СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА КРАТКОВРЕМЕННЫЙ ДИНАМИЧЕСКИЙ ИЗГИБ С ПОВЫШЕННОЙ ДОСТОВЕРНОСТЬЮ ПОЛУЧЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ

Полезная модель относится к испытательной технике в области строительства, а более конкретно - к устройствам для испытания железобетонных элементов зданий и сооружений на кратковременный динамический изгиб, вплоть до полного разрушения конструкции железобетонного элемента.
st
Аналогом заявляемого устройства является испытательная машина для динамических испытаний железобетонных элементов на ударную нагрузку при помощи энергии падающего груза, представленная в сборнике: Impact: Eff. Fast Transient Loadings: Proc.1 Int. Conf.Eff. Fast Transient Loadings. Lausanne, p.37-65. Название статьи: Constitutive modeling of concrete under impact loading (Определяющие соотношения для бетона под действием ударной нагрузки). Авторы: John. R., Shah S.P. Машина включает в себя нагружающее устройство, состоящее из бетонного основания, колонн, груза, силового привода нагружения, электротензометрического датчика силы, датчика деформаций, датчика ускорений, датчика скорости и оптического измерительного блока подключенного к ЭВМ. Этой машиной обеспечивается испытание железобетонных элементов на изгиб.
Однако устройство не позволяет контролировать полученные результаты, путем сопоставления показаний приборов, а также обеспечить воспроизводимость силового воздействия.
Наиболее близким устройством, принятым за прототип, является стенд по патенту РФ на полезную модель №53776, установленный на силовом полу. Данный стенд содержит опорные элементы, на которые через металлические пластины установлен экспериментальный образец. В вырезах опорных элементов установлены ролики, при этом в вырезе одного опорного элемента ролик установлен неподвижно, а в вырезе второго опорного элемента установлен ролик, который имеет возможность перемещается в вырезе опоры. В качестве загружающего устройства, создающего поперечную кратковременную динамическую нагрузку, используется копровая установка, на которой с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения закреплена траверса с грузом из металлических пластин, при этом основание копровой установки при помощи болтов и гаек соединено с силовым полом. Груз закреплен с помощью лебедки, которая выполняет функцию грузосбрасывателя и фиксатора груза на заданном расстоянии. Мачты копровой установки снабжены ограничителями движения груза. В свою очередь продольная сжимающая сила прикладывается за счет имеющегося домкрата, который установлен между металлическими траверсами стянутыми тяжами. При этом выпуски арматурных стержней экспериментального образца вставлены в имеющиеся в одной из траверс отверстия. Траверсы имеют дополнительные опоры, которые установлены на силовом полу. На экспериментальный образец через металлические прокладки уложена загрузочная траверса с системой страховки. На загрузочной траверсе установлен силоизмеритель, который фиксирует силу удара.
Данная установка позволяет испытывать железобетонные элементы на косое внецентренное кратковременное динамическое сжатие, но не позволяет исследовать работу элемента при кратковременном динамическом изгибе, кроме того нет возможности проконтролировать полученные результаты путем сопоставления показаний приборов, а также воспроизводимость силового воздействия.
Задача полезной модели - расширить диапазон исследований и повысить достоверность результатов при динамических испытаниях.
Технический результат, на достижение которого направлена решаемая задача, заключается в создании в железобетонном элементе воспроизводимого кратковременного динамического изгиба и получения данных с первичных преобразователей информации для сопоставления показаний всех используемых приборов, что обеспечивает повышение достоверности результатов.
Задача решена следующим образом.
Общим с прототипом является то, что стенд для испытания железобетонных элементов на кратковременный динамический изгиб с повышенной достоверностью полученной информации содержит опорные элементы, смонтированные на силовом полу, ролики, один из которых размещен в вырезе одного из опорных элементов неподвижно, а другой - с возможностью горизонтального перемещения в вырезе второго опорного элемента, две металлические пластины для размещения концов железобетонного элемента, одна из которых расположена на неподвижном ролике, а другая - на подвижном, нагружающее устройство в виде копровой установки, закрепленной на силовом полу и мачты которой снабжены ограничителем движения груза, загрузочную траверсу, силоизмеритель, установленный на загрузочной траверсе, и грузосбрасыватель с узлом фиксации груза.
В отличие от прототипа в заявляемом стенде узел фиксации груза выполнен в виде неподвижной опоры, например, в виде балки, закрепленной на мачтах копровой установки, к которой через грузосбрасыватель подвешена траверса с грузом, при этом стенд дополнительно содержит прогибомеры, один из которых установлен между неподвижной опорой и траверсой с грузом, а другие установлены на силовом полу и закреплены на поверхности железобетонного элемента с помощью опор с тремя степенями подвижности, и дополнительно содержит тензометрические акселерометры, установленные по длине экспериментального образца, при этом прогибомеры, акселерометры, силоизмеритель и грузосбрасыватель выполнены с возможностью подключения к блоку управления экспериментом, причем в качестве грузосбрасывателя использован авиационный бомбосбрасыватель. В качестве прогибомеров применены индуктивные датчики положения SL-150-G-SR с диапазоном измерений от нуля до 150 мм.
