СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА КРАТКОВРЕМЕННЫЙ ДИНАМИЧЕСКИЙ ИЗГИБ

Полезная модель относится к испытательной технике, а именно к машинам для испытания образцов на динамический изгиб, возникающий при ударе.
st
Известна испытательная машина для динамических испытаний железобетонных элементов на ударную нагрузку при помощи энергии падающего груза, представленная в сборнике: Impact: Eff. Fast Transient Loadings: Proc.1 Int. Conf.Eff. Fast Transient Loadings. Lausanne, p.37-65. Название статьи: Constitutive modeling of concrete under impact loading (Определяющие соотношения для бетона под действием ударной нагрузки). Авторы: John. R., Shah S.P. Машина включает в себя нагружающее устройство, состоящее из бетонного основания, колонн, груза, силового привода нагружения, электротензометрического датчика силы, датчика деформаций, датчика ускорений, датчика скорости и оптического измерительного блока подключенного к ЭВМ. Этой машиной обеспечивается испытание железобетонных элементов на изгиб. Достоверность испытаний повышается за счет автоматического вычисления напряжений и деформаций от изгиба.
Однако данная испытательная машина не позволяет исследовать полную работу элементов при кратковременном динамическом изгибе. В частности не обеспечивается возможность измерения опорных реакций, скорости падения груза и перемещений балки во времени в отдельных ее точках.
Известна установка для испытания балок, представленная в журнале «Бетон и железобетон» №5, 1969 г., с.29. Установка состоит из опорных и загрузочных седел, жестко смонтированных на силовом полу, опорных
захватов, загрузочных башмаков, поворотного кронштейна, поворотной траверсы, разъемной тяги с муфтой, пружинного динамометра (силоизмерителя), роликовых подшипников, опорных шарниров, катков, загрузочной траверсы. Данная установка позволяет испытывать железобетонные элементы на изгиб при статическом нагружении, но не позволяет исследовать полную работу при кратковременном динамическом поперечном изгибе, который, как показали теоретические исследования, в некоторых случаях, возникают при эксплуатации железобетонных конструкций.
Из уровня техники известны стенды, которые позволяют исследовать железобетонные элементы на кратковременный динамический изгиб, возникающий при ударных нагрузках, осуществляемых копровой установкой. Эти стенда защищены патентами РФ на полезные модели №53776 и №48225.
За прототип принят стенд для испытания железобетонных элементов на косое внецентренное кратковременное динамическое растяжение по патенту РФ на полезную модель №48225. Стенд по прототипу содержит: опорные элементы, смонтированные на силовом полу, дополнительные опоры, расположенные по обе стороны от нагружающего устройства, дополнительные траверсы, установленные на этих опорах; тяжи, концы которых закреплены в дополнительных траверсах, три металлические пластины, ролики, загружающую траверсу, силоизмеритель и домкрат. Нагружающее устройство выполнено в виде копровой установки, мачты которой снабжены ограничителем движения груза. Один ролик размещен неподвижно в вырезе одного опорного элемента, другой - в вырезе второго опорного элемента с возможностью горизонтального перемещения, две металлические пластины размещены на роликах, а третья закреплена на выпусках арматуры железобетонного элемента. Траверсы выполнены с отверстиями для пропуска выпусков арматуры железобетонного элемента. Домкрат установлен между третьей металлической пластиной и
дополнительной траверсой. Опоры для дополнительных траверс выполнены с возможностью регулирования их высоты. Данный стенд позволяет испытывать железобетонные элементы на внецентренное кратковременное динамическое растяжение и исследовать работу элемента при возникновении изгибающих моментов двух плоскостей и действии продольной растягивающей силы. При эксплуатации возникают разные виды изгибов, в том числе и не зажатых и не растянутых в продольном направлении железобетонных элементов. Для получения более достоверных данных важно соотнести возникающий изгиб при ударе не только с величиной силы удара, но и в зависимости от скорости падающего груза, а также определить распределенные деформации по длине железобетонного элемента.
Задача полезной модели - обеспечить изгиб исследуемому железобетонному элементу и расширить диапазон исследуемых параметров при динамических исследованиях. Технический результат, на достижение которого направлена решаемая задача, заключается в создании напряженно-деформированного состояния, характеризующегося действием изгибающего момента при кратковременном динамическом нагружении, фиксации момента сброса груза и момента удара о железобетонный элемент и измерения деформаций, возникающих в железобетонном элементе при ударе.
Задача решена следующим образом.
Общим с прототипом является то, что заявляемое устройство содержит: смонтированные на силовом полу копровую установку с грузосбрасывателем, мачты 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.
Но, в отличие от прототипа это устройство содержит: акселерометры, один из которых установлен на грузосбрасывателе, другой - на
силоизмерителе, тензорезисторы, наклеенные на опорах под железобетонным элементом. Железобетонный элемент размещен на роликах через металлическую пластинку.
