) к обоим торцам домкрата и места замера напряжений.

На фиг. 1В показана характеристика давление (Р)-напряжение (ε) домкрата, который может применяться для вычисления нагрузки, прикладываемой домкратом на основании замеров одного или более напряжений в домкрате при помощи одного или более тензодатчиков в соответствии с вариантом осуществления рассматриваемого изобретения. На фиг. 1В показано, что зависимость между приложенным давлением и напряжением не всегда идеально соответствует линейной модели. Аналогичная кривая может быть получена для нагрузки и напряжения, где нагрузка, приложенная домкратом, равна давлению сжатой текучей среды домкрата, умноженному на площадь сечения поршня, минус силы трения между цилиндром домкрата и поршнем домкрата. Нагрузка, приложенная домкратом, может быть замерена внешним способом, например, при помощи грузов известной массы или другими известными способами измерения нагрузки. В некоторых вариантах осуществления изобретения зависимость силы от напряжения может иметь гистерезис, при котором при возрастании силы от нуля замеренное напряжение меньше, чем посчитанное по линейной модели, и при котором при уменьшении ненулевой силы напряжение уменьшается на величину меньшую, чем определенная по линейной модели. В данном варианте осуществления изобретения после получения путем измерений зависимости силы от напряжения, которая может быть получена путем осреднения множества повторных перемещений, полученная зависимость может применяться для расчета силы или нагрузки при заданном замеренном напряжении.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения рассчитанная нагрузка, приложенная домкратом, может зависеть от производной нагрузки и/или от знака производной нагрузки. Например, если нагрузка возрастает, рассчитанная нагрузка может иметь первое значение при заданном замеренном напряжении, а если нагрузка убывает, то вычисленная нагрузка может иметь второе значение при том же замеренном напряжении. Кроме того, каждый домкрат может быть индивидуально охарактеризован путем получения с помощью замеров кривой сила-напряжение, или модель домкрата может быть охарактеризована при помощи получения замерами одной или более кривых сила-напряжение для соответствующего одного или более домкратов конкретной модели. Одна или более кривых сила-напряжение может затем применяться для создания кривой сила-напряжение для модели домкрата. Переход от давления Р к силе Р может быть выполнен при помощи зависимости Р = РхЛ, где А -площадь, на которой на домкрат действует давление сжатой текучей среды, как описано выше. В данном варианте выполнения изобретения зависимость нагрузки от напряжения считается линейной. Предпочтительно каждый домкрат или элемент калибруется перед использованием для определения зависимости нагрузки от напряжения. В предпочтительном варианте осуществления изобретения может производиться нагружение домкрата, замер или вычисление нагрузки при помощи внешних средств и замер напряжения для получения зависимости нагрузки от напряжения.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения поршень, который должен применяться в домкрате может использоваться для получения кривой давление-напряжение и/или сила-напряжение путем приложения давления к поршню, и замера напряжения, а также замера нагрузки, создаваемой домкратом, а затем при эксплуатации полученная кривая давление-напряжение и/или нагрузка-напряжение может применяться для вычисления соответствующего давления, приложенного к поршню, и/или силы,

- 5 028043 создаваемой домкратом. В другом варианте осуществления изобретения домкрат, включающий цилиндр и поршень, может применяться для получения кривой давление-напряжение или нагрузка-напряжение путем создания давления, в верхней части цилиндра, и приложения нагрузки к нижней части поршня и замера напряжения. Данная кривая затем может применяться при эксплуатации домкрата для вычисления соответствующего давления или нагрузки с использованием замеренного напряжения. Кроме того, давление, замеренное при эксплуатации домкрата, может применяться для оценки нагрузки, прикладываемой домкратом, а зависимость напряжение-нагрузка может применяться для вычисления нагрузки с использованием замеренного напряжения, а полученная оценка нагрузки по давлению может применяться для проверки нагрузки, вычисленной по напряжению, или наоборот. Данный вариант осуществления применения давления для оценки нагрузки может оказаться не очень точным, поскольку силы трения между цилиндром и домкратом, имевшие место при получении кривой давление-напряжение, могут отличаться от сил трения при эксплуатации домкрата.

