Винахід відноситься до способу вимірювання прогину металевих, дерев'яних і інших по матеріалу балок при поперечному вигині від експлуатаційного навантаження та інших причин в процесі експлуатації балки. Спосіб неруйнівного вимірювання прогину балок полягає в тому, що на поверхнях верхнього і нижнього поясів балки в місці найбільшого прогину 0 наклеюють тензорезистори з однаковими характеристиками безпосередньо на підготовлену поверхню верхнього та нижнього поясів балки. Робочі і компенсаційні тензорезістори наклеюють в кількості від 3 до 5 штук в кожному поясі на ділянці довжиною від 15 до 25 см з найбільшим прогином 0. Робочі тензорезістори кріплять уздовж головних напружень уздовж балки, а компенсаційні - між робочими тензорезисторами поперек балки, захищають їх від різних впливів епоксидною смолою, монтують мостові схеми для кожної пари тензорезисторов (робітників і компенсаційних) і з'єднують дроти від них з тензостанціей; вимірюють початковий опір R0 робочих тензорезисторов, при цьому прогин балки (t) в будь-який момент часу t визначають за формулою:
де 0 - початковий найбільший прогин балки в момент часу t = 0, який вимірюється за допомогою високоточної геодезичної рейки і нівеліра до наклейки тензорезисторів; r - постійний коефіцієнт, що залежить від розрахункових схем і розмірів балки. Технічним результатом винаходу є підвищення точності вимірювань. 4 мул. 1 табл.
Малюнки до патенту РФ 2533343
Винахід відноситься до галузі неруйнівного контролю та моніторингу прогину балок. Об'єкт винаходу призначений для будівельних конструкцій, що знаходяться в стадії експлуатації.
Причини зростання прогину балки
1) деградація матеріалів;
2) дефекти і освіту несправностей (тріщини, корозія, гниття в деревині і т.д.);
3) збільшення навантаження.
Прогини балок будівель і споруд можна виміряти різними способами.
Відомий [1, с.52] спосіб вимірювання прогину балок в різний час їх експлуатації, що полягає в тому, що за допомогою двох планок з розподілами, одна з яких закріплена нерухомо в бетонному або залізобетонній основі, а інша планка закріплена на балці, і по їх взаємному зсуву судять про прогині балки. Повний прогин складається з прогину від власної ваги балки і існуючої на ній навантаження. Повний прогин вимірюють за допомогою високоточної рейки і нівеліра.
Даний спосіб має ряд недоліків:
- мала точність вимірювань прогину балки;
- необхідність влаштування опорного залізобетонного підстави;
- заповнюється простір під балкою, що порушує технологічний процес;
- немає дистанційного керування; утруднений моніторинг прогину балки.
Відомий [1, с.54] спосіб вимірювання прогинів балки прогиноміра систем Максимова і ЦНІЇСЬК, що полягає в тому, що до випробуваної конструкції в місці, де потрібно виміряти прогин, прикріплюють сталевий дріт діаметром 0,25 мм так, щоб вона двічі обмотувала барабан прогиноміра зі шкалою, і до кінця її підвішують вантаж вагою 1,5 кг. При прогині конструкції дріт обертає барабан, з'єднаний зі стрілкою, яка рухається по циферблату. На циферблаті є також лічильник оборотів з ціною поділки 0,1 см. Прилад кріпиться до нерухомого предмету спеціальної металевої струбциной.
Недоліками цього способу є потреба нерухомої опори (предмета) для кріплення приладу, який разом з дротом закриває простір під балкою на час вимірювання прогину балки; відсутність дистанційного керування вимірами прогину; потрібна присутність працівника на етапі вимірювань; утруднений моніторинг прогину; на результати вимірювань впливає температура і інші природні явища (вітер, дощ, сніг і т.д.); неточність вимірювань, викликана зміною місця найбільшого прогину балки, викликаного зміною властивостей матеріалу балки з плином часу, положенням навантаження і т.д.
Найбільш близьким до заявленого способу вимірювань прогинів балок і плит є відомий [1, с.59] спосіб вимірювання прогинів (переміщень) електромеханічним приладом зі штоком, пружним елементом і тензорезисторами, наклеєними на пружні елементи, що полягає в тому, що прилад встановлюють на нерухому опору під балкою в місці найбільшого прогину, шток наголошують в балку безпосередньо або через додаткову зв'язок, балка прогинається під навантаженням в результаті деградації матеріалу та інших причин протягом часу, прогини регист іруют побічно через електричні опори тензорезисторов R, за якими через перекладної коефіцієнт визначається прогин балки.
