DE3728936A1 - Method and device for measuring structure loads - Google Patents

Abstract

A method and a device for measuring structure loads comprises an elastomeric layer enclosed between plates and whose internal pressure is increased when a load is applied. The internal pressure is determined by a pressure pick-up (sensor) and fed to display, monitoring or signalling devices.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Messung von Bauwerkslasten.The invention relates to a method and an apparatus for measuring building loads.

Die Lasten, die von großen Bauwerken, wie Brücken, Silos, Staumauern und hohen Gebäuden, auf die Abstützungen oder Fundamente übertragen werden, sind oftmals erheblichen Schwankungen ausgesetzt. So ändern sich beispielsweise bei Brücken und Hochbauten Verkehrs- und Windbelastungen, während bei Silos und Staumauern sich der Befüllungsgrad entsprechend auf die übertragene Last auswirkt. Darüber hinaus kann es durch Bodenveränderungen oder Verwerfungen zu beträchtlichen Veränderungen der Lastübertragung an den einzelnen Unterstützungspunkten kommen.The loads from large structures such as bridges, silos, Dams and tall buildings, on the supports or Foundations transferred are often substantial Subject to fluctuations. For example, change for bridges and buildings, traffic and wind loads, while with silos and dams the degree of filling affects the transferred load accordingly. About that it can also be caused by changes in the soil or faults to significant changes in the load transfer to the individual support points.

Im Hinblick auf die Bauwerkssicherheit oder die Ermittlung von Bodenveränderungen ist die Bestimmung sowie die Über­ wachung der an den einzelnen Unterstützungspunkten über­ tragenen Lasten von außerordentlichem Interesse. Eine Messung der Lastübertragung etwa durch Dehnungsmeßstreifen ist äußerst unzulänglich und schwierig zu positionieren.In terms of building security or investigation Soil changes are the determination as well as the over monitoring of the individual support points borne loads of extraordinary interest. A Measurement of load transmission, for example using strain gauges is extremely inadequate and difficult to position.

Angesichts dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die es gestatten, mit hoher Präzision die Last­ übertragung von Bauwerken an einzelnen Unterstützungspunkten sowohl als Augenblickswert zu messen als auch über einen langen Zeitraum zu überwachen.In view of this problem, the object of the invention based on a method and a device to be able to place the load with high precision Transfer of buildings at individual support points to measure both as an instantaneous value and over one monitor long period.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches bzw. des nebengeordneten Vor­ richtungsanspruches angegebenen Merkmale. This object is achieved according to the invention by the Indicator of the main claim or the subordinate sub directional specified features.  

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren stützt man das Bauwerk durch Elastomerlager ab, mißt den Druckzustand des Elastomer­ lagers zentral und setzt diesen in Relation zum druckfreien Zustand des Lagers.The structure is supported by the method according to the invention through elastomer bearings, measures the pressure condition of the elastomer central and places this in relation to the pressure-free Condition of the warehouse.

Elastomerlager für Bauwerke sind als solche bekannt. Sie dienen im wesentlichen dem Ausgleich von Parallelitätsabweichungen zwischen den einzelnen Bauteilen. Sie vermögen beträchtliche Belastungen von beispielsweise bis 15 N/mm² aufzunehmen.Elastomer bearings for buildings are known as such. They essentially serve to compensate for deviations in parallelism between the individual components. They can absorb considerable loads of up to 15 N / mm ² , for example.

Es wurde festgestellt, daß sich das Elastomerlager bezüglich seiner physikalischen Charakteristika praktisch wie eine hydraulische Flüssigkeit verhält. Somit stellt der Druckzustand des Lagers ein Maß für die an dieser Stützstelle übertragenen Last dar. Gemäß der Erfindung wird dieses Verhalten des elastomeren Materials für die Bestimmung der Lastübertragung ausgenutzt.It was found that this Elastomer bearing with regard to its physical characteristics behaves practically like a hydraulic fluid. Consequently represents the pressure condition of the bearing a measure of that on this Support point transmitted load. According to the invention this behavior of the elastomeric material for the determination exploited the load transfer.