В одном варианте осуществления изобретения множество измерений деформаций, перемещений и/или напряжений могут применяться для определения нагрузки, приложенной домкратом. В другом варианте осуществления изобретения измерения поступают от одного и того же датчика в различные моменты времени. В следующем варианте осуществления изобретения измерения поступают от датчиков, расположенных в разных точках домкрата. В одном варианте осуществления изобретения измерения поступают от датчиков, расположенных на разных поверхностях домкрата или встроенных в разные поверхности домкрата. Предпочтительно, измерения или другие данные могут передаваться на один или более компьютеров, запрограммированных соответствующим образом, обеспечивающих выполнение некоторых или всех измерений, вычислений, расчетов и/или прочих операций обработки данных, описанных в данном документе. В одном варианте осуществления изобретения измерения или другие данные передаются на встроенный процессор. В другом варианте осуществления изобретения измерения или другие данные передаются в систему контроля нагрузки. Измерения объединяются перед использованием установленной зависимости для определения нагрузки. Однако может производиться осреднение измерений. В одном варианте осуществления изобретения применяется взвешенное среднее. Например, в одном варианте осуществления изобретения назначаются весовые коэффициенты для замеренных напряжений на основании известных или наблюдаемых характеристик напряженной поверхности.

В еще одном варианте осуществления изобретения величина приложенной нагрузки уточняется по другим измерениям. Например, при использовании гидравлического домкрата приложенная нагрузка может проверяться путем измерения давления гидравлической текучей среды и площади поверхности домкрата мгновенно перпендикулярной направлению силы в контакте с гидравлической текучей средой и умножения давления на площадь поверхности, как описано выше. В этом случае трение между цилиндром и поршнем приведет к уменьшению нагрузки при том же давлении.

Предпочтительно один или более домкратов применяются для проверки устойчивости строительного материала для конкретной задачи. В одном варианте осуществления изобретения один или несколько домкратов применяются для приложения сжимающих или растягивающих сил к строительному материалу. Материалы могут испытываться для проверки пригодности материалов по различным параметрам для различных целей. Например, может проводиться проверка на прочность крыла самолета. В другом варианте осуществления изобретения может проверяться устойчивость и/или несущая способность сваи или другой конструкции. В конкретном варианте осуществления изобретения может проверяться устойчивость заглубленной строительной сваи. В следующем варианте осуществления изобретения один или более домкратов установлены и прикладывают силы на наружной поверхности испытываемого материала. Например, сжимающее усилие может прикладываться к верхней, нижней и/или боковой поверхности заглубленной строительной сваи.

В одном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, один из одного или более домкратов расположен внутри испытываемого материала. Например, домкрат может быть влит внутрь бетонной сваи. При работе, по меньшей мере, одного домкрата силы прикладываются к одной или более внутренним поверхностям испытываемого материала. В частном варианте осуществления изобретения испытываемый материал представляет собой сваю, и силы прикладываются к одной или более секциям сваи. В одном варианте осуществления изобретения возможно применение беспроводной или проводной связи для встроенного домкрата для включения домкрата и/или для снятия информации со встроенного домкрата. Для передачи подобных команд или данных могут применяться различные способы связи, известные в данной области техники. В одном варианте осуществления изобретения домкрат включается по сигналам, передаваемым на домкрат. В другом варианте осуществления изобретения результаты измерений или другая информация передается с тензодатчиков или других датчиков домкрата при помощи сигналов. Домкрат содержит встроенный процессор, при помощи которого производятся расчеты, измерения и/или вычисления и промежуточные или окончательные значения нагрузки передаются с домкрата через подобные сигналы. В одном варианте осуществления изобретения команды могут передаваться с одного или более компьютеров, запрограммированных соответствующим образом для управления работой домкрата. Предпочтительно команды передаются со встроенного процессора. В одном варианте осуществления изобретения команды передаются от системы контроля нагрузки. В одном варианте осу- 6 028043 ществления изобретения один или более запрограммированных соответствующим образом компьютеров и/или система контроля нагрузки могут принимать данные с множества домкратов или передавать данные на множество домкратов.

