Monitorovacie práce v teréne na technologických konštrukciách

• Foto

EXPERIMENTÁLNE OVERENIE FUNKČNOSTI SNÍMAČOV
Snímače
Inštalované boli tri typy snímačov:

• fóliové odporové 1-LY61-6/120 od firmy HBM (obr. 1) lepené na konštrukciu pomocou epoxidového lepidla X-60. Snímače sú aplikované spolu s kompenzačnými, ktoré eliminujú prídavné napätia od vplyvu teploty. Zapojenie je riešené ako polomost.
• magneto-elastický typ snímača (obr. 2), ktorý bol vyvinutý na SAV v Bratislave. Hlavnou výhodou snímača pomerných pretvorení podľa dodávateľa je jeho vysoká linearita, teplotná nezávislosť a odolnosť proti vlhkému prostrediu. Jeho výstupný signál je o niekoľko rádov vyšší ako výstupný signál odporových tenzometrov. Vďaka tomu sa znižuje náročnosť na zosilňovanie a úpravu výstupného signálu na ďalšie spracovanie a vyhodnocovanie, čo sa najviac oceňuje pri inštalácii a meraniach v náročných podmienkach a ťažko prístupných priestoroch. Taktiež predpokladané skreslenie výsledkov je menšie.

Konštrukčné riešenie snímača má mať vysokú odolnosť proti vplyvom prostredia. Vytváraním viac-snímačových meracích uzlov meranie umožňuje monitorovať správanie sa prakticky ľubovoľného počtu sledovaných miest.

• strunové (frekvenčné) snímače série 4 100 od firmy Geokon (obr. 3). Snímač pracuje na základe zmeny frekvencie vibrácie snímacieho drôtiku. Frekvencia sa mení na základy napnutia drôtiku medzi podperami snímača, ktoré sú bodovo privarené priamo na konštrukciu. V snímači je priamo zabudovaný teplomer, snímajúci teplotu konštrukcie a jej blízkeho okolia.

LABORATÓRNE SKÚŠKY SNÍMAČOV
Úlohou laboratórneho experimentu je overiť zhodnosť nameraných hodnôt z troch typov snímačov pri troch smeroch pôsobenia zemného tlaku na snímače v zemine rôznych vlhkostných pomerov za predpokladu rovnakého napätia v meranej konštrukcii. Na meranie bola zostrojená zaťažovacia stolica (obr. 4).

Súčasťou zaťažovacieho zariadenia je aj vodotesná vanička (obr. 5), ktorá bude zasypaná zeminou a následne v nej budú menené vlhkostné pomery. Tri vzorky z oceľového plechu hr. 6 mm sú čapovo (kĺbovo) pripojené na ťahadlá z vysokopevnostných závitových tyčí M 24, ktoré sú zachytené do priečnikov – pevného a posuvného. Polohu posuvného priečnika je možné meniť pomocou dvojice hydraulických lisov a elektricky riadeného čerpadla tak, že vo všetkých vzorkách sa mení napätie rovnomerne. Posuvný priečnik je možné zastabilizovať v určitej polohe a tak vytvoriť konštantné predpätie vzoriek. Vzorky sú pootočené do rôznych polôh, aby po zasypaní zeminou bol simulovaný zemný tlak na snímače z rôznych smerov.

Meranie bolo spustené v mesiaci júl 2011 a predpokladaný termín ukončenia je december 2012, kedy budú aj výsledky vyhodnocované. Úlohou experimentu je overiť zhodnosť nameraných hodnôt z troch typov snímačov pri troch smeroch pôsobenia zemného tlaku na snímače v zemine rôznych vlhkostných pomerov za predpokladu rovnakého napätia v meranej konštrukcii. Čiastkové výsledky sú na obrázkoch 6 až 9. Pred samotným vyhodnotením je nutné snímače okalibrovať a merané hodnoty upraviť kompenzačným koeficientom.

Na dosiahnutie korektných výsledkov z tenzometrických meraní je dôležitý správny výber druhu snímačov do daného prostredia. Ďalej je nutné poznať ich správanie sa v danom prostredí a hlavne ich životnosť. Jedným z najdôležitejších faktorov je prevedenie kvality montáže a správna metóda vyhodnocovania. Keď sú splnené všetky tieto podmienky je veľký predpoklad, že namerané hodnoty sú relevantné a zodpovedajú skutočnej napätosti konštrukcie.

