ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ИМИТАТОР СЕЙСМИЧЕСКОГО ИМПУЛЬСА

Полезная модель относится к испытательной технике, а более конкретно к нагрузочным устройствам, предназначенным для испытания строительных конструкций на сейсмостойкость, и может быть использована при испытаниях балок, плит, колонн, ригелей на статическое, кратковременное динамическое, ударное, циклическое воздействие, резонансное разрушение.
Аналогом заявляемого устройства является стенд, предназначенный для испытания железобетонных образцов на кратковременное динамическое воздействие, преимущественно на ударную нагрузку [Патент на полезную модель RU 76133, МПК G01N 3/00, G01N 3/08, G01N 3/30, 2006 г.], включающая в себя нагружающее устройство, выполненное в виде копровой установки с двумя мачтами из немагнитного материала, грузосбрасывателя с грузом; опоры для железобетонного элемента, смонтированные на силовом полу; электромагниты, установленные на мачтах и постоянные магниты, закрепленные на грузе; датчик ускорения, установленный на грузе и подключенный к входу микроконтроллера. При отскакивании груза после удара о железобетонный элемент с датчика ускорения в микроконтроллер поступает сигнал с противоположным знаком, подающий питание на электромагниты, в задачу которого входит притяжение электромагнита с постоянным магнитом, обеспечивающее фиксацию груза, исключающее повторное силовое воздействие на железобетонный элемент. В результате обеспечивается чистота и корректность полученных результатов исследований при кратковременном динамическом воздействии.
Данная установка позволяет испытывать железобетонные элементы на однократное кратковременное динамическое воздействие, но не позволяет обеспечить электроприводом программное задание формы импульса силы или величины прогиба конструкции. Стенд представляет источник повышенной опасности в связи с тем, что груз падает с высоты, кроме того стенд не позволяет проводить статические испытания и задание циклического воздействия, приложенного к испытуемой строительной конструкции.
Известна гидропульсационная установка для испытания строительных конструкций на динамическое и статическое воздействие [Патент на изобретение RU 2418277, МПК G01N 7/02, 2006 г.]. Гидропульсационная установка состоит из станины, колонн, соединенных поверху ригелем, винтовых устройств, соединенных с рычагом, на которых подвешена верхняя траверса, через которую домкрат-пульсатор с помощью рычага взаимодействует тягами на испытываемый узел конструкции.
Функциональные возможности гидропульсационной установки по RU 2418277 расширены в сравнении с предыдущим аналогом. Установка позволяет передавать через промежуточные звенья на испытуемую конструкцию циклические и статические воздействия. Однако установка предпочтительна для испытания конструкций значительных габаритов и имеет сложную конструкцию.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является электромеханическая установка для статических и динамических испытаний строительных конструкций [Патент на полезную модель RU 137119, МПК G01N 3/08], которая принята за прототип заявляемой полезной модели.
Электромеханическая установка для статических и динамических испытаний строительных конструкций содержит смонтированные на силовом полу опоры, на которых шарнирно установлена испытуемая строительная конструкция, и нагружающее устройство. В состав нагружающего устройства входит регулируемый электропривод, который может быть установлен непосредственно на силовом полу или на станине, закрепленной на силовом полу. Воздействие регулируемого электропривода на испытуемую конструкцию осуществляется через промежуточное звено - кривошипно-шатунный механизм и связанный с ним поршень, установленный в сквозном корпусе, неподвижно закрепленном на силовом полу или на станине. Для этого один конец кривошипа кривошипно-шатунного механизма закреплен на валу регулируемого электропривода, а второй через шатун соединен с поршнем. Конец поршня, обращенный к испытуемой строительной конструкции, выполнен сферической формы. Воздействие на испытуемую строительную конструкцию может быть сверху, снизу и сбоку в зависимости от расположения поршня. Установка позволяет формировать с помощью нагружающего устройства программируемые форму и амплитуду динамического и статического воздействия. Также, данная установка имеет достаточно простую конструкцию и позволяет обеспечить безопасность проведения испытаний.
Однако, данная установка не позволяет в полной мере моделировать сейсмическую нагрузку на испытуемую строительную конструкцию, наиболее приближенную к особенностям пульсаций и частот природного характера сейсмического воздействия.
Задача полезной модели - расширение функциональных возможностей для моделирования наиболее близкого к природному характеру сейсмического воздействия на строительные конструкции и упрощение процесса испытаний, наряду с обеспечением безопасности проводимых работ.
Технический результат, на достижение которого направлена решаемая задача, заключается в формировании с помощью нагружающего устройства программируемой формы и амплитуды однократного динамического или циклического воздействия повышенной мощности, приложенного к испытуемому образцу, моделирующего сейсмическое воздействие на строительную конструкцию.
Технический результат и решение задачи достигаются следующим образом.
Электромеханический имитатор сейсмического импульса, как и прототип, содержит силовой пол, опоры, закрепленные на силовом полу, на которых шарнирно установлена испытуемая строительная конструкция, и нагружающее устройство. Нагружающее устройство, как и в прототипе, состоит из регулируемого электропривода, установленного на силовом полу или на дополнительно закрепленной на силовом полу станине, и промежуточного звена, посредством которого регулируемый электропривод связан с испытуемой строительной конструкцией.
В отличие от прототипа заявляемая полезная модель в качестве регулируемого электропривода содержит линейный регулируемый электропривод, на якоре которого закреплен свободно вращающийся ролик. В месте силового воздействия на испытуемую строительную конструкцию закреплен второй свободно вращающийся ролик. Промежуточным звеном в заявляемом электромеханическом имитаторе сейсмического импульса, в отличие от прототипа, служит рычаг, который шарнирно опирается на силовой пол и шарнирно через свободно вращающийся ролик связан с якорем регулируемого электропривода, а также шарнирно, через второй свободно вращающийся ролик, - с испытуемой строительной конструкцией.
