СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ОБЖАТИЕМ И КРАТКОВРЕМЕННЫМ ДИНАМИЧЕСКИМ КРУЧЕНИЕМ

Полезная модель относится к области динамических исследований материалов, а более конкретно - к испытательной технике, а именно - к машинам для испытания сжатых железобетонных образцов с кручением, возникающим под воздействием ударной нагрузки от свободно падающего груза.
Из уровня техники известны стенды, которые позволяют исследовать напряженно-деформированное состояние продольно-сжатых железобетонных элементов на динамическое кручение. Стенд по патенту РФ на полезную модель №56617 содержит опоры для размещения железобетонного элемента, смонтированные на силовом полу, и дополнительные опоры, установленные с обоих концов железобетонного элемента. На дополнительных опорах установлены траверсы, которые соединены между собой тяжами. На одну из траверс упирается гидравлический домкрат. На конце железобетонного элемента плотно установлен подшипник, закрепленный на соответствующей ему опоре для железобетонного элемента. Между подшипником и гидравлическим домкратом на конец железобетонного элемента плотно надет оголовник с рычагом для приложения ударной нагрузки. Между оголовником и гидравлическим домкратом расположена металлическая прокладка в виде шарового сегмента. Второй конец железобетонного элемента защемлен металлическим башмаком, закрепленным на соответствующей ему опоре и упирающимся в траверсу. Для измерения данных о напряженно-деформированном состоянии железобетонного элемента используется комплекс стандартных измерительных приборов.
Стенд позволяет создать ударное воздействие падением испытательного груза. Однако применение стенда не позволяет произвести измерения опорной реакции в точке закрепления испытуемой конструкции, кроме этого, конструкция стенда не позволяет обеспечить заданную длительность силового воздействия.
Прототипом заявленному стенду является стенд для испытания на кратковременное динамическое кручение статически сжатых железобетонных элементов по патенту РФ на полезную модель 155685. Стенд содержит опоры для размещения железобетонного элемента, смонтированные на силовом полу, и дополнительные опоры с обоих концов железобетонного элемента, на которых установлены траверсы, соединенные между собой тяжами. На одной опоре для железобетонного элемента закреплен подшипник, плотно надетый на один из концов железобетонного элемента. На второй опоре закреплен и упирается в траверсу металлический башмак для жесткого защемления второго конца железобетонного элемента. Стенд содержит гидравлический домкрат, упирающийся во вторую траверсу, и оголовник с рычагом для приложения ударной нагрузки, плотно надетый на конец железобетонного элемента между подшипником и гидравлическим домкратом. Между оголовником и гидравлическим домкратом расположена металлическая прокладка в виде шарового сегмента. В состав стенда входит П-образная рама, стойки которой смонтированы на силовом полу по обе стороны от железобетонного элемента. На рычаге оголовника установлена металлическая труба, которая другим концом закреплена на поперечине П-образной рамы. На металлическую трубу с возможностью перемещения и фиксации установлен груз цилиндрической формы с отверстием в центре. Груз снабжен в основании резиновыми прокладками.
Стенд позволяет исследовать реакцию железобетонного элемента на ударное воздействие падением испытательного груза, его напряженно-деформированное состояние, вызванное крутящим моментом при ударной нагрузке, а также обеспечивает задание длительности силового воздействия. Однако применение стенда не позволяет исследовать опорную реакцию в точке жесткого закрепления испытуемой конструкции, а также недостатком являются стесненные условия работы при подготовке и проведении испытаний на стенде.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью, - это повышение информативности при испытании конструкции железобетонного элемента путем измерения опорной реакции в точке жесткого закрепления железобетонного элемента.
Техническая проблема решается следующим образом.
Общим с прототипом является то, что заявленный стенд содержит опоры для размещения железобетонного элемента, смонтированные на силовом полу, и траверсы, установленные на дополнительных опорах с обоих концов железобетонного элемента и соединенные между собой тяжами. На одной опоре закреплен подшипник, предназначенный для плотной установки одного из концов железобетонного элемента. На второй опоре закреплен и упирается в траверсу металлический башмак, предназначенный для жесткого защемления второго конца железобетонного элемента. Общим является также то, что заявляемый стенд содержит гидравлический домкрат, упирающийся во вторую траверсу, и оголовник для железобетонного элемента, снабженный рычагом для приложения ударной нагрузки и расположенный между подшипником и гидравлическим домкратом. Между оголовником и гидравлическим домкратом расположена металлическая прокладка в виде шарового сегмента. Стенд содержит П-образную раму, стойки которой смонтированы на силовом полу, металлическую трубу, одним концом установленную на рычаге оголовника, а другим закрепленную на поперечине П-образной рамы и груз цилиндрической формы с центральным отверстием, насаженным на металлическую трубу. Груз установлен на металлической трубе с возможностью перемещения и фиксации и снабжен в основании резиновыми прокладками.
