ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ, ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

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.