So mißt man nach der Erfindung den Innendruck des Elastomer­ lagers als Maßgabe für den augenblicklichen Lastzustand. Dieser Druckzustand wird bevorzugt in zeitlicher Abhängigkeit darge­ stellt.So you measure the internal pressure of the elastomer according to the invention bearings as a measure of the current load condition. This The pressure state is preferably shown as a function of time poses.

Es ergibt sich daraus die überraschend vorteilhafte Möglichkeit, die Bauwerkssicherheit durch kontinuierliche Bestimmung der Last­ übertragung an den einzelnen Unterstützungspunkten zu überwachen. Hierbei werden nicht nur wechselnde Belastungen auf das Bauwerk erfaßt, sondern auch Bodenveränderungen, wie sie über einen längeren Zeitraum als Verwerfungen oder durch Naturkatastrophen, wie etwa Erdbeben, auftreten.This results in the surprisingly advantageous possibility Building security through continuous determination of the load to monitor transmission at the individual support points. Here, not only changing loads on the structure recorded, but also changes in the soil, such as over a longer period than faults or due to natural disasters, such as earthquakes.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch ein block­ förmiges Lager aus einem Elastomerkautschuk mit einer anvul­ kanisierten Metallplatte aus, die einen Anschluß für einen Druck­ aufnehmer besitzt. Druckaufnehmer als solche sind handelsüb­ lich verfügbar. Sie vermögen bereits geringe Druckänderungen in unterschiedliche Spannungspotentiale umzusetzen. Über Ver­ stärkerschaltungen und angeschlossene Wiedergabe- und Auf­ zeichnungseinrichtungen lassen sich somit unterschiedliche Druckzustände und dementsprechend nach der Erfindung Last­ zustände darstellen. Es ist somit durch die erfindungsgemäße Vorrichtung möglich, die an jeder Abstützungsstelle übertragene Last kontinuierlich aufzuzeichnen und etwa bei der Über­ schreitung vorbestimmter Grenzwerte Warnsignale abzugeben.The device according to the invention is characterized by a block shaped bearing made of an elastomer rubber with an anvul canized metal plate, which is a connector for a print sensor. Pressure transducers as such are commercially available available. You can already make small pressure changes in implement different voltage potentials. About Ver amplifier circuits and connected playback and on  drawing facilities can thus be different Pressure conditions and, accordingly, load according to the invention represent states. It is thus due to the invention Device possible, the transmitted at each support point Record the load continuously and at about the over warning signals if predetermined limit values are exceeded.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellt die anvulkanisierte Metallplatte die obere Abdeckplatte des Lagers dar, die im wesentlichen mittig mit dem Druckaufnehmeranschluß versehen ist. Diese Ausgestaltung bietet die Gewähr dafür, daß objektive, unbeeinflußte Meßer­ gebnisse erzielt werden. Vor Einbau des Lagers kann dieses mit eingesetztem Druckaufnehmer an einer Prüfpresse kalibriert werden. Über Verstärker werden die elektrischen Signale dem Anzeige- oder Überwachungsgerät zugeführt.According to a preferred embodiment of the invention The vulcanized metal plate provides the upper device Cover plate of the camp, which is essentially centered with the pressure transducer connection. This configuration offers the guarantee that objective, uninfluenced knives results are achieved. This can be done before installing the bearing calibrated with a pressure sensor on a test press will. The electrical signals are amplified by the Display or monitoring device supplied.

