СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ФИКСИРОВАННОЙ СТЕПЕНЬЮ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ОБЖАТИЯ НА СТАТИЧЕСКИЙ ИЗГИБ

Полезная модель относится к испытательной технике, а именно к испытательным стендам для проведения испытаний на поперечный изгиб при статическом нагружении в условиях ограниченного горизонтального смещения железобетонного элемента.
Известен стенд для испытания железобетонных элементов на кратковременный динамический изгиб по патенту РФ на полезную модель №77433. Стенд содержит: смонтированные на силовом полу копровую установку с грузосбрасывателем, мачты (направляющие) которой снабжены ограничителем хода груза, опоры для железобетонного элемента, в вырезах которых установлены ролики, причем один - неподвижно, второй - с возможностью горизонтального перемещения, загрузочную траверсу с закрепленным на ней силоизмерителем, установленную через металлические прокладки или металлическую пластину на железобетонном элементе, акселерометры, один из которых установлен на грузосбрасывателе, другой - на силоизмерителе, тензорезисторы, наклеенные на опорах под железобетонным элементом, систему страховки для ограничения прогиба железобетонного элемента, установленную на расстоянии максимально допустимого прогиба, демпфирующие прокладки, установленные на силоизмерителе. Груз закреплен на мачтах с возможностью вертикального перемещения, а также фиксации. Стенд позволяет исследовать напряженно-деформированное состояние железобетонных элементов под действием кратковременной динамической нагрузки.
Недостатком технического решения является то, что стенд не позволяет ограничить горизонтальное смещение торцевых сечений железобетонных балок и провести испытания на изгиб железобетонного элемента в условиях ограниченного горизонтального смещения при статическом нагружении.
Из уровня техники известен стенд для статических испытаний усиленных железобетонных элементов по патенту на полезную модель RU 134646, который позволяет испытывать железобетонные элементы на статический изгиб. Стенд содержит смонтированные на силовом полу две пары вертикальных направляющих, динамометрические опоры для концов железобетонного элемента и две загрузочные траверсы, установленные через собственные опоры и металлические прокладки на испытуемом железобетонном элементе. Одна из опор каждой загрузочной траверсы выполнена подвижной, другая - неподвижной. На каждой загрузочной траверсе установлен гидравлический домкрат, соединенный с насосной станцией, выполненной с возможностью фиксации разрушающей нагрузки. Сверху в гидравлический домкрат через металлический шар упирается упорная траверса, которая закреплена на вертикальных направляющих с возможностью вертикального перемещения и фиксации. В состав стенда входит узел усиления в виде шпренгельных затяжек и вложенных шпренгелей. Конструкция стенда позволяет проводить статические испытания предварительно напряженных железобетонных элементов. Но в реальных условиях железобетонные строительные элементы часто находятся в обжатом горизонтальном положении. Стенд по RU 134646 не позволяет исследовать напряженно-деформированное состояние таких элементов и определить возникающий распор при статическом нагружении в условиях ограниченного горизонтального смещения.
За прототип принят стенд для испытания железобетонных элементов на поперечный изгиб при статическом нагружении по патенту РФ на полезную модель №100255. Стенд по прототипу содержит: смонтированные на силовом полу вертикальные направляющие и динамометрические опоры для железобетонного элемента, в вырезах которых установлены ролики, причем в одном вырезе неподвижно, а в другом - с возможностью горизонтального перемещения, тензорезисторы, наклеенные на динамометрические опоры, загрузочную траверсу, установленную через металлические прокладки или пластину на железобетонном элементе, гидравлический домкрат, установленный на загрузочной траверсе и соединенный с насосной станцией, выполненной с возможностью фиксации разрушающей нагрузки. Стенд содержит металлический шар, дополнительные опоры для концов загрузочной траверсы, установленные на металлических прокладках или пластине. Одна дополнительная опора для загрузочной траверсы выполнена в виде шарнира и расположена со стороны неподвижного ролика, а вторая, расположенная со стороны подвижного ролика, выполнена неподвижной. Опоры для загрузочной траверсы расположены симметрично центру железобетонного элемента. Кроме этого, стенд содержит упорную траверсу, которая сверху через металлический шар упирается в гидравлический домкрат и закреплена на вертикальных направляющих с возможностью вертикального перемещения и фиксации
Данный стенд позволяет исследовать работу элементов при статическом изгибе от двух сосредоточенных сил, действующих, например симметрично относительно центра испытываемого элемента.
