СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ АРМАТУРЫ
REINFORCEMENT TEST BENCH

Изобретение относится к области испытаний строительных изделий, а более конкретно к испытаниям арматуры для бетонных конструкций, в частности композитной арматуры, на механические воздействия, и может быть использовано для определения оптимального диаметра композитной арматуры в бетонных конструкциях, а также для определения несущей способности композитной арматуры в новых конструкциях при статическом и динамическом воздействиях.
Известен образец для определения физико-механических характеристик арматуры (варианты) (патент на полезную модель RU 43971, МПК G01N 3/08, опубл. 10.02.2005). Целью полезной модели является определение физико-механических характеристик арматуры: модуля упругости и прочности на растяжение при выполнении ее из композитного материала, например базальтопластика. Согласно первому варианту образец для определения физико-механических характеристик арматуры включает призму из бетона, размещенную в призме продольную арматуру, имеющую выпуск, дополнительную призму из бетона, в которой размещен выпуск арматуры, трубку из полимерного материала, например пластмассы, свободно расположенную на арматуре и ее выпуске с образованием полости, заполненной смазкой, например машинным маслом. Продольная арматура с выпуском выполнена из композитного материала, например базальтопластика. Призмы примыкают основаниями друг к другу, при этом на противоположных основаниях призм образца расположены приспособления для передачи нагрузки на образец. Трубка установлена в средней части образца и имеет на внешней поверхности смазку, например машинное масло, причем длина трубки равна начальной расчетной длине образца. По второму варианту образец для определения физико-механических характеристик арматуры включает призму из бетона и размещенную в призме продольную арматуру, имеющую выпуск, дополнительную призму из бетона, в которой размещен выпуск арматуры, вставку из низкомодульного материала, например пенопласта. Продольная арматура с выпуском выполнена из композитного материала, например базальтопластика. Призмы обращены основаниями друг к другу, а вставка свободно установлена на арматуре и ее выпуске между указанными основаниями и имеет длину, равную начальной расчетной длине образца. Приспособления для передачи нагрузки на образец расположены на противоположных основаниях призм образца.
Недостатками известного образца в обоих вариантах являются: низкая точность определения модуля упругости из-за приравнивания перемещений призм из бетона к относительным деформациям арматуры. А также то, что сплошное прилегание призм из бетона друг к другу не дает возможности визуального контроля процесса определения физико-механических характеристик арматуры.
Известен способ испытания арматурного стержня (авторское свидетельство СССР №881613, МПК G01N 33/38, опубл. 15.11.1981), в котором приведена схема устройства для выдергивания арматуры из бетонного образца. Бетонный образец с забетонированным по центру арматурным стержнем устанавливают на неподвижной опоре. На бетонном образце размещена пружина с подвижной плитой, имеющей центр и снабженной приборами. Плита пропущена в арматурный стержень и закреплена цанговым захватом. Между плитой и прессом установлена сварная рамка.
Недостатком известного технического решения является массивность технологической оснастки, так как повышается трудоемкость монтажа, небезопасность работы с преднапряженной пружиной, а также сложность выдергивания арматурного стержня из бетонного образца.
Известна установка для испытания композитной арматуры, выбранная за прототип (патент на полезную модель RU 143491, МПК G01N 3/00, опубл. 27.07.2014), включающая узел крепления нижнего конуса композитной арматуры в виде бетонной призмы с композитной арматурой. На поверхности бетонной призмы над композитной арматурой расположена опорная плита с центральным сквозным отверстием, причем диаметр отверстия превышает "конус" разрушения бетона. На опорной плите установлен прибор для создания вертикального усилия, снабженный электронным динамометром и закрепленный гайкой, а узел подъема композитной арматуры выполнен в виде шпильки с наружной резьбой и внутренним сквозным отверстием для пропускания верхнего конца композитной арматуры, опирающейся в переходную муфту с внутренним конусообразным отверстием для цангового зажима. Цанговый зажим обжимает верхний конец арматуры. Конструкция прототипа позволяет получить параметры прочности анкеровки композитной арматуры в бетоне при действии выдергивающего усилия.
