ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ОБОЛОЧЕК И ПЛИТ

Полезная модель относится к испытательной технике в области строительства, а более конкретно - к устройствам для испытания моделей железобетонных оболочек и плит покрытий зданий и сооружений на кратковременное динамическое нагружение, и может найти применение для испытания статически нагруженных моделей оболочек и плит на кратковременную внешнюю или внутреннюю динамическую нагрузку, вплоть до полного взрывного разрушения конструкции оболочки.
Известно устройство для реализации способа определения динамического догружения в железобетонных рамно-стержневых системах (патент на изобретение RU №2380672). Данное устройство для определения динамического догружения в железобетонных рамно-стержневых системах содержит опорные стойки, закрепленные на опорной балке с помощью стоек с подкосами на винтовых упорах, ригели, соединенные жестко или шарнирно с опорными стойками в узлах рамно-стержневой системы с помощью соединительных элементов. Узел над промежуточной опорой выполнен с помощью прокалиброванного сварного соединительного элемента. Устройство содержит также рычажную систему и грузовую платформу. Загружение рамно-стержневой системы заданной проектной статической нагрузкой осуществляют через рычажную систему и грузовую платформу, и от приложения заданной нагрузки создают внезапное хрупкое разрушение соединительного элемента, выполненного сварным и калиброванным с заранее фиксированным усилием хрупкого разрыва по сварному шву. После чего измеряют параметры созданного динамического догружения в неразрушенных стойках и ригелях рамно-стержневой системы от внезапного хрупкого разрыва прокалиброванного сварного соединительного элемента. Для получения необходимых параметров напряженно-деформируемого состояния системы используется комплекс измерительных приборов.
Данное устройство позволяет обеспечить статическое и кратковременное динамическое нагружение и, соответственно, оценить динамическое догружение в железобетонных рамно-стержневых системах в запредельных состояниях. Однако, стенд не позволяет получить воспроизведение результатов эксперимента образцов одной серии, не позволяет получить длительность импульсного воздействия от единиц миллисекунд до долей секунд, кроме того данный стенд не позволяет испытывать конструкции в виде цилиндрической оболочки.
Известен стенд для испытания оболочек на кратковременную динамическую нагрузку (Болдышев А.М., Плевков В.С. Экспериментальное исследование железобетонных пологих оболочек с центральным отверстием при импульсном нагружении // Исследования по строительным конструкциям и строительной механике. - Томск, издательство ТГУ, 1978. - 157 с, с. 3-8). Стенд для испытания оболочек на кратковременную динамическую нагрузку содержит железобетонную матрицу для испытуемой модели, закрепленную на силовом полу, резиновый мешок с водой, уложенный сверху железобетонной матрицы под испытуемой моделью, датчик для контроля давления воды в резиновом мешке, подключенный к блоку регистрации, сварную рамно-стержневую пирамиду, ребра которой, например, через шаровые опоры, опираются на испытуемую модель, а вершина упирается в нагружающее устройство, шарнирно сопряженное на раме, жестко закрепленной на силовом полу.
Необходимость определения напряженно-деформированного состояния цилиндрических оболочек при внутреннем кратковременном динамическом нагружении вызвана необходимостью обеспечения максимальной сохранности конструкции от внешнего и внутреннего динамического воздействия, величина которого учитывается при проектировании конструкций.
Данное устройство позволяет обеспечить статическое и кратковременное динамическое нагружение и, соответственно, оценить динамическое догружение в железобетонных рамно-стержневых системах в запредельных состояниях. Однако, стенд не позволяет получить воспроизведение результатов эксперимента образцов одной серии, не позволяет получить длительность импульсного воздействия от единиц миллисекунд до долей секунд, кроме того данный стенд не позволяет испытывать конструкции в виде цилиндрической оболочки.
За прототип принят автоматизированный стенд для испытания моделей железобетонных оболочек и плит (патент на полезную модель RU №138372).