Также стенд снабжен системой страховки для ограничения прогиба железобетонного элемента, установленной на расстоянии максимально допустимого его прогиба. Что позволяет предохранять чрезмерные перемещения балки и, вследствие чего, обеспечивают сохранность используемых для измерения приборов и датчиков.
На датчик силоизмеритель добавлены демпфирующие прокладки, позволяющие растянуть действие кратковременной динамической нагрузки во времени.
Поскольку заявляемый стенд, как и в прототипе, снабжен системой, состоящей из грузосбрасывателя и держателя груза и грузосбрасывателя, данная система срабатывает по команде запуска эксперимента и дает возможность предотвратить самопроизвольное отцепление груза, что обеспечивает безопасную подготовку к проведению эксперимента и возможности полной фиксации показаний измерительных приборов и датчиков.
На грузосбрасывателе и на силоизмерителе расположены акселерометры, позволяющие фиксировать момент начала падения груза и в дальнейшем вычислить временной интервал падения груза, что даст возможность определять скорость падения груза и ускорение в момент удара по балке. Наличие тензорезисторов под железобетонным элементом обеспечивает фиксацию силы опорных реакций, возникающих при ударе и изменение опорных реакций во времени.
Следовательно, заявляемый стенд позволяет более полно исследовать параметры, которые характеризуют напряженно - деформированное состояние железобетонной балки в момент изгиба под действием кратковременной динамической нагрузки.
Полезная модель пояснена чертежами. На фиг.1 приведен общий вид стенда для испытаний; на фигуре 2 - вид его спереди, на фиг.3 - вид сбоку
Конструкция стенда установлена на силовом полу 1, для обеспечения жесткого закрепления. Она включает опоры 2, копровую установку 3. На опоры 2 наклеены тензорезисторы, и они, по сути, являются динамометрическими. На динамометрические опоры 2 установлен экспериментальный образец 5. Расчетная схема - шарнирно-опертая балка. Под экспериментальным образцом 5 расположена система страховок 4, выполненная во избежание повреждения измерительных приборов. Она ограничивает движение образца 5 и находящейся на нем загрузочной траверсы 6. Система страховки 4 установлена на расстоянии максимально допустимого прогиба от экспериментального образца 5. С помощью загрузочной траверсы 6 нагрузка передается на балку в четвертях расчетного пролета. К загрузочной траверсе 6 жестко прикреплен силоизмеритель 7, который фиксирует величину динамической нагрузки. На силоизмеритель 7 (фиг.1, 2) сверху установлены демпфирующие прокладки 8, которые позволяют растянуть действие кратковременной динамической нагрузки во времени. На силоизмерителе 7 расположен акселерометр 9, фиксирующий время начала действия динамической нагрузки. Отцепление груза 11, например массой 400 кг, происходит с помощью грузосбрасывателя 12. На мачтах копровой установки 3 смонтированы страховочные элементы 10 для фиксации груза 11 после удара (фиг.1, 2). Грузосбрасыватель 12 срабатывает по команде запуска эксперимента и нажатии кнопки запуска фиксирующей системы. На грузосбрасыватель 12 установлен акселерометр, фиксирующий момент времени начала падения груза. Грузосбрасыватель 12 на заданной высоте держит система держателей груза и грузосбрасывателя 13, которая обеспечивает точную фиксацию груза 11 на необходимой высоте и предохраняет груз от самопроизвольного незапланированного отцепления. Экспериментальный образец 5 установлен на динамометрические опоры 2
через металлическую пластину 14 (фиг.3), а загрузочная траверса 6 уложена на экспериментальный образец 5 через металлическую пластину 15. Металлическая пластина 14 размещена на роликах, помещенных в вырезах динамометрических опор 2.
Работа устройства заключается в следующем. Ударная нагрузка создается массой падающего груза 11. Силу удара можно варьировать путем изменения массы груза 11 и высоты падения груза. Для получения данных о напряженно-деформированном состоянии экспериментального образца используется комплекс стандартных измерительных приборов. В момент отцепления груза срабатывает акселерометр на грузосбрасывателе 12, информация с которого поступает на измерительный комплекс, который записывает акселерограмму изменения ускорений датчика. При ударе груза 11 об экспериментальный образец 5 срабатывает акселерометр 10, находящийся под силоизмерителем 7. Информация с акселерометра 10 также поступает на измерительный комплекс. Затем при обработке результатов показаний акселерометров можно определить время падения груза заданной массы с заданной высоты путем разности показаний акселерометра 10 и акселерометра на грузосбрасывателе. Зная время падения груза и высоту падения, можно определить скорость падения груза и ускорение груза в момент удара. При ударе груза 11 об экспериментальный образец 5 кинетическая энергия удара переходит в потенциальную энергию, которая тратится на разрушения образца. В железобетонном образце 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 силоизмерителем 7. Величина опорных реакций фиксируется путем обработки показаний тензорезисторов, наклеенных на динамометрические опоры. 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.