Устройство для определения суммарной силы трения-сцепления между грунтом и поверхностью фундаментов с различной неровностью на стадии эксплуатации

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения суммарной силы трения-сцепления между грунтом и фундаментом с различной неровностью поверхности применительно к зданиям или сооружениям, грунтом и подпорной стенкой, железобетонных висячих свай, и может быть использована на стадии строительства и эксплуатации объектов и их отдельных частей, в частности для измерения сил трения-сцепления грунта с щелевыми фундаментами и сваями квадратного сечения.
Известно устройство для исследования сил трения между грунтом и конструкцией сооружения, содержащее камеру для грунта, модель конструкции с оголовком и датчиками измерения касательных и нормальных напряжений, ударную кольцевую плиту с цилиндрической втулкой, соединенной ребрами жесткости с плитой и имеющей крышку с центральным отверстием, ударник в виде катушки, соединенный болтами с крышкой, цилиндрический сменный вкладыш, установленный между ударником и оголовком конструкции, приспособления для обжатия грунта, закрепленные на стенках камеры, датчик перемещения, неподвижное днище камеры и приспособление для фиксации датчика перемещения (SU 1337720, МПК G01N 3/10, опубл. 15.09.1987).
Недостатком известного устройства является низкая точность определения сил трения между грунтом и предполагаемой конструкцией сооружения вследствие неучета фактической неровной поверхности сооружения в грунте и фактического вида грунта в контакте сооружения с поверхностью.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является устройство для определения суммарной силы трения и сцепления по боковой поверхности подземной части монолитного фундамента, содержащее скважину, изготовленный в скважине цилиндрический бетонный образец, грузовую платформу, домкрат с манометром и груз-упор для домкрата, также содержит металлический опорный диск с диаметром, равным диаметру скважины, жестко скрепленный с металлической трубой, соответствующей по длине высоте испытываемого образца, установленные по вертикальной оси внутри скважины с заданным зазором до дна скважины, обусловленные вертикальным перемещением испытываемого образца при его срыве (RU 126332, МПК E02D 1/00, опубл. 27.03.2013).
Недостатком устройства является малая точность измерения силы трения-сцепления на стадии эксплуатации, так как поверхность образца из бетона, нормальное давление на боковую поверхность образца и вид грунта отличаются от реальных условий совместной работы.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении точности измерения суммарной силы трения-сцепления между грунтом и поверхностью строительного элемента за счет учета взаимодействия между грунтом и поверхностью строительного элемента непосредственно в зоне их контакта, что повышает точность определения несущей способности, например щелевых фундаментов, за счет учета сил трения-сцепления, и позволяет более точно определить их надежность на стадии эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что устройство для определения суммарной силы трения-сцепления между грунтом и поверхностью фундаментов с различной неровностью на стадии эксплуатации состоит из открытого с одного конца полуцилиндрического металлического корпуса и заостренного с открытого конца по наружной поверхности, нанесенной шкалы для измерения перемещения корпуса в грунт и жесткой стальной стенки на другом конце корпуса, жестко соединенной с неподвижным цилиндром со шкалой с нониусом и стрелкой с возможностью измерения усилий, и прорези для движения измерительной стрелки, соединенной с пружиной, продольные прорези с двух противоположных сторон для фиксации движения в нем подвижного цилиндра, а также поршня в виде полуцилиндра, направленно скользящего внутри корпуса и соединенного с задней стенкой подвижного цилиндра с помощью направляющего стержня, протарированной пружины внутри неподвижного и подвижного цилиндров, протарированной силовой шкалы на неподвижном цилиндре и ручки с возможностью давления на пружину.
Полезная модель поясняется графическим материалом. На чертеже схематично представлено устройство для определения суммарной силы трения-сцепления между грунтом и поверхностью фундаментов с различной неровностью на стадии эксплуатации.