Конструкция стенда состоит из тяжа с ограничительной гайкой, металлической балки-рычага, один конец которой шарнирно закреплен на стойке, установленной на силовом полу, а на другом конце металлической балки-рычага через узел подвешен поддон с грузом. Узел состоит из трехзвенного шарнирного механизма, на разъемном стержне которого подвешен электромеханический замок. Узел вместе с металлической балкой-рычагом и поддоном с грузом является нагружающим устройством и обеспечивает статическую нагрузку, которая передается через сварную рамно-стержневую пирамиду, опертую через шаровые опоры на испытуемую модель оболочки. Динамическая нагрузка создается массой падающего груза. Испытуемая модель оболочки через резиновый мешок с водой опирается на выпуклую железобетонную матрицу, которая установлена на силовой пол. Стенд содержит также датчик давления, подключенный к блоку измерения и программного обеспечения. Оценка кратковременного динамического воздействия происходит с помощью установки месдоз и закладных или установленных на поверхности акселерометров. Напряженное состояние на поверхности и внутри испытываемой конструкции фиксируется с помощью закладных и поверхностных тензорезисторов. Измеряются величины опорных реакций в местах установки шаровых опор с помощью тензометрических силоизмерителей. Результаты перемещений фиксируются прогибомерами. Блок измерения и программного обеспечения включает панель управления, устройство синхронизации запуска эксперимента, и измерительную компьютерную систему. В качестве блока измерения и программного обеспечения может быть использована система MIC-400. Блок измерения и программного обеспечения соединен с электромеханическим замком узла и всеми датчиками.
Данный стенд за счет автоматизации процесса испытаний позволяет получить полную объективную картину напряженно-деформированного состояния цилиндрической оболочки или плиты под действием кратковременной динамической нагрузки, обеспечить синхронизацию запуска испытаний и измерений. Однако, стенд не позволяет получить воспроизведение результатов эксперимента образцов одной серии без разборки всего устройства и не позволяет получить заданное значение длительности импульсного воздействия от долей секунд до единиц миллисекунд. Кроме того, не в полной мере обеспечивается безопасность проведения испытания, так как формирование импульсного воздействия основано на быстром движении рычажной системы большого размера (длина рычага может достигать 3…5 м).
Задача полезной модели - расширение функциональных возможностей стенда для испытания моделей железобетонных оболочек и плит для любой формы импульса однократного динамического нагружения.
Технический результат заключается в формировании заданного значения длительности импульсного воздействия с повышением безопасности проведения испытаний.
Технический результат и решение задачи достигаются следующим образом.
Электромеханический стенд для испытания железобетонных оболочек и плит, как прототип, содержит железобетонную матрицу для испытуемой модели, закрепленную на силовом полу, резиновый мешок с водой, уложенный сверху железобетонной матрицы под испытуемой моделью, блок измерения и программного обеспечения, нагружающее устройство, связанное с блоком измерения и программного обеспечения, датчик для контроля давления воды в резиновом мешке, подключенный к блоку измерения и программного обеспечения, и сварную рамно-стержневую пирамиду, ребра которой через шаровые опоры, опираются на испытуемую модель, а вершина упирается в нагружающее устройство.
В отличие от прототипа заявляемый электромеханический стенд для испытания железобетонных оболочек и плит дополнительно содержит упорную раму, жестко закрепленную на силовом полу, а нагружающее устройство выполнено в виде линейного регулируемого электропривода, который закреплен на упорной раме и подключен к блоку измерения и программного обеспечения. Отличием является также то, что вершина сварной рамно-стержневой пирамиды упирается в якорь электропривода. Электропривод позволяет задавать значение длительности импульсного воздействия в диапазоне от единиц миллисекунд до долей секунд. За счет автоматизации процесса формирования испытательного импульса достигается полная и объективная картина напряженно-деформированного состояния железобетонного элемента. Железобетонная матрица может быть выполнена в виде прямоугольной плиты, выпуклой или вогнутой, или в виде купола. Возможно и иное выполнение железобетонной матрицы, например с двоякой кривизной.
