SU56187A1 - Apparatus for determining bending moments in structures - Google Patents

Description

Дл  измерени  напр жений в элементах инженерных конструкций и сооружений примен ютс , так называемые , тензометры, основанные на измерении изменени  рассто ни  между двум  точками на поверхности элемента , фиксируемыми ножками прибора. Относ  величину этого изменени  длины к рассто нию / между точками (базе прибора) и умножа  это отношение на модуль упругости материала, из котогого изготовлен исследуемый элемент , по закону Юнга о -- получают напр жение 6. Величина этого напр жени  в общем случае  вл етс  суммарной от действи  продольной силы в элементе и от действи  изгибающих элемент моментов. На практике весьма часто встречаетс  необходимость найти отдельно все составл ющие этого напр жени  и, в частности , составл ющую от действи  в какой-либо плоскости изгибающего момента . Так, например, при исследовании рамных конструкций возникает потребность определить действительное положение по длине элементов рамы нулевых точек, в которых изгибающиеFor measuring the stresses in the elements of engineering structures and structures, so-called strain gauges are used, based on measuring the change in distance between two points on the surface of the element, fixed by the feet of the device. The ratio of this change in length to distance / between points (base of the device) and multiplying this ratio by the elastic modulus of the material from which the element under study is made, according to Young's law, is a voltage 6. The magnitude of this voltage is generally the total from the action of the longitudinal force in the element and from the action of the element bending moments. In practice, it is quite often necessary to find separately all the components of this stress and, in particular, the component from the action in any plane of the bending moment. For example, in the study of frame structures, there is a need to determine the actual position along the length of the frame elements of zero points, in which the bending

моменты, действующие в плоскости рамы , равны нулю.moments acting in the frame plane are zero.

Зна  теоретическое положение этих нулевых точек и измерив экспериментально действительную величину изгибающих моментов по обе стороны от теоретических нулевых точек, можно определить фактическое положение нулевых точек аналитическим или графическим путем. При существующих конструкци х тензометров дл  этой цели ; в частном случае, когда изгиб элеменj тов рамы происходит только в плоскости рамы, требуетс  установить в двух : сечени х элемента рамы по обе стоI роны от теоретического положени  нулевой точки по два тензометра, расположенные на гран х элемента по обе стороны от его нейтральной оси. Тогда , в этом частном случае, показани  каждого тензометра будут соответствовать суммарному напр жению, состо щему из напр жени  o.v от действи  продольной силы и напр жени  о м от действи  изгибающего момента в плоскости рамы.Knowing the theoretical position of these zero points and measuring experimentally the actual value of the bending moments on both sides of the theoretical zero points, you can determine the actual position of the zero points by analytical or graphical means. With existing strain gauge designs for this purpose; In the particular case when the bending of frame elements occurs only in the plane of the frame, it is necessary to install in two: cross sections of the frame element on both sides of the theoretical zero point position on two strain gauges located on the edges of the element on both sides of its neutral axis. Then, in this particular case, the readings of each strain gauge will correspond to the total voltage consisting of the voltage o.v from the action of the longitudinal force and the voltage about m from the action of the bending moment in the plane of the frame.

Если тензометр на одной грани элемента дает напр жение од-|-олг, то расположенный в том же сечении, но на противоположной грани тензометрIf the strain gauge on the same face of the element gives a voltage of one- | -long, then the strain gauge located in the same section, but on the opposite face