Недостатком известной установки является то, что она позволяет получить только данные по прочности анкеровки в бетоне арматурного стержня при статическом воздействии.
Задачей изобретения является расширение области испытаний арматуры.
Технический результат заключается в получении точных параметров прочности анкеровки арматурного стержня в бетоне при статических и динамических воздействиях и определении физико-механических параметров арматурного стержня при растяжении при статическом и динамическом воздействиях.
Задача и технический результат достигаются следующим образом.
Заявляемый в качестве изобретения стенд для испытаний арматуры, как и прототип, содержит опорный элемент с центральным сквозным отверстием для соосного вертикального размещения в нем арматуры, крепление для нижнего конца арматуры и устройство для создания вертикального усилия на арматуру.
В отличие от прототипа опорный элемент в заявляемом стенде выполнен в виде опорной трубы с днищем для опирания нижнего конца арматуры и с симметричными боковыми вырезами в нижней части опорной трубы. Крепление для верхнего конца арматуры установлено на опорной трубе. Крепление для нижнего конца арматуры выполнено в виде траверсы, которая установлена горизонтально в вырезах опорной трубы и выполнена из двух скрепленных между собой болтовыми соединениями швеллеров. Концы траверсы выступают за пределы опорной трубы. В отличие от прототипа устройство для создания вертикального усилия состоит из нагружающего устройства и грузовой металлической трубы, установленной коаксиально опорной трубе и выполненной с заглушенным концом, который опирается на крепление с верхним концом арматуры, при этом нижним концом грузовая труба опирается на выступающие концы траверсы. Толщина стенок грузовой трубы составляет не менее 5 мм.
Крепление для верхнего конца арматуры может быть выполнено в виде бетонной призмы с центральным отверстием для установки арматуры или в виде двух уголков, жестко скрепленных между собой болтовыми соединениями, расположенными вне центра указанного уголкового элемента.
В качестве нагружающего устройства при динамическом воздействии на арматуру использована копровая установка, а опорная труба установлена на жесткое неподвижное основание копровой установки. Грузовая труба в этом случае оснащена сверху датчиком-акселерометром.
В случае статического воздействия на арматуру в качестве нагружающего устройства использован гидравлический пресс, а опорная труба установлена на опорную плиту пресса.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «новизна».
Из уровня техники не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого стенда, что подтверждает соответствие заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется чертежами, где:
На фиг. 1 представлена грузовая труба с установленным сверху датчиком-акселерометром.
На фиг. 2 показана установка арматуры для проведения испытаний с закрепленным в бетонной призме верхним концом.
На фиг. 3 показана установка арматуры для проведения испытаний с закрепленным верхним концом в уголковом элементе.
На фиг. 4, фиг. 5 изображена схема воздействия на арматуру в процессе испытаний с закреплением ее верхнего конца в бетонной призме и в уголковом элементе соответственно.
Условие патентоспособности «промышленная применимость» доказано на примере конкретного выполнения стенда.
Стенд для испытаний арматуры состоит из опорной трубы 3 с арматурой 1 (исследуемым арматурным стержнем), грузовой трубы 5, передающей статическое или динамическое воздействие от нагружающего устройства в виде установки или гидравлического пресса (на чертежах не показаны).