Однако данный стенд не позволяет ограничить горизонтальное смещение железобетонного элемента при статическом сверхнормативном поперечном изгибе.
Задача полезной модели - обеспечить ограничение горизонтального смещения железобетонного элемента при статическом сверхнормативном поперечном изгибе. Технический результат, на достижение которого направлена решаемая задача, заключается в контроле реакции распора возникающего при статическом нагружении в условиях горизонтального смещения, обусловленного фиксированным горизонтальным обжатием железобетонного элемента, и исследовании напряженно-деформированного состояния испытуемого железобетонного элемента в указанных условиях эксплуатации.
Задача решена следующим образом.
Общим с прототипом у заявляемого стенда для испытания железобетонных элементов с фиксированной степенью горизонтального обжатия на статический изгиб является то, что он содержит смонтированные на силовом полу вертикальные направляющие и динамометрические опоры для железобетонного элемента. В вырезах динамометрических опор установлены ролики, причем в одном вырезе неподвижно, а в другом - подвижно. Заявляемый стенд, как и прототип, содержит загрузочную траверсу, концы которой размещены на собственных опорах, установленных через металлические прокладки на железобетонном элементе. Со стороны неподвижного ролика опора для загрузочной траверсы выполнена подвижной, а со стороны подвижного ролика - неподвижной. Стенд содержит гидравлический домкрат, установленный на загрузочной траверсе и соединенный с насосной станцией, выполненной с возможностью фиксации разрушающей нагрузки, и упорную траверсу, которая сверху шарнирно, например, через металлический шар, упирается в гидравлический домкрат и закреплена на вертикальных направляющих с возможностью вертикального перемещения и фиксации. В состав стенда входит измерительная система.
В отличие от прототипа стенд согласно полезной модели с обоих торцов железобетонного элемента дополнительно содержит по две торцевые упорные траверсы, установленные последовательно. Одна из пары торцевых упорных траверс упирается в соответствующий торец железобетонного элемента, а вторая через опорную конструкцию установлена на силовом полу. Все торцевые упорные траверсы соединены между собой посредством тяжей с метрической резьбой и соответствующих резьбе гаек. На тяжах в продольном направлении установлены тензорезисторы, которые подключены к измерительной системе стенда.
Совокупность существенных признаков, характеризующих заявляемое устройство, в известных источниках информации не обнаружена, что подтверждает новизну полезной модели.
Полезная модель пояснена чертежом, на котором приведен общий вид стенда для испытаний.