Предложенная совокупность существенных признаков, характеризующих заявляемую полезную модель, в известных источниках информации не обнаружена, что подтверждает новизну полезной модели.
Применение стенда позволяет получить напряженно-деформированное состояние в результате испытания при кратковременном динамическом нагружении с полным разрушением конструкции и различным сочетанием характера взрывного воздействия (внешнее, внутреннее нагружение, варьирование величиной и длительностью импульсного воздействия).
Полезная модель пояснена чертежами. На фиг. 1 приведен общий вид заявляемого электромеханического стенда с выпуклой железобетонной матрицей для моделирования действия внутренней кратковременной динамической нагрузки на поверхность цилиндрической оболочки. На фиг. 2 приведен общий вид вогнутой железобетонной матрицы для моделирования действия внешней кратковременной динамической нагрузки на поверхность цилиндрической оболочки (остальные элементы заявляемого электромеханического стенда аналогичны фиг. 1). На фиг. 3 приведен общий вид железобетонной матрицы для моделирования действия внешней и внутренней кратковременной динамической нагрузки на поверхность железобетонной плиты (остальные элементы заявляемого электромеханического стенда аналогичны фиг. 1). На фиг. 4 приведен общий вид выпуклой железобетонной матрицы для моделирования действия внутренней кратковременной динамической нагрузки на поверхность купола (остальные элементы заявляемого электромеханического стенда аналогичны фиг. 1). На фиг. 5 приведен общий вид вогнутой железобетонной матрицы для моделирования действия внешней кратковременной динамической нагрузки на поверхность купола (остальные элементы заявляемого электромеханического стенда аналогичны фиг. 1). На фиг. 6, 7 - вид сверху железобетонной матрицы фиг. 4, 5 соответственно.
Конструкция стенда состоит из железобетонной матрицы 1 для испытуемой модели оболочки или плиты 2, закрепленной на силовом полу 3, резинового мешка 4 с водой, уложенный сверху железобетонной матрицы 1 под испытуемой моделью 2, датчика 5 для контроля давления воды в резиновом мешке 4, подключенного к блоку измерения и программного обеспечения 6, сварной рамно-стержневой пирамиды 7, ребра которой через шаровые опоры 8, опираются на испытуемую модель 2, а вершина упирается в нагружающее устройство, выполненное в виде линейного регулируемого электропривода 9, подключенного к блоку измерения и программного обеспечения 6, установленного на упорной раме 11, жестко закрепленной на силовом полу 3. Вершина пирамиды 7 упирается в якорь электропривода 9 (на фиг. 1 не показано). В качестве блока измерения и программного обеспечения, как и в прототипе, может быть использована система MIC-400.
Полезная модель промышленно применима, ее можно многократно реализовать с достижением указанного технического результата.
Работа устройства заключается в следующем. Резиновый мешок 4 укладывается на выпуклую железобетонную матрицу 1 (фиг. 1), установленную на силовом полу 3. Давление воды контролируется датчиком давления 5, подключенным к блоку измерения и программного обеспечения 6. На мешке 4 размещают испытуемую модель 2, в качестве которой может быть использована модель цилиндрической оболочки, как со сплошным полем, так и с наличием центрального (фонарного) отверстия. Статическая нагрузка создается массами ротора линейного электропривода 9, сварной рамно-стержневой пирамидой 7, резиновым мешком 4. Динамическая нагрузка создается перемещением якоря линейного электропривода 9, по сигналу, поступившему от блока измерения и программного обеспечения 6.
Силу удара можно варьировать путем изменения амплитуды импульса формируемого программно с помощью блока измерения и программного обеспечения 6. Через сварную пирамиду 7 силовое воздействие передается через шаровые опоры 8 на испытуемую модель оболочки 2, уложенную поверх резинового мешка 4, заполненного водой.
Работа устройства показана на примере модели выпуклой цилиндрической оболочки. Испытание иной формы моделей цилиндрических оболочек, плит и куполов происходит аналогично приведенному примеру при использовании соответствующих форм железобетонных матриц.