Согласно изобретению арматурный стержень 1 представлен в виде металлической арматуры, имеющей периодический профиль, или неметаллической арматуры, например стеклопластиковой, который имеет уширения на концевых участках. Арматурный стержень 1 верхним концом закреплен в бетонной призме 2 (фиг. 2) или в уголковом элементе 7 (фиг. 3), выполненном из двух уголков, скрепленных между собой болтовыми соединениями не менее чем в четырех точках. Причем бетонная призма 2 и уголковый элемент 7 установлены таким образом, чтобы обеспечивалось плотное опирание на опорную трубу 3. Арматурный стержень 1, закрепленный в бетонной призме 2 или в уголковом элементе 7, проходит внутри опорной трубы 3, имеющей в нижней части вырезы, необходимые для пропуска траверсы 4 и не препятствующие свободному перемещению траверсы 4. Траверса 4 выполнена из двух скрепленных между собой болтовыми соединениями швеллеров таким образом, чтобы закрепленный по центру между двумя швеллерами арматурный стержень 1 воспринимал центральную осевую растягивающую нагрузку. На траверсу 4 устанавливается грузовая труба 5 таким образом, чтобы было обеспечено равномерное опирание грузовой трубы 5 на траверсу 4 и, соответственно, передача статического или динамического воздействия центрально по оси арматурного стержня 1. При этом грузовая труба 5 выполнена металлической с толщиной стенки не менее 5 мм, обеспечивающей жесткость и недеформируемость при расчетном статическом или динамическом воздействиях.
В варианте исследования арматурного стержня на динамическое воздействие грузовая труба 5 оснащена датчиком-акселерометром 6, контролирующим приходящее динамическое воздействие. В случае исследования арматурного стержня на статическое воздействие приходящая нагрузка контролируется автоматизированным прессом, например прессом гидравлическим для испытания строительных материалов П-250.
Испытания арматуры на статическое и динамическое воздействия осуществляется в следующей последовательности. В том случае, когда исследуется прочность анкеровки арматурного стержня в бетоне, исследуемый стержень 1 закрепляется в бетонной призме 2 на стадии изготовления (бетонирования) призмы 2. Изготовленная бетонная призма 2 выдерживается в течение 28 суток при нормальных условиях (температура окружающей среды +20 (±2)°С при относительной влажности не менее 90%) для набора прочности бетона. В случае когда исследуется предел прочности при растяжении, арматурный стержень 1 закрепляется в уголковом элементе 7, выполненном в виде двух скрепленных между собой болтовым соединением металлических уголков. Далее арматурный стержень 1, закрепленный в образце 2, устанавливается на опорную трубу 3 таким образом, чтобы было обеспечено симметричное опирание образца 2 на опорной трубе 3. Опорная труба 3 устанавливается на жесткое неподвижное основание копра для динамических испытаний строительных конструкций в случае исследования предела прочности анкеровки в бетоне или при растяжении на динамическое воздействие или на опорную плиту пресса, например пресса гидравлического для испытания строительных материалов П-250, в случае исследования предела прочности анкеровки в бетоне или при растяжении на статическое воздействие. Сквозь опорную трубу 3 проходит траверса 4, на которой закреплен арматурный стержень 1, служащая для передачи статического или динамического воздействий для всех видов испытаний. Траверса 4 устанавливается ровно по центру арматурного стержня 1, чтобы было обеспечено равномерное распределение воздействия, приходящего на арматурный стержень 1. На траверсу 4 устанавливается грузовая труба 5, имеющая в верхней части датчик-акселерометр 6, позволяющий контролировать приходящую на арматурный стержень 1 нагрузку. Датчик-акселерометр 6 подключается к специальному компьютеру, регистрирующему показания датчика во время проведения испытаний. Конструкция с закрепленной арматурой помещается в пресс, предназначенный для испытания конструкций на сжатие, например П-250, после чего производится постепенное загружение грузовой трубы 5 до достижения критерия разрушения арматурного стержня 1 (нарушения прочности анкеровки в бетоне или достижения предела прочности при растяжении), что позволяет получить данные при статическом действии нагрузки. При необходимости получения данных динамической работы арматурного стержня 1, собранная конструкция устанавливается на основание копровой установки, предназначенной для испытаний конструкций на динамические воздействия. Критерий разрушения назначается в зависимости от задачи испытаний - нарушение прочности анкеровки арматурного стержня или достижение предела прочности при растяжении. В данном варианте использования стенда могут быть получены новые данные работы арматуры в бетоне при действии динамических сил.
Таким образом, в сравнении с прототипом заявляемый стенд обладает более широкой областью испытаний арматуры, а проведенные технические испытания заявляемого изобретения подтверждают указанный технический результат.