Игорь Вячеславович Баклыков, канд. техн, наук, главный специалист отдела расчетных исследований гидротехнических сооружений, АО «Институт Гидропроект», Москва
e-mail: moscow_igor88@mail.ru
Igor V. Baklykov, Cand. Sci. (Engineering), Chief Specialist of the Department of Computational Studies of Hydraulic Structures, Hydroproject Institute JSC, Moscow
e-mail: moscow_igor88@mail.ru
Введение. Струнные тензодатчики деформаций, или тензодатчики струнного типа, являются высокоточными приборами, предназначенными для измерения деформаций в различных конструкциях, включая бетон. Эти устройства широко применяются при мониторинге сооружений. В основе работы таких датчиков лежит измерение изменений резонансной частоты натянутой струны в зависимости от приложенных усилий, что позволяет точно определять деформации в конструкциях. В статье рассматривается теоретическое обоснование при определении собственных колебаний струны в зависимости от силы натяжения и прикладываемых усилий.
Цель заключается не только в рассмотрении теоретической работы струнного датчика и описании колебаний струны, но и в оценке напряженно-деформированного состояния прибора при воздействии усилий. Также целью работы является проверка соответствия теоретических результатов с фактическими данными, получаемыми с помощью струнных датчиков, с численными экспериментами, выполненными на базе конечно-элементной модели датчика. Несмотря на многолетний опыт применения струнных датчиков, такие исследования в аналогичных условиях, с учетом специфики задачи и типов конструкций, еще не проводились.
Материалы и методы. Для анализа использованы аналитические методы расчета и метод конечных элементов для оценки напряженно-деформированного состояния струнных датчиков. Для проверки теоретических решений была выполнена верификация расчетов с использованием программного комплекса ANSYS.
Результаты. В результате проведенного анализа была разработана математическая модель для определения резонансной частоты струны, а также исследованы ее вибрационные характеристики. Кроме того, была выполнена верификация расчетов с использованием программного комплекса ANSYS и сравнены теоретические данные с фактическими измерениями, что подтвердило высокую точность расчетов. Приведенные результаты демонстрируют хорошее согласование теоретических моделей с реальными данными, что подтверждает надежность метода и его применимость в практике мониторинга напряжений в арматуре железобетонных конструкций.
Выводы. Таким образом, использование струнных тензодатчиков для мониторинга напряжений в арматуре железобетонных конструкций представляет собой перспективный и эффективный метод. Данная работа, с учетом проверки соответствия теоретических расчетов и фактических данных, а также верификации с помощью метода конечных элементов, подтверждает надежность разработанной методики расчета напряженно-деформированного состояния датчиков. Эти датчики обеспечивают точные данные о напряжениях в арматуре и могут использоваться для долговременного мониторинга в различных конструкциях, что повышает безопасность и долговечность объектов.
Introduction. String strain sensors, or string-type strain gauges, are high-precision devices designed to measure deformations in various structures, including concrete. These devices are widely used in the monitoring of constructions. The operation of these sensors is based on measuring changes in the resonant frequency of a taut string depending on the applied forces, which allows for precise determination of deformations in structures. This article presents the theoretical justification for determining the natural vibrations of a string depending on the tension force and applied forces.
Aim. The objective of this work is not only to analyze the theoretical behavior of the string sensor and describe the vibrations of the string, but also to evaluate the stress-strain state of the device under the influence of forces. Another goal of the work is to verify the consistency of the theoretical results with the actual data obtained from string sensors, compared with numerical experiments conducted using a finite element model of the sensor. Despite the long-standing use of string sensors, such studies in similar conditions, taking into account the specific nature of the problem and types of structures, have not yet been conducted.
Materials and methods. Analytical calculation methods and the finite element method were used to assess the stress-strain state of string sensors. To verify the theoretical solutions, calculations were performed using the ANSYS software package.
Results. As a result of the conducted analysis, a mathematical model was developed to determine the resonance frequency of the string, and its vibrational characteristics were also investigated. Additionally, the calculations were verified using the ANSYS software package, and the theoretical data were compared with actual measurements, which confirmed the high accuracy of the calculations. The results presented demonstrate good agreement between the theoretical models and real data, confirming the reliability of the method and its applicability in monitoring stresses in the reinforcement of reinforced concrete structures.
Conclusions. Thus, the use of string strain sensors for monitoring stresses in the reinforcement of reinforced concrete structures represents a promising and effective method. This work, including the verification of theoretical calculations against actual data and the validation through finite element modeling, confirms the reliability of the developed method for calculating the stress-strain state of the sensors. These sensors provide accurate data on stresses in the reinforcement and can be used for longterm monitoring in various structures, enhancing the safety and durability of the objects.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.