Vorzugsweise ist der Druckaufnehmeranschluß als die Abdeck­ platte durchgreifende Gewindebohrung ausgebildet. Die handels­ üblich verfügbaren Druckaufnehmer sind wahlweise mit einem Ge­ windeanschluß verfügbar, womit sie sich etwa ähnlich einer Zünd­ kerze in den Druckabnehmeranschluß in der Abdeckplatte ein­ schrauben lassen. Es kann zweckmäßig sein, eine sichere Ankopplung des Druckaufnehmers an das Elastomer herzustellen, indem man vor dem Einsetzen eine vorbestimmte Menge selbsttätig aus­ härtenden Siloprenkautschuks in den Druckabnehmeranschluß einbringt.The pressure transducer connection is preferably used as the cover plate-through threaded hole. The trade Commonly available pressure transducers are optionally with a Ge wind connection available, which makes it similar to a Zünd a candle in the pressure transducer connection in the cover plate screw it. It may be useful to have a safe coupling of the pressure transducer to produce the elastomer by a predetermined amount automatically before insertion curing siloprene rubber in the pressure transducer connection brings in.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vor­ richtung ist sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite des Elastomerlagers eine anvulkanisierte Metallplatte vorge­ sehen, wobei sich das Material St 37 als zweckmäßig erwiesen hat. According to a preferred embodiment of the invention direction is both on the top and on the bottom pre-vulcanized metal plate of the elastomer bearing see, the material St 37 has proven to be useful.  

Für besonders große Verschiebungen schließt die Elastomer­ schicht des Lagers mindestens eine zu den Deckplatten parallele metallische Bewehrungseinlage ein. Es können auch mehrere Be­ wehrungseinlagen vorgesehen sein, wodurch sich die Formhaltig­ keit des Lagers und dementsprechend auch die Lastaufnahme­ fähigkeit erhöht.The elastomer closes for particularly large displacements layer of the bearing at least one parallel to the cover plates metallic reinforcement insert. Multiple Be reinforcement inserts can be provided, which keeps the shape of the warehouse and, accordingly, the load bearing capacity ability increased.

Bevorzugt ist der Druckaufnehmer an eine Aufzeichnungsein­ richtung angeschlossen, womit eine Dokumentation der sich möglicherweise verändernden Lastzustände über einen längeren Zeitraum zur Verfügung gestellt wird. Vorteilhaft ist auch der Anschluß einer Einrichtung zur Abgabe eines Warnsignals, die für das Bauwerk kritische Lastzustände zu melden vermag.The pressure sensor is preferably connected to a recording unit direction connected, with which a documentation of the possibly changing load conditions over a longer period Period is provided. It is also advantageous the connection of a device for emitting a warning signal, can report the critical load conditions for the structure.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merk­ male ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei zeigt im einzelnenFurther advantages, details and remark essential to the invention Male result from the following description of different Embodiments of the device according to the invention. Here shows in detail

Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lastmeßeinrichtung und Fig. 1 is a side view of a first embodiment of the load measuring device according to the invention and

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch eine andere Aus­ führungsform, die für die Bestimmung größerer Lasten geeignet ist. Fig. 2 is a vertical section through another imple mentation form, which is suitable for the determination of larger loads.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der Lastmeßeinrichtung, die in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 versehen ist, umfaßt eine obere Abdeckplatte 11 sowie eine Fußplatte 12, die zwischen sich eine Elastomerschicht einschließen. Die Abdeck­ platte 11 und die Fußplatte 12 sind vorzugsweise aus Metall gefertigt, wobei St 37 ein geeignetes Material ist. Bevor­ zugtes Material für die Elastomerschicht 13 ist Polychloro­ prene-Kautschuk. Die Elastomerschicht 13 ist an die beiden Platten 11 und 12 anvulkanisiert. The embodiment of the load measuring device shown in FIG. 1, which is designated in its entirety by reference number 10 , comprises an upper cover plate 11 and a base plate 12 , which enclose an elastomer layer between them. The cover plate 11 and the base plate 12 are preferably made of metal, St 37 being a suitable material. Before supplied material for the elastomer layer 13 is polychloroprene rubber. The elastomer layer 13 is vulcanized onto the two plates 11 and 12 .