На фиг. 2 показан домкрат 1, встроенный в строительную сваю 10 (показанную пунктирными линиями) в соответствии с вариантом осуществления изобретения рассматриваемого изобретения. В приведенном варианте осуществления изобретения домкрат 1 расположен внутри среднего участка 3 строительной сваи между верхним участком 9 сваи и нижним участком 7 сваи 10. Домкрат 1 прикладывает нагрузку Ь к нижней поверхности 9 верхнего участка 5 сваи 10, верхней поверхности 11 нижнего участка сваи или к обеим поверхностям. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 2, нагрузка Ь приложена в направлении вверх к верхнему участку сваи, и нагрузка Ь приложена в направлении вниз к нижнему участку сваи. Приложение нагрузки Ь к верхнему участку может быть комбинацией приложенный сил и сил, приложенных к среднему участку 3 сваи боковыми стенками цилиндра 13 домкрата, причем средний участок затем прикладывает силу к нижней поверхности 9 верхнего участка 5. В одном варианте осуществления изобретения домкрат прикладывает нагрузку к другой внутренней поверхности сваи. Это может быть осуществлено за счет расположения домкрата в различных точках и/или связывания домкрата с другими точками сваи, например, через стержни или другое приспособление для передачи усилия. В одном варианте осуществления изобретения прикладывается сжимающая сила. В другом варианте осуществления изобретения прикладывается растягивающая сила.

В одном варианте осуществления изобретения верхний и нижний участки сваи разъединяются во время испытания сваи при нагружении домкрата. Как показано на фиг. 2, верхний участок 5 и нижний участок 7 могут разделяться при нагружении домкрата за счет разламывания сваи на пересечении среднего участка 3 и нижнего участка 7, при этом цилиндр 13 домкрата перемещается вверх вместе со средним участком, и цилиндр 13 и средний участок выталкивают верхний участок 5.

В другом варианте осуществления изобретения при подаче к домкрату гидравлической текучей среды через гидравлические впускные отверстия для текучей среды создается давление (Р) внутри цилиндра, в том числе и на поршне цилиндра. Приложенная нагрузка Ь, которая прикладывается к верхней части нижнего участка сваи и к нижней части верхнего участка сваи, может быть замерена при помощи одного или более тензодатчиков внутри поршня и/или внутри верхней части цилиндра. В следующем варианте осуществления рассматриваемое изобретение может обеспечивать выдачу замеренных напряжений в режиме реального времени при помощи тензодатчиков, расположенных на поршне, внутри поршня или встроенных в поршень, при нагрузочных испытаниях сваи, которые могут использоваться для вычисления нагрузки и, при необходимости, для проверки вычисленной нагрузки путем замера давлению гидравлической текучей среды и площади поверхности домкрата мгновенно перпендикулярной направлению силы в контакте с гидравлической текучей средой и умножения давления на площадь поверхности, как описано выше. При вычислении нагрузки Ь, приложенной домкратом к свае, путем измерения давления гидравлической текучей среды и умножения этого давления на площадь поверхности домкрата мгновенно перпендикулярную направлению силы в контакте с гидравлической текучей средой, например, площадь поверхности верхней части поршня и площадь поверхности верхней части цилиндра в контакте с гидравлической текучей средой, важно учесть, что наличие трения между цилиндром и поршнем домкрата приведет к снижению значения нагрузки Ь, приложенной к свае, таким образом, что

В = Рнр^хА - 1, где Ь - нагрузка, приложенная к свае,

Р| и·· - давление гидравлической текучей среды,

А - площадь поверхности домкрата мгновенно перпендикулярную направлению силы в контакте с гидравлической текучей средой,

-сила трения между поршнем и цилиндром домкрата.

