Измерительный комплекс для испытаний строительных конструкций, зданий и сооружений

Измерительный комплекс для испытаний строительных конструкций, зданий и сооружений предназначен для измерения деформаций, прогибов и ускорений строительных конструкций при статических и динамических воздействиях. В состав комплекса входят многоканальная измерительная система, к соответствующим каналам которой подключены тензодатчики, выполненные по полумостовой схеме, блок пьезоэлектрических акселерометров и блок прогибомеров. Каждый из тензодатчиков содержит рабочий и компенсационный тензорезисторы. Компенсационный тензорезистор наклеен на жесткую металлическую подложку, а металлическая подложка - на диэлектрическую прокладку. Рабочий тензорезистор наклеен на пластинку из оргстекла с гидроизоляционным покрытием. Пластинка из оргстекла служит для закрепления рабочего тензорезистора на исследуемой конструкции. Каждый тензорезистор включает чувствительный элемент в виде решетки, приклеенной на диэлектрическую основу. Выводы решетки согнуты в виде гармошки и спаяны на изоляционной подложке с выводами изолированных проводов. Свободные концы изолированных проводов жестко закреплены вблизи компенсационного и рабочего тензорезисторов и через разъемы соединены с многожильным кабелем, соединяющим тензодатчики с многоканальной измерительной системой. Место спайки выводов решетки и изолированных проводов в каждом тензодатчике гидроизолировано. Тензодатчик накрыт сверху термоизоляционной крышкой. Использование измерительного комплекса повышает точность измерения и расширяет область измеряемых параметров при статических и динамических испытаниях строительных конструкций. 1 н.з. и 10 з.п. ф-лы, 1 илл.

Полезная модель относится к измерительной технике, и может быть использована для измерения деформаций, прогибов и ускорений строительных конструкций в лабораторных и полевых условиях при статических и динамических воздействиях.

Известна установка для экспериментальных исследований строительных конструкций (патент RU 75239, G01N 3/00, 2008 г.), которая может быть использована при однократном динамическом нагружении конструкции. Она содержит копровую установку, включающую грузосбрасыватель с испытательным грузом. Для измерения деформаций исследуемого объекта использованы первичные преобразователи измерительной информации: датчики опорных реакций, датчики силы, тензорезисторы, датчики деформаций, месдозы и датчики линейных перемещений. Информация с датчиков поступает непосредственно на измерительную систему.

Установка для экспериментальных исследований позволяет измерить деформации железобетонного элемента при действии однократного динамического нагружения. Однако данное техническое решение не позволяет проводить испытания строительных конструкций в полевых условиях, вследствие того, что атмосферные осадки и температура воздуха оказывают существенное влияние на стабильность показаний компонентов измерительной системы.

Известно тензометрическое устройство для измерения деформаций бетона железобетонных конструкций, реализованное в патенте на полезную модель RU 76118, G01B 7/16, 2008 г. Устройство содержит тензодатчик, в состав которого входят рабочий и компенсационный тензорезисторы, накрытые сверху термоизоляционной крышкой и соединенные через многожильный кабель с многоканальной измерительной системой по полумостовой схеме. Каждый тензорезистор состоит из чувствительного элемента в виде решетки, приклеенной на диэлектрическую основу. Выводы решетки, согнутые в виде гармошки, спаяны с выводами изолированных проводов, а в месте спайки имеется изолированная подложка. Рабочий тензорезистор закреплен с помощью клея непосредственно на исследуемой железобетонной конструкции. Компенсационный тензорезистор наклеен на металлическую подложку, которая, в свою очередь, наклеена на диэлектрическую подкладку, а последняя - на бетон исследуемого образца. Поскольку компенсационный тензорезистор не связан непосредственно с исследуемой конструкцией, исключается влияние температуры на результаты измерения деформаций бетона железобетонной конструкции и повышается достоверность полученных результатов.

Однако подготовка к измерениям деформаций конструкции в полевых условиях с помощью данного устройства имеет ряд сложностей, поскольку надо наклеить рабочий тензорезистор на громоздкую исследуемую конструкцию с припаянными выводами многожильного кабеля, что не позволяет осуществить проверку работоспособности системы в лабораторных условиях.

