СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ФИКСИРОВАННОЙ СТЕПЕНЬЮ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ОБЖАТИЯ НА КРАТКОВРЕМЕННЫЙ ДИНАМИЧЕСКИЙ ИЗГИБ

Полезная модель относится к испытательной технике, а именно к машинам для испытания образцов при действии кратковременного динамического нагружения в условиях ограничения горизонтального смещения опорных сечений, преимущественно бетонных и железобетонных элементов.
Известен стенд для испытания железобетонных элементов на действие изгибающих моментов, продольных и поперечных сил при кратковременном динамическом нагружении по патенту РФ на полезную модель №90901. Стенд включает в себя силовой пол, на котором смонтирована копровая установка с грузосбрасывателем, мачты которой снабжены ограничителем хода груза. На торцах железобетонного элемента установлены опорные металлические пластины, в которые упираются сферические элементы. На опорах под железобетонным элементом наклеены тензорезисторы. Стенд также содержит три траверсы, одна из которых, загрузочная, установлена на железобетонном элементе и на ней закреплен силоизмеритель с демпфирующими прокладками, а другие, дополнительные, расположены на опорах по обе стороны от копровой установки и соединены между собой посредством тяжей. Опорные ролики размещены в вырезах опор под железобетонным элементом, причем один - неподвижно, второй - с возможностью горизонтального перемещения. Стенд также содержит пружинный блок, установленный с одного конца железобетонного элемента и выполненный из двух металлических пластин с отверстиями для тяжей, соединяющих дополнительные траверсы. Устройство натяжения выполнено в виде тяжа с метрической резьбой и гаек, закрепленного одним концом в дополнительной траверсе, а другим - в металлической пластине пружинного блока, помимо этого пружинный блок снабжен закрепленным сверху датчиком перемещения. Опоры для дополнительных траверс выполнены с возможностью регулирования их высоты. Стенд содержит также акселерометры, установленные на грузосбрасывателе и силоизмерителе.
Данный стенд позволяет испытывать железобетонные элементы на изгиб с продольным сжатием либо проводить испытание железобетонных элементов на поперечную нагрузку с продольным сжатием.
Однако данный стенд не позволяет исследовать работу элементов конструкций в условиях ограничения горизонтального смещения железобетонного элемента при кратковременном динамическом нагружении.
За прототип принят автоматизированный стенд для испытаний железобетонных элементов на совместное действие изгибающих моментов, продольных и поперечных сил при кратковременном динамическом нагружении по патенту РФ на полезную модель №135416, содержащий силовой пол, вертикальные направляющие, смонтированные на силовом полу, на которых с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения закреплена траверса с грузом, узел фиксации груза и грузосбрасыватель; содержащий опоры для железобетонного элемента, закрепленные на силовом полу, одна из которых выполнена шарнирно-подвижной, а другая - неподвижной; содержащий загрузочную траверсу, установленную на железобетонном элементе. Стенд содержит две упорные траверсы, установленные на дополнительных опорах с обоих торцов испытуемого железобетонного элемента и соединенные между собой посредством тяжей. Одна из упорных траверс, первая, через полусферу и прокладки примыкает к торцу железобетонного элемента. Стенд по прототипу содержит пружинный блок, примыкающий через полусферу и прокладки ко второму торцу железобетонного элемента и выполненный из двух металлических пластин с отверстиями для тяжей, соединяющих упорные траверсы, и пружин, надетых на эти тяжи и установленных между металлическими пластинами до упора, центрирующий тяж с метрической резьбой, закрепленный одним концом в металлической пластине пружинного блока. Стенд содержит подвижную траверсу, установленную между пружинным блоком и второй упорной траверсой и выполненную с отверстиями для тяжей, соединяющих упорные траверсы и закрепленных на подвижной траверсе с помощью дополнительных гаек. Второй конец центрирующего тяжа с метрической резьбой жестко закреплен на дополнительной подвижной траверсе. Кроме этого, стенд содержит гидравлический домкрат, установленный между подвижной и второй упорной траверсами, а испытуемый железобетонный элемент с обоих его торцов имеет арматурные выпуски, которые с одного торца пропущены через металлические пластины пружинного блока и жестко закреплены на его наружной пластине, а с другого торца жестко закреплены на первой упорной траверсе. Кроме этого, опоры для железобетонного элемента установлены с возможностью продольного перемещения с последующим их жестким закреплением к силовому полу.
