СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ РАМ И КОНСТРУКЦИЙ ГИДРОПУЛЬСАЦИОННЫМИ УСТАНОВКАМИ ПРИ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
METHOD OF TESTING FRAMES AND STRUCTURES USING HYDROPULSATION INSTALLATIONS DURING STATIC AND DYNAMIC EFFECTS

Предлагаемое изобретение относится к динамическими и статическим испытаниям конструкций: рам, арок, колонн, балок, фундаментов, ростверков и их узлов.
Известна гидропульсационная установка с домкратом-пульсатором, предназначенная для испытания на выносливость образцов малых габаритов [1,472], [2, 267, фиг.182]. Такие гидропульсационные установки создают динамические и статические воздействия. Они имеются в испытательной лаборатории любого университета или академии.
Известная гидропульсационная установка имеет значительную мощность домкрата-пульсатора: при растяжении сжатии 10000…50000 гН (100…500 т), а при динамических воздействиях 5000…25000 гН (50…250 т). Примем ее за прототип. Недостатки известной гидропульсационной установки - невозможность испытания в ней конструкций и неподвижное стационарное закрепление гидропульсационной установки на фундаменте.
Техническая задача изобретения - расширение функциональных возможностей гидропульсационной установки, оснащенной домкратом-пульсатором, снабжение ее самоходным устройством, обеспечивающим передвижение по силовому полу самоходом и испытание ею конструкций: рам, арок, колонн, балок, фундаментов, ростверков и их узлов.
Техническая задача по способу испытаний рам и конструкций гидро-пульсационными установками при статических и динамических воздействиях достигнута следующим образом. Гидропульсационная установка содержит станину с колоннами, вдоль которых с приводом от домкратов-пульсаторов перемещается подвижная траверса с захватом для образцов. Имеется также нижний захват. Каждую гидропульсационную установку закрепляют неподвижно на силовом полу анкерными устройствами и приводят в циклическое действие с пульта управления от насосной станции.
Отличие в том, что силовой пол оснащают двутаврами-анкерами, неподвижно замоноличенными в нем и выступающими выше его поверхности на 100…150 мм.
Каждую гидропульсационную установку закрепляют на опорном кольце с установленными на нем блоками для цепей. Опорное кольцо гидропульсационной установки опирают на анкерные гайки-ползуны с возможностью скольжения их по двутаврам-анкерам, выступающим из силового пола, и вращательного скольжения корпуса гидропульсационной установки на опорном кольце вокруг вертикальной оси вращения.
К подвижной по вертикали траверсе гидропульсационной установки по концам присоединяют пару цепей - пропускают их сквозь блоки, закрепленные на опорном кольце, и направляют обе цепи в одну сторону. Закрепляют их к двутаврам-анкерам, с пульта включают подъем траверсы и поступательно самоходом подтягивают гидропульсационную установку вдоль, скользя по двутаврам-анкерам.
Стопорят гидропульсационную установку на силовом полу, стопоря гайки-ползуны. Отсоединяют одну из цепей от двутавра-анкера, переносят конец цепи на противоположную сторону и вновь закрепляют к двутавру-анкеру.
С пульта включают подъем траверсы и разворачивают гидропульсационную установку вокруг вертикальной оси на месте на требуемый угол и фиксируют гидропульсационную установку неподвижно в проектном положении, стопоря гайки-ползуны.
Рядом с силовым полом заполняют испытательные ямы слоями грунта с разными свойствами, монтируют в испытательных ямах два фундамента с соплами с реактивной тягой [3, 4, 5], заполняют сыпучим рабочим телом сопла упомянутых фундаментов, монтируют на фундаменты, например двухветвевые колонны [6], прикрепляют базы ветвей колонны анкерными болтами к упомянутым фундаментам, соединяют оголовки колонн друг с другом ригелем и образуют раму.
