СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА КРАТКОВРЕМЕННЫЙ ДИНАМИЧЕСКИЙ ИЗГИБ С ОБЖАТИЕМ

Полезная модель относится к испытательной технике, а именно к машинам для испытания образцов на динамический изгиб с обжатием, например при воздействии ударных нагрузок на сжатый в продольном направлении образец.
Аналогом заявляемого устройства является испытательная машина для механических испытаний материалов по патенту РФ на изобретение №2243535, МПК 7 G01N 3/08, опубликованному 2004.12.27. Машина включает в себя нагружающее устройство, состоящее из основания, колонн, траверсы, силового привода нагружения, электротензометрического датчика силы, пассивного и активного захватов, датчика деформаций, датчика перемещения активного захвата, блока измерения деформаций, блока управления нагружением и ЭВМ. Этой машиной обеспечивается осевое деформирование образцов. При этом при растяжении испытываемых образцов может возникнуть несоосность захватов. Это приводит к разбросу результатов испытаний. В известной машине датчик деформаций выполнен в виде двух метрологически идентичных, но механически и электрически независимых тензопреобразователей, соединенных с блоком измерения. Достоверность испытаний повышается за счет автоматического вычисления напряжений от сопутствующего изгиба.
Однако данная испытательная машина не позволяет исследовать полную работу элементов при кратковременном динамическом изгибе с обжатием.
Наиболее близким устройством, принятым за прототип, является стенд по патенту РФ на полезную модель №48225. Это устройство содержит: опорные элементы, смонтированные на силовом полу,
дополнительные опоры, расположенные по обе стороны от нагружающего устройства, дополнительные траверсы, установленные на этих опорах; тяжи, концы которых закреплены в дополнительных траверсах, три металлические пластины, ролики, загружающую траверсу, силоизмеритель и домкрат. Нагружающее устройство выполнено в виде копровой установки, мачты которой снабжены ограничителем движения груза. Один ролик размещен неподвижно в вырезе одного опорного элемента, другой - в вырезе второго опорного элемента с возможностью горизонтального перемещения, две металлические пластины размещены на роликах, а третья закреплена на выпусках арматуры железобетонного элемента. Траверсы выполнены с отверстиями для пропуска выпусков арматуры железобетонного элемента. Домкрат установлен между третьей металлической пластиной и дополнительной траверсой. Опоры для дополнительных траверс выполнены с возможностью регулирования их высоты. Данный стенд позволяет испытывать железобетонные элементы на внецентренное кратковременное динамическое растяжение и исследовать работу элемента при возникновении изгибающих моментов двух плоскостей и действии продольной растягивающей силы, но не позволяет исследовать работу элемента при возникновении изгибающего момента и действии продольной сжимающей силы, которые, как показали теоретические исследования, в некоторых случаях, возникают при эксплуатации железобетонных конструкций. Кроме этого, известный стенд, принятый за прототип, не позволяет фиксировать момент начала падения груза на экспериментальный образец, что не позволяет зафиксировать время начала действия динамической нагрузки и расширить объем определяемых параметров.
Задача полезной модели - расширить диапазон динамических исследований и обеспечить возможность проведения динамических испытаний железобетонных конструкций на изгиб при действии продольной сжимающей силы. Технический результат, на достижение которого направлена решаемая задача, заключается в создании напряженно-
деформированного состояния, характеризующегося действием изгибающего момента и продольной сжимающей силы при кратковременном динамическом нагружении, и фиксации момента падения груза и момента удара об испытуемую конструкцию.
Задача решена следующим образом.
Общим с прототипом является то, что заявляемое устройство содержит: смонтированные на силовом полу копровую установку с грузосбрасывателем, мачты которой снабжены ограничителем хода груза, опоры для железобетонного элемента, загрузочную траверсу с закрепленным на ней силоизмерителем, установленную на железобетонном элементе, опоры, расположенные по обе стороны от копровой установки, на которых установлены дополнительные траверсы, соединенные между собой посредством тяжей, домкрат, ролики, установленные на опорах под железобетонным элементом, причем один - неподвижно, второй с возможностью горизонтального перемещения, и металлические пластины.
Но, в отличие от прототипа это устройство дополнительно содержит: акселерометры, один из которых установлен на грузосбрасывателе, другой - на силоизмерителе, тензорезисторы, наклеенные на опорах под железобетонным элементом, и металлические шары, при этом металлические пластины установлены непосредственно на концах железобетонного элемента, металлические шары упираются в эти пластины, а домкрат расположен между дополнительной траверсой и металлическим шаром.
В частном случае опоры для дополнительных траверс выполнены с возможностью регулирования их высоты. Загрузочная траверса установлена на железобетонном элементе через металлические пластины, а между железобетонным элементом и роликами тоже размещены металлические пластины.
Кроме того, стенд снабжен системой страховки для ограничения прогиба железобетонного элемента, установленный на расстоянии максимально допустимого его прогиба.
Стенд также дополнительно содержит демпфирующие прокладки, установленные на силоизмерителе.
Расположение металлических пластин непосредственно на концах железобетонного элемента, наличие металлических шаров и установка домкрата между дополнительной траверсой и металлическим шаром позволяет стянуть экспериментальный железобетонный элемент в продольном направлении. При ударе в обжатой железобетонной балке возникает изгибающий момент. Напряженно деформированное состояние в этот момент измеряется с помощью измерительных приборов. Наличие акселерометров позволяет точно зафиксировать начало сброса груза на экспериментальный образец, а также определять время начала действия динамической нагрузки на экспериментальный образец в момент удара. Тензодатчики, наклеенные на опоры под железобетонным элементом, фиксируют силу опорных реакций. Следовательно, заявляемый стенд позволяет одновременно с созданием напряженно деформированного состояния в экспериментальном образце вычислять скорость и время действия динамической нагрузки. В связи с этим расширяется диапазон динамического испытания железобетонных конструкций при поперечном изгибе с обжатием.
