Стенд для испытания железобетонных элементов на сжатие с кратковременным динамическим кручением

Полезная модель может найти применение при динамических испытаниях железобетонных элементов, в частности при испытаниях на сжатие с кратковременным динамическим кручением, возникающем при ударной нагрузке. Стенд содержит смонтированные на силовом полу опоры для размещения железобетонного элемента, на один из концов которого плотно надеты оголовник с рычагом для принятия ударной нагрузки и подшипник, а второй конец железобетонного элемента жестко закреплен в металлическом башмаке. Кроме этого, стенд содержит траверсы, установленные на дополнительных опорах с обоих концов железобетонного элемента и соединенные между собой тяжами, и гидравлический домкрат, расположенный между оголовником и траверсой. Гидравлический домкрат и металлический башмак упираются в траверсы, которые выполнены сплошными. Для центрирования усилия сжатия служит металлическая прокладка, выполненная в виде шарового сегмента и помещенная между оголовником и домкратом. На торце железобетонного образца со стороны оголовника закреплен интегральный датчик ускорений, соединенный с измерительно-вычислительным комплексом. Технический результат заключается в повышении точности измерений за счет измерения угла поворота прибором непосредственно расположенном на торце железобетонного элемента.

Полезная модель относится к области динамических исследований материалов, а более конкретно - к испытательной технике, а именно - к машинам для испытания железобетонных образцов на сжатие с кручением.

Известен 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 дополнительных 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 железобетонного элемента при возникновении крутящего момента и действии продольной сжимающей силы.

Наиболее близким устройством, принятым за прототип, является стенд по патенту РФ на полезную модель №56617. Это устройство

содержит: опоры для размещения железобетонного элемента, смонтированные на силовом полу, траверсы, установленные на дополнительных опорах с обоих концов железобетонного элемента и соединенные между собой тяжами, закрепленный на опоре подшипник, плотно надетый на один из концов железобетонного элемента, для обеспечения поворота при кручении и сохранения горизонтального положения, закрепленный на соответствующей опоре и упирающийся в траверсу металлический башмак для жесткого защемления второго конца железобетонного элемента, гидравлический домкрат и плотно надетый на конец железобетонного элемента между подшипником и гидравлическим домкратом оголовник с рычагом для передачи крутящего момента, возникающего от действия приложенной ударной нагрузки. Кроме того, стенд содержит металлическую прокладку с шаровым сегментом, расположенную между оголовником и гидравлическим домкратом, и силоизмеритель.

В этом устройстве в качестве статически нагружающего устройства используется гидравлический домкрат. Усилие сжатия центрируется при помощи металлической прокладки, выполненной в виде шарового сегмента и расположенной между оголовником и домкратом. Динамически нагружающее устройство выполнено в виде рычага, прикрепленного к оголовнику. Для получения данных о напряженно-деформированном состоянии экспериментального образца используется комплекс стандартных измерительных приборов (измерительно-вычислительный комплекс).

Данный стенд позволяет испытывать железобетонные элементы на одновременное действие крутящего момента и продольной сжимающей силы, которые, как показали теоретические исследования, в некоторых случаях одновременно возникают при эксплуатации железобетонных конструкций, например железобетонных колонн промышленных зданий. Стенд позволяет измерить угол поворота элемента при помощи жестко закрепленных тяжей с последующим измерением их отклонения при помощи

прогибомеров, а далее определить закон изменения этого угла поворота при одновременном действии продольной сжимающей силы и крутящего момента косвенным путем. Помимо этого из-за наличия механических, а следовательно и электрических шумов при таком измерении угла поворота снижается точность измерения, а тем самым снижается достоверность информации при исследовании железобетонного образца.

Задача полезной модели - получение достоверной информации об угле закручивания элемента при одновременном действии сжимающей продольной силы и крутящего момента. Технический результат, на достижение которого направлена решаемая задача, заключается в повышении точности измерений за счет измерения угла поворота прибором, непосредственно расположенным на торце железобетонного элемента.

Задача решена следующим образом.

Общим с прототипом является то, что заявляемое устройство содержит: опоры для размещения железобетонного элемента, смонтированные на силовом полу, траверсы, установленные на дополнительных опорах с обоих концов железобетонного элемента и соединенные между собой тяжами, закрепленный на опоре подшипник, плотно надетый на один из концов железобетонного элемента, закрепленный на соответствующей опоре и упирающийся в траверсу металлический башмак для жесткого защемления второго конца железобетонного элемента, гидравлический домкрат, оголовник с рычагом для приложения ударной нагрузки, металлическую прокладку с шаровым сегментом, расположенную между оголовником и гидравлическим домкратом, силоизмеритель и измерительно-вычислительный комплекс.