Таким образом, нагрузка, определенная по тензодатчикам, расположенным в поршне и/или в верхней части цилиндра может оказаться более точной, чем нагрузка, определенная путем замера давления гидравлической текучей среды и умножения его на площадь поршня.

В одном варианте осуществления изобретения предусмотрена система контроля нагрузки, включающая один или более программных модулей для управления работой системы, запоминающее устройство, один или более процессоров, один или более интерфейсов и устройств ввода, один или более интерфейсов и устройств вывода и/или один или более интерфейсов прикладных программ. В одном варианте осуществления изобретения имеется испытательная система, включающая по меньшей мере один домкрат по меньшей мере с одним тензодатчиком, испытываемый материал, один или более реактивных или фиксирующих элементов и/или один или более соответствующим образом запрограммированных компьютеров. В другом варианте осуществления изобретения один или более по меньшей мере из одного домкрата расположен внутри испытываемого материала. Предпочтительно, один или более по меньшей мере из одного домкрата включает по меньшей мере один тензодатчик, расположенный внутри него. В одном варианте осуществления изобретения испытательная система содержит систему контроля нагрузки. Описание испытательной системы приведено в И8 6,311,567 для Англии. Этот документ включен по ссылке в данный документ (в части, не противоречащей положениям данной заявки) с целью более под- 7 028043 робного описания возможных элементов и конфигураций подобной испытательной системы.

Объекты изобретения могут быть описаны в общем контексте исполняемых компьютером инструкций, таких как программные модули, выполняемые компьютером. В общем случае программные модули включают алгоритмы, программы, объекты, компоненты, структуры данных и т.д., которые выполняют конкретные задачи или реализуют определенные абстрактные типы данных. Подобные программные модули могут быть реализованы при помощи аппаратных компонентов, программных компонентов или их комбинации. Кроме того, специалистам в данной области техники понятно, что изобретение может быть реализовано при помощи множества конфигураций компьютерных систем, включающих многопроцессорные системы, электронные системы на основе микропроцессоров или программируемые бытовые электронные системы, миникомпьютеры, универсальных вычислительных машин и тому подобных системы. В настоящем изобретении приемлемо использование любого числа компьютерных систем или компьютерных сетей.

Описание конкретных аппаратных средств, языков программирования, компонент, процессов, протоколов и различных деталей, включающих операционные среды и тому подобные аспекты приводится для полноты понимания настоящего изобретения. В других случаях структуры, устройства и процессы показаны в виде блок-схем без подробностей во избежание усложнения описания настоящего изобретения. При этом обычному специалисту в данной области техники понятно, что настоящее изобретение может быть осуществлено и без этих конкретных деталей. Компьютерные системы, серверы, рабочие станции и прочие машины могут соединяться между собой через среду связи, включающую, например, сеть или сети.

Специалистам в данной области техники понятно, что варианты осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы, помимо прочего в виде: способа, системы или компьютерного программного продукта. Соответственно варианты осуществления изобретения могут принимать форму аппаратной реализации, программной реализации или реализации, сочетающей программную и аппаратную части. В одном варианте осуществления изобретения настоящее изобретение выполнено в форме компьютерного программного продукта, который включает используемые компьютером инструкции, реализованные на одном или более считываемых компьютером носителях. Способы, структуры данных, интерфейсы и прочие аспекты изобретения, описанные выше, могут быть реализованы в виде подобного компьютерного программного продукта.