SILÁ
Dlhodobé monitorovanie slinkového sila
Od roku 2009 Katedra kovových a drevených konštrukcií spolupracuje s firmou Holcim a. s. na monitoringu rekonštruovaného slinkového sila. Monitoring prebieha prostredníctvom sledovania zmeny napätia steny sila v reakcii na zmenu stavu naplnenosti slinkom a od zmien teploty spôsobenej oslnením konštrukcie.

Na silo bolo inštalovaných 16 fóliových tenzometrov HBM, z ktorých osem je jednosmerných 1-LY61-6/120 a osem krížových 1-XY91-6/120. Prvá fáza realizácie experimentu začala 1. – 3. 12. 2009, kedy boli nainštalované tri tenzometre. Aj napriek nepriaznivým podmienkam, kedy teplota poklesla pod 5 °C, čo prakticky znemožnovalo prácu s lepidlom, ktoré za daných podmienok tvrdne neúnosne dlho sa podarilo tieto tri tenzometre uviesť do prevádzky. Tak bolo možné overiť, či nami navrhnuté izolačné opatrenia sú postačujúce a tenzometre prečkajú zimu v neporušenom stave.

Po zlepšení poveternostných podmienok a overení funkčnosti už inštalovaných tenzometrov sa v dňoch 19. 4. – 10. 5. 2010 prikročilo k inštalácii zostávajúcich tenzometrov vo výškach približne 5,5 m, 6,7 m, 8,0 m a 10,5 m.

Monitoring sila bol plánovaný na jeden rok, ale prebieha do dnešných dní, a preto môžeme povedať, že izolačné opatrenia sú dostatočné a dokážu ochrániť aj tenzometer určený prevažne do laboratórnych podmienok.

Monitorovanie sila z vlnitého plechu
Následne bol realizovaný v dňoch 29. 6. – 8. 7. 2011 monitoring zmeny napätia na stene sila z vlnitého plechu pri napĺňaní repkou.

V tomto prípade sa nejednalo o dlhodobý experiment a preto nebolo potrebné riešiť ukončenie meracích káblov v meracích skrinkách. Taktiež neboli inštalované ani kompenzačné tenzometre, nakoľko sa nepredpokladala významná zmena okolitej teploty. Pre dopočítanie zmeny napätia od zmeny teploty bola teplota sila monitorovaná.

Na sile boli inštalované tri meracie miesta, kde každé pozostávalo z tenzometrov umiestnených na konkávnej a konvexnej časti vlny a na spojniciach medzi týmito časťami. Tenzometre boli chránené proti vlhkosti, aby sa nepoškodili počas piatich dní, kedy sa silo napĺňalo repkou.

ZÁVER
Výsledky laboratórnych a terénnych experimentov realizovaných katedrou kovových a drevených konštrukcií slúžia na aj overenia presnosti a funkčnosti meracích aparatúr pre dané podmienky.

Veľkým pozitívom terénnych experimentov je, že sa podarilo uchovať monitorovací vo funkčnom stave aj pri nepriaznivých poveternostných podmienkach s relatívne dlhou dobou životnosti, čím boli overené nami navrhnuté a realizované izolačné opatrenia. Výsledkom aj z týchto experimentov bude v konečnom dôsledku upresnenia použitia jednotlivých typov tenzometrických snímačov a prípadne spôsob ich ochrany pre zvýšenie životnosti meracej aparatúry.

Materiál byl prezentován na Konferenci OK 2011 v Hustopečích.

Monitoring Works in Terrain on Technological Construction
Department of Metal and Wooden Constructions executes many experimental works in its laboratories as well as in the field. One of its field areas is diagnosis of uranium on the transit gas pipeline and forces. In most of them foil resistance HBM tensometers were used, glued to the construction together with compensation tensometers. In laboratory short-term measurements, these scanners showed good and applicable results. During the long-term measurements or during measurements in terrain conditions the uncertainty of measurement was higher, therefore it is necessary to find suitable scanner that will be resistant to extreme conditions, such as measurement of pipeline tightness directly in terrain underground. Reliability of three scanners are verified – foil resistant (HBM), magnetic-elastic (Slovenská academia vied/Slovak Academy of Science) and string scanners (Geokon).

Autoři

• prof. Ing. Brodnianský Ján PhD.
• Ing. Magura Martin PhD.
• Ing. Klas Tomáš PhD.