Применены акселерометры ARE-10000A с диапазоном измерений ускорений от нуля до 1000 g и с частотным диапазоном от нуля до 5000 Гц.
При кратковременном динамическом изгибе в железобетонном элементе возникает изгибающий момент. Возникновение изгибающего момента происходит вследствие падения груза на загрузочную траверсу, которая распределяет нагрузку на экспериментальный образец. Прогибомер, установленный между неподвижной опорой загрузочного устройства и грузом, позволяет с высокой точностью контролировать высоту падения груза при первом и повторных испытаниях, что обеспечивает воспроизводимость силового испытательного воздействия с достаточной точностью.
Применение в качестве прогибомеров индуктивных датчиков положения SL-150-G-SR (фирмы WayCon Positionsmesstechnik, FRG) является более предпочтительным, поскольку позволяет за счет их усовершенствованной конструкции (наличия нескольких шарниров обеспечивающих крепление с тремя степенями подвижности в каждой точке закрепления) и малого веса подвижной части датчика обеспечить их надежное крепление к экспериментальному образцу и предотвратить разрушение креплений при кратковременной динамической нагрузке, а значит и потерю информации. Возможно применение при испытаниях прогибомеров других производителей. Выбор марок прогибомеров не вызывает затруднений у специалистов в области испытаний.
Применение акселерометров тензометрического типа ARE-10000A (фирмы Japan measurement technologies) с частотным диапазоном от нуля до 5000 Гц дает возможность путем математических преобразований сопоставить полученные результаты с зарегистрированными показаниями других приборов, например, прогибомеров, и в результате повысить достоверность экспериментальной информации сделать более обоснованные выводы. Возможно применение и иных акселерометров. Грузосбрасыватель обеспечивает возможность дистанционной и безопасной подачи команды на запуск эксперимента, а также возможность синхронизации всех частей измерительной системы.
На чертеже изображен общий вид стенда для испытания железобетонных элементов на кратковременный динамический изгиб с повышенной достоверностью полученной информации.
Стенд для испытаний железобетонных элементов при кратковременном динамическом изгибе содержит силовой пол 1 с опорными основаниями копровой установки 2, на которых установлены вертикальные направляющие 3. На направляющих 3 с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения закреплена траверса с грузом 4, страховочные элементы 5, узел фиксации груза 6, грузосбрасыватель 7. Силоизмеритель 8 установлен на загрузочную траверсу 9, которая через металлические пластины 10 установлена на экспериментальном железобетонном образце 11, размещенном на опорах 12, 13, одна из опор выполнена шарнирно-подвижной 13. Опоры 12, 13 жестко закреплены на силовом полу 1. На опорах 12, 13 размещены ролики 14. С целью фиксации показаний измерительных приборов и синхронизации их запуска возможно использовать блок управления экспериментом 15. С этой целью грузосбрасыватель 7 тоже может быть подключен к блоку управления экспериментом 15. Блок управления экспериментом 15, представленный на чертеже, включает панель управления 16, устройство синхронизации запуска эксперимента 17, с которым соединен грузосбрасыватель 7, измерительную компьютерную систему 18, например MIC-400, к которой подключены силоизмеритель 8, прогибомеры (датчики перемещений) 19, акселерометры 20, установленные на экспериментальном образце 11 и прогибомер (датчик перемещений) 21, установленный между неподвижной опорой загрузочного устройства 6 и грузом 4. Прогибомер 21 позволяет с высокой точностью контролировать высоту падения груза.
Подключение измерительных приборов к блоку управления осуществляется с помощью известных вспомогательных средств (разъемов, электропроводов) и не вызывает трудностей у специалистов.
Перед началом испытания при помощи прогибомера 21 груз 4 точно выводится на определенную высоту. После команды на запуск эксперимента с панели управления 16 включается устройство синхронизации запуска эксперимента 17, после чего электрический сигнал от устройства синхронизации запуска эксперимента 17 передается измерительной компьютерной системе 18 и всем первичным преобразователям информации (в том числе силоизмерителю 8, пргибомерам 19 и акселерометрам 20). При этом размыкается грузосбрасыватель 7, и груз 4 падает на силоизмеритель 8, который установлен на распределительной траверсе 9, которая в свою очередь через металлические пластины 10 передает нагрузку на экспериментальный образец 11. В то же время измерительной системой 18 фиксируются показания силоизмерителя 8, прогибомеров 19 и акселерометров 20.
Сила удара также регулируется при помощи повышения или понижения высоты падения груза 4.
Для получения дополнительных данных о напряженно-деформированном состоянии экспериментального образца используется комплекс стандартных измерительных приборов (тензорезисторы, датчики опорных реакций, тензометры и др).