Стенд для испытания железобетонных элементов на косое внецентренное кратковременное динамическое сжатие

Полезная модель может найти применение при динамических испытаниях железобетонных образцов. Технический результат заключается в создании напряженно-деформированного состояния, характеризующегося одновременным действием изгибающих моментов двух плоскостей и сжимающей продольной силы при кратковременном динамическом нагружении. Для размещения концов железобетонного элемента стенд содержит опорные элементы, смонтированные на силовом полу, в вырезах которых установлены ролики, в одном из опорных элементов - неподвижно, а в другом - с возможностью горизонтального перемещения. На роликах расположены металлические пластины. Для создания кратковременных ударов стенд содержит нагружающее устройство в виде копровой установки, мачты которой снабжены ограничителем движения груза, и загрузочную траверсу. Для создания изгибающих моментов двух плоскостей по обе стороны от нагружающего устройства на дополнительных опорах установлены две дополнительные траверсы. Поворот железобетонного элемента осуществляется за счет выпусков его арматуры, пропущенных через овальные отверстия, выполненные в одной из дополнительных траверс. Сжимающая нагрузка подается при помощи домкрата, расположенного с другого конца железобетонного элемента между ним и второй дополнительной траверсой, которая выполнена сплошной, а также тяжей, закрепленных концами на дополнительных траверсах.

Полезная модель относится к испытательной технике, а именно к машинам для испытания образцов на косое внецентренное сжатие.

Аналогом заявляемого устройства является испытательная машина для динамических испытаний железобетонных элементов на ударную нагрузку при помощи энергии падающего груза, представленная в сборнике: Impact: Eff. Fast Transient Loadings: Proc.1 ^st Int. Conf.Eff. Fast Transient Loadings. Lausanne, p.37-65. Название статьи: Constitutive modeling of concrete under impact loading (Определяющие соотношения для бетона под действием ударной нагрузки). Авторы: John. R., Shah S.P. Машина включает в себя нагружающее устройство, состоящее из бетонного основания, колонн, груза, силового привода нагружения, электротензометрического датчика силы, датчика деформаций, датчика ускорений, датчика скорости и оптического измерительного блока подключенного к ЭВМ. Этой машиной обеспечивается испытание железобетонных элементов на изгиб. При этом нет возможности обжать элемент продольной сжимающей силой. Достоверность испытаний повышается за счет автоматического вычисления напряжений и деформаций от изгиба.

Однако данная испытательная машина не позволяет исследовать работу элементов при косом внецентренном кратковременном динамическом сжатии.

Известна также установка для испытания балок представленная в журнале «Бетон и железобетон» №5, 1969 г., с.29. Установка состоит из опорных и загрузочных седел, жестко смонтированных на силовом полу, опорных захватов, загрузочных башмаков, поворотного кронштейна,

поворотной траверсы, разъемной тяги с муфтой, пружинного динамометра (силоизмерителя) роликовых подшипников, опорных шарниров, катков, загрузочной траверсы. Данная установка позволяет исследовать работу железобетонных элементов при косом изгибе, однако не позволяет создать в железобетонном элементе косое внецентренное сжатие.

Наиболее близким устройством, принятым за прототип, является стенд по патенту РФ на полезную модель №48225. Это устройство содержит: опорные элементы, смонтированные на силовом полу, дополнительные опоры, расположенные по обе стороны от нагружающего устройства, дополнительные траверсы, установленные на этих опорах; тяжи, концы которых закреплены в дополнительных траверсах, три металлические пластины, ролики, загружающую траверсу, силоизмеритель и домкрат. Нагружающее устройство выполнено в виде копровой установки, мачты которой снабжены ограничителем движения груза. Один ролик размещен неподвижно в вырезе одного опорного элемента, другой - в вырезе второго опорного элемента с возможностью горизонтального перемещения, две металлические пластины размещены на роликах, а третья закреплена на выпусках арматуры железобетонного элемента. Траверсы выполнены с отверстиями для пропуска выпусков арматуры железобетонного элемента. Домкрат установлен между третьей металлической пластиной и дополнительной траверсой. Опоры для дополнительных траверс выполнены с возможностью регулирования их высоты. Данная установка позволяет испытывать железобетонные элементы на косое внецентренное кратковременное динамическое растяжение, но не позволяет исследовать работу элемента при возникновении изгибающих моментов двух плоскостей и действии продольной сжимающей силы, которые, как показали теоретические исследования, в некоторых случаях, возникают при эксплуатации железобетонных конструкций (железобетонные колонны промышленных зданий).