Конструкция стенда смонтирована на силовом полу 1 и состоит из двух динамометрических опор 2, вертикальных направляющих в виде силовых штанг 3, испытываемой конструкции - железобетонного элемента 4, загрузочной траверсы 5, гидравлического домкрата 6, упорной траверсы 7. Динамометрические опоры 2 при помощи анкерных болтов (по четыре анкерных болта на каждую опору) крепятся к силовому полу 1, тем самым обеспечивая их жесткое опирание. Динамометрические опоры 2 выполнены необходимой высоты для обеспечения возможности расположения под испытываемым элементом системы измерительных приборов, таких, как датчиков перемещения, позволяющих фиксировать изменение перемещений балки в различных ее точках в процессе нагружения. Расстояние между динамометрическими опорами 2 ограничено длиной силового пола 1. Силовые штанги 3 одним концом закреплены при помощи гаек к силовому полу 1, а на свободные концы силовых штанг 3 установлена упорная траверса 7, местоположение которой по высоте обеспечивается гайками-фиксаторами. Испытываемая конструкция 4 установлена на динамометрические опоры 2 через распределительные металлические пластины, которые расположены на роликах, установленные в вырезах динамометрических опор. В вырезе одной опоры ролик установлен неподвижно, другой опоры - подвижно. Загрузочная траверса 5 установлена на испытываемую конструкцию 4 через распределительные металлические пластины 8, на которых установлены собственные опоры загрузочной траверсы 5: подвижная (шарнирная) 9 и неподвижная 10. Подвижная опора 9 расположена со стороны неподвижного ролика в вырезе динамометрической опоры, а неподвижная 10 со стороны подвижного ролика. На загрузочной траверсе 5 установлен гидравлический домкрат 6 (соединительные шланги и насосная станция на чертеже не показаны). Сопряжение гидравлического домкрата 6 с упорной траверсой 7 - шарнирное, через металлический шар. С обоих торцов испытуемого железобетонного элемента установлены торцевые упорные траверсы 11, 12, соединенные между собой посредством тяжей 13, 14 с метрической резьбой и соответствующими гайками. Для получения горизонтальной реакции на тяжах 13, 14 установлены тензорезисторы 15. Распорная конструкция (для фиксированного обжатия железобетонного элемента) создается за счет торцевых упорных траверс 16, 17, установленных на опорные конструкции, например из траверс 18, 19.
Работа устройства заключается в следующем. Предварительно задается начальное обжатие железобетонного элемента (балки) 4 при помощи динамометрического ключа в диапазоне 5…10% от расчетной величины горизонтальной реакции, приложенной к тяжам 13, 14 и регистрируемой при помощи тензорезисторов 15. Домкрат 6 подключен к насосной станции при помощи соединительных шлангов, по которым подается масло на поршень домкрата. При подаче масла в гидравлический домкрат, поршень выдвигается. Поскольку гидравлический домкрат располагается между упорной траверсой 7 и загрузочной траверсой 5, то возникает нагрузка, а поскольку упорная траверса 7 с силовыми штангами 3 и силовым полом 1 создают замкнутую раму, обладающую во много раз большой жесткостью, чем испытываемая конструкция, то таким образом создается давление гидравлического домкрата 6 на загрузочную траверсу 5 и далее через подвижную 9 и неподвижную 10 опоры на испытываемую конструкцию, торцевые сечения которой ограничены в горизонтальном смещении посредством траверс 11, 12, 16, 17, соединенных между собой тяжами 13, 14, что обеспечивает появление реакции распора. Наличие опор позволяет фиксировать испытываемые элементы и торцевые траверсы на заданной высоте для наложения горизонтальной связи.
Для получения данных о напряженно-деформированном состоянии экспериментального образца (железобетонного элемента) используется комплекс стандартных измерительных приборов, показания которых передаются в измерительную систему. В железобетонном элементе в середине его расчетного пролета возникает максимальный изгибающий момент. Балка получает определенные перемещения в отдельных точках. При достижении допустимого прогиба для конкретной конструкции происходит ее разрушение. Разрушающая нагрузка фиксируется насосной станцией, к которой подключен домкрат 6. Величина опорных реакций фиксируется путем обработки показаний тензорезисторов, наклеенных на динамометрические опоры 2, и на продольные тяжы 13, 14. Все используемые при эксперименте датчики и приборы непосредственно перед проведением экспериментальных исследований тарируются, вследствие чего получаются зависимости показаний конкретного датчика (прибора) на каждом этапе нагружения от показаний измерительной системы в относительных единицах. Переход к необходимым абсолютным единицам при обработке результатов эксперимента происходит путем умножения показаний системы для каждого датчика (прибора) на тарировочный коэффициент, полученный при тарировке.
Следовательно, заявляемый стенд позволяет дифференцированно осуществлять нагружение конструкции при статическом испытании. А именно, изменять величину прикладываемой нагрузки в зависимости от задач исследования. При этом появляется возможность производить замеры деформаций, возникающих в тяжах посредством тензорезисторов установленных и ориентированных продольно на тяжах и подключенных к измерительной системе, и контролировать величину возникающего распора.