Наиболее близкой, принятой за прототип, является многоканальная тензометрическая система для статических или динамических испытаний металлоконструкций строительных машин (патент RU 101811, G01B 7/16, опубл. 27.01.2011). Данная тензометрическая система может быть использована для измерения деформаций при испытаниях металлоконструкций строительных машин. Система содержит тензодатчики, подключенные по полумостовой схеме к соответствующим каналам многоканальной измерительной системы. Тензодатчики имеют в своем составе рабочий и компенсационный тензорезисторы. Чувствительный элемент каждого тензорезистора выполнен в виде приклеенной на диэлектрическую основу решетки. Выводы решетки согнуты в виде гармошки и спаяны на изоляционной подложке с выводами изолированных проводов, которые через разъемы соединены с многожильным кабелем, соединяющим тензодатчики с многоканальной измерительной системой. Тензорезисторы наклеены на жесткую металлическую подложку и накрыты сверху термоизоляционной крышкой. Металлическая подложка рабочего тензорезистора жестко закреплена на металлоконструкции. Металлическая подложка компенсационного тензорезистора закреплена в корпусе соответствующего разъема. Место спайки выводов решетки и изолированных проводов в каждом тензодатчике и металлические пластины, на которые наклеены рабочие тензорезисторы, гидроизолированы.

В прототипе рабочий и компенсационный тензорезисторы установлены на металлических подложках, т.е. находятся в равных условиях. Это влияет на достоверность полученных результатов. Также на достоверность влияет и сплошная жесткая конструкция, которую легко установить в любой точке исследуемой конструкции, наличие разъемов. Использование многоканальной измерительной системы и наличие многих датчиков позволяет исследовать деформации в разных точках исследуемой конструкции.

Однако данное техническое решение не позволяет проводить измерения деформаций неметаллических строительных конструкций вследствие отсутствия возможности создания жесткого закрепления (использования сварки) металлических подложек, а также отсутствует возможность измерения прогибов и ускорений исследуемой конструкции при статическом и кратковременном динамическом воздействиях.

Задача полезной модели - расширение функциональных возможностей измерительного оборудования, обеспечение измерения деформаций строительных конструкций из различных неметаллических материалов и измерения прогибов и ускорений строительных конструкций.

Технический результат, на достижение которого направлена решаемая задача, заключается в повышении точности измеряемых параметров и расширении области измеряемых параметров при испытании строительных конструкций с одновременным снижением трудоемкости процесса подготовки и проведения статических и динамических испытаний.

Задача и технический результат достигаются следующим образом.

Заявляемый измерительный комплекс, как и прототип, содержит многоканальную измерительную систему и тензодатчики, подключенные по полумостовой схеме к соответствующим каналам многоканальной измерительной системы. Каждый тензодатчик состоит из рабочего тензорезистора и компенсационного тензорезистора, наклеенного на жесткую металлическую подложку, и накрыт сверху термоизоляционной крышкой. Каждый тензорезистор тензодатчика состоит из чувствительного элемента, выполненного в виде приклеенной на диэлектрическую основу решетки, выводы которой согнуты в виде гармошки и спаяны на изоляционной подложке с выводами изолированных проводов. Свободные концы изолированных проводов жестко закреплены вблизи компенсационного и рабочего тензорезисторов каждого тензодатчика и через разъемы соединены с многожильным кабелем, соединяющим тензодатчики с многоканальной измерительной системой. Место спайки выводов решетки и изолированных проводов в каждом тензодатчике гидроизолировано.

В отличие от прототипа измерительный комплекс дополнительно содержит блок пьезоэлектрических акселерометров, блок прогибомеров, подключенных к многоканальной измерительной системе. Металлическая подложка компенсационного тензорезистора каждого тензодатчика в заявляемом измерительном комплексе в отличие от прототипа наклеена на диэлектрическую прокладку, а рабочий тензорезистор дополнительно наклеен на пластинку из оргстекла с гидроизоляционным покрытием, предназначенную для закрепления рабочего тензорезистора на исследуемой конструкции.

