Стенд для испытания моделей железобетонных цилиндрических оболочек
Стенд для испытания моделей железобетонных цилиндрических оболочек предназначен для испытания статически нагруженных моделей на кратковременную динамическую нагрузку, вплоть до полного разрушения конструкции оболочки. Стенд содержит металлическую балку-рычаг, один конец которого шарнирно закреплен на стойке, установленной на силовом полу. На силовом полу закреплена также железобетонная матрица, на которой через резиновый мешок с водой установлена испытуемая модель. Для контроля давления воды в резиновом мешке служит датчик давления, подключенный к измерительной аппаратуре. Для создания статической нагрузки между испытуемой моделью и балкой-рычагом установлена сварная рамно-стержневая пирамида. Ребра пирамиды опираются на испытуемую модель, а вершина упирается в металлическую балку-рычаг. К свободному концу балки-рычага через трехзвенный стержневой шарнирный механизм подвешен поддон с грузом. Стержень шарнирного механизма, на котором подвешен поддон с грузом, выполнен разъемным. В месте разъема установлен электромеханический или электромагнитный замок, соединенный с кнопочным пультом управления. Кратковременная динамическая нагрузка на статически нагруженную испытуемую модель создается падением поддона с грузом при размыкании замка. Горизонтальное положение металлической балки-рычага в момент падения груза обеспечивает тяж, установленный на силовом полу и закрепленный на свободном конце указанной балки-рычага с помощью ограничительной гайки. Дистанционное управление электромеханическим или электромагнитным замком обеспечивает безопасность обслуживающего персонала в процессе испытаний моделей. 1 п. ф-лы, 2 илл.
Полезная модель относится к испытательной технике в области строительства, а более конкретно - к устройствам для испытания моделей железобетонных цилиндрических оболочек покрытий зданий и сооружений на внутреннее кратковременное динамическое нагружение, и может найти применение для испытания статически нагруженных моделей цилиндрических оболочек на кратковременную динамическую нагрузку, вплоть до полного разрушения конструкции оболочки.
Аналогом заявляемого устройства является устройство для реализации способа определения динамического догружения в железобетонных рамно-стержневых системах (патент на изобретение RU 
2380672). Данное устройство для определения динамического догружения в железобетонных рамно-стержневых системах содержит опорные стойки, закрепленные на опорной балке с помощью стоек с подкосами на винтовых упорах, ригели, соединенные жестко или шарнирно с опорными стойками в узлах рамно-стержневой системы с помощью соединительных элементов. Узел над промежуточной опорой выполнен с помощью прокалиброванного сварного соединительного элемента. Устройство содержит также рычажную систему и грузовую платформу. Загружение рамно-стержневой системы заданной проектной статической нагрузкой осуществляют через рычажную систему и грузовую платформу, и от приложения заданной нагрузки создают внезапное хрупкое разрушение соединительного элемента, выполненного сварным и калиброванным с заранее фиксированным усилием хрупкого разрыва по сварному шву. После чего измеряют параметры созданного динамического догружения в неразрушенных стойках и ригелях рамно-стержневой системы от внезапного хрупкого разрыва прокалиброванного сварного соединительного элемента. Для получения необходимых параметров напряженно-деформируемого состояния системы используется комплекс измерительных приборов.
Данное устройство позволяет обеспечить статическое и кратковременное динамическое нагружение и, соответственно, оценить динамическое догружение в железобетонных рамно-стержневых системах в запредельных состояниях. Однако конструкция стенда не позволяет обеспечить проведение испытания конструкции в виде цилиндрической оболочки.
