RU220058U1 - Механический тензометр со съемным деформометром - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области оценки технического состояния строительных конструкций и может быть использована для определения механических напряжений, например, в несущих конструкциях каркаса зданий и сооружений, элементах конструкции мостов. Проведение измерений напряжений и деформаций проводится механическим тензометром, причем измерительное устройство деформометр удаляется после проведения измерений и может использоваться многократно.

Технический результат изобретения заключается в повышении достоверности измерений и определения напряжений и деформаций в конструкции, что отражается на их надежности несущего каркаса здания или сооружения.

Механический тензометр состоит их трех стальных уголков, которые привариваются к элементу конструкции в месте определения напряжений. В крайние уголки установлены соответственно болт и штанга из круглого профиля. Штанга на одном конце имеет резьбу и прикрепляется к уголку при помощи двух гаек. На торцах штанги и болта соответственно запрессовываются стальные шарики. Между шариками устанавливается съемный деформометр, изготовленный на базе индикатора часового типа ИЧ-10. На концах индикатора располагаются специальные наконечники, позволяющие надежно установить его между шариками. Начало отсчета индикатора переносится в середину его шкалы, что позволяет измерять напряжения как в сжатых, так и в растянутых элементах.

Description

Полезная модель относится к области оценки технического состояния строительных конструкций и может быть использована для определения механических напряжений, например, в несущих конструкциях каркаса зданий и сооружений, элементах конструкции мостов. Проведение измерений напряжений и деформаций проводится механическим тензометром, причем измерительное устройство деформометр удаляется после проведения измерений и может использоваться многократно.

Известен механический тензометр системы Гугенбергера, разработанный еще в начале XX века, позволяющий определять абсолютные деформации в элементах конструкции от внешних нагрузок, действующих на нее и являющийся наиболее близким прототипом к предложенной полезной модели. В нем использован принцип неравноплечего рычага для увеличения небольших деформаций верхнего слоя, испытываемого элемента до видимых невооруженным глазом перемещений конца стрелки. Он состоит из неподвижной и подвижной призмы, жестко соединенной с рычагом, горизонтального коромысла, которое передает перемещения стрелке, прикрепленной к неподвижному рычагу, регистрирующей абсолютные деформации элемента конструкции. База тензометра может изменяться в пределах 20-250 мм с помощью специального удлинителя, входящего в комплект прибора. На шкале прибора расположено зеркало, служащее для достижения постоянного положения глаза наблюдателя при различных отсчетах. При взятии отсчета изображение стрелки в зеркале совмещается со стрелкой; при этом взгляд наблюдателя постоянно перпендикулярен шкале прибора, что уменьшает ошибку при взятии отсчета.

К недостаткам системы регистрации абсолютных деформаций помощью механического тензометра Гугенбергера относятся:

1. механические тензометры Гугенбергера требуют тщательной установки призм (без излишнего прижима, но с достаточно плотным примыканием к конструкции), с ними необходимо осторожно обращаться, во время проведения измерений нельзя прикасаться к приборам во избежание смещения их от первоначального положения;

2. механические тензометры Гугенбергера позволяют получить абсолютные деформации только с момента их установки и не дают получить полное напряжение в элементе конструкции;

3. для измерения деформации (напряжения) механический тензометр Гугенбергера постоянно должен находиться на исследуемом элементе конструкции;

4. предложенная система измерений дает достоверные результаты только в лабораторных условиях.

Также известен электромеханический тензометр Аистова (авторское свидетельство №34797, 1934г.), который представляет собой упругий стальной элемент, прикрепленный к испытываемой конструкции закладными деталями, и деформируемый совместно с ней, что позволяет провести измерения абсолютных деформаций. Тензометр с применением микрометренного винта и укрепленного на нем лимба для отсчетов угла поворота при замыкании электросигнальной цепи, отличающийся тем, что для измерения деформации применена пластинка, наглухо скрепленная с призмой, например, посредством рамки, и служащая для установления контакта при подвинчивании микрометренного винта. Полученные абсолютные деформации измеряют с помощью проволочных тензорезисторов омического сопротивления. Электромеханический тензометр системы Аистова, при проведении измерений деформируется совместно с исследуемым элементом конструкции и преобразует деформацию в изменяемый электрический параметр, который фиксируется регистрирующей установкой, причем шкала установки отградуирована в единицах деформаций.