В качестве многоканальной измерительной системы может быть использован измерительно-вычислительный комплекс MIC-400 или MIC-036. Для подключения прогибомеров и пьезоэлектрических акселерометров в состав измерительно-вычислительного комплекса MIC-400 или MIC-036 входит модуль измерения динамических сигналов МС-201 или модуль МС-212.

Жесткий диск измерительно-вычислительного комплекса может быть выполнен твердотельным с использованием SSD технологии.

Для гидроизоляции место спайки выводов решетки и изолированных проводов может быть использована эпоксидная смола, а пластинка из оргстекла покрыта слоем гидроизоляционного клея. Металлическая подложка компенсационного тензорезистора может быть наклеена на диэлектрическую прокладку с помощью двухстороннего скотча. Диэлектрическая подложка компенсационного тензорезистора может, как и в прототипе, быть помещена в разъеме с помощью двухстороннего скотча.

В качестве прогибомеров могут быть применены индуктивные датчики с механическим креплением на исследуемой конструкции в виде двух шарнирных головок с максимальным угловым перемещением 30° или лазерные датчики перемещений.

На строительную площадку к исследуемой конструкции транспортируются уже наклеенные и проверенные на работоспособность в лабораторных условиях комплекты тензорезисторов. В ходе подготовки к испытанию компенсационные и рабочие тензорезисторы устанавливаются при помощи двустороннего скотча и клея на исследуемой конструкции, подключаются через вилки, розетки и многожильные экранированные кабели к многоканальной измерительной системе. Этим повышается технологичность процесса подготовки испытания, снижается трудоемкость и обеспечивается более высокое качество процесса измерения и точность измеряемых параметров.

Полезная модель пояснена чертежом, на котором приведен общий вид измерительной системы для испытания строительных конструкций, зданий и сооружений.

Измерительная система для испытаний строительных конструкций, зданий и сооружений содержит тензодатчики, каждый из которых включает рабочий тензорезистор 1, чувствительный элемент которого выполнен в виде решетки 2, приклеенный на диэлектрическую основу 3, которая закреплена с помощью клея 4 на пластинке из оргстекла 5, которая, в свою очередь, приклеена на исследуемой строительной конструкции 6. В состав измерительного комплекса входят изолированные провода 7, выводы 8 которых спаяны с согнутыми в виде гармошки выводами 9 решетки 2, а концы имеют жесткое закрепление 10 на исследуемой конструкции 6 вблизи тензорезистора 1, и через многожильный кабель 11 подключены к многоканальной измерительной системе 12. В месте спайки выводов проводов 8 и решетки 9 расположена изоляционная подложка 13. Тензодатчик содержит также диэлектрическую прокладку 14, наклеенную непосредственно на исследуемой конструкции 6, жесткую металлическую подложку 15, наклеенную на диэлектрическую прокладку 14, и компенсационный тензорезистор 16, который, как и рабочий, содержит чувствительный элемент 17 в виде решетки на диэлектрической основе 18, изолированные провода 19, выводы 20 которых спаяны с выводами 21 решетки, а концы имеют жесткое закрепление 22 на исследуемой конструкции 6 вблизи компенсационного тензорезистора 16 и через многожильный кабель 11 подключены к измерительной системе 12, и изоляционную подложку 23 в месте спайки выводов 20 проводов и выводов 21 решетки. Компенсационный тензорезистор 16, приклеенный на жесткую металлическую подложку 15, затем на диэлектрическую прокладку, может быть помещен в отдельный разъем (на чертеже не показан). Помимо этого оба тензорезистора 1, 16 накрыты термоизоляционной крышкой 24 и подсоединены к многоканальной измерительной системе 12. Изоляционные подложки 13, 23 в месте спайки выводов проводов и решетки тензорезисторов обволакиваются эпоксидной смолой 25, при этом пластина из оргстекла 5 покрывается защитным покрытием в виде гидроизоляционного клея 26. Жесткая металлическая подложка 15 компенсационного тензорезистора 16 крепится на диэлектрическую прокладку 14 с помощью двухстороннего скотча. Через вилку 27 и розетку 28 изолированные провода 8, 20 каждого из n-измерительных полумостов (каждый из которых состоит из одного рабочего 1 и одного компенсационного 16 тензорезисторов), подключаются к n-канальной измерительной системе 12, также к ней подключаются блоки акселерометров 29 и прогибомеров 30.