даст напр жение ,)/. Вз в полуразность показаний обоих тензометров, получим напр жение од., от действи  лишь одного изгибающего момента. Таким же образом втора  пара тензометров даст напр жение от действи  изгибающего момента в этом сечении- оти.Так как эта пара тензометров расположена по другую сторону от нулевой точки, то это напр жение будет по знаку противоположно напр жению . Зна , что при отсутствии внешних сил между обоими исследуемыми сечени ми элемента величина изгибающего момента измен етс  пр молинейно, можно найти точку между обоими сечени ми , в которой напр жение от действи  изгибающего момента будет равно нулю. Эта точка и будет фактической (экспериментальной) нулевой точкой . Если бы поставить пару тензометров в этом сечении, то их показани  были бы равны, так как соответствовали бы действию лишь одной продольной силы. Практически установить тензометры по обе стороны от нейтр1альной оси элемента не всегда представл етс  возможным, и в таких случа х метод нахождени  действительноге положени  нулевых точек с помощью обычных тензометров становитс  неприменимым.will give a voltage)). Looking at the half-difference of the readings of both strain gauges, we get the voltage one, from the action of only one bending moment. In the same way, the second pair of strain gauges will give a stress from the action of the bending moment in this cross section. Since this pair of strain gauges is located on the other side of the zero point, this stress will be opposite to the stress. Knowing that in the absence of external forces between the two studied sections of the element, the magnitude of the bending moment varies linearly, you can find a point between the two sections in which the voltage from the bending moment is zero. This point will be the actual (experimental) zero point. If we put a pair of strain gauges in this section, then their readings would be equal, since they would correspond to the action of only one longitudinal force. In practice, it is not always possible to install strain gauges on both sides of the neutron axis of an element, and in such cases the method of finding the actual position of the zero points with conventional strain gauges becomes inapplicable.

Во избежание этого предлагаетс  конструкци  прибора, основанного не на измерении изменени  величины рассто ни  между двум  точками на поверхности элемента, а на измерении изменени  кривизны этого элемента. С этой целью в данном приборе дл  определени  изгибающих моментов в сооружени х дл  управлени  указательной стрелкой предусмотрена пружинна  св зь, котора  соедин ет одну из опор с прижимом дл  указательной стрелки прибора,To avoid this, a device is proposed that is based not on measuring the change in the distance between two points on the surface of an element, but on measuring the change in curvature of this element. To this end, a spring connection is provided in this device for determining bending moments in structures for controlling the pointing arrow, which connects one of the supports to the clamp for the instrument pointer,

На чертеже изображена обща  схема прибора.The drawing shows a general diagram of the device.

Если дл  простоты вычислений прип ть , что величина изгибающего момента на длине между двум  близко расположенными друг от друга сечени ми элемента посто нна, то изменение длины между двум  точками на поверхности элемента, рас повоженными в этих сечени х, будет:If, for simplicity of calculations, it is assumed that the magnitude of the bending moment on the length between two closely spaced sections of an element is constant, then the change in length between two points on the surface of the element located in these sections will be:

I /N , М hI / N, M h

« flT -i-T-yJ"FlT -i-T-yJ

A(a.vгде / - рассто ние между точками (база тензометра); -Е - модуль Юнга (упругости материала); ад- - напр жение от продольной силы; - напр жение от изгиба; N - продольна  сила; М - изгибающий момент; о - площадь поперечного сечени  элемента; /- момент инерции сечени  элемента и Л - высота сечени .A (a.v where / is the distance between points (strain gauge base); -E is Young's modulus (material elasticity); ad- is the stress due to longitudinal force; is the stress due to bending; N is the longitudinal force; M is the bending moment ; o is the cross-sectional area of the element; / is the moment of inertia of the section of the element and L is the height of the section.

Перпендикул рное же к продольной оси элемента относительное перемещение обеих точек (разность стрел проX ч «.- Л11- .Perpendicular to the longitudinal axis of the element is the relative displacement of both points (the difference between the arrows is ProX h ".- L11-.

гиба) будет: . Как видно, последн   величина не зависит от продольной силы N и поэтому ее измерение может дать непосредственно величину изгибающего момента М. По сравнению с первым способом измерений этот способ, кроме возможности сокращени  количества примен емых при измерени х тензометров и возможности производства измерений на одной лишь грани элемента, может оказатьс  более точным.giba) will be:. As can be seen, the latter value does not depend on the longitudinal force N and therefore its measurement can directly give the magnitude of the bending moment M. Compared with the first measurement method, this method, besides the possibility of reducing the number of strain gauges used in the measurements and the possibility of making measurements on only one face element may be more accurate.