В состав стенда входит блок управления экспериментом и измерительная система, к которой подключены тензорезисторы, установленные на железобетонном элементе, датчики опорных реакций, установленные на опорах железобетонного элемента, силоизмеритель, закрепленный на загрузочной траверсе, акселерометры, установленные один на грузосбрасывателе, другой - на силоизмерителе, и датчик перемещений, установленный между металлическими пластинами пружинного блока.
Данный стенд позволяет создавать напряженно-деформированное состояние, характеризующейся действием центральной статической продольной силы и поперечной кратковременной динамической нагрузки на шарнирно опертый испытываемый образец и обеспечивает наиболее точные и достоверные результаты путем приближения к реальным условиям работы элементов конструкций при динамическом нагружении.
Однако данный стенд не позволяет зафиксировать горизонтальное смещение железобетонного элемента при кратковременном динамическом нагружении, а значит не позволяет исследовать железобетонные элементы в условиях фиксированного горизонтального обжатия, что часто встречается в реальных условиях эксплуатации строительных конструкций.
Задача полезной модели - зафиксировать горизонтальное смещение железобетонного элемента при кратковременном динамическом нагружении.
Технический результат, достигаемый в процессе проведения испытаний в условиях поставленной задачи, заключается в исследовании напряженно-деформированного состояния испытуемого железобетонного элемента и определении величины усилия распора в режиме зафиксированного горизонтального обжатия при кратковременном динамическом воздействии.
Задача решена следующим образом.
Как и устройство по прототипу, заявляемый стенд содержит силовой пол и вертикальные направляющие, смонтированные на силовом полу, на которых с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения закреплена траверса с грузом, узел фиксации груза и грузосбрасыватель. Содержит опоры для железобетонного элемента, жестко закрепленные на силовом полу. Одна опора выполнена шарнирно-подвижной, а другая - неподвижной. В состав стенда входит загрузочная траверса, которая предназначена для установки на испытуемом железобетонном элементе. Как и в стенде по прототипу, с обоих торцов испытуемого железобетонного элемента на дополнительных опорах установлены две упорные траверсы. Упорные траверсы соединены между собой посредством тяжей, закрепленных на упорных траверсах. С одного торца испытуемого железобетонного элемента между торцом и соответствующей упорной траверсой установлена промежуточная траверса, которая выполнена с отверстиями для тяжей, соединяющих упорные траверсы и закрепленных на указанной промежуточной траверсе. Стенд содержит гидравлический домкрат, расположенный между упорной и промежуточной траверсами, блок управления экспериментом и измерительную систему, к которой подключены тензорезисторы, установленные на железобетонном элементе, датчики опорных реакций, установленные на опорах железобетонного элемента, силоизмеритель, закрепленный на загрузочной траверсе, и акселерометр, установленный на силоизмерителе.
В отличие от прототипа заявляемый стенд согласно полезной модели содержит вторую промежуточную траверсу, примыкающую через две металлические пластины, соединенные между собой роликом, ко второму торцу железобетонного элемента и расположенную между второй упорной траверсой и вторым торцом испытуемого железобетонного элемента. Вторая промежуточная траверса выполнена с отверстиями для тяжей, соединяющих упорные траверсы. В отличие от прототипа первая промежуточная траверса через металлические пластины, соединенные роликом, тоже примыкает к торцу железобетонного элемента.