К недостаткам системы регистрации абсолютных деформаций с помощью электромеханического тензометра Аистова относятся:

1. система измерений позволяет получить абсолютные деформации только с момента их установки и не даёт возможности получить полное напряжение в элементе конструкции для измерения деформации (напряжения);

2. прибор постоянно должен находиться на исследуемом элементе конструкции;

3. снятие отсчетов по шкале диска путем его вращения вручную повышает погрешность измерения;

4. визуальное снятие отсчетов по шкале каждого прибора требует дополнительного обслуживающего персонала и времени. Опасность повреждения тензометров при обрушении конструкции требует своевременного снятия их и исключает возможность вести наблюдения до момента разрушения;

5. необходимость применения звукового сигнала и невозможность снятия отсчетов без прикосновения к прибору;

6. предложенная система измерений дает достоверные результаты только в лабораторных условиях;

7. применение в данной системе измерений датчиков омического сопротивления добавляет недостатки, присущие этим датчикам (влияние температурных погрешностей и т. д.);

8. необходимость использования регистрирующей аппаратуры и большого количества проводов для соединения датчика омического сопротивления с аппаратурой;

9. возможность случайного повреждения соединительных проводов с регистрирующей аппаратурой.

Наиболее близким аналогом предложенной полезной модели является струнный тензометр (авторское свидетельство №308314, опубликовано 01.07.1971 г., Бюл. № 21). Струнный тензометр состоит из крышки со струной и струнодержателями, закрепляемыми на поверхности исследуемой детали, и возбудителя колебаний струны, выполненного в виде электромагнитной катушки с ферромагнитным сердечником. Струнные тензометры состоят из сплошного цилиндрического корпуса и двух анкеров, между которыми смонтирована натянутая струна. Для возбуждения струны импульсом электромагнитного поля и создания переменной ЭДС от ее собственных колебаний, служит электромагнитная головка, установленная посредине струны. Деформация исследуемого элемента через анкеры передается струне, изменяя ее натяжение и частоту собственных колебаний. По измененному периоду колебаний струны с помощью индивидуальной градуировочной зависимости удлинения струны от частоты ее колебаний определяют величину относительных деформаций базы тензометра. Для возбуждения колебаний используется помещенный рядом со струной возбудитель колебаний, в котором колебания струны индуцируют переменный ток той же частоты, который отмечается специальным регистрирующим устройством. Для исключения влияния температуры на получаемые результаты измерений используют специальный компенсационный прибор, который помещают рядом с местом исследования таким образом, чтобы деформации на него не действовали.

Данный измерительный прибор позволяет проводить измерения не только в лабораторных условиях, но и непосредственно на эксплуатируемой конструкции

К недостаткам такого способа измерений относятся:

1. прибор должен постоянно находиться на исследуемом элементе конструкции;

2. применение при соединениях компенсационного прибора для устранения влияния температуры на струнный датчик;

3. необходимость использования регистрирующей аппаратуры и большого количества проводов для соединения струнного тензометра с регистрирующей аппаратурой;

4. возможность случайного повреждения соединительных проводов с регистрирующей аппаратурой.

Технический результат изобретения заключается в повышении достоверности измерений и определения напряжений и деформаций в конструкции, что отражается на их надежности несущего каркаса здания или сооружения.

Механический тензометр состоит их трех стальных уголков, которые привариваются к элементу конструкции в месте определения напряжений. В крайние уголки установлены соответственно болт и штанга из круглого профиля. Штанга на одном конце имеет резьбу и прикрепляется к уголку при помощи двух гаек. На торцах штанги и болта соответственно запрессовываются стальные шарики. Между шариками устанавливается съемный деформометр, изготовленный на базе индикатора часового типа ИЧ-10. На концах индикатора располагаются специальные наконечники, позволяющие надежно установить его между шариками. Начало отсчета индикатора переносится в середину его шкалы, что позволяет измерять напряжения как в сжатых, так и в растянутых элементах.

Определение напряжений с помощью механического тензометра осуществляется по следующей методике. Показание индикатора ИЧ-10 позволяет определить напряжение, возникающее в месте установки прибора. Оно определяется согласно закону Гука σ = Еε,

где σ – напряжение в элементе конструкции;

Е – модуль упругости материала;

ε = ΔL/L–относительная деформация;

ΔL – абсолютная деформация;

L – измерительная база прибора.

Для проведения измерений, принята база измерений (L) деформаций, равная 500 мм.Одно деление прибора ИЧ-10 (ΔL) составляет 0,01 мм или 0,001 см. Абсолютная деформация, при этой величине, будет соответствовать напряжению σ=2,1·10⁶·0,001/50 = 42 кг/см² = 4,2МПа. Таким образом, одно деление съемного деформометра равно напряжению, равному 4,2 МПа. Это позволяет непосредственно в результате проведения измерений сразу получать напряжения, которые возникают в элементе конструкции от действия внешней нагрузки.

