СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПОПЕРЕЧНЫЙ ИЗГИБ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

Полезная модель относится к испытательной технике, а именно к испытательным стендам для проведения испытаний на поперечный изгиб при статическом нагружении.
Известен стенд для статических испытаний железобетонных элементов на трехточечный изгиб и сжатие, по патенту РФ на полезную модель №72761. Стенд включает в себя колонны, траверсу, электродвигатель, датчик силы, муфту, верхнюю и нижнюю опоры, направляющие и блок управления. Стенд отличается тем, что в него введен винт с редуктором, выполняющий роль силового цилиндра, установленный на траверсе по центру стенда и перемещающийся по направляющим в вертикальном направлении, при этом винт с редуктором снабжен центрирующей втулкой, расположенной под траверсой с элементами фиксации положения винта от проворачивания.
Однако данный стенд не позволяет исследовать работу элементов при статическом изгибе от двух сосредоточенных сил, действующих симметрично относительно центра испытываемого элемента. В частности не обеспечивается возможность передачи нагрузки в заданные точки элемента, а также затруднена возможность измерения опорных реакций в процессе нагружения и значений перемещений балки в отдельных ее точках, что сужает область исследований.
За прототип принят стенд для испытания железобетонных элементов на кратковременный динамический изгиб по патенту РФ на полезную модель №77433. Стенд по прототипу содержит: смонтированные на силовом полу копровую установку с грузосбрасывателем, мачты (направляющие) которой снабжены ограничителем хода груза, опоры для железобетонного элемента, в вырезах которых установлены ролики, причем один - неподвижно, второй - с возможностью горизонтального перемещения, загрузочную траверсу с закрепленным на ней силоизмерителем, установленную через металлические прокладки или металлическую пластину на железобетонном элементе, акселерометры, один из которых установлен на грузосбрасывателе, другой - на силоизмерителе, тензорезисторы, наклеенные на опорах под железобетонным элементом, систему страховки для ограничения прогиба железобетонного элемента, установленную на расстоянии максимально допустимого прогиба, демпфирующие прокладки, установленные на силоизмерителе. Груз закреплен на мачтах с возможностью вертикального перемещения, а также фиксации.
Данный стенд позволяет испытывать железобетонные элементы на кратковременный динамический изгиб и исследовать работу элемента при возникновении изгибающих моментов. Стенд позволяет более полно исследовать параметры, которые характеризуют напряженно-деформированное состояние железобетонной балки в момент изгиба под действием кратковременной динамической нагрузки, однако данный стенд не позволяет исследовать работу элементов при статическом изгибе от двух сосредоточенных сил, действующих, например симметрично относительно центра испытываемого элемента. В частности не обеспечивается возможность передачи нагрузки в заданные точки элемента, а также затруднена возможность измерения опорных реакций в процессе нагружения и значений перемещений балки в отдельных ее точках.
Задача полезной модели - обеспечить поперечный изгиб исследуемому железобетонному элементу и расширить диапазон исследуемых параметров при статических исследованиях. Технический результат, на достижение которого направлена решаемая задача, заключается в создании напряженно-деформированного состояния, характеризующегося действием изгибающего момента, возникающем за счет сосредоточения сил в опорных точках при статическом нагружении, фиксации изменения статической нагрузки и опорных реакций в процессе нагружения и измерения деформаций по высоте сечения железобетонного элемента.
Задача решена следующим образом.
Общим с прототипом у заявляемого стенда для испытания железобетонных элементов на поперечный изгиб при статическом нагружении является то, что он содержит смонтированные на силовом полу вертикальные направляющие, динамометрические опоры для железобетонного элемента и загрузочную траверсу. В вырезах динамометрических опор установлены ролики, причем в одном вырезе неподвижно, а в другом - с возможностью горизонтального перемещения. Загрузочная траверса установлена через металлические прокладки или пластину на железобетонном элементе.
В отличие от прототипа стенд согласно заявляемой полезной модели дополнительно содержит гидравлический домкрат, установленный на загрузочной траверсе, металлический шар, дополнительные опоры для концов загрузочной траверсы, установленные на металлических прокладках или пластине, и упорную траверсу, которая сверху через металлический шар упирается в гидравлический домкрат. Упорная траверса закреплена на вертикальных направляющих с возможностью вертикального перемещения и фиксации. Одна дополнительная опора для загрузочной траверсы выполнена в виде шарнира и расположена со стороны неподвижного ролика, а вторая, расположенная со стороны подвижного ролика, выполнена неподвижной.
Динамометрические опоры смонтированы на силовом полу с возможностью регулирования расстояния между ними, а дополнительные опоры для загрузочной траверсы расположены симметрично центру железобетонного элемента.