Монтируют на краю силового пола неподвижно анкерные колонны, соединенные друг с другом анкерной балкой, фиксируемой на проектной высоте. К анкерной балке шарнирно подвешивают рычаг, причем, например, правое плечо этого рычага шарнирно опирают сверху на подвижную траверсу гидропульсационной установки, а левое плечо шарнирно подвешивают снизу к нагружаемому узлу рамы.
Соединяют связями верх рамы с оголовками анкерных колонн, с пульта включают насосные станции гидропульсационных установок в статическом или циклическом режиме и выполняют в соответствии с программой испытаний статические или циклические испытания конструкции. Поддомкрачивают фундаменты рамы реактивной тягой сопел и имитируют неравномерные осадки и крен фундаментов.
Для обеспечения самоходности продольного движения к подвижной траверсе гидропульсационной установки присоединяют одним из концов пару цепей и пропускают их сквозь блоки, закрепленные на ее опорном кольце, и направляют в одну сторону, а вторые концы цепей взаимодействуют с двутаврами-анкерами силового пола с одной стороны.
Для обеспечения поворота гидропульсационных установок вокруг вертикальной оси цепи направляют в разные стороны и взаимодействуют с двутаврами силового пола по разные стороны от гидропульсационной установки.
На фиг.1 показана гидропульсационная установка с домкратом-пульсатором, оснащенная устройством для испытания конструкций в разрезе.
Гидропульсационная установка 1 состоит из: станины 2, колонн 3, винтовых устройств 4, на которых подвешена верхняя траверса 5. Колонны 3 гидропульсационной установки соединены по верху ригелем 6. Винтовые устройства гидропульсационной установки 4 соединены с рычагом 7. Домкрат-пульсатор 8 взаимодействует с подвижной траверсой с одним концом рычага 7, а второй конец рычага 7 взаимодействует тягами с испытываемым узлом конструкции, например подкрановыми балками. Домкрат-пульсатор 8 передает вертикальные воздействия F на подвижную траверсу 5 гидропульсационной установки 1.
Подвижную траверсу 5 в не нагруженном состоянии фиксируют по высоте винтовыми устройствами гидропульсационной установки 4. Станину 2 гидропульсационной установки 1 жестко соединяют с опорным кольцом 9, а это опорное кольцо устанавливают на двутавры-анкера 10, замоноличенные в силовом полу 11.
На силовом полу 11 закреплены анкерные колонны 12 устройства. На этих колоннах 12 зафиксированы на проектной отметке анкерные балки 13. К верхней анкерной балке шарнирно подвешивают рычаг 7. Нижняя анкерная балка выполняет функции опоры в момент монтажа. Между рычагом 7 и верхней анкерной балкой размещают шарнир. Правое плечо рычага 7 шарнирно опирают на подвижную траверсу 5, а левое плечо подвешивают подвесками 14 к подкрановой балке 15. Подкрановые балки 15 установлены на консолях колонн 3, соединенные друг с другом ригелем 6.
Фланцы колонн жестко соединены анкерными болтами 16 [6] с фундаментом с реактивной тягой 17. Анкерные болты 16 замоноличены в фундаментах с реактивной тягой 17, размещенных в испытательных 18 ямах с железобетонными стенами около силового пола 11. Испытательные ямы заполнены слоями грунта с разными характеристиками.
Гидропульсационная установка 1 снабжена также цепями (не показано), предназначенными для ее продольного перемещения и вращения его вокруг вертикальной оси. Один из концов каждой цепи соединяют с подвижной траверсой 5 гидропульсационной установки 1. Второй же конец цепи пропускают через блок, закрепленный на опорном кольце 9 (не показано).
Домкрат-пульсатор 8 создает самоходность гидропульсационной установки 1. Для реализации ее цепи закрепляют за двутавры-анкеры 10 на некотором расстоянии от гидропульсационной установки. Включают домкрат-пульсатор 8 и подтягивают гидропульсационную установку 1. Опорное кольцо 9 скользит по двутаврам-анкерам 10 на ход поршня домкрата-пульсатора 8. За несколько повторных циклов гидропульсационную установку 1 самоходом передвигают к проектной точке.