В отличие от прототипа металлический башмак выполнен из двух частей, соединенных между собой шейкой круглого сечения, при этом стенд дополнительно содержит полумостовой тензодатчик из двух тензорезисторов, которые наклеены на шейку металлического башмака под углом друг к другу, равным π/2 радиан. В частном случае П-образная рама выполнена с продольным креплением стоек, смонтированных по одну сторону от железобетонного элемента, на одном ручье силового пола.
В уровне техники не выявлено стендов для испытания на кратковременное динамическое кручение статически сжатых железобетонных элементов, которые включают всю совокупность существенных признаков заявляемого стенда. Это подтверждает новизну заявляемой полезной модели.
Полезная модель соответствует критерию «промышленная применимость». Она может быть изготовлена и неоднократно использована для испытаний железобетонных элементов с достижением указанного технического результата.
Полезная модель пояснена чертежами.
На фиг. 1 приведен общий вид заявляемого стенда с испытываемым железобетонным элементом.
На фиг. 2 приведена шейка металлического башмака с расположением тензорезисторов, подключенных по полумостовой схеме к измерительной системе.
Конструкция стенда содержит опоры 1, которые закреплены анкерами 2 на силовом полу 3 для обеспечения жесткого закрепления испытываемого железобетонного элемента 4. Испытываемый железобетонный элемент 4 жестко закреплен в металлическом башмаке 6, который в продольном направлении в центральной части имеет шейку 5 круглого сечения с расположенными под углом π/2 тензорезисторами 20, 21, подключенными по полумостовой схеме к измерительной системе 22. Другой конец железобетонного элемента 4 плотно установлен в подшипнике 7. Металлический башмак 6 и подшипник 7 смонтированы на опорах 1. Центрирование испытываемого образца 4 в подшипнике осуществляется при помощи деревянных прокладок. Расчетная схема - консоль с дополнительным шарниром. Для передачи сжимающей нагрузки на железобетонный элемент 4 предусмотрен металлический оголовник 8. Центральное приложение продольной сжимающей силы осуществляется при помощи металлической прокладки с шаровым сегментом, который помещают между гидравлическим домкратом 9 и металлическим оголовником 8. Гидравлический домкрат 9 упирают в траверсу 10, которая тяжами 11 соединена со второй траверсой 12. Траверсы установлены на дополнительных опорах 13.
Для создания крутящей нагрузки в железобетонном элементе 4 использован рычаг 14, прикрепленный к оголовнику 8. Крутящий момент создает падающий испытательный груз цилиндрической формы 15 с резиновыми прокладками 16, закрепленными в основании груза. Груз 15 выполнен с центральным отверстием, с помощью которого установлен на металлической трубе 17, которая закреплена на П-образной раме 18, закрепленной на силовом полу 3 вдоль и по одну сторону от железобетонного элемента 4. Возможно закрепление стоек, как и в прототипе, но предложенный вариант наиболее предпочтителен, поскольку он более удобен в подготовке и проведении испытаний на стенде. Перед испытаниями груз 15 находится в фиксированном положении на металлической трубе 17. В качестве верхней поперечины П-образной рамы 19 может быть использована траверса. Все элементы стенда соединены сборочными операциями и находятся в функционально-конструктивном единстве.
Работа испытательного стенда осуществляется следующим образом. Первоначальным этапом является сборка данного стенда согласно чертежу (фиг. 1). После того как стенд собран, создается продольная сжимающая нагрузка при помощи гидравлического домкрата 9 в испытываемом образце 4.
Затем испытываемый образец 4 выдерживают под этой нагрузкой не менее десяти минут. По истечении этого времени прикладывается ударная нагрузка на рычаг 14. Ударная нагрузка создается массой падающего груза 15. При этом в железобетонном образце 4 действует продольная сжимающая сила и крутящий момент. Силу удара можно регулировать увеличением или уменьшением высоты падения груза, а также изменением массы груза 15. Длительность силового воздействия можно регулировать увеличением или уменьшением количества резиновых прокладок 16.
Для получения данных о напряженно-деформированном состоянии экспериментального образца используется комплекс измерительных приборов, подключенных к измерительно-вычислительному комплексу. Деформации бетона или арматуры измеряются предварительно наклеенными тензорезисторами 20, 21 на шейку 5. Прогибы или изменение пространственного положения точек конструкции относительно силового пола измеряются с помощью датчиков линейных перемещений индуктивного типа. Ускорения в заданных точках конструкции измеряются с помощью акселерометров тензометрического или пьезоэлектрического типа. Опорная реакция в точке жесткого закрепления испытуемой конструкции в данном случае измеряется с помощью тензорезисторов, расположенных на шейке дополнительной пластины (фиг. 2) и подключенных к измерительно-вычислительныму комплексу MIC-400, которым регистрируются показания всех датчиков, примененных в эксперименте.
Таким образом, в сравнении с прототипом заявленный стенд позволяет получить более расширенную информацию о напряженно-деформационном состоянии железобетонного элемента под воздействием свободно падающего груза.