Действительно, если при одинаковой точности отсчета по тензометрам и по предлагаемому прибору мы получаем величину изгибающего момента в пер /AI -Д.И, 2EI BOM случае М i, у ---, а воIndeed, if, with the same accuracy of reference, we use the strain gauges and the proposed device to obtain the magnitude of the bending moment in trans / AI-D.I, 2EI BOM in case M i, y ---, and

2EI2EI

втором случае ,-, то приsecond case, then,

точность второго способа измерени  будет большей. Следовательно, независимо от преимуществ установки приборов лищь на одной поверхности исследуемого элемента, способ измерени  изменени  кривизны элемента будет более точным при тонких стержн х , когда толщина стержн  менее базы прибора. Так как выбор той или иной величины базы прибора зависит от интенсивности изменени  величины изгибающего момента по длине исследуемого стержн , то, принима  дл  элементов , изгибаемых более или менее гюсто нным изгибающим моментом, ббльшую базу / прибора, мы увеличим точность измерений, по сравнению с измерени ми с помощью тензометров с той же величиной базы /, в отношении the accuracy of the second measurement method will be greater. Consequently, regardless of the advantages of installing devices on one surface of the element under study, the method of measuring the change in curvature of the element will be more accurate with thin rods when the rod thickness is less than the base of the device. Since the choice of one or another base value of the device depends on the intensity of the change in the magnitude of the bending moment along the length of the rod being studied, then, taking the larger base / device for elements that are bent by a more or less bending moment, we will increase the measurement accuracy compared to using strain gauges with the same base value /, in relation to

-- (величины базы прибора к толщине- (device base thickness to thickness

исследуемого стержн ).investigated rod).

Прибор состоит из станины 1, жестко прикрепл емой с помощью винтов или струбцинки и одной точке элемента , рычажной системы, увеличивающей в определенном масштабе деформацию элемента и пружин щего прижима , прикрепл емого во второй точке элемента и передающего смещение второй точки относительно станины насистему рычагов. На чертеже дл  простоты рычажна  система изображена в виде одного рычага, служащего одновременно и стрелкой-указателем 2, дл  отсчета показаний прибора. В общем же случае при необходимости уменьщени  базы прибора и св занного с этим увеличени  масштаба рычажной передачи рычажна  система может состо ть из двух и более рычагов.The device consists of a frame 1, rigidly attached with screws or a clamp and one point of the element, a lever system that increases in a certain extent the deformation of the element and the spring clamp attached at the second point of the element and transfers the second point offset relative to the base to the lever system. In the drawing, for simplicity, the lever system is depicted as a single lever, which also serves as an arrow 2 for counting instrument readings. In the general case, if it is necessary to reduce the base of the device and the associated increase in the scale of the lever transmission, the lever system may consist of two or more levers.

Отмеченна  на чертеже щтрихами лини   вл етс  проекцией поверхности элемента, на которой установлен прибор , а стрелки / и // условно обозначают силы прижати  станины / и прижима 5, развиваемые струбцинками или прикрепл ющими прибор винтами.The line marked in the drawing is the projection of the surface of the element on which the device is mounted, and the arrows / and // conventionally indicate the pressing forces of the bed / and pressing 5, developed by clamps or screws that attach the device.

Продольные удлинени  или укорочени  поверхностных волокон стержн  не будут сказыватьс  на показани х прибора вследствие наличи  в прижиме 5 пружинной св зи 4, в виде упругой плоской пружины, котора  св зывает прижим 3 с одной из опор 5 прибора .Longitudinal elongation or shortening of the surface fibers of the rod will not affect the instrument readings due to the spring connection 4 in the clamp 5, in the form of an elastic flat spring that connects the clamp 3 to one of the supports 5 of the instrument.

Так как фактическое соприкасание станины / и прижима 3 с поверхностью элемента происходит не в точках , а на некотором прот жении, то дл  определени  истинного масщтаба прибора последний подвергаетс  тарировке на специальном калибромере.Since the actual contact of the frame / and clamp 3 with the surface of the element does not take place at points, but over a period of time, to determine the true scale of the instrument, the latter is calibrated using a special caliper.

Предмет изобретени Subject invention

Прибор дл  определени  изгибающих моментов в сооружени х, отличающийс  тем, что, с целью избежани  вли ни  на показани  прибора продольных сил, действующих в сооружении нар ду с изгибающими моментами, дл  управлени  указательной стрелкой применена пружинна  св зь 4, св зывающа  одну из опор 5 прибора с прижимом дл  указательной стрелки.An apparatus for determining bending moments in structures, characterized in that, in order to avoid affecting the instrument's indications of the longitudinal forces acting in the structure along with bending moments, a spring connection 4 is used to control the pointing arrow, connecting one of the supports 5 device with a clamp for the pointer.