В отличие от прототипа стенд дополнительно имеет: закрепленный со стороны оголовника на торце железобетонного элемента интегральный датчик ускорения, который соединен с измерительно-вычислительным комплексом. В частном случае траверсы могут быть выполнены сплошными.

При сжатии с кручением в железобетонном образце возникают продольная сжимающая сила и крутящий момент. Продольная сжимающая сила создается гидравлическим домкратом за счет того, что он упирается в траверсу и оголовник испытываемого образца, другой конец образца через металлический башмак упирается во вторую траверсу, а траверсы при этом соединены между собой металлическими тяжами. Крутящий момент создается падением груза определенной массы с заданной высоты на рычаг, прикрепленный к оголовнику. Информация об угле закручивания элемента одновременно с его поворотом и без помех фиксируется закрепленным на торце железобетонного элемента интегральным датчиком ускорений и сразу информация передается на измерительно-вычислительный комплекс, к которому он подключен. Тем самым точность измерения в сравнении с прототипом повышается и возникает возможность получить более достоверную информацию о поведении железобетонного элемента при одновременном действии продольной сжимающей силы и крутящего момента.

Полезная модель пояснена чертежами. На фиг.1 приведен общий вид, на фиг.2 - вид спереди, на фиг.3 - вид сверху, на фиг.4 - вид сбоку, на фиг.5 - торец железобетонного элемента со стороны оголовника.

Конструкция стенда установлена на опорах 1, которые закреплены анкерами 2 на силовом полу 3 для обеспечения жесткого закрепления испытываемого образца. Экспериментальный образец 4 закреплен жестко в металлическом башмаке 5 и подшипнике 6, которые смонтированы к опорам 1. Центрирование испытываемого образца 4 в подшипнике 6 осуществляется при помощи деревянных прокладок. Расчетная схема - консоль с дополнительным шарниром. Для передачи сжимающей нагрузки на экспериментальный образец 4 предусмотрен металлический оголовник 7. Центральное приложение продольной сжимающей силы осуществляется при помощи металлической прокладки с шаровым сегментом, который помещают между гидравлическим домкратом 8 и оголовником 7.

Гидравлический домкрат 8 упирают в траверсу 9, которая тяжами 10 соединена со второй траверсой 11. Для создания крутящей нагрузки в экспериментальном образце 4 использован рычаг 12, прикрепленный к оголовнику 7. Для измерения угла поворота на торец железобетонного элемента со стороны оголовника 7 прикреплен интегральный датчик ускорений 13, который подключен к измерительно-вычислительному комплексу (на чертеже не показан). На фиг.5 позицией 14 обозначен шаровой сегмент.

Вначале при помощи домкрата 8 в экспериментальном образце 4 создается продольная сжимающая нагрузка. Затем испытываемый образец 4 выдерживают под этой нагрузкой приблизительно десять минут. По истечении этого времени прикладывается ударная нагрузка на рычаг 12. Ударная нагрузка создается массой падающего груза. При этом в железобетонном образце 4 действуют продольная сжимающая сила и крутящий момент. Силу удара можно регулировать увеличением или уменьшением высоты падения груза, а также изменением массы груза.

Для получения данных о напряженно-деформированном состоянии экспериментального образца используется комплекс стандартных измерительных приборов, а также установленный интегральный датчик ускорений, подключенный к измерительно-вычислительному комплексу.

1. Стенд для испытания железобетонных элементов на сжатие с кратковременным динамическим кручением, содержащий опоры для размещения железобетонного элемента, смонтированные на силовом полу, траверсы, установленные на дополнительных опорах с обоих концов железобетонного элемента и соединенные между собой тяжами, закрепленный на опоре подшипник, плотно надетый на один из концов железобетонного элемента, закрепленный на соответствующей опоре и упирающийся в траверсу металлический башмак для жесткого защемления второго конца железобетонного элемента, гидравлический домкрат, оголовник с рычагом для приложения ударной нагрузки, металлическую прокладку с шаровым сегментом, расположенную между оголовником и гидравлическим домкратом, силоизмеритель и измерительно-вычислительный комплекс, отличающийся тем, что он дополнительно содержит интегральный датчик ускорений, закрепленный на торце железобетонного образца со стороны оголовника и соединенный с измерительно-вычислительным комплексом.

2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что траверсы выполнены сплошными.