Тарировка механического тензометра производится при помощи специально изготовленного калибра и осуществляется при проведении каждого цикла измерений (Фиг. 3а и Фиг. 3б).

Схема механического тензометра приведена на чертежах:

Фиг. 1. Схема механического тензометра со съемным деформометром

Фиг. 2. Общий вид механического тензометра со съемнымдеформометром, установленным на конструкции

Фиг. 3а. Общий вид калибра

Фиг. 3б Тарировка деформометра с помощью калибра

Фиг. 4. Узел 1

Фиг. 5. Узел 2

Фиг. 6. Узел 3

Фиг. 7. Узел 4

Фиг. 8. Узел 5

Фиг. 9. Узел 6

Фиг. 10. Съемный деформометр. Фронтальный вид

Фиг.11. Съемный деформометр. Боковой вид

Фиг. 12. Общий вид механического тензометра. Демонстрационный образец.

Измерения напряжений с помощью механического тензометра со съемным деформометром, отличается от ближайшего аналога тем, что отсутствует регистрирующая аппаратура и большое количество проводов, соединяющих струнный тензометр с ней, удаление съемного деформометра после измерения повышает его надежность и долговечность по сравнению с аналогом.

Способ измерения абсолютных деформаций (напряжений) реализуют следующим образом.

Для получения значений параметров напряженного состояния используют механический тензометр со съемным деформометром на базе индикатора часового типа, который перестраивается таким образом, что начало его шкалы смещается в середины шкалы измерений. Это позволяет получать значения абсолютных деформаций (напряжений), как в сжатых, так и в растянутых элементах конструкции, непосредственно при измерениях. Измерения, получаемые механическим тензометром, не зависят от воздействия температуры и автоматически входят в состав измеренных напряжений.

Раскрытие и осуществление способа с примерами

Измерение напряжений и абсолютных деформаций производится с помощью механического тензометра со съемным деформометром. Он состоит из трех уголков, приваренных к элементу конструкции в месте измерения. Два крайних уголка расположены на расстоянии друг от друга (база измерительного прибора), а третий служит для поддержки штанги механического тензометра. В состав тензометра входят штанга в виде сплошного стержня, имеющего с одной стороны резьбу, при помощи которой и двух гаек она прикрепляется к одному из крайних уголков и болта, который прикреплен с помощью двух гаек к другому крайнему уголку. Штанга и болт имеют на своих торцах запрессованные шарики. Для измерения напряжений и абсолютных деформаций между болтом и штангой вставляется съемный деформометр, снабженный специальными наконечниками.

Специалистами сторонних организаций были попытки измерять напряжения без использования съемного деформометра, а применяя для этого штангенциркуль, снабженный электронной шкалой измерения. Эти попытки не увенчались успехом из-за невозможности надежной установки элементов штангеля на шариках штанги и болта механического тензометра.

Примеры использования механического тензометра для определения напряжений в элементах конструкции.

Предложенная система измерений апробирована на нескольких значимых объектах нашей страны. Она позволяет получать надежные и достоверные данные о напряжениях, которые возникают в элементах конструкции, в том числе и повышенного уровня ответственности, предусмотренного федеральным законом нашей страны ФЗ-384 «Технический регламент о безопасности зданий».

В качестве примеров определения напряжений приведем использование данной системы определения напряжений на следующих объектах:

1. Большепролетное покрытие БСА стадиона «Лужники» в г. Москве.

2. Большепролетное трансформируемое покрытие стадиона «Газпром Арена» в г. Санкт-Петербурге.

3. Распорная система котлована многоэтажного комплекса у Курского вокзала г. Москвы.

4. Строящаяся радиотелевизионная башня в г. Владикавказе.

Примеры использования системы измерения напряжений на стадионе «Лужники», на стадионе «Газпром Арена», на строящейся радиотелевизионной башне в г. Владикавказе (Заявка № 2023115941).

Claims (1)

1. Механический тензометр со съемным деформометром, состоящий из трех уголков, болта и штанги с запрессованными на торцах шариками, отличающийся тем, что болт и штанга установлены на двух крайних уголках, а средний уголок поддерживает штангу и съемный деформометр, состоящий из индикатора часового типа и наконечников для надежной фиксации съемного деформометра между шариками, запрессованными в болт и в штангу, при этом начало шкалы съемного деформометра перемещено на средину индикатора часового типа, что позволяет измерять положительные и отрицательные напряжения и деформации.