Наличие упорной траверсы позволяет создавать необходимый распор для гидравлического домкрата в целях обеспечения плавного и ступенчатого загружения испытываемого образца. Проектное положение упорной траверсы на необходимой высоте обеспечивается за счет гаек-фиксаторов, закрепленных на вертикальных направляющих. Изменение высоты расположения упорной траверсы возможно путем закручивания (откручивания) данных гаек-фиксаторов на необходимую величину. Опирание загрузочной траверсы на домкрат производится через металлический шар, что обеспечивает точечную передачу нагрузки. Наличие дополнительных опор для загрузочной траверсы позволяет сосредоточить нагрузку в двух точках на испытуемом образце. Например, симметричное расположение подвижных и неподвижных опор в заявляемом стенде, как показано выше, позволяет уравновесить конструкцию стенда.
Следовательно, заявляемый стенд позволяет дифференцированно осуществлять нагружение конструкции при статическом испытании. А именно, изменять величину прикладываемой нагрузки в зависимости от задач исследования. При этом появляется возможность производить замеры по всем приборам (опорные реакции, перемещения, ширина раскрытия трещин, деформации бетона и арматуры и т.д). Заявляемый стенд позволяет испытывать широкий круг стержневых конструкций на поперечный изгиб при статическом нагружении.
Совокупность существенных признаков, характеризующих заявляемое устройство, в известных источниках информации не обнаружена, что подтверждает новизну полезной модели.
Полезная модель пояснена чертежами. На фиг.1 приведен общий вид стенда для испытаний, укрупнено показаны узлы опирания загрузочной траверсы и испытуемого образца; на фигуре 2 - вид стенда спереди, на фиг.3 - вид сбоку
Конструкция стенда смонтирована на силовом полу 1 и состоит из двух динамометрических опор 2, силовых направляющих штанг 3, испытываемой конструкции - железобетонного элемента 4, загрузочной траверсы 5, гидравлического домкрата 6, упорной траверсы 7.
Динамометрические опоры 2 при помощи анкерных болтов (по четыре анкерных болта на каждую опору) крепятся к силовому полу 1, тем самым обеспечивая их жесткое опирание. Наклеенные на стойки опор тензорезисторы, позволяют измерять опорные реакции. Динамометрические опоры 2 выполнены необходимой высоты для обеспечения возможности расположения под испытываемым элементом системы измерительных приборов, таким, как датчиков перемещения, позволяющих фиксировать изменение перемещений балки в различных ее точках в процессе нагружения. Расстояние между динамометрическими опорами 2 ограничено длиной силового пола 1.
Силовые штанги 3 одним концом закреплены при помощи гаек к силовому полу 1, а на свободные концы силовых штанг 3 установлена упорная траверса 7, местоположение которой по высоте обеспечивается гайками-фиксаторами.
Испытываемая конструкция 4 установлена на динамометрические опоры 2 через распределительные металлические пластины 8.
Загрузочная траверса 5 установлена на испытываемую конструкцию 4 через распределительные металлические пластины 9 с подвижной (шарнирной) 12 и неподвижной 11 опорами.
На загрузочной траверсе 5 установлен гидравлический домкрат 6 (соединительные шланги и насосная станция на схемах условно не показаны). Сопряжение гидравлического домкрата 6 с упорной траверсой 7 - шарнирное (применяется металлический шар 10). Испытуемый образец опирается на ролик 13, установленный в вырезе динамометрической опоры 2 неподвижно, и ролик 14, установленный в вырезе опоры 2 подвижно.
Работа устройства заключается в следующем. Домкрат 6 подключен к насосной станции при помощи соединительных шлангов, по которым подается масло на поршень домкрата. При подаче масла в гидравлический домкрат, поршень выдвигается. Поскольку гидравлический домкрат располагается между упорной траверсой 7 и загрузочной траверсой 5, то возникает распор, а поскольку упорная траверса 7 с силовыми штангами 3 и силовым полом 1 создают замкнутую раму, обладающую во много раз большой жесткостью, чем испытываемая конструкция, то таким образом создается давление гидравлического домкрата 6 на загрузочную траверсу 5 и далее через распределительные пластины 9 и подвижную 12 и неподвижную 11 опоры на испытываемую конструкцию. Опирание загрузочной траверсы 5 на домкрат производится через металлический шар 10, что обеспечивает точечную передачу нагрузки.
Для получения данных о напряженно-деформированном состоянии экспериментального образца (железобетонного элемента) используется комплекс стандартных измерительных приборов. В железобетонном элементе 4 в середине его расчетного пролета возникает максимальный изгибающий момент. Балка получает определенные перемещения в отдельных точках. При достижении допустимого прогиба для конкретной конструкции происходит ее разрушение. Разрушающая нагрузка фиксируется насосной станцией, к которой подключен домкрат 6. Величина опорных реакций фиксируется путем обработки показаний тензорезисторов, наклеенных на динамометрические опоры 2. Все используемые при эксперименте датчики и приборы непосредственно перед проведением экспериментальных исследований тарируются, вследствие чего получаются зависимости показаний конкретного датчика (прибора) на каждом этапе нагружения от показаний измерительной системы в относительных единицах. Переход к необходимым абсолютным единицам при обработке результатов эксперимента происходит путем умножения показаний системы для каждого датчика (прибора) на тарировочный коэффициент, полученный при тарировке.