FI118701B - Menetelmä ja laite rasitusten ilmaisemiseksi - Google Patents

Description

· τ 118701

Menetelmä ja laite rasitusten ilmaisemiseksi

Keksintö kohdistuu menetelmään ja laitteeseen erilaisten rakenteiden rasitusten mittaamiseksi. Erityisesti keksintö kohdistuu rakennusten kattorakenteiden 5 ylikuormituksien ilmaisemiseen.

Rakennusten katot ja muut rakenteet mitoitetaan lujuuslaskelmien avulla.

Laskelmissa käytetään varmuuskertoimia, joilla otetaan huomioon mm.

materiaalien epähomogeenisuus ja rakentamisen yhteydessä esiintyvät muut 10 epätarkkuudet. Mitoituksessa otetaan huomioon ympäristön ja luonnon aiheuttamat rasitukset, kuten tuuli- ja lumikuormat ja rakenteeseen kohdistuvat käytönaikaiset kuormitukset. Varmuuskertoimet pyritään valitsemaan mahdollisimman pieniksi, jotta rakentamisen kustannukset jäisivät alhaisemmiksi.

Pienten varmuuskertoimien käyttö edellyttää olosuhteiden tarkkaa tuntemista ja 15 mallintamista koko rakennuksen elinkaaren aikana. Ympäristön muutokset ja satunnaiset kuormitukset voivat kuormittaa rakenteita kuitenkin enemmän kuin on voitu ennakoida. Tyypillisesti kattorakenteita kuormittaa tuuli- ja lumikuormat.

: v. Lisäksi rakenteiden kestävyyttä koettelevat esimerkiksi myrskyt, maanjäristykset ja .···. lämpötilanvaihtelut. On myös mahdollista, että rakenteiden materiaalien ··· 20 ominaisuudet sekä rakenteiden liitokset muuttuvat tai väsyvät ajan kuluessa, jonka ··♦· f**: seurauksena voi olla myöhemmin rakenteiden pettäminen.

·»· • ♦ · • · · ♦ ♦♦

Kiinteistönomistajien kunnossapitotoimien määrän ollessa riittämätön voi ··· onnettomuusriski kasvaa merkittävästi. Nykyäänet rakenteita rakentamisen 25 jälkeen tyypillisesti seurata mittaamalla, vaan ne joko kestävät vuodesta toiseen tai pahimmassa tapauksessa romahtavat. Kattojen romahtamisista aiheutuu merkittävät taloudelliset haitat, mutta vielä pahempaa on mahdollisten ':··* henkilövahinkojen syntyminen.

• ·* • · · • · · .···. 30 Kattorakenteiden suunnitteluvaiheessa pystytään määrittämään rakenteiden • ♦ normaalit muodonmuutokset, jotka ne vielä turvallisesti kestävät. Samoin voidaan määrittää rakenteisiin kohdat, joissa on suurimmat riskit ylikuormituksille.

118701 2

Keksinnön tavoitteena on aikaansaada menetelmä ja laitejärjestely rakenteiden muodonmuutosten ilmaisemiseksi ja hälytyksen suorittamiseksi. Menetelmällä ja laitejärjestelyllä voidaan tunnistaa tapahtuvat muodonmuutokset, kuten rakenteiden liikkumiset, kallistumiset, taipumiset, kiertymiset ja stabiliteetin S mahdolliset menettämiset. Rakennuksen tärkeisiin rakennekohtiin asennettujen ilmaisimien avulla voidaan antaa varoitus tai hälytys. Laitteiden mittaustietoja voidaan lähettää myös seurantajärjestelmälle, joka huolehtii tietojen jatkokäsittelystä ja hälytyksistä tai informaatio voidaan tallentaa laitteeseen. Keksinnön mukaista yksinkertaisinta mittausjärjestelyä voidaan hyvin verrata 10 esimerkiksi laajasti käytössä oleviin palovaroittimiin. Keksinnössä savukaasun sijasta aistitaan muutokset rakenteissa ja äänimerkin tai muun menetelmän avulla varoitetaan vaarassa olijoita.

Järjestelmä voi olla myös liitettynä muihin järjestelmiin liittimen 31 kautta, kuten 15 esimerkiksi kiinteistöautomaatiojärjestelmiin tai hälytysten välitysjärjestelmiin.

Silloin voidaan saada reaaliaikaisesti tietoa rakenteiden tilasta myös sähköisessä (numeerisessa) muodossa ja se antaa paremmat reagointimahdollisuudet *·.·. kiinteistön turvallisuudesta vastaaville henkilöille. Järjestelmässä voi olla « · *···. eritasoisia hälytyslähtöjä, kuten esimerkiksi "varoitus” ja "hälytys”.