За прототип принят стенд для испытания оболочек на кратковременную динамическую нагрузку (Болдышев А.М., Плевков В.С. Экспериментальное исследование железобетонных пологих оболочек с центральным отверстием при импульсном нагружении // Исследования по строительным конструкциям и строительной механике. - Томск, издательство ТГУ, 1978. - 157 с, с.3-8). Стенд содержит металлическую балку-рычаг, один конец которой шарнирно закреплен на стойке, установленной на силовом полу. Ко второму, свободному, концу металлической балки-рычага через стержневой трехзвенный шарнирный механизм с механическим замком подвешен поддон с грузом. Один из стержней шарнирного механизма, на конце которого непосредственно через шарнирное соединение подвешен поддон с грузом, выполнен из двух разъемных частей, соединенных между собой замком. Суммарная длина двух других стержней шарнирного механизма составляет не менее длины разъемного стержня в максимально разомкнутом состоянии. Со стороны шарнирно закрепленного конца металлической балки-рычага на силовом полу закреплена вогнутая железобетонная матрица для испытуемой перевернутой (вогнутой) модели железобетонной оболочки. Сверху железобетонной матрицы под испытуемой моделью уложен резиновый мешок с водой, снабженный датчиком давления. Датчик давления подключен к измерительной аппаратуре. Для создания статической нагрузки служит сварная рамно-стержневая пирамида, ребра которой опираются на испытуемую модель железобетонной оболочки, а вершина упирается в балку-рычаг. В состав стенда входит также тяж, установленный вертикально на силовом полу и закрепленный на свободном конце металлической балки-рычага с помощью ограничительной гайки. Тяж расположен между подвешенным поддоном с грузом и железобетонной матрицей. Таким образом, тяж препятствует подъему свободного конца металлической балки-рычага во время падения поддона с грузом в процессе испытаний.
Необходимость определения напряженно-деформированного состояния цилиндрических оболочек при внешнем и внутреннем статическом и кратковременном динамическом нагружении вызвана необходимостью обеспечения максимальной сохранности конструкции от статического и динамического воздействия, величина которого учитывается при проектировании конструкций.
Данный стенд позволяет получить напряженно-деформированное состояние модели цилиндрической оболочки путем воздействия внешней кратковременной динамической нагрузки на перевернутую (вогнутую) поверхность оболочки. Однако конструкция стенда не обеспечивает безопасность проведения испытания, так как необходимо непосредственное присутствие участника эксперимента, обеспечивающего размыкание механического замка вблизи конструкции, подверженной полному разрушению.
Задача полезной модели - обеспечить безопасность персонала при проведении испытаний путем исключения его нахождения в месте непосредственного падения поддона с грузом.
Технический результат заключается в обеспечении автоматического дистанционного управления замком шарнирного механизма.
Технический результат и решение задачи достигаются следующим образом.
Заявляемый стенд, как и прототип, содержит металлическую балку-рычаг, один конец которой шарнирно закреплен на стойке, установленной на силовом полу, железобетонную матрицу для испытуемой модели оболочки, закрепленную на силовом полу. Сверху железобетонной матрицы под испытуемой моделью уложен резиновый мешок с водой. Для контроля давления воды в резиновом мешке служит датчик, подключенный к измерительной аппаратуре. Как и в прототипе, в состав стенда входят сварная рамно-стержневая пирамида, ребра которой опираются на испытуемую модель, вершина упирается в металлическую балку-рычаг и поддон с грузом, подвешенный ко второму, свободному, концу металлической балки-рычага через стержневой трехзвенный шарнирный механизм. Один из стержней шарнирного механизма, на конце которого непосредственно через шарнирное соединение подвешен поддон с грузом, выполнен из двух разъемных частей, соединенных между собой замком. Суммарная длина двух других стержней шарнирного механизма составляет не менее длины разъемного стержня в максимально разомкнутом состоянии. Стенд содержит также вертикальный тяж, установленный на силовом полу и закрепленный с помощью ограничительной гайки на свободном конце металлической балки-рычага между подвешенным поддоном с грузом и железобетонной матрицей.
В отличие от прототипа замок, соединяющий разъемные части стержня шарнирного механизма, выполнен электромеханическим или электромагнитным, а стенд дополнительно содержит кнопочный пульт управления, закрепленный на стойке и соединенный замком.
Существенные признаки, характеризующие заявляемую полезную модель в предложенной совокупности, в известных источниках информации не обнаружены, что подтверждает новизну полезной модели.
Применение стенда позволяет получить напряженно-деформированное состояние в результате испытания при кратковременном динамическом нагружении с полным разрушением конструкции и различным сочетанием характера нагрузки (внешнее, внутреннее нагружение, варьирование массой груза, высотой падения груза).
Полезная модель пояснена чертежами. На фиг.1 приведен общий вид заявляемого стенда для испытаний моделей железобетонных цилиндрических оболочек. На фиг.2 схематично показана работа шарнирного механизма, где позиция «А» - исходное состояние (до падения поддона с грузом), позиция «Б» - вид шарнирного механизма после падения груза.