Считываемый компьютером носитель может включать, как носитель с возможностью изменения данных, так и носитель без возможности изменения данных, съемный или несъемный носитель и носитель, считываемый базой данных, переключатель и различные другие сетевые устройства. В качестве примера, не накладывающего ограничений, считываемые компьютером носители содержат носители, реализованные любым способом или технологией хранения информации. Примеры хранимой информации включают исполняемые компьютером инструкции, структуры данных, программные модули и другие виды представления данных. Примеры носителей включают без наложения ограничений носители доставки информации, ОЗУ, ПЗУ, электрически-стираемое программируемое ПЗУ, запоминающее устройство с групповой перезаписью или с другой технологией хранения данных, компакт-диск, универсальный цифровой диск, голографический носитель или другое оптическое дисковое устройство хранения, магнитные кассеты, магнитную пленку, магнитный дисковый накопитель и прочие магнитные устройства хранения данных. Эти технологии могут обеспечивать мгновенное, временное или постоянное хранение данных. В одном варианте осуществления изобретения применяется постоянный носитель.

Изобретение может быть реализовано в распределенных компьютерных средах, в которых задачи выполняются устройствами удаленной обработки данных, которые связаны через сеть связи или другую среду связи. В распределенной компьютерной среде программные модули могут располагаться, как на локальном, так и на удаленном носителе компьютерных данных, включающем запоминающие устройства. Исполняемые компьютером инструкции формируют интерфейс для обеспечения реакции компьютера в соответствии с данными, поступающими от источника данных. Инструкции взаимодействуют с другими фрагментами кода для инициирования множества задач в соответствии с данными, полученными совместно с источником принятых данных.

Настоящее изобретение может быть реализовано в сетевой среде, такой как сеть связи. Подобные сети широко применяются для соединения различных типов сетевых элементов, таких как маршрутизаторы, серверы, шлюзы и тому подобные элементы. Кроме того, изобретение может быть реализовано в многосетевой среде, имеющей различные соединенные общедоступные и/или частные сети.

Связь между элементами сети может быть беспроводной или проводной. Как понятно специалистам в данной области техники, сети связи могут быть выполнены в нескольких различных формах и могут использовать несколько различных протоколов связи.

Варианты осуществления рассматриваемого изобретения могут быть реализованы в виде системы обработки данных. Компоненты системы обработки данных могут размещаться в одиночном компьютере или быть распределены по сети, как это известно в данной области техники. В одном варианте осуществления изобретения компоненты системы обработки данных распределены по считываемым компьютером носителям. В одном варианте осуществления изобретения пользователь может осуществлять дос- 8 028043 туп к системе обработки данных через клиентское устройство. В одном варианте осуществления изобретения некоторые из функций или система обработки данных могут храниться и/или выполняться на подобном устройстве. Подобные устройства могут иметь множество форм. В качестве примера клиентское устройство может представлять собой настольный или портативный персональный компьютер, карманный компьютер, устройство воспроизведения файлов формата МР3, устройство связи, такое как телефон, пейджер, устройство для чтения электронной почты или устройство передачи текстовых сообщений или любую комбинацию этих или прочих устройств. В другом варианте осуществления изобретения клиентское устройство может осуществлять соединение с системой обработки данных через сеть. Как описано выше, клиентское устройство может осуществлять соединение с сетью при помощи различных технологий доступа, как беспроводных, так и проводных. Кроме того, клиентское устройство может включать один или более интерфейсов ввода и вывода, которые поддерживают доступ пользователя к системе обработки данных. Подобные пользовательские интерфейсы могут также включать различные устройства ввода и вывода, которые облегчают ввод данных пользователем или обеспечивают представление информации для пользователя. Подобные устройства ввода-вывода помимо прочих устройств могут включать без наложения ограничений манипулятор мышь, монитор, микрофон, динамик, принтер, сканер. Как описано выше, клиентские устройства могут поддерживать работу с различными видами и типами клиентских приложений.

Все патенты, заявки на патент, предварительные заявки на патент и публикации, на которые имеются ссылки или которые цитируются в данном документе, полностью включаются по ссылке в данных документ вместе со всеми фигурами и таблицами в той степени, в которой они не противоречат явно изложенным положениям настоящего описания.