Задача полезной модели - расширить диапазон динамических исследований. Технический результат, на достижение которого направлена решаемая задача, заключается в создании напряженно-деформированного состояния, характеризующегося одновременным действием изгибающих моментов двух плоскостей и сжимающей продольной силы при кратковременном динамическом нагружении.

Задача решена следующим образом.

Общим с прототипом является то, что заявляемое устройство содержит: опорные элементы для железобетонного элемента, смонтированные на силовом полу, нагружающее устройство, загрузочную траверсу, ролики, две металлические пластины для размещения концов железобетонного элемента, силоизмеритель, дополнительные опоры, расположенные по обе стороны от нагружающего устройства, дополнительные траверсы, установленные на этих опорах, тяжи, концы которых закреплены в дополнительных траверсах и домкрат. Нагружающее устройство выполнено в виде копровой установки, мачты которой снабжены ограничителем хода груза, при этом один ролик расположен в вырезе одного из опорных элементов неподвижно, а второй -в вырезе второго опорного элемента с возможностью горизонтального перемещения, причем одна металлическая пластина установлена на неподвижном ролике, другая - на подвижном. Общим является также то, что одна дополнительная траверса выполнена с овальными отверстиями для пропуска выпусков арматуры.

В отличие от прототипа стенд имеет две, а не три металлические пластины, которые располагаются на роликах в местах опирания железобетонного элемента. В то же время только одна из дополнительных траверс имеет отверстия для пропусков выпусков арматуры элемента, а вторая выполнена сплошной, при этом домкрат расположен между дополнительной траверсой и самим железобетонным элементом и упирается в траверсу.

В частных случаях опоры для дополнительных траверс в стенде выполнены с возможностью регулирования их высоты, а стенд снабжен системой страховки для ограничения прогиба железобетонного элемента, установленной на расстоянии максимально допустимого его прогиба.

При косом внецентренном сжатии в железобетонном элементе возникают изгибающие моменты в двух плоскостях и продольная сжимающая сила. Поскольку домкрат расположен непосредственно между железобетонным элементом и дополнительной траверсой, упираясь в нее, так как стенка ее сплошная (без отверстий и пропущенных в них выпусков арматуры), то стенд для испытаний, позволяет создать продольную сжимающую силу при помощи домкрата, дополнительных траверс и системы тяжей, пропущенных через отверстия в дополнительных траверсах. Моменты в двух плоскостях создаются путем поворота испытуемого элемента на определенный угол, при помощи пропуска выпусков арматуры в овальные отверстия в дополнительной траверсе, расположенной с другой стороны относительно домкрата, и приложения поперечной динамической нагрузки при помощи копровой установки.

Система страховки выполнена во избежание повреждения измерительных приборов.

Полезная модель пояснена чертежами. На фиг.1 приведен общий вид стенда для испытаний; на фигуре 2 - вид его спереди, на фиг.3 - вид сверху, на фиг.4 - вид сбоку

Конструкция стенда установлена на силовом полу 1, для обеспечения жесткого закрепления. Экспериментальный образец 2, через металлическую прокладку 3 (фиг.2), лежит на опорных элементах 4, 5. Расчетная схема - шарнирно-опертая балка. Для этого на каждой из опорных элементов 4, 5, жестко закрепленных к силовому полу 1, имеется ролик, соответственно 6, 7. На одном из опорных элементов 4 ролик 6 свободно перемещается в его вырезе, а на другом опорном элемете 5 ролик 7 неподвижен. Металлические пластины, расположенные на роликах, на которых установлен

