Стенд для испытания моделей железобетонных цилиндрических оболочек покрытий зданий и сооружений при кратковременном динамическом нагружении
Стенд для испытания моделей железобетонных цилиндрических оболочек покрытий зданий и сооружений при кратковременном динамическом нагружении 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 выпуклая 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. Между испытуемой моделью и балкой-рычагом установлена сварная рамно-стержневая пирамида. Ребра пирамиды опираются на испытуемую модель, а вершина упирается в металлическую балку-рычаг. Статическая нагрузка на испытуемую модель обеспечивается металлической балкой-рычагом и поддоном с грузом, подвешенным через шарнирный механизм с замком к свободному концу балки-рычага. Кратковременная динамическая нагрузка на статически нагруженную испытуемую модель создается падением поддона с грузом при размыкании шарнирного механизма. 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. Технический результат - исследование напряженно-деформированного состояния цилиндрической оболочки на воздействие кратковременной динамической нагрузки на ее внутреннюю поверхность. 1 н.з. и 1 з.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 покрытия зданий и сооружений на 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 балки-рычага через шарнирный механизм с замком подвешен поддон с грузом. Со стороны шарнирно закрепленного конца 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 балки-рычага с помощью ограничительной гайки. Тяж препятствует подъему свободного конца балки-рычага во время падения поддона с грузом в процессе испытаний.
Данный стенд позволяет получить напряженно-деформированное состояние модели цилиндрической оболочки путем воздействия внешней кратковременной динамической нагрузки на перевернутую (вогнутую) поверхность оболочки. Расположение испытуемой модели цилиндрической оболочки в прототипе вогнутой стороной вверх не позволяет получить и оценить результаты возникшего при падении груза кратковременного динамического нагружения на внутреннюю поверхность оболочки, смоделировать взрыв внутри здания или сооружения, у которых цилиндрические покрытия в условиях эксплуатации обращены вверх выпуклой поверхностью.
Необходимость определения напряженно-деформированного состояния цилиндрических оболочек при внутреннем кратковременном динамическом нагружении вызвана необходимостью обеспечения максимальной сохранности конструкции от внешнего и внутреннего динамического воздействия, величина которого учитывается при проектировании конструкций.
Задача полезной модели - обеспечение проведения испытания и моделирования действия взрывной волны на внутреннюю поверхность цилиндрической оболочки.
Технический результат заключается в получении точной информации о величинах напряженно-деформированного состояния цилиндрической оболочки в результате действия кратковременной динамической нагрузки на внутреннюю поверхность цилиндрической оболочки.
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. К свободному концу балки-рычага через шарнирный механизм с замком подвешен поддон с грузом. Как и стенд по прототипу, заявляемый стенд содержит железобетонную матрицу для испытуемой модели, 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. В состав стенда согласно полезной модели входят также сварная рамно-стержневая пирамида, ребра которой опираются на испытуемую модель, а вершина упирается в балку-рычаг; и вертикальный тяж, установленный на силовом полу и закрепленный на свободном конце балки-рычага с помощью ограничительной гайки.
В отличие от прототипа железобетонная матрица для испытуемой модели выполнена выпуклой, а испытуемая модель при этом обращена выпуклой поверхностью вверх, что позволяет моделировать взрыв внутри здания или сооружения. Кроме этого, целесообразно, когда ребра рамно-стерневой пирамиды опираются на испытуемую модель через шаровые опоры. В этом случае создается более равномерная передача нагрузки и обеспечивается податливость опор.
Существенные признаки, характеризующие заявляемую полезную модель, в указанной 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 - выпуклая железобетонная матрица с испытуемой моделью.
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 балки-рычага через замкнутый замок 4 с шарнирным механизмом 5, подвешен поддон 6 с грузом 7, создающий вместе с 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).
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. Тяж 1 обеспечивает горизонтальное положение металлической балки-рычага 3 в момент размыкания 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.
1. Стенд для испытания моделей железобетонных цилиндрических оболочек покрытий зданий и сооружений при кратковременном динамическом нагружении, содержащий металлическую балку-рычаг, один конец которой шарнирно закреплен на стойке, установленной на силовом полу, поддон с грузом, подвешенный через шарнирный механизм с замком к свободному концу балки-рычага, 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 балку-рычаг, и вертикальный тяж, установленный на силовом полу и закрепленный на свободном конце балки-рычага с помощью ограничительной гайки, отличающийся тем, что железобетонная матрица для испытуемой модели выполнена выпуклой, а испытуемая модель при этом обращена выпуклой поверхностью вверх.
2. Стенд для испытаний моделей железобетонных цилиндрических оболочек по п.1, отличающийся тем, что ребра рамно-стержневой пирамиды опираются на испытуемую модель через шаровые опоры.