Следует учесть, что примеры и варианте осуществления изобретения, описанные в данном документе, приведены исключительно в иллюстративных целях, и что специалистами в данной области техники могут быть предложены различные модификации или изменения в свете данного описания, которые следует считать не выходящими за пределы сути и сферы действия данной заявки.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Домкрат, содержащий поршень, причем домкрат выполнен с возможностью приложения нагрузки, по меньшей мере один тензодатчик, причем по меньшей мере один тензодатчик расположен относительно домкрата таким образом, что соответствующее по меньшей мере одно напряжение, замеренное по меньшей мере одним тензодатчиком, используется для определения нагрузки, приложенной домкратом по зависимости напряжение-нагрузка, цилиндр для вставки поршня и текучую среду, размещенную между верхней поверхностью поршня и нижней поверхностью верхней части цилиндра, причем создание давления в текучей среде инициирует первое усилие на поршне и второе усилие на цилиндре, стремящиеся разъединить поршень и цилиндр, причем по меньшей мере один тензодатчик объединен с поршнем домкрата, в котором по меньшей мере одно напряжение представляет собой напряжение, возникающее в поршне.
2. Домкрат по п.1, в котором один или более, по меньшей мере один, тензодатчик прикреплен к поршню.
3. Домкрат по п.2, в котором один или более, по меньшей мере один, тензодатчик прикреплен к поверхности поршня.
4. Домкрат по п.2, в котором один или более, по меньшей мере один, тензодатчик встроен в поршень.
5. Домкрат по п.2, в котором один или более, по меньшей мере один, тензодатчик расположен внутри поршня.
6. Домкрат по п.5, в котором поршень содержит полый корпус, верхнюю пластину и нижнюю пластину, в котором один или более, по меньшей мере один, тензодатчик прикреплен к верхней пластине и прикреплен к нижней пластине поршня.
7. Домкрат по п.1, содержащий средство для определения зависимости нагрузка-напряжение с помощью приложения одного или более числа нагрузок к домкрату и замера соответствующих одного или более числа напряжений посредством по меньшей мере одного тензодатчика для определения зависимости нагрузка-напряжение.
8. Домкрат по п.7, в котором средство для определения зависимости нагрузка-напряжение выполнено с возможностью построения кривой нагрузка-напряжение по одной или более числу приложенных нагрузок и соответствующих одному или более числу напряжений, в котором кривая нагрузканапряжение представляет зависимость нагрузка-напряжение.
9. Домкрат по п.1, в котором тензодатчики представляют собой вибрационные проволочные тензодатчики.
10. Домкрат по п.9, в котором поршень содержит полый корпус, верхнюю пластину и нижнюю пластину, в котором один из одного или нескольких вибрационных проволочных тензодатчиков прикрепле- 9 028043 ны к верхней пластине и нижней пластине поршня.
11. Домкрат по п.9, дополнительно содержащий систему определения нагрузки, в котором система определения нагрузки создает одну или несколько нагрузок при помощи домкрата и измеряет соответствующее одно или несколько напряжений при помощи по меньшей мере одного тензодатчика, в котором система определения нагрузки определяет зависимость нагрузка-напряжение по одному или более числу приложенных нагрузок и соответствующих одному или более числу напряжений.
12. Домкрат по п.11, в котором система определения нагрузки выполняет построение кривой нагрузка-напряжение по одному или более числу приложенных нагрузок и соответствующих одному или более числу напряжений, в котором кривая нагрузка-напряжение представляет зависимость нагрузканапряжение.
13. Способ изготовления домкрата по п.1, в котором объединяют тензодатчик и поршень домкрата, цилиндр для вставки поршня и текучую среду, размещенную между верхней поверхностью поршня и нижней поверхностью верхней части цилиндра, причем создание давления в текучей среде инициирует первое усилие на поршне и второе усилие на цилиндре, стремящиеся разъединить поршень и цилиндр, с указанным поршнем домкрата.
14. Способ по п.13, в котором один или более, по меньшей мере один, тензодатчик прикрепляют к поршню.
15. Способ по п.14, в котором один или более, по меньшей мере один, тензодатчик прикрепляют к поверхности поршня.
16. Способ по п.13, в котором один или более, по меньшей мере один, тензодатчик встраивают в поршень.
17. Способ по п.13, в котором по меньшей мере один из тензодатчиков встроен в поршень.
18. Способ по п.17, в котором поршень содержит полый корпус, верхнюю пластину и нижнюю пластину, в котором один по меньшей мере из одного тензодатчика прикрепляют к верхней пластине и к нижней пластине поршня.
19. Способ по п.13, в котором в качестве по меньшей мере одного тензодатчика используют вибрационный проволочный тензодатчик.
20. Способ по п.19, в котором поршень содержит полый корпус, верхнюю пластину и нижнюю пластину, в котором по меньшей мере один вибрационный проволочный тензодатчик прикрепляют к верхней пластине и к нижней пластине поршня.
21. Способ определения нагрузки, приложенной домкратом, охарактеризованным в любом из пп.112, в котором выполняют установку указанного домкрата, имеющего по меньшей мере один тензодатчик, размещенный таким образом, что соответствующее по меньшей мере одно напряжение, возникающее в домкрате, соотносится с нагрузкой, приложенной домкратом, в соответствии с зависимостью нагрузканапряжение;