• t «·· 20

HM

.*··. Menetelmässä mitataan esimerkiksi rakenteeseen kiinnitetyn kallistusanturin 30 φ · : avulla muutosta referenssiarvoon. Asennuksen yhteydessä saadaan φφφ : * * * · referenssiarvo, johon muutosta verrataan. Referenssiarvoja ja mittaussuuntia voi • φ · olla myös useampia. Varoitus ja/tai hälytysraja voidaan yksinkertaisimmillaan 25 asetella laitteeseen kallistuskulman muutoksena. Kun tiedetään kallistuskulman φ muutos sekä kattorakenteiden tukipisteiden etäisyydet rakennuksessa, voidaan kallistuskulman muutoksen avulla määrittää kattorakenteen taipuma.

φ φ #

Kallistusanturiyksikkö (kulma-anturiyksikkö) voi koostua esimerkiksi yksi», kaksi- φ φ φ 30 tai kolmiakselisesta kiihtyvyysanturista, jolla mitataan staattisesti maan • φ vetovoiman kiihtyvyyden suuntaa. Edullisinta on käyttää puolijohdetekniikalla tehtyjä kiihtyvyysantureita. Puolijohdekiihtyvyysantureiden ongelmana on 118701 3 tyypillisesti niiden lämpötilariippuvuus. Mikäli anturissa itsessään ei ole hyvää lämpötilakompensointia, on se oltava toteutettuna laitteeseen muilla keinoin. Kulma-anturin käyttäminen mittauksessa on edullista, koska sen asentaminen on paljon yksinkertaisempaa kuin suoraan laskeutumaa millimetreissä taikka S senttimetreissä mittaava menetelmä. Kulma-anturin mittaama g-voima on aina kohtisuoraan maata kohti ja se ei käytännössä muutu ennalta arvaamattomasti. Tätä tietoa käytetään hälytinlaitteessa referenssinä. Teoreettinen tilanne, jossa ei saada hälytystä kulma-anturilta on se, jos rakennelma painuu tasaisesti ja suoraan alaspäin. Kulma-anturi huomaa pienetkin kulmamuutokset rakennuksessa tai 10 mitattavassa rakenteessa. Ilmaisinlaitteen, kuten kulma-anturin, informaatiosta voidaan muodostaa rakenteen muodonmuutosta kuvaava absoluuttinen arvo tai suhteellinen arvo. Esimerkiksi taipuman suuruus voidaan ilmoittaa taipumakulman ja siirtymän absoluuttisena arvona tai prosenttilukuna sallituista arvoista.

15 Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella 30 voidaan pelastaa ihmishenkiä ja ennalta ehkäistä rakennusten sortumiset ja sitä kautta pienentää taloudellisia menetyksiä. Laitteiden avulla luodaan myös turvallisuuden tunnetta.

1« ·

· I

• · • · ;··*. Laitteen käyttömahdollisuudet ovat monipuolisia ja se on rakenteeltaan *·· 20 yksinkertainen ja toimintavarma.

··** ·*· • * • · ·«· : Esillä olevalla keksinnöllä ratkaistaan rakennusten tai muiden rakenteiden • · · kuormittumisesta aiheutuvia ongelmia ja poistetaan tunnetun tekniikan puutteita sekä aikaansaadaan laite, joka on ominaisuuksiltaan monipuolinen sekä 25 rakenteeltaan yksinkertainen ja toimintavarma.

• « « • · t * • M • ·:··· Mainitut edut saavutetaan keksinnön mukaisella laitteella, jolle on tunnusomaista ·:··· se, mitä on määritelty patenttivaatimuksissa.

* ·· • · · • · · ,·**, 30 Seuraavassa keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti eräiden edullisten • · suoritusesimerkkien avulla ja viittaamalla oheisiin piirustuksiin.

4 1 1 8701

Kuvio 1 esittää erästä menetelmän mukaisen laitteen 12 asennuspaikkaa kattotuolin rakenteessa.

Kuvio 2 esittää erästä keksinnön mukaisen laitejärjestelmän kokoonpanoa 5 lohkokaavion muodossa.

Kuvio 3 esittää erästä keksinnön mukaista laitetta 30.

Kuvio 4 esittää paljonko 5 metrin matkalta 0,1 asteen kulmapoikkeama aiheuttaa 10 laskeumaa rakenteessa tukipisteeseen 41 nähden.