Для разворота гидропульсационной установки 1 вокруг ее вертикальной оси крепления опорного кольца к силовому полу ослабляют и фиксируют его за двутавры-анкеры 10 в проектной точке с возможностью вращения вокруг вертикальной оси. Прикрепляют одну из цепей к двутавру 10 впереди гидропульсационной установки 1, а вторую цепь сзади нее (не показано).
Включают домкрат-пульсатор 8, перемещают им подвижную траверсу и натягивают ей сразу пару цепей, создавая вращающую пару сил вокруг вертикальной оси по часовой стрелке или в обратную сторону, и поворачивают опорное кольцо 9 вместе со станиной 2 гидропульсационной установки 1 на проектный угол.
Нагружение испытываемой рамы производят также цепями. Для этого в точке приложения силы подвешивают динамометр. Блок изменяет направление силы F на 90°. Включают домкрат-пульсатор 8, передают циклические воздействия от него на подвижную траверсу и через цепи непосредственно на испытываемую раму (не показано).
Динамометры предназначены для дополнительного контроля развиваемых домкратом-пульсатором 8 сил и распределения их между двумя цепями. Гидропульсационных установок 1 может быть несколько, в соответствии с программой испытаний.
Сравнение гидропульсационной установки для испытания значительных габаритов рам и конструкций с прототипом показывает ее существенные отличия:
- новое устройство позволяет испытывать габаритные строительные и машиностроительные конструкции, а в прототипе такие испытания невозможны;
- гидропульсационная установка самоходом поступательно перемещается по двутаврам-анкерам силового пола и вращается вокруг вертикальной оси с приводом от домкрата-пульсатора;
- гидропульсационная установка снабжена рычагом, передающим циклические и статические воздействия от подвижной траверсы ее на правое плечо рычага, затем на левое плечо рычага и через подвески на нагружаемый узел рамы.
Экономический эффект достигнут из-за следующего:
- расширены функциональные возможности гидропульсационной установки, обеспечено испытание конструкций значительных габаритов;
- испытания конструкций автоматизированы, увеличена их достоверность, так как конструкции испытывают в натуральную величину;
- увеличена точность измерения сил F и N, действующих на конструкцию, что также увеличивает достоверность испытаний.
Авторы: Нежданов К.К., Нежданов А.К., Куничкин П.В.
Источники информации
1. Металлические конструкции. В 3т.Т.3. Стальные сооружения, конструкции из алюминиевых сплавов. Реконструкция, обследование, усиление и испытание конструкций зданий и сооружений. (Справочник проектировщика)/ Ред. В.В.Кузнецов (ЦНИИпроектстальконструкция им. Н.П.Мельникова) - М.: изд-во АСВ, 1999. - 528 с. с ил.
2. Серенсен С.В. и др., Машины для испытания на усталость. Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, Москва, 1957 г., с.368.
3. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Бороздин А.Ю. «Способ управления движением фундамента реактивными двигателями». Патент России №2319812, E02D 35/00 (2006.01). Заявка на изобретение №2005 116385/03 (018711). Зарег. 20.03.2008. Бюл. №8.
4. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Карев М.А., Куничкин П.В. Способ управления неравномерными осадками здания на ленточных фундаментах. Патент России №2319810 С2. Заявка 2005116391, E02D 35/00 (2006.01).
5. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Куничкин П.В. «Усилитель грузоподъемности гидродомкрата». Патент России №2325484. Мкл. Е02D 35/00. Бюл. №15. Зарег. 27.05.2008.
6. Нежданов К.К., Туманов В.А. Дудкин В.Д., Кострыкин П.А. «Соединение колонны с фундаментом». Патент России №2212505. Мкл. Е04С 3/30, Е02D 7/20. Бюл. №26. Зарег. 20.09.2003.