прикладывают нагрузку при помощи домкрата за счет создания давления в текучей среде, в результате чего создают первое усилие на поршне и второе усилие на цилиндре, стремящиеся разъединить поршень и цилиндр;

измеряют соответствующее по меньшей мере одно напряжение при помощи по меньшей мере одного тензодатчика и определяют нагрузку, приложенную домкратом на основе зависимости нагрузка-напряжение.
22. Способ по п.21, в котором определяют зависимость нагрузка-напряжение посредством приложения одного или более числа нагрузок к домкрату и замеряют соответствующие одно или более число напряжений при помощи по меньшей мере одного тензодатчика для определения зависимости нагрузканапряжение.
23. Способ по п.22, в котором при определении зависимости нагрузка-напряжение выполняют построение кривой нагрузка-напряжение по одному или более числу приложенных нагрузок и соответствующих одному или более числу напряжений, в котором кривая нагрузка-напряжение представляет зависимость нагрузка-напряжение.
24. Способ по п.21, в котором устанавливают домкрат относительно сваи, при этом домкрат выполнен с возможностью приложения нагрузки к свае; определяют нагрузку, приложенную домкратом к свае, на основе зависимости нагрузка-напряжение.
25. Способ по п.24, в котором определяют зависимость нагрузка-напряжение путем приложения одной или более числа нагрузок к домкрату и замеряют соответствующее одно или более число напряжений при помощи по меньшей мере одного тензодатчика для определения зависимости нагрузканапряжение.
26. Способ по п.25, в котором при определении зависимости нагрузка-напряжение выполняют построение кривой нагрузка-напряжение по одному или более числу приложенных нагрузок и соответствующих одному или более числу напряжений, в котором кривая нагрузка-напряжение представляет зависимость нагрузка-напряжение.
27. Способ по п.24, в котором на основании определенной нагрузки, приложенной домкратом к

- 10 028043 свае, определяют несущую способность сваи при заданной нагрузке.
28. Способ по п.27, в котором определяют зависимость нагрузка-напряжение посредством приложения одного или более числа нагрузок к домкрату и замеряют соответствующие одно или более число напряжений при помощи по меньшей мере одного тензодатчика для определения зависимости нагрузканапряжение.
29. Способ по п.28, в котором при определении зависимости нагрузка-напряжение выполняют построение кривой нагрузка-напряжение по одному или более числу приложенных нагрузок и соответствующих одному или более числу напряжений, в котором кривая нагрузка-напряжение представляет зависимость нагрузка-напряжение.