Die obere Abdeckplatte trägt mittig eine Gewindebohrung 14, die die gesamte Platte 11 durchgreift. In die Gewindebohrung 14 ist ein handelsüblicher Absolutdruckaufnehmer mit seinem Gewindeende eingeschraubt. Die Stirnfläche des Druckaufnehmers 15 nimmt jede Änderung des Druckes innerhalb der Elastomer­ schicht 13 auf. Um eine gute Ankopplung zu erzielen und einen fehlerfreien Kontakt sicherzustellen, kann vor dem Einschrauben des Druckaufnehmers eine geringe Menge Siloprenkautschuk in die Gewindebohrung 14 eingebracht werden, der selbsttätig aus­ härtet.The upper cover plate has a threaded bore 14 in the center , which extends through the entire plate 11 . A commercially available absolute pressure transducer is screwed into the threaded bore 14 with its threaded end. The end face of the pressure sensor 15 absorbs any change in pressure within the elastomer layer 13 . In order to achieve a good coupling and to ensure an error-free contact, a small amount of siloprene rubber can be introduced into the threaded bore 14 before the pressure sensor is screwed in, which hardens automatically.

Die in der Elastomerschicht 13 auftretenden Druckänderungen werden vom Druckaufnehmer 15 in elektrische Signale umgesetzt, die über ein Kabel 16 nicht näher dargestellten Verstärkungs-, Aufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtungen zugeführt werden.The pressure changes occurring in the elastomer layer 13 are converted by the pressure sensor 15 into electrical signals, which are fed via a cable 16 to amplification, recording and reproduction devices, not shown in detail.

Das Verhalten der Elastomerschicht 13 ist der einer hy­ draulischen Flüssigkeit mit hoher Viskosität ähnlich. Eine auf die obere Deckplatte 11 aufgebrachte Last führt zu einer entsprechenden Druckerhöhung innerhalb der Elastomerschicht 13, der sich entsprechend auf die Stirnfläche des Druckaufnehmers 15 überträgt, wo er größenmäßig ermittelt und auf elektrischem Wege Aufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtungen zugeführt wird. Die Meßeinrichtung läßt sich auf einer Prüfpresse kalibrieren, so daß stets korrekte Meßwerte abgegeben werden.The behavior of the elastomer layer 13 is similar to that of a hydraulic fluid with a high viscosity. A load applied to the upper cover plate 11 leads to a corresponding pressure increase within the elastomer layer 13 , which is correspondingly transferred to the end face of the pressure sensor 15 , where it is determined in terms of size and supplied to recording and playback devices by electrical means. The measuring device can be calibrated on a test press so that correct measured values are always given.

Dem Fachmann ist geläufig, daß an die nicht dargestellten An­ zeige- und Überwachungsgeräte auch Signaleinrichtungen ange­ schlossen werden können, die bei der Erreichung kritischer Druckwerte ansprechen.The person skilled in the art is familiar with the fact that the not shown display and monitoring devices also signal devices can be concluded that are more critical in achieving Address pressure values.

Die Fig. 2 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine andere Aus­ führungsform der erfindungsgemäßen Lastmeßeinrichtung 10. Auch diese Einrichtung arbeitet nach dem gleichen Prinzip. Zwischen der oberen Abdeckplatte 11 und der Fußplatte 12 ist eine Elastomerschicht 13 eingeschlossen und an den Grenzflächen an die jeweilige Platte anvulkanisiert. Die obere Abdeckplatte 11 ist mit einer Gewindebohrung 14 versehen, in welche der hier nicht dargestellte Druckaufnehmer eingreift. Fig. 2 shows a vertical section through another form of execution from load measuring device 10 according to the invention. This facility also works on the same principle. An elastomer layer 13 is enclosed between the upper cover plate 11 and the base plate 12 and vulcanized onto the respective plate at the interfaces. The upper cover plate 11 is provided with a threaded bore 14 , in which the pressure sensor, not shown here, engages.

Zur Erhöhung der Formhaltigkeit sind bei dieser Ausführungs­ form in die Elastomerschicht 13 Bewehrungsplatten 17 einge­ schlossen. Ein geeignetes Material für die Bewehrungsplatten ist etwa St 52.3.To increase the shape retention 13 reinforcement plates 17 are included in this embodiment form in the elastomer layer. A suitable material for the reinforcement plates is about St 52.3.

Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist die gleiche wie die anhand der Fig. 1 beschriebenen. Bei dem Aufbringen einer Last auf die obere Abdeckplatte 11 erhöht sich der Druck inner­ halb der Elastomerschicht 13. Diese Druckerhöhung wird von der Stirnfläche des Druckaufnehmers aufgenommen und der Anzeige- oder Überwachungseinrichtung zugeführt.The mode of operation of this embodiment is the same as that described with reference to FIG. 1. When a load is applied to the upper cover plate 11 , the pressure increases within the elastomer layer 13 . This pressure increase is taken up by the end face of the pressure sensor and fed to the display or monitoring device.

Es soll an dieser Stelle noch einmal zum Ausdruck gebracht werden, daß es sich bei der vorangehenden Beschreibung lediglich um eine solche beschreibenden Charakters handelt und daß ver­ schiedene Abänderungen und Modifikationen, wie eine unter­ schiedliche Anzahl von Bewehrungsplatten 17 innerhalb der Elastomerschicht 13 möglich sind, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.It should be expressed again at this point that it is only such a descriptive character in the preceding description and that ver various changes and modifications, such as a different number of reinforcement plates 17 are possible within the elastomer layer 13 without thereby leaving the scope of the invention.

Claims (10)

1. Verfahren zur Messung von Bauwerkslasten, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bauwerk durch Elastomerlager abstützt, den Druckzustand des Elastomerlagers bestimmt und in Relation zum druckfreien Zustand des Lagers setzt.1. A method for measuring building loads, characterized in that the structure is supported by elastomer bearings, the pressure state of the elastomer bearing is determined and is related to the pressure-free state of the bearing. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Innendruck der Elastomerschicht des Elastomerlagers als Maßgabe für den augenblicklichen Lastzustand mißt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the internal pressure of the elastomer layer of the elastomer bearing as a measure of the current load condition.   3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Druckzustand in zeitlicher Abhängigkeit darstellt.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized characterized in that the pressure state in time Dependence. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein block­ förmiges Lager (10) aus einem Elastomer (13) mit einer anvulkanisierten Metallplatte (11), die einen Anschluß für einen Druckaufnehmer (15) besitzt.4. Device for performing the method according to one of the preceding claims, characterized by a block-shaped bearing ( 10 ) made of an elastomer ( 13 ) with a vulcanized metal plate ( 11 ) which has a connection for a pressure sensor ( 15 ). 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die anvulkanisierte Metallplatte die obere Abdeckplatte (11) des Lagers (10) darstellt, die im wesentlichen mittig mit einem Druckaufnehmeranschluß (14) versehen ist.5. The device according to claim 4, characterized in that the vulcanized metal plate is the upper cover plate ( 11 ) of the bearing ( 10 ), which is provided substantially centrally with a pressure transducer connection ( 14 ). 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckaufnehmeranschluß als die Abdeckplatte (11) durchgreifen­ de Gewindebohrung (14) ausgebildet ist.6. The device according to claim 5, characterized in that the pressure transducer connection as the cover plate ( 11 ) engaging de threaded bore ( 14 ) is formed. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite der Elastomerschicht (13) eine Metallplatte (11) bzw. (12) vorgesehen ist.7. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that a metal plate ( 11 ) or ( 12 ) is provided both on the top and on the bottom of the elastomer layer ( 13 ). 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Elastomerschicht (13) des Lagers (10) mindestens eine zu den Deckplatten (11, 12) parallele metallische Bewehrungseinlage (17) einschließt.8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that the elastomer layer ( 13 ) of the bearing ( 10 ) includes at least one to the cover plates ( 11, 12 ) parallel metallic reinforcement insert ( 17 ). 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Druckaufnehmer (15) an eine Auf­ zeichnungseinrichtung angeschlossen ist.9. Device according to one of claims 4 to 8, characterized in that the pressure sensor ( 15 ) is connected to a recording device. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Druckaufnehmer (15) an eine Einrichtung zur Abgabe eines Warnsignals angeschlossen ist.10. Device according to one of claims 4 to 9, characterized in that the pressure sensor ( 15 ) is connected to a device for emitting a warning signal.