ВИБРОСТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА СЕЙСМИЧЕСКУЮ НАГРУЗКУ
VIBRATION STAND FOR TESTING BUILDING CONSTRUCTIONS FOR SEISMIC LOAD

Изобретение относится к области строительства, а именно к стендам для испытаний строительных конструкций, моделей, фрагментов зданий и сооружений, а также самонесущих и ненесущих элементов и оборудования в их составе в виде стен, перегородок, навесных фасадов, инженерных систем и другого оборудования на динамические воздействия, характерные для явлений природного, природно-техногенного и техногенного характера, включая землетрясения, ветровые нагрузки и нагрузки от движущегося транспорта.
Известно устройство испытания углов сейсмостойких зданий со стенами и плитой перекрытия, содержащее тяги с траверсами и пригрузочными пружинами, силовозбудители и опоры. Устройство снабжено ударно-кулачковой виброплощадкой, размещенной в приямке, с четырьмя парами вертикально-установленных тяг, закрепленных к нижней раме виброплощадки, и качающимися траверсами сверху. Под траверсами расположены пригрузочные пружины на взаимно перпендикулярных стенах, снабженных силовозбудителями на опорных рамах, анкерами для закрепления краев плиты перекрытия. Под плитой перекрытия размещены шарнирные опоры, выполненные в виде качающихся стоек, с накладками для создания жестких связей между стенами и основанием (см. RU 2111471 С1, G01M 19/00, опубл. 20.05.1998).
Известен стенд для испытания моделей гидротехнических сооружений на сейсмическое воздействие, который содержит опорную пластину для жесткого крепления модели сооружения, гидроцилиндры для задания сейсмического воздействия на опорную пластину, гидродомкраты, которые посредством кронштейнов закреплены на ригеле и через нагрузочные штанги связаны с гидроцилиндрами, образуя единую систему для обеспечения динамического перемещения опорной пластины, а следовательно и основания модели в соответствии с моделируемым сейсмическим воздействием (SU 1838771 A3, G01M 10/00, Е02В 1/02, 30.08.1993).
Известен вибростенд испытательный, который включает станину, рабочую горизонтальную платформу, опоры, возбудители виброперемещений, систему гидроприводов и электрическую систему управления и измерения с датчиками измерения перемещения и ускорения. Стенд снабжен жесткой рамой, параллельной рабочей платформе, и Г-образными жесткими рычагами, средние точки которых шарнирно закреплены на основании, горизонтальные плечи рычагов соединены жесткими опорами с рабочей платформой, а вертикальные плечи соединены шарнирно с жесткой рамой, связанной шарнирно с возбудителем виброперемещений (RU 2248548 С1, G01M 7/06, опубл. 20.03.2005).
Наиболее близким является вибростенд для динамических испытаний, который включает каркасную конструкцию, выполненную в виде рамной пространственной конструкции из металлических прокатных элементов с жесткими и гибкими связями. Нижняя часть каркасной конструкции крепится к фундаментной плите или основанию. Один источник вибрации выполнен инерционным, съемным, с возможностью изменения частот генерируемых им динамических колебаний, который устанавливается на каркасной конструкции выше уровня фундамента или в пределах каркасной конструкции. (RU 1009258, G01M 7/06, опубл. 10.01.2011).
Недостатками всех известных конструкций являются сложность конструкции и отсутствие универсальности, устройство готовят для каждой конструкции отдельно, а также недолговечность, недостаточный срок службы, сложность их эксплуатации и ремонта.
Задачей, на решение которой направлено техническое решение, является создание надежного, относительно простого в эксплуатации и ремонте, универсального вибростенда для испытания натурных конструкций зданий и сооружений, фрагментов и составляющих их конструкций, и оборудования в различных условиях сейсмического воздействия.
Проблема решается таким образом, что в вибростенде для испытаний строительных конструкций на сейсмическую нагрузку, включающем каркасную систему, перекрытие, жестко закрепленный на нем источник вибрации инерционного действия и кронштейны для крепления моделируемых испытуемых образцов, согласно изобретению, каркасная система в виде нижней и верхней жестких металлических рам, соединенных между собой вертикальными стойками через демпфирующие резиновые прокладки. При этом нижняя рама по периметру жестко смонтирована на основании, а перекрытие состоит из смонтированных на верхней раме поперечных двутавровых балок и прикрепленных к ним съемных плит, выполненных со сквозными отверстиями, обеспечивающими автономное крепление источника вибрации на одной из плит, и моделирующих кронштейнов для испытуемых образцов. Каркасная система может быть выполнена из железобетона. Перекрытие вибростенда также может быть выполнено в виде железобетонных плит с возможностью приложения динамической нагрузки в двух горизонтальных взаимно ортогональных направлениях.