Недоліками цього способу є низька точність вимірювання прогину балки, викликана тим, що вимірювання проводиться без урахування можливої зміни місця найбільшого прогину по довжині балки, яке викликане різними непередбаченими причинами; необхідність опорного пристрою для кріплення приладу і зв'язку з балкою приладу, що призводить до обмеження використання простору під балкою або над балкою на час вимірювань; необхідність влаштування захисту приладу від різних природних впливів і його охорони, особливо в зимовий час при безперервному вимірі, що ускладнює моніторинг прогину балки.
Метою запропонованого способу визначення прогину балок є підвищення точності вимірювань найбільших прогинів балок; проведення моніторингу прогину балки; вимір прогинів з дистанційним управлінням без порушення технологічних процесів над балкою і під балкою в період вимірювання прогинів в будь-яких умовах навколишнього середовища.
Спосіб полягає в наступному.
З такими засобами вимірювання, наприклад, за допомогою високоточної геодезичної рейки і нівеліра, встановлюють значення найбільшого початкового прогину балки 0 в будь-який момент часу експлуатації балки і тим самим встановлюють місця найбільшого прогину балки.
Визначають значення постійного коефіцієнта r, значення якого визначають за формулами в залежності від розрахункової схеми балки методами будівельної механіки з [2], який входить в розрахункову формулу прогину балки.
На фіг.1 показана умовна схема підключення тензорезисторов на балці, де 1 - дроти, 2 - робочі тензорезистори, 3 - компенсаційні тензорезистори, 4 - балка, 5 - тензостанція. Проводами 1 з'єднаються робочі 2 і компенсаційні 3 тензорезистори, розміщені на обох поясах балки 4 на ділянці в місці найбільшого прогину на підготовлену поверхню, при цьому робочі кріпляться вздовж головних напружень. а компенсаційні - перпендикулярно їм в проміжках між робочими тензорезисторами. Всі дроти 1 з'єднані з вимірювальним приладом електричного (омічного) опору у вигляді багатоканальної тензостанціі 5.
Підготовка до роботи включає в себе наступні дії. Ізолюють тензорезістори епоксидною смолою, монтують відомі з роботи [2] мостові схеми для кожної пари робочих 2 і компенсаційних тензорезисторов 3 в одному перерізі балки R1 і R2. підключають дроти 1 з тензостанціей 5 і визначають R0 - початковий електричне (омічний) опір всіх робочих тензорезисторов. Тензорезистори наклеюють на ділянках поясів балки довжиною 15-20 см по одному тензорезисторами на кожні 5 см довжини пояса, як показано на фіг.1, при базі тензорезисторов 10-30 мм, так як на цій довжині може потрапляти перетин балки з найбільшим прогином. Число робочих тензорезисторов приймають від 3 до 5 в тому і в іншому поясі балки виходячи з ймовірності зміщення найбільшого прогину балки від тих чи інших причин в процесі експлуатації балки в межах 15-20 см довжини балки, так як на довжині 15-20 см можна розмістити від 3 до 5 робочих і компенсаційних тензорезисторов з базою (довжиною) 10-30 мм і шириною (компенсаційних) 10 мм.
Весь процес вимірювання відбувається наступним чином:
1) при збільшенні прогину змінюється омічний опір тензорезисторів, і по сполучних проводів вся інформація про це надходить на тензостанцію;
2) повний прогин визначають за формулою
де 0 - початковий прогин в момент початку спостережень при t = 0, виміряний нівеліром і високоточної геодезичної рейкою;
r - постійний коефіцієнт, що залежить від розрахункової схеми балки.
Відомо з [1], що і,
де k - коефіцієнт тензочутливості тензорезисторів, тоді маємо епюру R подібної епюрі. як показано на фіг.2 і фіг.3, на яких зображені однопрогонові балки з зосередженим навантаженням в середині і рівномірно розподіленим навантаженням по всій довжині прольоту, де 1 і 2 - деформації, R1 і R2 - омические (електричні) опору, - найбільший прогин , L - довжина прольоту, F - зосереджена сила, h - висота перерізу, b - ширина перерізу.