Предлагаемое устройство состоит из открытого с одного конца полуцилиндрического металлического корпуса 1 с толщиной стального листа 2 мм, длиной 200 мм, заостренного с открытого конца по наружной поверхности, с нанесенной шкалой дли измерения перемещения (хода) корпуса в грунт и жесткой стальной стенки на другом конце корпуса, жестко соединенной с неподвижным цилиндром 2 со шкалой с нониусом и стрелкой 3 для измерения усилий, и прорезью для движения измерительной стрелки, соединенной с пружиной 4, продольные прорези с двух противоположных сторон для фиксации движения в нем подвижного цилиндра 5. Устройство также состоит из поршня 6 в виде полуцилиндра, направленно скользящего внутри корпуса и соединенного с задней стенкой подвижного цилиндра с помощью направляющего стержня 7, протарированной пружины внутри неподвижного и подвижного цилиндров, протарированной силовой шкалы на неподвижном цилиндре 2 и ручки 8 для давления на пружину.
0
1
1
Устройство для определения суммарной силы трения-сцепления между грунтом и поверхностью фундаментов с различной неровностью на стадии эксплуатации работает следующим образом. Для предварительного измерения сил трения корпуса 1 с грунтом корпус 1 устройства вдавливают в грунт на 100-120 мм нажатием вручную с помощью ручки 8 на подвижный цилиндр и пружину с передачей усилия на корпус 1, и фиксируют показания стрелки 3 на шкале неподвижного цилиндра 2, затем устройство медленно извлекают из грунта путем перемещения корпуса 1 с помощью ручки 8 и по значению усилия на растяжение протарированной пружины определяют наибольшее усилие для преодоления трения между двумя поверхностями корпуса 1 по показаниям стрелки 3 по шкале измерения усилия, после чего определяют силу трения между грунтом и корпусом 1 по формуле:  где A - площадь поверхности корпуса с одной стороны, находящейся в контакте с фунтом в момент наибольшего значения усилия F, а для измерения силы трения-сцепления грунта с неровной поверхностью фундамента или другой части объекта устройство вдавливают на всю толщину фунтовой перемычки, находящейся в контакте с поверхностью фундамента или другой части объекта, располагая его к поверхности фундамента сооружения открытой продольной частью корпуса, и фиксируют начальное положение стрелки 3 на шкале, затем воздействуют на устройство с помощью ручки 8 вдоль устройства, при этом воздействии пружина 4 сжимается, а поршень 6 перемещается вдоль корпуса 1 до начала выдавливания любой (малой) части фунта из корпуса 1 устройства, при этом фиксируется максимальное усилие по показанию стрелки 3 на шкале и фиксируют значения усилия F и площади А с одной стороны корпуса, находящегося в контакте с фунтом. Силу трения-сцепления поверхности фундамента с грунтом определяют по формуле:
0
1
1
2
2
Предварительно проводят тарировку жесткости пружины устройства. Для примера, условно примем, что единица шкалы на неподвижном цилиндре 5 соответствует 10 кг. Устройство вдавливают в фунт и фиксируют показания стрелки 3 на шкале - условно примем 4,25. Определяют площадь погруженного корпуса устройства с одной стороны, примем А=0,032 м. Затем устройство извлекают и фиксируют показания стрелки 3 в момент наибольшего усилия - 2,50. Тогда усилие F-4,25-2,50=1,75*10 кг=17,5 кг. Вычисляют силу трения между грунтом и корпусом 1 по формуле: Затем устройство вдавливают на всю толщину грунтовой перемычки и фиксируют показания стрелки 3 на шкале - условно примем 4,5. Фиксируют площадь с одной стороны корпуса, находящегося в контакте с грунтом A=0,04 м. Затем воздействуют ручкой 8 и фиксируют максимальное усилие по показанию стрелки 3 - условно 7,5. Определяют значение усилия: F=7,5-4,5=3*10 кг=30 кг. Затем определяют силу трения-сцепления поверхности фундамента с грунтом по формуле:
По сравнению с известным решением предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения суммарной силы трения-сцепления между грунтом и поверхностью строительного элемента за счет учета взаимодействия между грунтом и поверхностью строительного элемента непосредственно в зоне их контакта.