Тензометр универсальный закладной «ТуЗ»

Выпускаемый заводом ЗАО «ВИК «Тензо-М» тензометр «ТЗБ» (тензометр закладной для бетона) предназначен для измерения деформаций и напряжений в толще бетонных и железобе­тонных конструкций (фундаментные плиты, колонны, балки и плиты перекрытий).

Откликаясь на запросы потребителей, ЗАО «ВИК «Тензо-М» разработало на основе тензометра «ТЗБ» усовершенствованный тензометр универсальный закладной «ТуЗ» для решения расширенного круга задач. Внешне «ТЗБ» и «ТуЗ» идентичны, но, помимо измерения деформаций и напряжений в толще бетонных и железобетонных конструкций, «ТуЗ» позволяет контролировать нагрузку на сваю, определять возникновение скрытых трещин в толще контроли­руемого объекта, измерять деформации и напряжения в дорожных одеждах (асфаль­тобетон), в толще пород горных выра­боток (штреки, лавы, колодцы), деформацию мостов и т.д.

Описание тензометра

Тензометр (Рис. 1) состоит из стержня заданной жесткости, внутри которого размещен мост тензорезисторов, двух силопередающих фланцев, и кабеля. Стержень покрыт пластиковой пленкой, не имеющей адгезии к бетону.

Тензометр работает следующим образом

Деформация растяжения в толще контролируемого объекта увеличи­вает расстояние между фланцами тензометра (рис. 1, 2), и они растяги­вают стержень. Мост тензорезисторов преобразует это растяжение в вы­ходной сигнал - рабочий коэффициент передачи. Работа тензометра на сжатие аналогична работе на растяжение - изменяется только знак дефор­мации.

Стержень покрыт пластиковой пленкой (рис. 4), не имеющей адгезии к бетону или породе. Поэтому касательные напря­жения от бетона или породы на стержень не передаются, и сигнал тензо­метра зависит только от перемещения фланцев, что повышает правиль­ность измерений.

Рассмотрим традиционную и расширенную области применения тензометров

Традиционная область применения

Для измерения деформаций и напряжений в толще бетонных и железобе­тонных конструкций (фундаментные плиты, колонны, балки и плиты перекры­тий) определяют зону, где нужно измерить деформацию, и размещают в этой зоне тензометр (рис. 5 и 6). Например, перед заливкой строительной опалубки бетоном тензометр с помощью проволок прикрепляют к арматуре в задан­ной ориентации [1]. Далее выполняют заливку. После схватывания за­ливки тензометр готов к работе.

Если необходимо измерять деформации по трем осям координат, то используют три тензометра (рис. 7), закрепленные взаимно перпендику­лярно [2].

Рис. 7. Три тензометра,ориентированные по осям координат, перед заливкой фундамента высотного здания «Санкт-Петербург», Москва-Сити.

Расширенная область применения тензометров

Одной из особенностей конструкции тензометра ТуЗ является возможность изменения его жесткости, что позволяет в широких пределах изменять его измерительное усилие и тем самым расширить область его применения.

Например, если жесткость окружающего бетона или породы и жесткость тензометра одинаковы или близки, то тензометр сопротивляется растяжению или сжатию, так же, как и окружающая его среда, т.е. становится частью этой среды, и тем самым не влияет на ее деформацию. Проще говоря, бетон или порода при деформации под нагрузкой не «замечают» присутствия тензометра, и деформируются так, как будто он отсутствует.

Возможность изменения жесткости тензометра расширяет область его применения и существенно повышает достоверность измерений.

Контроль нагрузки на сваю

При поперечном размере сваи 300 - 400 мм можно использовать традиционные одиночные свайные датчики производства ЗАО «ВИК «Тензо-М» [3]. Однако для буронабивных свай с поперечным размером 0,5 - 1 м и более одиночный датчик на нагрузку 500 – 1000 тонн, хотя и возможен, но вследствие своей уникальности становится слишком сложным конструктивно, и поэтому дорогим [4].

Вместо уникального одиночного датчика можно установить кассету из параллельно работающих серийно выпускаемых датчиков МВ150 или МВ на нагрузки 50-100 тонн каждый. Это дешевле, но, тем не менее, часто оказывается слишком дорого и сложно для широкого использования.

Тензометры «ТуЗ» позволяют сделать контроль нагрузки на сваю доступным по цене при массовом использовании.