Предлагаемая конструкция вибростенда отличается от известной тем, что каркасная система вибростенда выполнена в виде нижней и верхней жестких металлических рам, соединенных между собой вертикальными стойками через демпфирующие резиновые прокладки. При этом нижняя рама по периметру жестко смонтирована на основании. Перекрытие состоит из смонтированных на верхней раме поперечных двутавровых балок и прикрепленных к ним съемных плит, выполненных со сквозными отверстиями с шагом и размером, обеспечивающими автономное крепление источника вибрации на одной из плит с возможностью приложения динамической нагрузки в двух горизонтальных взаимно ортогональных направлениях, и моделирующих кронштейнов для испытуемых образцов.
Предлагаемая конструкция вибростенда не имеет связей в своей системе, не требует устройства фундамента, может крепиться/опираться на ровную горизонтальную поверхность, дает возможность моделировать особое предельное состояние. Наличие полного каркаса позволяет проводить испытания как навесных, так и встраиваемых в каркас конструкций.
Техническое решение относится к испытаниям конструкций на динамические воздействия, характерные для явлений природного характера, включая землетрясения, посредством генерации искусственных колебаний с использованием специальных источников вибраций и передачи этих колебаний на испытуемые конструкции, оборудование и их крепления через элементы вибростенда, с последующим сбором, обработкой, анализом и публикацией данных, содержащих количественные и качественные оценки интегрированных показателей работы системы «здание - конструкция - оборудование» в виде частот, амплитуд колебаний, смещений элементов и узлов их соединений, а также таблиц с описанием характерных повреждений в зависимости от предельного состояния конструкции.
Железобетонный каркас с жестким и/или дискретным армированием, выполнен в виде верхней и нижней жестких рам, соединенных между собой стойками через демпфирующие резиновые прокладки. Это дает возможность регулировать податливость конструкции, увеличивая или уменьшая амплитуду колебаний верхнего пояса относительно нижнего, приближая тем самым испытания строительных конструкций на сейсмическое воздействие к соответствующим требованиям существующих нормативных документов.
Вибростенд представляет собой рамную конструкцию на фигуре, состоящую из верхнего 1 и нижнего 2 поясов, соединенных между собой стойками 3. При этом жесткость узлов соединения верхнего и нижнего поясов со стойками регулируется с помощью изменения характеристик резиновых прокладок 4. Нижний пояс крепится к силовому полу и остается неподвижным при работе вибростенда. К верхнему поясу крепятся плиты 5. Соединения плит с верхним поясом и между собой выполняется абсолютно жестким. В плитах предусмотрены технологические отверстия диаметром 20 мм с шагом 300 мм, предназначенные для монтажа испытуемых образцов 6.
На плиты перекрытия устанавливается инерционно-резонансная машина (вибромашина) 7, предназначенная для натурных исследований инженерных сооружений. Инерционная сила генерируется вращением дебалансов двух механически синхронизированных друг с другом блоков вибромашины, и направлена в горизонтальной плоскости. Инерциальная сила вибромашины на определенной частоте регулируется изменением количества дебалансов в блоках. Максимальное значение инерционной силы 1000 кН, диапазон регулирования частоты колебаний 0,5-20 Гц. Для изменения направления динамического воздействия на испытуемый объект, крепежные отверстия на плитах перекрытия предусматривают возможность изменения места установки вибромашины.
Динамическое воздействие, генерируемое вибромашиной, передается через плиты на верхний пояс. При этом происходит перемещение верхнего пояса относительно нижнего. Испытуемые объекты 8 крепятся на силовые элементы вибростенда, таким образом, чтобы условия эксперимента были подобны условиям работы конструкции (оборудования) во время ее эксплуатации при сейсмическом воздействии. Условия, которые немоделируются в процессе проведения эксперимента, необходимо учитывать при анализе полученных результатов.