Полезная модель пояснена чертежами. На фиг.1 приведен общий вид стенда для испытаний; на фигуре 2 - вид его спереди, на фиг.3 - вид сбоку, на фиг.4 - вид сверху.
Конструкция стенда установлена на силовом полу 1, для обеспечения жесткого закрепления. Она включает опоры 2, копровую установку 3. На опоры 2 наклеены тензорезисторы, и они, по сути, являются динамометрическими. На динамометрические опоры 2 установлен экспериментальный образец 5. Расчетная схема - шарнирно-опертая балка. Под экспериментальным образцом 5 расположена система страховок 4, выполненная во избежание повреждения измерительных приборов. Она ограничивает движение образца 5 и находящейся на нем загрузочной
траверсы 6. Система страховки 4 установлена на расстоянии максимально допустимого прогиба от экспериментального образца 5. С помощью загрузочной траверсы 6 нагрузка передается на балку в четвертях расчетного пролета. К загрузочной траверсе 6 жестко прикреплен силоизмеритель 7, который фиксирует величину динамической нагрузки. На силоизмеритель 7 (фиг.2) сверху установлены демпфирующие прокладки 8, которые позволяют растянуть действие кратковременной динамической нагрузки во времени. На силоизмерителе 7 расположен акселерометр 9, фиксирующий время начала действия динамической нагрузки. Отцепление груза 11, например массой 400 кг, происходит с помощью грузосбрасывателя 12. На мачтах копровой установки 3 смонтированы страховочные элементы 10 для фиксации груза 11 после удара (фиг.1, 2). Грузосбрасыватель 12 срабатывает по команде запуска эксперимента и нажатии кнопки запуска фиксирующей системы. На грузосбрасыватель 12 установлен акселерометр, фиксирующий момент времени начала падения груза. Грузосбрасыватель 12 на заданной высоте держит система держателей груза и грузосбрасывателя 13, которая обеспечивает точную фиксацию груза 11 на необходимой высоте и предохраняет груз от самопроизвольного незапланированного отцепления. Экспериментальный образец 5 установлен на динамометрические опоры 2 через металлическую пластину 14 (фиг.3), а загрузочная траверса 6 уложена на экспериментальный образец 5 через металлическую пластину 15. Металлическая пластина 14 размещена на роликах, помещенных в вырезах динамометрических опор 2. Стенд содержит домкрат 16 (фиг.1). Он расположен между металлическим шаром 17, который упирается в металлическую пластину 18, и траверсой 19. С противоположной стороны экспериментального образца 5 (железобетонного элемента) установлена на опоре траверса 20. На конце образца 5 со стороны траверсы 20 расположена металлическая пластина 21 (фиг.1, 3, 4). Между пластиной 21 и траверсой 20 расположен металлический шар 22 (фиг.1, 4). Траверсы 19, 20 соединены тяжами 23 (фиг.1, 3, 4).
Работа устройства заключается в следующем. Вначале при помощи домкрата 16 на экспериментальный образец 5 (железобетонную балку) подается сжимающая нагрузка. Затем экспериментальный образец 5 выдерживается приблизительно десять минут. По истечении этого времени прикладывается поперечная ударная нагрузка. Ударная нагрузка создается массой падающего груза 11. Силу удара можно варьировать путем изменения массы груза 11 и высоты падения груза. Крепление домкрата 16 осуществляется путем распора, создаваемого с помощью опорных траверс 19, 20 с двух сторон, которые соединены тяжами - штангами 23. После установки всех элементов распор регулируется гайками - держателями 24, которые надеты на штанги 23. Сжимающая нагрузка передается на балку в точку с помощью металлических шаров 17, 22 через металлические пластины 18, 21, которые выполняют роль распределительных пластинок. Величина сжимающей нагрузки фиксируется насосной станцией, с которой подается масло в домкрат 16. Для получения данных о напряженно-деформированном состоянии экспериментального образца используется комплекс стандартных измерительных приборов. В момент отцепления груза срабатывает акселерометр на грузосбрасывателе 12, информация с которого поступает на измерительный комплекс, который записывает акселерограмму изменения ускорений датчика. При ударе груза 11 об экспериментальный образец 5 срабатывает акселерометр 10, находящийся под силоизмерителем 7. Информация с акселерометра 10 также поступает на измерительный комплекс. Затем при обработке результатов показаний акселерометров можно определить время падения груза заданной массы с заданной высоты путем разности показаний акселерометра 10 и акселерометра на грузосбрасывателе. Зная время падения груза и высоту падения, можно определить скорость падения груза и ускорение груза в момент удара. При ударе груза 11 об экспериментальный образец 5 кинетическая энергия удара переходит в потенциальную энергию, которая тратится на разрушения образца. В железобетонном образце в середине его расчетного пролета
возникает максимальный изгибающий момент. Балка получает определенные перемещения в отдельных точках. При достижении допустимого прогиба для конкретной конструкции происходит ее разрушение. Разрушающая нагрузка фиксируется силоизмерителем 7. Величина опорных реакций фиксируется путем обработки показаний тензорезисторов, наклеенных на динамометрические опоры. Все используемые при эксперименте датчики и приборы непосредственно перед проведением экспериментальных исследований тарируются, вследствие чего получаются зависимости показаний конкретного датчика (прибора) на каждом этапе нагружения от показаний измерительной системы в относительных единицах. Переход к необходимым абсолютным единицам при обработке результатов эксперимента происходит путем умножения показаний системы для каждого датчика (прибора) на тарировочный коэффициент, полученный при тарировке.