В частном случае рычаг может быть связан с испытуемой строительной конструкцией через траверсу, дополнительно установленную в месте силового воздействия. В этом случае второй свободно вращающийся ролик закреплен на указанной траверсе.
Рычаг может быть установлен или сверху испытуемой строительной конструкции, или снизу испытуемой строительной конструкции, или сбоку испытуемой строительной конструкции.
Нагружающее устройство может содержать несколько линейных регулируемых электроприводов, установленных последовательно на одном конце рычага с возможностью их синхронной работы. В этом случае конец рычага шарнирно связан с якорями этих линейных регулируемых электроприводов через свободно вращающиеся ролики, закрепленные на каждом из указанных якорей, или через один общий свободно вращающийся ролик, соединенный с якорями всех линейных регулируемых электроприводов. Линейные регулируемые электроприводы могут быть установлены на противоположных концах рычага с возможностью их синхронной и противофазной работы, а рычаг шарнирно связан с якорями этих линейных регулируемых электроприводов через свободно вращающиеся ролики, закрепленные на якорях.
Конструкция электромеханического имитатора сейсмического импульса для испытаний строительных конструкций пояснена чертежами.
На фиг. 1 показана конструкция электромеханического имитатора сейсмического импульса для испытаний строительных конструкций.
На фиг. 2 показана конструкция электромеханического имитатора сейсмического импульса для испытаний строительных конструкций с дополнительной траверсой перераспределения нагрузок на строительную конструкцию (частный случай).
На фиг. 3 показана конструкция электромеханического имитатора с установкой линейных электроприводов, работающих противофазно (частный случай).
Электромеханический имитатор сейсмического импульса содержит (фиг. 1, 2, 3) смонтированное на силовом полу 1 нагружающее устройство и опоры 2 для испытуемой строительной конструкции 3. Нагружающее устройство выполнено в виде линейного регулируемого электропривода 4, установленного на силовом полу 1 или на дополнительно закрепленной на силовом полу 1 станине установки, рычаг 5, который шарнирно оперт на силовом полу 1 или на станине, при этом первый конец рычага шарнирно связан через свободно вращающийся ролик 6, закрепленный на испытываемой строительной конструкции 3, шарнирно установленной на опорах 2, закрепленных на силовом полу 1, а второй конец рычага 5 шарнирно связан через свободно вращающийся ролик 7, закрепленный на якоре 8 с линейным регулируемым электроприводом 4 (фиг. 1).
При наличии в конструкции имитатора траверсы (фиг. 2) передача силового воздействия первого конца рычага 5 осуществляется шарнирно через свободно вращающийся ролик 6, закрепленный траверсе установленной на испытуемой конструкции 3.
Возможно расположение элементов нагружающего устройства и сверху, и сбоку испытуемой конструкции.
Нагружающее устройство может содержать несколько линейных регулируемых электроприводов с общим или раздельными роликами 7, установленных на одной стороне рычага 5 и работающих синхронно (на чертеже не показано).
Нагружающее устройство (фиг. 3) может содержать, по крайней мере, два или более линейных регулируемых электроприводов, установленных на противоположных сторонах рычага 5 и работающих синхронно и противофазно.
Кроме того, изменяя положение точки опирания рычага 5 (фиг. 1, 2) (шарнирной опоры) относительно первого и второго концов рычага 5 можно изменять максимальную величину формируемого импульса силы или максимальную величину формируемого прогиба строительной конструкции при проведении испытаний.
Полезная модель промышленно применима, ее можно многократно реализовать с достижением указанного технического результата.
Работа электромеханического имитатора возможна в двух режимах испытаний.
В первом режиме испытание (фиг. 1) проходит по исчерпанию несущей способности конструкции 3. Для этого силовое воздействие с заданной формой импульса силы в точке касания ролика 6, закрепленного на испытываемой строительной конструкции 3 формируется регулируемым электроприводом 4 по программе работы моментного электропривода (параметр регулирования - это величина силы на якоре 8 электропривода 4).
Во втором режиме испытание (фиг. 1) проходит по достижению испытуемой конструкцией 3 предельных деформаций или прогиба. Для этого силовое воздействие в точке касания ролика 6, закрепленного на испытываемой строительной конструкции 3 формируется регулируемым электроприводом 4 по программе работы позиционирования электропривода (параметр регулирования - величина перемещения якоря 8 электропривода 4).
Для задания различных схем испытания (фиг. 2) строительной конструкции 3 на нее может устанавливаться траверса 9, в этом случае силовое воздействие прикладывается к центру траверсы 9 и перераспределяется по строительной конструкции 3.
Циклическое воздействие на испытуемую конструкцию может выполнятся при работе электропривода в противофазном режиме. В таком случае меняется конструкция стенда (фиг. 3). К испытуемой конструкции 3 снизу подводится рычаг 5, на котором устанавливается четное или нечетное количество электроприводов 4 вдоль рычага 5. Именно такое расположение электроприводов 4 и работа в однофазном, противофазном режиме позволяет наиболее приблизить циклические воздействия к природному характеру реального сейсмического нагружения.
Предлагаемый имитатор позволяет моделировать циклические воздействия наиболее близкие к природному характеру сейсмической нагрузки, а также, позволяет генерировать удары, колебания различного характера, например, взрывное воздействие.