Конструкция стенда состоит из тяжа 1 с ограничительной гайкой 2, металлической балки-рычага 3, один конец которой шарнирно закреплен на стойке, установленной на силовом полу (на чертеже не показана), а на другом конце металлической балки-рычага через замкнутый замок 4 с шарнирным механизмом 5, подвешен поддон 6 с грузом 7, создающий вместе с металлической балкой-рычагом 3 статическую нагрузку, которая передается через пирамиду 8, опертую через шаровые опоры 9 на испытуемую модель оболочки 10. Испытуемая модель оболочки 10 через резиновый мешок 11 с водой опирается на выпуклую железобетонную матрицу 12, которая установлена на силовой пол 13. Стенд содержит также датчик давления 14, подключенный к измерительной аппаратуре (на чертеже не показана).
Конструкция шарнирного механизма состоит из двух сплошных стержней 15, 16, и разъемного стержня 17, соединенных посредством шарнирных соединений 18, 19, 20. Посредством шарнирного соединения 20 стержень 17 закреплен на балке-рычаге 3. К другому концу стержня 17 подвешен посредством шарнирного соединения 18 поддон 6 с грузом 7. Позициями 21, 22 на фиг.2, 3 отмечены размыкаемые элементы электромеханического или электромагнитного замка 4. Электромеханический замок 4 подключен к кнопочному пульту управления, который закреплен на стойке стенда (на чертеже не показано). В качестве замка 4 может быть использован любой мощный электромеханический или электромагнитный замок, выпускаемый промышленностью, например бытовой электромеханический замок EL 512.
Полезная модель промышленно применима, ее можно многократно реализовать с достижением указанного технического результата.
Работа устройства заключается в следующем. Резиновый мешок 11 укладывается на выпуклую железобетонную матрицу 12, установленную на силовом полу 13. Давление воды контролируется датчиком давления 14, подключенным к измерительной аппаратуре. На мешке 11 размещают испытуемую модель, в качестве которой может быть использована модель цилиндрической оболочки, как со сплошным полем, так и с наличием центрального (фонарного) отверстия. Статическая нагрузка создается металлической балкой-рычагом 3 и подвешенным поддоном 6 с грузом 7. Динамическая нагрузка создается массой падающего груза 7. Силу удара можно варьировать путем изменения массы груза 7 с помощью поддона 6 и высоты падения груза. Участник эксперимента нажимает на кнопку пульта управления, от чего срабатывает электрозамок 4, стержень 17 размыкается, и поддон с грузом падает (фиг.2 «Б»). Стержни 15, 16 шарнирного механизма в этом случае, примыкают к разъемным частям стержня 17. Тяж 1 обеспечивает горизонтальное положение металлической балки-рычага 3 в момент размыкания электромеханического (или электромагнитного) замка 4 с шарнирным механизмом 5. Через сварную пирамиду 8 нагружение передается через шаровые опоры 9 на испытуемую модель оболочки 10, уложенную поверх резинового мешка 11, заполненного водой. Испытания моделей оболочек проводят до полного разрушения. Результаты перемещений, деформаций, напряжений фиксируются измерительными приборами: прогибомерами, тензорезисторами.
Стенд для испытания моделей железобетонных цилиндрических оболочек, содержащий металлическую балку-рычаг, один конец которой шарнирно закреплен на стойке, установленной на силовом полу, железобетонную матрицу для испытуемой модели оболочки, закрепленную на силовом полу, резиновый мешок с водой, уложенный сверху железобетонной матрицы под испытуемой моделью, датчик для контроля давления воды в резиновом мешке, подключенный к измерительной аппаратуре, сварную рамно-стержневую пирамиду, ребра которой опираются на испытуемую модель, а вершина упирается в металлическую балку-рычаг, поддон с грузом, подвешенный ко второму, свободному, концу металлической балки-рычага через стержневой трехзвенный шарнирный механизм, причем один из стержней шарнирного механизма, на конце которого непосредственно через шарнирное соединение подвешен поддон с грузом, выполнен из двух разъемных частей, соединенных между собой замком, а суммарная длина двух других стержней составляет не менее длины разъемного стержня в максимально разомкнутом состоянии; и содержащий вертикальный тяж, установленный на силовом полу и закрепленный с помощью ограничительной гайки на свободном конце металлической балки-рычага между подвешенным поддоном с грузом, и железобетонной матрицей, отличающийся тем, что замок, соединяющий разъемные части стержня шарнирного механизма, выполнен электромеханическим или электромагнитным, а стенд дополнительно содержит кнопочный пульт управления, закрепленный на стойке и соединенный с замком.
