بخشی از مقاله
خلاصه
از جمله موارد مهم مرتبط با حفر تونل ابزاربندی آن و اطلاع از میزان تنش در مراحل مختلف احداث است که این امر با استفاده از سلول فشار انجام میگیرد. در این تحقیق روند مراحل طراحی و ساخت چهار فشار سنج نوع هیدرولیکی بررسی شده است. دو فشار سنجهای مذکور دارای ظرفیت 40 بار و ضخامت سطح حساس 1 میلیمتر و دو عدد دیگر دارای ظرفیت 20 بار و ضخامت سطح حساس 0.5 میلیمتر بودند. منحنیهای کالیبراسیون هر فشار سنج دارای تکرارپذیری مناسبی بودند. اختلاف ضرایب حساسیت دو نمونه 20 بار قابل قبول بودند، در حالیکه مقادیر مربوط به دو نمونه 40 بار با یکدیگر اختلاف زیادی داشتند. همچنین ضخامت کمتر سطح حساس سلولهای 20 بار باعث افزایش مقادیر تنش سنجیده شده بوسیله آنها بود.
. 1 مقدمه
ا در بین مراحل مراحل ابزاربندی تونل و سایر فضاهای زیرزمینی، برآورد صحیح تنش از اهمیت خاصی برخوردار است، زیرا اطلاع دقیق از روند تغییرات آن تاثیر زیادی بر کنترل فرضیات اولیه طراحی و پایداری سازه دارد. مقادیر تنش را میتوان با استفاده از روشهای تئوری به سادگی تعیین کرد ولی تعیین مقادیر واقعی آن کاری به مراتب دشوارتر است.
فشار سنجها ابزارهای مناسب برای اندازهگیری تنش در سازههای مورد نظر هستند. فشار سنجها به دو دسته کلی هیدرولیکی و دیافراگمی تقسیم میشوند که نوع هیدرولیکی آن دارای کاربرد بیشتری است. در ارتباط با عوامل موثر بر نتایج حاصل از فشار سنجها در کنار مواردی همچون نحوه جایگذاری، نسبت ابعاد ابزار و توزیع تنش در صفحه آن میتوان به نکاتی همچون مشخصات مواد به کار رفته در سلول فشار، میزان دقت به کار رفته در مراحل مختلف طراحی و ساخت دستگاه و به تبع آن کالیبراسیون اولیه فشار سنج اشاره کرد.
هدف از این تحقیق آشنایی کامل با مراحل مختلف طراحی و ساخت فشار سنج نوع هیدرولیکی، کالیبراسیون اولیه آن و بررسی تاثیر ضخامت سطح حساس آن بر نتایج حاصل از کالیبراسیون آن است.
.2 انواع فشار سنجهای هیدرولیکی
1.2 سلول فشار سنج زمین و بتن
این فشار سنج برای اندازهگیری فشار کل در حفرات زمین، خاکریزها، تونلها، پایهها و تنش در توده بتنی طراحی شده است. این فشارسنج شامل یک بخش انعطافپذیر و یک کپسول دایرهای مسطح است که از دو دیسک از فولاد ضد زنگ که به یکدیگر در لبهها جوش خوردهاند، تشکیل شده است. فضای خالی باریک بین لبهها با یک سیال پر شده است
شکل-1 سلول فشار سنج زمین و بتن
فشار ایجاد شده به وسیله بتن یا زمین بر روی سلول اعمال شده و از طریق سیال موجود در کپسول فشار به یک دیافراگم منتقل میشود که از یک طرف به سیم تحت کشش و از طرف دیگر به مبدل، متصل است. تغییرات فشار در مایع به وسیله ابزارهای خاصی اندازهگیری میشود و به صورت تغییرات فرکانس، ثبت میگردد. تغییرات فرکانس نیز به سیگنالهای الکتریکی تبدیل شده و به واحد قرائت فرستاده میشود
2.2 سلول فشار بتن پاشی
این سلول برای اندازهگیری تنشهای مماسی و شعاعی در دیواره و لاینینگ تونلها استفاده میشود. این سلول، شامل یک کپسول مستطیلی مسطح است که در مقابل فشارها و تنشهای ناگهانی مقاومت دارد. کپسول فشار، شامل دو صفحه مستطیلی است که در امتداد لبهها به هم جوش شدهاند. فاصله خالی باریک بین این دو صفحه با یک سیال مخصوص پر شده است. نحوه عملکرد این نوع از سلولهای فشار نیز مشابه نوع سلول فشار بتن و زمین است
شکل .2 سلول فشار بتن پاشی
.3 معرفی طرح
ح هدف از انجام این طرح، طراحی، ساخت و کالیبراسیون چهار فشار سنج هیدرولیکی با ویژگیهای متفاوت است، تا بتوان با توجه به نتایج به دست آمده تاثیر پارامترهای مورد نظر بر روی عملکرد آنها را بررسی کرد. سلولهای فشار ساخته شده شامل دو سلول با ظرفیت 40 بار و دو سلول با ظرفیت 20 بار است. ضخامت سطوح حساس فشار سنجهای 40 بار و 20 بار به ترتیب برابر با 1 و 0.5 میلیمتر هستند.
.4 قطعات مختلف جهت ساخت سلولهای فشار
1.4 صفحه سلب و سطح حساس
صفحه سلب سلول فشار از جمله مهمترین قسمتهای آن است که سطح حساس و لولههای فشار سنج به آن متصل هستند. جنس فولاد به کار رفته در صفحه سلب فشار سنجها از نوع st52 است. سطوح حساس فشار سنجها از جنس استیل زنگ نزن نوع 304 است. همچنین سطوح حساس طراحی شده برای هر دو نوع فشار سنج دارای قوسی به اندازه 6.5 میلیمتر در قسمت مرکزی خود است
شکل -3 نمایی از سطح حساس و صفحه صلب طراحی شده .[4]
2.4 لولههای فشارسنج
هر فشار سنج دارای دو لوله است، یکی از آنها برای اتصال گیج فشار به صفحه سلول و دیگری لوله جبران افت فشار است. لوله مورد اشاره اول از جنس استیل زنگ نزن 304 انتخاب شد، همچنین برای عدم ایجاد درزه و شکاف در هنگام فشرده شدن جنس لوله دوم از نوع استیل بدون درز 316 انتخاب شد
شکل -4 نمایی از لولههای به کار رفته در فشار سنجها
3.4 تبدیلهای مکانیکی
در سلولهای فشار ساخته شده دو دسته تبدیل مختلف به منظور: اتصال لوله به گیج فشار و اتصال دو قسمت مختلف لوله جبران افت فشار به کار رفته است