З епюри R маємо при і R2 за абсолютним значенням. Звідси. де вус - відстань від нейтральної осі балки до верхнього або нижнього краю балки із симетричним поперечним перерізом балки, як показано на фіг.2 і фіг.3. Відомо з роботи [2], що для однопрогоновою балки з зосередженим навантаженням всередині прольоту найбільший прогин. З урахуванням J = W · yc і значенням yc маємо:
- для однопрогоновою балки з шарнірними опорами і зосередженої силою в середині прольоту балки по фіг.2 маємо
де для балки будь-якого симетричного поперечного перерізу висотою h маємо. k - коефіцієнт тензочутливості тензорезисторів, Е - модуль пружності матеріалу;
- для однопрогоновою балки з шарнірними опорами і рівномірно розподіленим навантаженням по всій довжині прольоту по фіг.3 і маємо
де. | R1 (t) | і | R2 (t) - приріст електричних (омічних) опорів тензорезисторів в момент часу t, взятих за абсолютною величиною, в Омасі. Для інших розрахункових схем знаходять значення r методами будівельної механіки;
3) проводять попередній контроль достовірної роботи мостової схеми з тензорезисторов шляхом порівняння середніх значень вимірів від контрольного навантаження F0. отриманих прямими механічними вимірами прогину 1 = (F0), наприклад геодезичної високоточної рейкою і нівеліром і за результатами вимірювань омічних опорів (R1 і R2) за формулою
повинна дотримуватися рівність 1 = 2. з відзнакою не більше 5%;
4) подальші вимірювання прогину балки в будь-який момент часу t здійснюють тільки за показаннями вимірювання опору тензорезисторів за розрахунковою формулою
для значень r, що залежать від розрахункових схем балок.
На підставі результатів вимірювань f і. наведених у зведеній таблиці, побудовані графіки залежності прогинів f і від навантаження, представлені на фіг.4, де показані результати лабораторних випробувань балки з вимірюванням прогинів індикатором годинникового типу і вимірюванням опорів R1 і R2.
Випробування балки з визначенням прогину f (F), виміряного індикатором годинникового типу, і прогину. виміряного за допомогою тензорезисторів
Список використаної літератури
2. Писаренко Г.С. Яковлєв А.П. Матвєєв В.В. Довідник з опору матеріалів. Вид-во «Наукова Думка», Київ, 1975. - 703 с.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Спосіб неруйнівного вимірювання прогину балок в будівельних конструкціях на стадії експлуатації, що полягає в тому, що на поверхнях верхнього і нижнього поясів балки в місці найбільшого прогину 0. встановлюється за допомогою високоточної геодезичної рейки і нівеліра, наклеюють тензорезистори з однаковими характеристиками безпосередньо на підготовлену поверхню верхнього та нижнього поясів балки, що відрізняється тим, що робітники і компенсаційні тензорезістори наклеюють в кількості від 3 до 5 штук в кожному поясі на ділянці д Ліною від 15 до 25 см з найбільшим прогином 0. при цьому робочі тензорезістори кріплять уздовж головних напружень уздовж балки, а компенсаційні - між робочими тензорезисторами поперек балки; захищають їх від різних впливів епоксидною смолою, монтують мостові схеми для кожної пари тензорезисторов (робітників і компенсаційних) і з'єднують дроти від них з тензостанціей; вимірюють початковий опір R0 робочих тензорезисторов, при цьому прогин балки (t) в будь-який момент часу t визначають за формулою:
(T) = 0 + r · (| R1 (t) | + | R2 (t) |),
де 0 - початковий найбільший прогин балки в момент часу t = 0, який вимірюється за допомогою високоточної геодезичної рейки і нівеліра до наклейки тензорезисторів; r - постійний коефіцієнт, що залежить від розрахункових схем і розмірів балки, який визначається методами будівельної механіки:
для балки з рівномірно розподіленим навантаженням:
;
для балки з зосередженим навантаженням в середині прольоту:
,
де k - коефіцієнт тензочутливості, l - довжина прольоту балки, h - висота балки;
| R1 (t) | і | R2 (t) | - найбільші збільшення електричних (омічних) опорів з усіх робочих тензорезисторов, виміряних за допомогою багатоканальної тензостанціі, викликаних зміною прогину балки, різними причинами, вимірювані постійно або періодично в окремі моменти часу або в процесі експлуатації балки при моніторингу прогину балки.
Офіційна публікація
патенту РФ № 2533343
patent-2533343.pdf
Патентний пошук по класах МПК-8:
Патенти РФ в класі G01B7 / 16: