УСТАНОВКА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Полезная модель относится к области испытательной технике, в частности к вибростендам для испытаний инженерных сооружений: макетов эстакад, мостов, труб, плотин и др., и предназначена для натурных и модельных испытаний инженерных сооружений на динамическую устойчивость и сейсмостойкость.
Из уровня техники известен вибростенд испытательный, включающий основание (станину), рабочую горизонтальную платформу, опоры, возбудители виброперемещений, систему гидроприводов и электрическую систему управления и измерения с датчиками измерения перемещения и ускорения. Стенд снабжен жесткой рамой, параллельной рабочей платформе, и Г-образными жесткими рычагами, средние точки которых шарнирно закреплены на основании, горизонтальные плечи рычагов соединены жесткими опорами с рабочей платформой, а вертикальные плечи соединены шарнирно с жесткой рамой, связанной шарнирно с возбудителем виброперемещений (RU 2248548, 20.03.2005).
Известен вибростенд для испытания конструкций на сейсмостойкость, содержащий платформу с опорными элементами, узел соединения ее с вибратором и управляющие приспособления. Опорные элементы выполнены в виде спарников различной длины, а узел соединения - в виде штока, связанного с центром платформы шаровыми шарнирами, а с вибратором - цилиндрическими шарнирами (SU 625145, 25.09.1978).
Известен вибростенд, содержащий платформу для установки испытуемого объекта, выполненную в виде параллелепипеда, и шестнадцать электродинамических вибраторов. Подвижная часть каждого вибратора соединена с платформой стержнем, имещим высокую жесткость в направлении передаваемой вибрации и малую жесткость в перпендикулярном направлении. У каждого вертикального ребра платформы установлено по четыре вибратора, оси которых перпендикулярны соответствующим граням платформы. Вибраторы расположены попарно с противоположных граней платформы и их подвижные части направлены навстречу друг другу. Соосно установленные вибраторы каждой пары включены в противофазе, последовательно или параллельно. Вибростенд по изобретению обеспечивает воспроизведение вибрации по всем линейным и угловым координатам (RU 2118806, 10.09.1998).
Известен вибростенд для испытаний зданий и сооружений, их фрагментов, моделей-макетов, конструкций и оборудования на динамическую устойчивость и сейсмостойкость, который включает каркасную конструкцию, фундамент и/или основание, по меньшей мере, один источник вибрации и датчики, причем каркасная конструкция включает вертикальные и поперечные связи, пересекающиеся в узлах конструкции, и, по меньшей мере, одно перекрытие, при этом нижняя часть каркасной конструкции закреплена на фундаменте и/или основании, а, по меньшей мере, один источник вибрации выполнен инерционным, съемным, с возможностью изменения частот генерируемых им динамических колебаний и расположен на каркасной конструкции выше уровня фундамента или основания или в пределах каркасной конструкции, предпочтительно на перекрытии (RU 100925, 10.01.2011).
Недостатками данного технического решения являются относительно небольшие грузоподъемность и КПД, отсутствие возможности моделирования различных грунтовых условий, отсутствие возможности задавать амплитуду колебания стенда.
Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в создании установки для моделирования сейсмических воздействий, которая исключала бы указанные выше недостатки.
Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в обеспечении возможности испытаний с большой массой испытуемого объекта, повышении КПД, возможности моделирования различных грунтовых условий и изменения амплитуды колебания установки (стенда).
Указанный технический результат достигается в установке для моделирования сейсмических воздействий, состоящей из двух платформ, одна из которых представляет собой рельсовое шасси, на котором смонтирована рама с вибромашиной, а другая платформа представляет собой два рельсовых шасси, соединенных между собой и на которые крепится рама со стендом или стенд. Платформы соединены между собой посредством жесткой сцепки и выполнены с возможностью перемещения как единое целое.
Вибромашиной является вибромашина инерционного действия.
У основания платформы, представляющей собой рельсовое шасси, на котором смонтирована рама с вибромашиной, расположены демпфирующие элементы для регулирования горизонтальной жесткости.
Установка для моделирования сейсмических воздействий содержит дополнительно средство управления и регистрации, представляющее собой пульт управления вибромашиной для моделирования сейсмических воздействий.
Пульт управления вибромашиной выполнен с возможностью регулирования параметров генерируемого вибровоздействия.
Установка для моделирования сейсмических воздействий содержит дополнительно средства измерения и регистрации динамических характеристик исследуемых конструкций и воздействий на них, представляющие собой измерительно-вычислительный комплекс.
Измерительно-вычислительный комплекс представляет собой контроллер, или микроконтроллер и выполнен с возможностью передачи информации на ноутбук с пакетом прикладных программ и периферийных устройств.
Периферийные устройства представляют собой принтер, и/или монитор.
Установка для моделирования сейсмических воздействий содержит дополнительно однокомпонентные датчики - акселерометры.
Платформа, представляющая собой рельсовое шасси, на котором смонтирована рама с вибромашиной, дополнительно содержит акселерометр для измерения ускорений в направлении колебаний указанной платформы.