Kuvio 5 esittää tilannetta, jossa rakenne 51, 52 taipuu kahden tukipisteen tilanteessa.

15 Kuvio 6 esittää tilannetta, jossa rakenne 61,62 taipuu yhden tukipisteen tilanteessa.

Eräs keksinnön mukainen käyttökohde on esitetty kuviossa 1. Keksinnön • · .···. mukaisessa menetelmässä ilmaisinlaite 12 on kiinnitetty kattotuoliin 13. Kattotuolin « · • * 20 alla on kantavia tukiseiniä 11, jotka pitävät kattotuolin ylhäällä turvallisesti • •m .·*·. normaalitilanteessa. Kun rakenne on jostain syystä pettämässä, tapahtuu ·· : kattotuolirakenteissa liikettä ja kulmamuutoksia. Erään keksinnön mukaisen *·· laitteen sisäinen rakenne on esitetty kuviossa 2. Elektroniikkayksikön 20 ympärille ··· on liitetty eri toimintalohkot 21, 22,23,24 ja 25. Elektroniikkayksikkö 20 voi 25 sisältää mikrokontrollerin sekä muuta signaalinkäsittelyyn tarvittavaa elektroniikkaa, kuten esimerkiksi AD-muuntimia. Toimintalohko 25 on teholähde, jossa on paristo, akku tai laitteeseen tuotu ulkopuolinen virransyöttö. Teholähde 25 muuntaa energian laitteelle sopivaksi ja yksin taikka yhdessä elektroniikkayksikön kanssa voi jaksottaa laitteen toimintaa pienemmän • · · 30 tehonkulutuksen saavuttamiseksi, jolloin paristokäytössä toiminta-aika pitenee.

• · Hälytysyksikkö 23 muodostaa hälytyksen, joka voi olla summeri, digitaalinen ja/tai analoginen lähtö. Liityntä 24 muodostaa fyysisen liityntäpinnan, jonka avulla 5 118701 laitteet voivat olla yhteydessä toisiinsa ja muihin järjestelmiin. Laitteen införmaatioyhteydet voivat toimia myös radiotekniikalla tai muulla langattomalla tavalla (kuten esimerkiksi radio- tai ääniaaltojen avulla), jolloin laitteiden asentaminen on helpompaa. Suurin hyöty asennuksessa saavutetaan, kun laite 5 toimii akulla taikka paristolla, jolloin kaapelointia ei tarvita lainkaan.

Asetusliittymän 21 avulla laite asetetaan käyttöönoton yhteydessä. Tällöin määritetään asennuksen jälkeinen asento referenssitiedoksi. Se voi tapahtua yksinkertaisimmillaan painamalla laitteessa olevaa nappia (ei esitetty kuvassa), jolloin se lukee muistiin referenssiarvon/arvot. Liittymällä 21 laitteelle asetellaan 10 myös varoitus- ja hälytys rajat. Asetusvälineet voivat yksinkertaisimmillaan olla jumppereita tai koodikytkimiä (34 ja 35). Monipuolisimmissa laitteissa on mahdollista olla jopa näyttölaite sekä näppäimet. Mikäli laitteita kytketään verkkoon, on laitteilla oltava identifiointinumero. Tämän avulla voi PC:n tai muun laitteen avulla tehdä asetuksia laitteiden ollessa verkossa. Laitteessa voi olla 15 merkkiledejä toiminnan varmistamiseksi (36 ja 37). Laitejäijestely voi myös rekisteröidä muistiin tapahtumia, jotka on purettavissa myöhempää tarkastelua varten sähköisesti. Tätä toimintoa voi verrata lentokoneissa yleisesti käytössä :v; oleviin "mustaan laatikkoon”, jonka avulla voidaan analysoida tietoja esimerkiksi • * .**·. vahingon jo tapahduttua. Laitteen keräämää informaatiota voidaan käyttää myös ·*· 20 rakenteiden kuormitushistorian taltioimiseen esimerkiksi suunnittelutiedon • •t» : **: pohjaksi, vaikka vahinkoa ei olisi edes tapahtunut.

·«# • * * • · ·

Kuviot ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Yksityiskohdiltaan laite voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten ja 25 keksinnön selityksen esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. Laitteessa voidaan käyttää esimerkiksi ilmaisinlaitteena anturitekniikassa ennestään ·;··· tunnettuja ratkaisuja. Ilmaisinlaite (anturi) ja laite voivat olla joko yhtenä laitteena *:··· taikka erillisinä, toisiinsa liitettyinä komponentteina.