Для повышения полноты получаемой информации в процессе испытаний на тяжах в продольном направлении установлены и подключены к измерительной системе тензорезисторы.
Для того, чтобы одна опора для железобетонного элемента была шарнирно-подвижной, а другая - неподвижной, они могут быть выполнены с вырезами, а в вырезах установлены ролики, причем в вырезе одной опоры ролик установлен неподвижно, а в вырезе другой опоры - подвижно. На роликах (под железобетонным элементом) могут быть размещены металлические пластины. Загрузочная траверса и промежуточные траверсы также могут быть установлены на железобетонном элементе через металлические пластины.
Стенд может быть обеспечен системой страховки для ограничения прогиба железобетонного элемента, установленной на расстоянии максимально допустимого его прогиба.
В качестве грузосбрасывателя предпочтительно использовать бомбосбрасыватель.
Совокупность существенных признаков, характеризующих заявляемое устройство, в известных источниках информации не обнаружена, что подтверждает новизну полезной модели.
Полезная модель пояснена чертежом, на котором приведен общий вид стенда для испытаний.
Заявляемый стенд содержит силовой пол 1, на котором установлены вертикальные направляющие 2, на направляющих 2 с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения закреплена траверса с грузом 3, зафиксированным бомбосбрасывателем 4, Силоизмеритель 5 установлен на загрузочной траверсе 6. Траверса 6 через металлические пластины установлена на экспериментальном железобетонном элементе 7, размещенном на динамометрических опорах 8, 9 для железобетонного элемента, в вырезах которых установлены ролики, причем в одном вырезе неподвижно, а в другом - с возможностью горизонтального перемещения. Опоры 8, 9 жестко закреплены на силовом полу 1. На силовом полу 1 установлены две упорные траверсы 10, 11 с обоих торцов испытуемого железобетонного элемента 7 и соединены между собой посредством тяжей 12, 13 с метрической резьбой и соответствующими гайками. Для получения горизонтальной реакции на тяжах 12, 13 установлены тензорезисторы 14. Траверсы 10, 11 установлены на дополнительных опорах 15, 16 состоящих, например, из двух опорных траверс. Между упорной траверсой 10 и торцом железобетонного элемента 7 установлена промежуточная траверса 17, которая примыкает к торцу железобетонного элемента 7, с противоположного торца аналогично установлена траверса 18. Траверсы 17, 18 примыкают к торцам железобетонного элемента 7 через металлические пластины, соединенные роликом. Для установления начального обжатия между траверсами 10, 17 установлен гидравлический домкрат 19. Блок управления экспериментом и измерительная система на чертеже не показаны.
Работа стенда заключается в следующем: железобетонный элемент 7 устанавливается на основные опоры 8, 9, далее устанавливается загрузочная траверса 6 и система страховочных приспособлений. Далее устанавливается силоизмеритель 5 на загрузочную траверсу 6, и комплекс стандартных измерительных приборов, подключенных к системе. Затем груз 3 при помощи подвесного оборудования крепится к бомбосбрасывателю 4 и поднимается на необходимую высоту. После завершения подготовительных работ задается величина начального распора при помощи гидравлического домкрата 19, и торцевые траверсы 17, 18 фиксируются в данном положении при помощи гаек, при начальном обжатии 5-10% от величины ожидаемого распора, и производится страховка для ограничения прогиба железобетонного элемента 7, установленной на величине максимально допустимого его прогиба. По команде на запуск эксперимента при помощи блока управления экспериментом одновременно срабатывает спусковой механизм грузосбрасывателя 4 (отпускается траверса с грузом 3) и начинается запись данных в измерительной системе, при этом в измерительную систему поступают данные со всех установленных датчиков и приборов, что позволяет получить информацию о напряженно-деформированном состоянии экспериментального образца 7 во время эксперимента. Информация о деформациях в тяжах 12, 13, полученная от тензорезисторов 14, позволяет по известным формулам определить величину усилия распора.