железобетонный элемент, на чертеже не показаны. Для создания сжимающей нагрузки в экспериментальном образце 2 предусмотрены выпуски арматуры 8. Эти выпуски 8 проведены через овальные отверстия в металлической траверсе 9, а затем заанкерены за ней. Траверсы 9, 10 установлены на регулируемых по высоте дополнительных опорах 11, 12 (фиг.1). Между траверсой 10 и железобетонным образцом 2 помещается гидравлический домкрат ДГ-25 13, который подключается к масляной станции и создает сжимающую продольную силу. Через металлические траверсы 9, 10 пропущены тяжи 14 общей длиной три метра. Каждый тяж 14 закреплен к траверсам 9, 10 (фиг.3) с обеих сторон при помощи гаек 15, для обеспечения неподвижности дополнительных опор 11, 12. На экспериментальный образец 2 через металлические прокладки 16 уложена загрузочная траверса 17 с системой страховки 18 (фиг.2). Система страховки 18 выполнена во избежание повреждения измерительных приборов. Она ограничивает движение образца 2 и находящейся на нем траверсы 17. Система страховки 18 установлена на расстоянии максимально допустимого прогиба от экспериментального образца 2. К траверсе 17 закреплена специальная пластина 19 для установки силоизмерителя 20, который будет фиксировать силу удара (фиг.4). Динамическая поперечная нагрузка создается при помощи копровой установки 21, ударным воздействием. Основание копровой установки 22 жестко закреплено через ручьи силового пола 23. На копровой установке 21 на заданном расстоянии при помощи лебедки закреплен груз 24. Для ограничения движения груза 24 после удара на мачтах копровой установки 21, через резиновую прокладку 25 закреплены ограничители 26, выполненные из металла. Они закреплены при помощи болта и гайки 27.

Вначале при помощи домкрата 13 подается сжимающая нагрузка. Затем экспериментальный образец 2 выдерживается приблизительно десять минут. По истечению этого времени прикладывается поперечная ударная нагрузка. Ударная нагрузка создается массой падающего груза 24 копровой установки 21. Поворот образца 2 достигается путем пропуска выпусков

арматуры 8 через специальные овальные отверстия в траверсе 9, которые позволяют экспериментальному образцу 2 передвигаться по вертикали, а по горизонтали накладывают связь. При этом в экспериментальном образце 2 действуют изгибающие моменты двух плоскостей и продольная сжимающая сила. Массу груза 24 можно регулировать путем добавки металлических пластин 28. Сила удара также регулируется при помощи повышения или понижения высоты падения груза 24.

Для получения данных о напряженно-деформированном состоянии экспериментального образца используется комплекс стандартных измерительных приборов.

1. Стенд для испытания железобетонных элементов на косое внецентренное кратковременное динамическое сжатие, содержащий опорные элементы, смонтированные на силовом полу, ролики, один из которых размещен в вырезе одного из опорных элементов неподвижно, а другой - с возможностью горизонтального перемещения в вырезе второго опорного элемента, две металлические пластины для размещения концов железобетонного элемента, одна из которых расположена на неподвижном ролике, а другая - на подвижном, нагружающее устройство в виде копровой установки, мачты которой снабжены ограничителем движения груза, загрузочную траверсу, две дополнительные траверсы, установленные на дополнительных опорах по обе стороны от нагружающего устройства и одна из которых выполнена с овальными отверстиями для пропуска выпусков арматуры железобетонного элемента, тяжи, закрепленные концами на соответствующих дополнительных траверсах, силоизмеритель и домкрат, отличающийся тем, что вторая дополнительная траверса выполнена сплошной, а домкрат размещен между ней и железобетонным элементом и упирается в траверсу.

2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что опоры для дополнительных траверс выполнены с возможностью регулирования их высоты.

3. Стенд по п.1 или 2, отличающийся тем, что он снабжен системой страховки для ограничения прогиба железобетонного элемента, установленной на расстоянии максимально допустимого его прогиба.