Обычно для решения исследовательских задач закладные тензометры устанавливают на боковых поверхностях буронабивных свай [4]. Но если ограничиться задачей контроля и своевременного обнаружения потери сваей несущей способности, то достаточно установить закладной тензометр в вертикальном положении в середине верхней части буронабивной сваи (Рис. 8).

Если свая несет нагрузку, т.е. выполняет свою основную задачу удержания ростверка или фундаментной плиты, то ее верхняя часть, бу-дет сжата и в случае висячей сваи, и в случае сваи-стойки. Тензометр бу-дет фиксировать это сжатие. Если же свая начнет «проваливаться», т.е. терять несущую способность, то сжатие ее верхней части ослабеет, что и зафиксирует тензометр. Размещение в верхней части сваи 3-4 тензометров позволит дополнительно контролировать неравномерность нагрузки и изгиб сваи.

Рис. 8. Одиночные тензометры, заложенные в верхней части сваи

Контроль несущей способности сваи закладными тензометрами существенно дешевле и организационно проще, чем датчиками силы.

Измерение деформаций и напряжений в дорожных одеждах (асфальтобетон)

Для измерения деформаций дороги при проезде автомобиля закладные тензометры могут быть размещены в толще дорожной одежды, как это показано на рис. 9 [5].

Рис. 9. Тензометры заложены в асфальтобетонное покрытие.

Измерение деформации мостов

Пролет моста (рис. 10, 11) является балкой, работающей на изгиб, поэтому измерение деформации растяжения на нижней поверхности дает возможность регистрировать интенсивность потока автомобилей через мост, а также предотвращать аварийные ситуации [6].

Контроль скрытых трещин в толще контролируемого объекта

Ширина диапазона измерения деформаций тензорезисторным методом позволяет использовать тензометр ТуЗ для определения наличия скрытых трещин в толще контролируемого объекта.

На рис. 12 показан тензометр, полностью сохранивший работоспособность по­сле разрушения бетонной колонны, в которую он был заложен, при стендовых испытаниях на сжатие.

В случае деформации растяжения (Рис. 13) разрушению бетона пред­шествует образование трещин, что можно зафиксировать по резкому уве­личению сигнала тензометра. Таким образом, тензометр «ТуЗ» обладает уникальным свойством: он не только измеряет деформации в упругой зоне, но и сигнализирует о появлении трещин.

Измерение деформаций и напряжений в горных выработках

Измерение деформаций и напряжений в толще пород горных выработок (штреки, лавы, колодцы) может быть выполнено аналогично измерению деформаций и напряжений в толще бетонных и железобе­тонных конструкций.

Сначала бурится скважина на заданные глубину и направление. Затем с помощью ориентаторов в забое скважины размещают нужное число тензометров под выбранными углами, и заполняют скважину бетоном, механические характеристики которого близки к механическим характеристикам породы. Ориентация тензометров по трем осям координат и под углами 45 градусов к этим осям позволяет получить данные, достаточные для определения компонент тензора деформаций в зоне их заложения.

Литература.

1. Шилин  А.А., Сенянский  М.В., Кириленко А.М., Годзиковский  В.А., Бауков А.Ю. и Павлов  С.В. Мониторинг состояния несущих стен под­земной части ГАБТ России в процессе переопирания здания с временных свай на основные железобетонные стены.

2. Годзиковский В.А., Деревянко А.С., Ханов Ю.А. Лекарство от строительных аварий - датчики Тензо-М. Журнал «Строительная орбита», №2, 2009г., см. также Лекарство от строительных аварий - датчики Тензо-М.

3. Измерение нагрузки на сваи: более трех лет успешной эксплуатации свайных датчиков СВД-100 в Красногорске.

4. Катценбах Р., Шмитт А., Рамм Х., Основные принципы проекти­рования и мониторинга высотных зданий Франкфурта-на-Майне. Случаи из практики. РЕКОНСТРУКЦИЯ ГОРОДОВ И ГЕОТЕХНИЧЕСКОЕ СТРОИ­ТЕЛЬСТВО, №9/2005, стр. 80 – 99.

5. Wenbin Zhang, Chunguang Suo and Qi Wang. A novel Sensor System for Measuring Wheel Loads of Vehicles on Highways. SENSORS, 2008, 8, 7671-7689.
6. Leif Sjögren and Vittorio Dolcemascolo. BRIDGE WEIGH IN MOTION, Weighing of heavy axels in high speed. French test and Swedish experience. 5th International Symposium on Weigh-In-Motion. HV Paris, May 19-22, 2008.