Возможность испытаний моделей строительных конструкций большой массы достигается конструктивной особенностью установки. Каркас установки смонтирован на рельсовом шасси, обладающем высокой грузоподъемностью.
Повышение КПД установки достигается принципом передачи вибронагружения на испытуемый объект. От вибромашины инерциального действия посредствам жесткого соединения вибронагружение передается на стенд с установленной испытуемой моделью. При этом энергия оказываемого воздействия гасится за счет силы трения качения и изменяемой по модулю силы сопротивления депферов, тем самым обеспечивая КПД выше, чем у известных аналогов.
Возможность моделирования различных грунтовых условий и изменения амплитуды колебания установки (стенда) достигается возможностью технически простой и не трудоемкой замены демпфирующих элементов. Изменение параметров демпфирующих элементов дает возможность моделирования различных грунтовых условий и изменения амплитуды колебания установки (стенда).
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена установка для моделирования сейсмических воздействий, вид сбоку;
на фиг.2 - установка для моделирования сейсмических воздействий, вид сверху.
В состав установки входят две платформы: платформа 1 представляет собой рельсовое шасси, на которой смонтирована рама с вибромашиной инерционного действия 7; платформа 2 представляет собой два рельсовых шасси (не показано), соединенных между собой и на которые крепится рама 4 (стенд) с испытуемым объектом 5 (инженерным сооружением). Платформы 1, 2 установлены на рельсы 6. Платформы 1, 2 соединены между собой жесткая сцепка 8 позволяет рассматривать перемещение платформ 1, 2 как единое целое. У основания платформы 1 предусмотрены демпфирующие элементы 3, позволяющие регулировать горизонтальную жесткость установки.
Вибромашина 1 позволяет обеспечить необходимые параметры динамических воздействий на исследуемый объект 5, установленный на раму или стенд 4, в широком диапазоне частот и инерционных нагрузок путем возбуждения механических колебаний платформы 2 в горизонтальной плоскости.
Установка для моделирования сейсмических воздействий дополнительно содержит средство управления и регистрации (не показано), представляющее собой пульт управления вибромашиной для моделирования сейсмических воздействий.
Пульт управления вибромашины предназначен для работы в составе оборудования установки для моделирования сейсмических воздействий. С пульта управления вибромашины регулируются параметры генерируемого вибровоздействия.
Установка для моделирования сейсмических воздействий дополнительно содержит средства измерения и регистрации динамических характеристик исследуемых конструкций и воздействий на них (не показано), представляющие собой измерительно-вычислительный комплекс.
Регистрация и измерение сигналов выполняется при помощи (специализированного) измерительно-вычислительного комплекса, предназначенного для сбора, преобразования, регистрации, обработки, передачи и представления информации поступающей с датчиков.
Комплекс выполняет следующие функции:
- измерение, регистрацию и первичную обработку сигналов (частотных, дискретных и пр.), полученных в результате испытаний;
- отображение значений измеряемых величин или преобразованных параметров на мониторе;
- контроль значений измеряемых величин или преобразованных параметров;
- оценка результатов их измерения и преобразования;
- самодиагностику проводимых измерений (анализ работоспособности с возможностью вызова диагностических программ);
- архивацию результатов измерения и преобразования (хранение данных с возможностью просмотра и анализа) и др.
Измерительно-вычислительный комплекс представляет собой контроллер, или микроконтроллер.
Измерительно-вычислительный комплекс дополнительно укомплектован ноутбуком с пакетом специализированных прикладных программ и периферийных устройств (например, принтер, и/или монитор), необходимых для автоматизированного процесса обработки сигналов, а также для документирования результатов обработки.
Для измерения ускорений, частот колебаний, а также динамических перемещений применяются однокомпонентные датчики - акселерометры.
Характеристики датчиков (акселерометров) представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Основные технические данные акселерометра
№№
Наименование параметра
Значение
1
Электропитание от источника постоянного тока относительно средней точки, В
±12±12
2
Диапазон измерения, м/с<sup>2</sup> (g)
98,1 (10,0)
3
Частотная характеристика нижняя частота, Гц верхняя частота, Гц
0 700
4
Диапазон рабочих температур, С
от +15 до+35
Места установки акселерометров принимаются из следующих условий:
- места, где по результатам анализа конструкции или расчетов ожидается развитие максимальных ускорений и перемещений;
- возможность одновременного определения относительных деформаций в разных координатных плоскостях.
Для контроля задаваемых нагрузок (режимов испытаний) на виброплатформе стенда также дополнительно установлен акселерометр для измерения ускорений в направлении колебаний виброплатформы.
Принцип регистрации следующий: акселерометры (датчики) располагаются в определенных местах заявленной установки, при вибронагружении, акселерометры (датчики) снимают показания и передают сигнал на измерительно-вычислительный комплекс (станция), в котором этот сигнал обрабатывается. Измерительно-вычислительный комплекс выдает графики, или же, передает для дальнейшей обработки информацию на ноутбук.