СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОДНОКРАТНОЕ КРАТКОВРЕМЕННОЕ ДИНАМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

Полезная модель относится к испытательной технике, а именно к машинам для испытания образцов на кратковременное динамическое воздействие, а преимущественно на ударную нагрузку.
Аналогом заявляемого устройства является установка для испытания балок, представленная в журнале «Бетон и железобетон» №5, 1969 г., с.29. Установка состоит из опорных и загрузочных седел, жестко смонтированных на силовом полу, опорных захватов, загрузочных башмаков, поворотного кронштейна, поворотной траверсы, разъемной тяги с муфтой, пружинного динамометра (силоизмерителя) роликовых подшипников, опорных шарниров, катков, загрузочной траверсы. Данная установка позволяет исследовать работу железобетонных элементов при статической нагрузке, однако не позволяет создать в железобетонном кратковременное динамическое нагружение.
Наиболее близким устройством, принятым за прототип, является стенд по патенту РФ на полезную модель №53776. Это устройство содержит: опорные элементы для железобетонного элемента, смонтированные на силовом полу, нагружающее устройство, загрузочную траверсу, устанавливаемую на железобетонном элементе, ролики, две металлические пластины для размещения концов железобетонного элемента, силоизмеритель, дополнительные опоры, расположенные по обе стороны от нагружающего устройства, дополнительные траверсы, установленные на этих опорах, тяжи, концы которых закреплены в дополнительных траверсах и домкрат. Нагружающее устройство выполнено в виде копровой установки, две мачты которой снабжены ограничителем хода груза, при этом один ролик
расположен в вырезе одного из опорных элементов неподвижно, а второй - в вырезе второго опорного элемента с возможностью горизонтального перемещения, причем одна металлическая пластина установлена на неподвижном ролике, другая - на подвижном. Одна дополнительная траверса выполнена с овальными отверстиями для пропуска выпусков арматуры. Стенд имеет две металлические пластины, которые располагаются на роликах в местах опирания железобетонного элемента. При этом домкрат расположен между дополнительной траверсой и самим железобетонным элементом и упирается в траверсу.
В частных случаях опоры для дополнительных траверс в стенде выполнены с возможностью регулирования их высоты, а стенд снабжен системой страховки для ограничения прогиба железобетонного элемента, установленной на расстоянии максимально допустимого его прогиба.
Данная установка позволяет испытывать железобетонные элементы при кратковременном динамическом воздействии, но не позволяет обеспечить однократный удар по испытуемой конструкции в связи с тем, что груз после удара начинает отскакивать и повторно воздействовать на конструкцию, что приводит к нарушению чистоты эксперимента и корректности полученных данных.
Задача полезной модели - исключить повторное воздействие груза на испытываемый железобетонный элемент при проведении испытаний на кратковременное динамическое воздействие и повысить чистоту получаемых результатов. Технический результат, на достижение которого направлена решаемая задача, заключается в фиксации груза после первого отскока и обеспечении, тем самым однократного динамического воздействия на экспериментальный железобетонный образец.
Задача решена следующим образом.
Общим с прототипом является то, что стенд для испытания железобетонных элементов на однократное кратковременное динамическое воздействие посредством падающего груза, содержит смонтированные на
силовом полу нагружающее устройство в виде копровой установки с двумя мачтами и опоры для железобетонного элемента.
В отличие от прототипа он дополнительно содержит микроконтроллер, датчик ускорения, закрепленный непосредственно на грузе нагружающего устройства и подключенный к входу микроконтроллера, усилитель, вход которого подключен к выходу микроконтроллера, постоянные магниты, закрепленные на грузе нагружающего устройства, и электромагниты, соединенные с усилителем и закрепленные на обеих мачтах на высоте, обеспечивающей их взаимодействие с постоянными магнитами при отскакивании груза непосредственно после удара, при этом мачты выполнены из немагнитного материала.
Наличие новых приборов и элементов в заявленной конструкции позволяет решить поставленную задачу. Датчик ускорения, расположенный непосредственно на грузе фиксирует направление ускорения его движения. При отскакивании груза сразу после удара по испытуемому элементу, происходит обратное движение груза, и датчик меняет знак сигнала, поступающего на микроконтроллер, на обратный. Поскольку микроконтроллер через усилитель связан с электромагнитами, то при поступлении с датчика ускорения сигнала с противоположным знаком и благодаря заложенной в микроконтроллере программе, подается питание на электромагниты. С помощью электромагнитов и постоянных магнитов на грузе происходит фиксация груза и исключается повторный удар. Такая конструкция дает следующие преимущества:
- Повышается надежность за счет бесконтактного анализа (датчик ускорения устанавливается на падающем грузе), что влияет на чистоту проводимых исследований;
- За счет введения в стенд микроконтроллера и установки датчика ускорения на грузе достигается высокое быстродействие (десятки килогерц), и груз не успевает упасть повторно;
- Нет зависимости от геометрических размеров и формы падающего груза и положения груза в точке соприкосновения с железобетонной конструкцией, тем самым не нарушается точность испытания при перекосе или внецентренном приложении нагрузки;
Таким образом заявляемая конструкция стенда позволяет рассмотреть процесс именно однократного удара по испытуемому образцу, что повысит точность полученных результатов.
Полезная модель пояснена чертежом. На чертеже приведен общий вид стенда для испытания железобетонных элементов на однократное кратковременное динамическое воздействие.
Копровая установка с мачтами из немагнитного материала (например, алюминия, немагнитных сталей, немагнитного чугуна) 1, 2 установлена на силовом полу 3. Экспериментальный образец 4 лежит на опорах 5. Грузосбрасыватель 6 отпускает груз 7 с закрепленными на нем постоянными магнитами 8, 9 кроме того непосредственно на грузе 7 установлен датчик ускорения 10, который соединен с микроконтроллером 11, передающим сигнал на усилитель 12. Усилитель 12 подает питание на электромагниты 13, 14, 15, 16 соответственно. Количество электромагнитов выбирается для конкретного случая исследования.
При подачи команды «Start» грузосбрасыватель 6 отпускает груз 7, при этом микроконтроллер 11 начинает фиксировать показания с датчика ускорения 10. После удара груза 7 по экспериментальному образцу 4, груз 7 отскакивает и начинает двигаться вверх, при этом показания датчика ускорения 10 меняют знак, что фиксирует микроконтроллер 11. Микроконтроллер 11 настроен так, что при смене знака показаний датчика ускорения 10 он должен подать сигнал на усилитель 12, который в свою очередь запитает электромагниты 13, 14., 15, 16. Электромагниты 13, 14, 15, 16, при подаче на которые напряжения питания образуют с постоянными магнитами 8, 9 установленными на грузе 7 противоположную полярность и
происходит их взаимное притяжение, что приводит к фиксации груза 7 и исключению повторного воздействия на железобетонный элемент.