Перед проведением испытания, наклеенные на оргстекло 5 и диэлектрические прокладки 14 соответственно рабочие и компенсационные тензорезисторы 1, 16 устанавливаются на поверхность исследуемой строительной конструкции 6 и подключаются посредством вилок 27 и розеток 28 к n-канальной измерительной системе 12. На исследуемой конструкции согласно установленной схеме устанавливаются блоки акселерометров 29 и прогибомеров 30.

При статическом или динамическом нагружении исследуемой строительной конструкции 6 измеренные значения деформаций, прогибов и ускорений записываются в виде файла в многоканальной измерительной системе 12. За счет повышения технологичности процесса подготовки и проведения испытаний, наличия дополнительных диэлектрических подложек для установки на исследуемой конструкции, учета особенностей объекта исследования, наличие дополнительных датчиков измерения повышается достоверность результатов испытаний строительных конструкций.

1. Измерительный комплекс для испытаний строительных конструкций, зданий и сооружений, содержащий многоканальную измерительную систему, тензодатчики, подключенные по полумостовой схеме к соответствующим каналам многоканальной измерительной системы и состоящие из рабочего тензорезистора и компенсационного тензорезистора, наклеенного на жесткую металлическую подложку, при этом каждый тензодатчик накрыт сверху термоизоляционной крышкой, а каждый тензорезистор состоит из чувствительного элемента, выполненного в виде приклеенной на диэлектрическую основу решетки, выводы которой согнуты в виде гармошки и спаяны на изоляционной подложке с выводами изолированных проводов, свободные концы которых жестко закреплены вблизи компенсационного и рабочего тензорезисторов каждого тензодатчика и через разъемы соединены с многожильным кабелем, соединяющим тензодатчики с многоканальной измерительной системой, причем место спайки выводов решетки и изолированных проводов в каждом тензодатчике гидроизолировано, отличающийся тем, что он дополнительно содержит блок пьезоэлектрических акселерометров и блок прогибомеров, подключенных к многоканальной измерительной системе, кроме этого, металлическая подложка каждого компенсационного тензорезистора дополнительно наклеена на диэлектрическую прокладку, а каждый рабочий тензорезистор дополнительно наклеен на пластинку из оргстекла с гидроизоляционным покрытием, предназначенную для закрепления рабочего тензорезистора на исследуемой конструкции.

2. Измерительный комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве многоканальной измерительной системы использован измерительно-вычислительный комплекс MIC-400.

3. Измерительный комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве многоканальной измерительной системы использован измерительно-вычислительный комплекс MIC-036.

4. Измерительный комплекс по п. 2 или 3, отличающийся тем, что для подключения прогибомеров и пьезоэлектрических акселерометров в состав измерительно-вычислительного комплекса MIC-400 или MIC-036 входит модуль измерения динамических сигналов МС-201.

5. Измерительный комплекс по п. 2 или 3, отличающийся тем, что в составе измерительно-вычислительного комплекса MIC-400 или MIC-036 использован модуль МС-212.

6. Измерительная система по п. 2 или 3 отличающаяся тем, что жесткий диск измерительно-вычислительного комплекса выполнен твердотельным с использованием SSD технологии.

7. Измерительный комплекс по п. 1, отличающийся тем, что для гидроизоляции место спайки выводов решетки и изолированных проводов покрыто эпоксидной смолой, а пластинка из оргстекла покрыта слоем гидроизоляционного клея.

8. Измерительный комплекс по п. 1, отличающийся тем, что металлическая подложка компенсационного тензорезистора наклеена на диэлектрическую прокладку с помощью двухстороннего скотча.

9. Измерительный комплекс по п. 1 или 7, отличающийся тем, что он содержит дополнительный разъем, в корпусе которого закреплена диэлектрическая подложка компенсационного тензорезистора.

10. Измерительный комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве прогибомеров использованы индуктивные датчики с механическим креплением на исследуемой конструкции в виде двух шарнирных головок с максимальным угловым перемещением 30°.

11. Измерительный комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве прогибомеров использованы лазерные датчики перемещений.