C tAT^ Opublikowano dnia 20 sierpnia 1957 r^ WL tt/4* %« + POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 39885 KI. 42 k, 45/02 Inz. mgr Kazimierz Sawicki Otwock, Polska Sposób pomiaru róinego rodzaju odksztalcen, zwlaszcza do celów budowni¬ ctwa oraz urzqdzenie do wykonywania tego sposobu Patent trwa od dnia 28 lutego 1956 r.W zwiazku z powstajacymi coraz to nowymi pra¬ dami w dziedzinie budownictwa, polegajacymi miedzy innymi na poszukiwaniu nowych form kon¬ strukcyjnych i dazeniu do oszczednosci materialów budowlanych, zachodzi koniecznosc doswiadczalnego sprawdzania pod wzgledem wytrzymalosci zarówno calosci tych konstrukcji, jak i poszczególnych ich elementów, szczególnie tych, które maja zastoso¬ wanie do projektów typowych i sa przeznaczone do masowego wytwarzania.Niezaleznie od tego zachodzi potrzeba sprawdza¬ nia konstrukcji budowli juz istniejacych, oslabio¬ nych badz przez dlugoletnia eksploatacje, jak np. budynki przemyslowe, mosty, zapory wodne, badz tez wskutek uszkodzenia od wypadków na skutek róznego rodzaju przyczyn, jak np. pozar, powódz, dzialania wojenne.Wreszcie istnieje potrzeba dokonywania badan wplywów na dana konstrukcje ruchów dynamicz¬ nych, powodujacych róznego rodzaju drgania, a za¬ chodzacych np. w budynkach przemyslowych, fun¬ damentach, mostach itp.Do pomiaru wyzej wymienionych odksztalcen stosuje sie dotychczas dwie rózne metody, a miano¬ wicie fizyczna i geodezyjna.Dodatnia strona stosowanej dotychczas metody fizycznej jest jej wysoka dokladnosc oraz bezpo- siedniosc i ciaglosc obserwacji; metoda ta wymaga jednak stosowania tak skomplikowanych przyrza¬ dów fizycznych jak tensometry, klinometry, wahadla, które ulegaja czestym uszkodzeniom i sa kosztowne.Najwieksza niedogodnoscia tej metody fizycznej jest jednak to, ze nie pozwala ona na dokonywanie pomiarów w sposób zdalny, lecz wymaga dokony¬ wania obserwacji bezposrednio na badanej kon¬ strukcji, co w wielu przypadkach jest zwiazane z niebezpieczenstwem dla samego obserwatora i utrata niekiedy kosztownej aparatury. Przy tej metodzie, np. przy badaniu konstrukcji na znisz¬ czenie, pomiar ugiec w pewnym momencie musi byc przerwany i po usunieciu przyrzadów pomiaro¬ wych nastepuje dalsze obciazenie konstrukcji, az do stwierdzenia wielkosci obciazenia niszczacego, ale juz bez dokonywania pomiaru ugiec. Ponadtonalezy nadmienic, ze wyzej wymienione przyrzady fizyczne nie'rdaja moznosci ustalenia przestrzennego obrazu przemieszczen badanych konstrukcji.Jezeli chodzi o drugi rodzaj badania odksztalcen, mianowicie o metode geodezyjna, to wprawdzie pozwala ona na dokonywanie obserwacji w pewnej odleglosci od badanej konstrukcji oraz umozliwia dokladne ustalenie przemieszczen przestrzennych, jednakze przy metodzie tej uniemozliwione jest uzyskiwanie wyników odksztalcen w sposób ciagly i natychmiastowy, gdyz w wielu przypadkach po¬ miary te sa skomplikowane, a wyniki otrzymuje sie dopiero po dokonaniu dosc dlugotrwalych obliczen.Wymienione niedogodnosci obu tych znanych metod usuwa sposób pomiaru odksztalcen wedlug wynalazku, przy stosowaniu którego uzyskuje sie moznosc prowadzenia obserwacji z dala od badanej konstrukcji, uzyskiwania wyników pomiaru od¬ ksztalcen wszelkiego rodzaju, otrzymania przestrzen¬ nego obrazu przemieszczen oraz otrzymania obrazu wplywów na dana konstrukcje ruchów dynamicz¬ nych, powodujacych róznego rodzaju drgania. Przy uzyciu sposobu wedlug wynalazku uzyskuje sie przy tym bezposredniosc i ciaglosc obserwacji, otrzy¬ mujac wyniki — w przypadkach niezbyt skompliko¬ wanych — w ciagu kilku lub kilkunastu minut.Sposób wedlug wynalazku moze byc stosowany zarówno w warunkach terenowych, jak i kameral¬ nych, przy tym zarówno w trakcie budowy, jak i przy badaniach wstepnych dla celów doswiad¬ czalnych; ponadto sposób wedlug wynalazku na¬ daje sie do obserwowania zmian refrakcji atmosfe¬ rycznej.Sposób pomiaru odksztalcen, stanowiacy przed¬ miot wynalazku, polega z jednej strony na zasto¬ sowaniu do badania obiektu zródla swiatla, najle¬ piej z reflektorem parabolicznym, dajacego waskie pasmo swietlne, z drugiej zas strony na uzyciu w pewnej odleglosci od tego obiektu ekranu z siatka milimetrowa. Na ekran ten zródlo swiatla rzuca plame swietlna w ksztalcie kola, np. o srednicy 1 cm, wskutek czego przy najmniejszym odksztal¬ ceniu badanego przedmiotu nastepuje zmiana po¬ lozenia wspomnianej plamy swietlnej, pozwalajaca na natychmiastowe obliczenie wielkosci odnosnego odksztalcenia, dokonywane w ukladzie wspólrzed¬ nych.Wynalazek jest wyjasniony ha rysunku, na któ¬ rym fig. 1 przedstawia schematycznie urzadzenie wedlug wynalazku, fig. 2, 3 przedstawiaja przyklad rozmieszczenia plam swietlnych na ekranie, wreszcie fig. 4 i 5 — dwie odmiany wykonania urzadzenia wedlug fig. 1.Na badanym elemencie konstrukcyjnym M umiesz¬ czone jest w punkcie S zródlo swiatla, zaopatrzone w reflektorek. To zródlo swiatla daje na ekranie Ey umieszczonym w pewnej odleglosci od elementu M plame swietlna, której srodek oznaczony jest litera PQ. Jezeli dana konstrukcja przechyli sie w plaszczyznie pionowej, prostopadlej do ekranu o kat a, zajmujac polozenie Af1, wówczas wspom¬ niane zródlo swiatla zajmie polozenie S1, a srodek tej plamy swietlnej przesunie sie na ekranie w kie¬ runku pionowym z punktu PQ do punktu Pi, tj. na odleglosc PQ Pi = d. Odleglosc badanego obiektu M od ekranu E wynosi P0S = l.Przy zaznaczonej zmianie polozenia elementu M promien swietlny w postaci linii PQ S przetnie sie z przedluzeniem linii Pi Sl. Z uwagi na mala wiel¬ kosc odcinka NS w porównaniu z odlegloscia ekranu od badanego obiektu, mozna przyjac, ze PQN = P.S-l.Jezeli kat odchylenia sie od poziomu danej kon¬ strukcji jest a, to wówczas przy pomocy trójkata PQNPx latwo obliczyc tga =-—, skad majac zmie¬ rzona odleglosc / i biorac z siatki milimetrowej umocowanej na ekranie E odcinek d uzyskuje sie wielkosc kata a.Wspomniany reflektor posiada nakladana na niego okragla przykrywke z otworem w postaci kólka o srednicy 1 cm. Aby przykrywka mogla sluzyc jako znak niwelacyjny, sa na niej naniesione dwie prostopadle do siebie osie srednicowe.Ekran E moze byc zaopatrzony w rame typu sta- lugowego, np. o trzech nogach, w których tylna jest ruchoma, przy czym u dolu kazdej podstawki nalezy przymocowac na zawiasach poziome lapy dla umieszczenia na nich ciezarków, a to w celu unieruchomienia tej ramy podczas obserwacji.Do ramy tej przymocowuje sie ekran £, który moze byc wykonany np. z dykty.Do ustawienia ekranu w plaszczyznie pionowej, jak równiez i dla nadania nastepnie wlasciwego polozenia liniom siatki milimetrowej umocowanej na tym ekranie — sluzy pion, umieszczony przy jednym z boków tego ekranu.Ekran ustawia sie na takiej wysokosci, aby sro¬ dek otworu wspomnianej przykrywki reflektorka byl na tym samym poziomie co srodek ekranu E.Dokladne ustawianie ekranu w plaszczyznie rów¬ noleglej do plaszczyzny badanego elementu nie jest — 2^konieczne, pozadane jest jedynie, aby pasnio pro¬ mieni swietlnych (na poczatku obserwacji) bylo mniej wiecej prostopadle do plaszczyzny ekranu.Wskazanym jest ponadto, aby pasmo to bylo moz¬ liwie bliskie do prostopadlej plaszczyzny badanego obiektu.Jezeli pasmo promieni da na ustawionym pionowo ekranie plame swietlna w postaci kólka, oznacza to, ze pasmo to przebiega poziomo i prostopadle do ekranu, w przeciwnym bowiem razie plama swietlna bedzie miala ksztalt eliptyczny.Po uruchomieniu reflektorka i skierowaniu pasma promieni na srodek ekranu, ustala sie graficznie srodek plamy swietlnej, który przyjmuje sie na poczatek ukladu wspólrzednych prostokatnych.W tym celu wykresla sie przechodzace przez ten punkt osie' x-ów i y-ków, a niezbedne obliczenia dotyczace odksztalcen badanego obiektu sa wyko¬ nywane nastepnie w tym ukladzie wspólrzednych.Nalezy jednakze zaznaczyc, ze korzystanie tylko z jednego ekranu moze nie dac wlasciwego obrazu przemieszczenia sie obiektu badanego. Obraz bo¬ wiem przesuwania sie plamy swietlnej na ekranie E, podany na fig. 2, moze swiadczyc badz o prze¬ chylaniu sie badanej konstrukcji w kierunku ekranu, badz tez — o równomiernym jej osiadaniu, wzgled¬ nie o równoczesnosci obydwu tych ruchów, gdyz ustalenie rodzaju tych odksztalcen przy malych ruchach badanej konstrukcji, na podstawie zmiany zarysu plamy swietlnej z kola na elipse, bedzie malo dostrzegalne.Do otrzymania wiec wlasciwego obrazu odksztal¬ cen nalezy prowadzic obserwacje z dwóch stron badanego obiektu, przy uzyciu dwóch ekranów, ustawionych w plaszczyznach do siebie prosto¬ padlych.Jezeli obydwa obrazy na tych dwóch ekranach beda takie same jak na fig. 2, wówczas bedzie to swiadczylo o równomiernym osiadaniu badanego obiektu.Jezeli zas na ekranie pierwszym powstanie obraz przesuwania sie plam swietlnych podany na fig. 2, natomiast na drugim ekranie powstanie obraz po¬ dany na fig. 3, bedzie to wskazywac na pochylanie sie konstrukcji w strone ekranu, jak to uwidocz¬ niono na fig. 1.W tych przypadkach, kiedy ustawienie ekranu naprzeciwko badanego obiektu jest utrudnione albo w ogóle niemozliwe,, jak np. przy obserwacjach mostów lub zapór wodnych, stosuje sie urzadzenie wedlug fig. 4. Urzadzenie to rózni sie od powyzej opisanego tym, ze zródlo swiatla zaopatruje sie w pryzmat W aby móc skierowac pasmo swiatla w strone ekranu E, umieszczonego np. na brzegu rzeki lub jeziora, jak to jest schematycznie pokazane na fig. 4. , W tych przypadkach, gdy zródlo swietlne przy¬ twierdzane do badanego obiektu winno byc bardzo lekkie lub tez moze ulec zniszczeniu, stosuje sie urzadzenie wedlug fig. 5.Urzadzenie to rózni sie od wyzej opisanych tym, ze zródlo swiatla S jest umieszczone nie na bada¬ nym przedmiocie Mf lecz na zewnatrz tego przed¬ miotu, natomiast na badanym obiekcie M umieszcza sie wspomniane zwierciadlo Z, ekran zas E umiesz¬ cza sie tak, aby pasmo swietlne wysylane przez zródlo 5, po odbiciu od tego zwierciadla Z trafialo w punkcie PQ na siatke milimetrowa ekranu E.Uzycie swiatla odblaskowego moze byc stosowane przy badaniach- konstrukcji na zniszczenie, tj. przy ustalaniu amplitudy drgan wskutek wplywów na dana konstrukcje sil dynamicznych, stosowanym np. do róznego rodzaju badan metrologicznych, jak zmian, dlugosci przymiarów, szyn kolejowych, sta¬ lowych belek.konstrukcyjnych itp., spowodowanych zmiana temperatury srodowiska lub innych.• Ekran E moze byc wykonany takze z materialu przezroczystego, np. ze szkla lub masy plastycznej, azeby przesuwanie sie plamy swietlnej na tym ekranie moglo byc filmowane aparatem ustawionym po drugiej stronie ekranu. Wówczas w naroznikach ekranu nalezy umiescic male zarówki i w ten sposób uzyskac na zdjeciach zarówno zarys granic ekranu, jak i polozenie plamy swietlnej.Odbitki fotograficzne sporzadza sie w skali odpo¬ wiedniej do wielkosci ekranu, nakladajac na papier swiatloczuly plytke przezroczysta, na której wy¬ kreslona jest milimetrowa siatka kwadratów, ponu¬ merowana na brzegach co 1 cm. W naroznikach plytki z siatka oznacza sie w odpowiedniej skali cztery punkty, odpowiadajace czterem punktom na¬ roznym ekranu, w których wmontowane sa zarówki.Nastepnie, przed wyswietleniem odbitki, ustawia sie w aparacie projekcyjnym negatyw i plytke z siatka tak, aby cztery punkty narozne negatywu rzutowaly sie na odpowiednie punkty siatki.Opracowanie wyników obserwacji dokonuje sie na podstawie wykresu, sporzadzonego z poszcze¬ gólnych odbitek fotograficznych. Wykonanie takiego wykresu jest proste, poniewaz polozenie srodka — 3 —plamy swietlnej na poszczególnych odbitkach da sie dokladnie ustalic na sfotografowanej siatce milimetrowej.. Odbitki mozna równiez sporzadzic i bez siatki, wtedy wspólrzedne srodków plam swietlnych okresla sie przez odpowiednie nakladanie na nie plytki z siatka.Stosowanie xekranu pólprzezroczystego i aparatu filmowego jest wskazane przy badaniu wplywów drgan o duzej czestotliwosci, próbach obciazania konstrukcji az do zniszczenia itp.Nalezy zaznaczyc, ze przy badaniu zmian refrak¬ cji atmosferycznej mozna prowadzic obserwacje na jednym ekranie, przy uzyciu kilku reflektorów usta¬ wionych jeden za drugim w pewnej odleglosci, otrzymujac na róznych czesciach ekranu kilka plam swietlnych. Daje to np. moznosc jednoczesnego ba¬ dania refrakcji róznych stref atmosferycznych. PL