• · · • · · .··*. 30 Alan ammattimiehelle on selvää, että laitteen mittasuhteet ja tekniset ratkaisut voivat käyttötarkoituksesta johtuen vaihdella. Edelleen on alan ammattimiehelle itsestään selvää, että keksinnön sovellusmuoto voi vaihdella käyttöolosuhteiden, 6 118701 asiakastarpeiden, sarjatyömenetelmien ja joukkotuotannon yhteydessä käyttöönotettavien valmistusratkaisujen puitteissa.

·* I

• · *

• I

• · »aa * a • · ··· »aa »aa» aa» • · * · »aa * * * « · · ··· «•I • · a a ata »l • a

• M

• • •a • a a a »aa • a . a a • a a a a aa a a a a a a a »aa a a a a a a a

Claims (8)

118701

1. Menetelmä kattorakenteiden tai muiden rakenteiden kuormitusten ilmaisemiseksi, jossa yksi- tai useampiakselinen kiihtyvyysanturi on sijoitettu S laitteeseen mittaamaan laitteen asentoa maan vetovoiman suhteen tunnet tu siitä, että laitteessa oleva elektroniikka (20) toimii jaksottaisesti tehonkulutuksen pienentämiseksi ja asentotiedon tuottaa puolijohdetekniikkaan perustuva lämpötilakompensoitu kiihtyvyysanturi ja laite muodostaa hälytyksen itsenäisesti mittaamalla laitteen omaa asentoa suhteessa maan vetovoimaan nähden ja se on 10 liitettävissä siinä olevan pienitehoisen radiolähettimen/vastaanottimen avulla valvontajärjestelmiin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laitteen tuottama informaatio on vaihtoehtoisesti joko äänihälytys, digitaalinen 15 hälytyslähtö, analoginen hälytyslähtö, muu sähköisenä informaationa esitettävä tieto tai vaihtoehtoisesti kahden tai useamman edellämainitun yhdistelmä.

«... 3. Patenttivaatimuksien 1-2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että • · ]···*, laitteen käyttövoima on akku tai paristo, joka sallii laitteen johdottoman • · 20 asennuksen. t ··§· **· • · • · ··· .

4. Patenttivaatimuksien 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että • · · ’ ’ *·· ;***. ilmaisinlaitteen (30) informaatiosta muodostetaan rakenteen muodonmuutosta • •f kuvaava absoluuttinen tai suhteellinen arvo. • s)**:

5. Laitejärjestely kattorakenteiden tai muiden rakenteiden kuormitusten ilmaisemiseksi, jossa yksi- tai useampiakselinen kiihtyvyysanturi on sijoitettu laitteeseen mittaamaan laitteen asentoa maan vetovoiman suhteen tunnet tu • · siitä, että laitteessa oleva elektroniikka (20) toimii jaksottaisesti tehonkulutuksen • « · a!..( 30 pienentämiseksi ja asentotiedon tuottaa puolijohdetekniikkaan perustuva • · lämpötilakompensoitu kiihtyvyysanturi ja laite muodostaa hälytyksen itsenäisesti mittaamalla laitteen omaa asentoa suhteessa maan vetovoimaan nähden tuottaen 118701 hälytyksen aseteltujen rajatietojen suhteen ja se on liitettävissä siinä olevan pienitehoisen radiolähettimen/vastaanottimen avulla valvontajärjestelmiin.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitejärjestely kattorakenteiden tai 5 muiden rakenteiden kuormitusten ilmaisemiseksi, tunnettu siitä, että laitejärjestely toimii paristo-/akkukäyttöisenä tai ulkopuolisella virransyötöllä ja laitejäijestelyssä yksi tai useampi ilmaisinosa voi olla erillisenä tai integroituna varsinaiseen laiteosaan.

7. Patenttivaatimuksien 5-6 mukainen laitejärjestely kattorakenteiden tai muiden rakenteiden kuormitusten ilmaisemiseksi, tunnettu siitä, että laitejärjestelyssä tallennetaan tapahtumia muistiin, jotka voidaan sieltä myöhemmin purkaa tarkastelua varten.

8. Patenttivaatimuksien 5-7 mukainen laitejärjestely kattorakenteiden tai muiden rakenteiden kuormitusten ilmaisemiseksi, tunnettu siitä, että laitejärjestelyssä asetellaan laitteeseen raja-arvot sallituille poikkeamille :v. referenssitiedosta/tiedoista. • · • · ··· • · • · ·· 20 ···· ··· • 1 2 3 • ♦ • · § • · · *·· ··· • · • · ··· 25 * *·» t · • · ··· • · * 1 « • M « · · • 1 · * · S * · 2 • 3 9 118701