Способ физического моделирования строительной конструкции
Изобретение относится к способам физического моделирования строительной конструкции. Цель изобретения - обеспечение возможности исследования на модели напряженно-деформированного состояния, частот и форм собственных колебаний строительной конструкции под действием на последнюю статических и динамических нагрузок. Каждый элемент модели выполняют в одном линейном масштабе, равном отношению масштабов модулей упругости и плотности материала элемента модели и имитируемого элемента натуры, соединяют элементы модели между сдбой и с основанием с помощью элементов жесткости, В местах действия нагрузок помещают сосредоточенные инп тируюп1ие динамические нагрузки массы, которьм сообщают ускорения, измеряют характеристики элементов модели и по ним определяют частоты и формы конструкции. Масштабы сосредоточенной и распределенной масс принимают равными, а квадрат масштаба частот колебательного движения - равным обратной величине линейного масштаба. 1 ил. ю
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СООИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК ()9) SU)lI) (51) 4 F, 04 В 1/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4072959/29-33 (22) 30.05,86 (46) 15.11.87. Бюл. ) 42 (72) С.С.Масоватов и О.Д.Гагин (53) 69.058.2 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 1006568, кл. Е 01 D 23/00, 1981. (54) СПОСОБ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
СТРОИТЕЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ (57) Изобретение относится к способам физического моделирования строительной конструкции. Цель изобретения обеспечение возможности исследования на модели напряженно-деформированного состояния, частот и форм собственных колебаний строительной конструкции под действием на последнюю статических и динамических нагрузок. Каждый элемент модели выполняют в одном линейном масштабе, равном отношению масштабов модулей упругости и плотности материала э.-.е )ента модели и имиТНр .))емого элемента натуры соединяют элементы модели между собой Y. c ocHo ванием с помошью элементов жесткости.
В местах действия нагрузок помешают сосредоточенные имитируюшие динамические нагрузки массы, которым сообщают ускорения, измеряют характеристики элементов модели и по ним определяют частоты и фоэмы конструкции, Масштабы сосрепоточенной и ряспреде— ленной масс принимают равными, а квадрат масштаба частот колебательного движения — равным обратной величине линейного масштаба. 1 ил.
Изобретение этносится, "«:.од(-iнр;нанию строительных i(oHc Tp, ь):I) f, пс:,,"нер)хенных коле.баниям, и может .б"ыт}: использовано для нсследова» ия на lcДЕЛЯХ ПРИ ДЕйСт ИИ СтатHi}(.(;(ИХ Н н а мич е с к их н а Г p ã у 3 0 к н а 0 0: ".: ш е 1 . р Ол (. т ные балки, высотные ".дани?1> "<а- гы> трубы и гр. цель изобретения — обес}:I(.}!H исследования на медея л н)>п) я)к е))HQ деформированного сост )z}})»I?I, частo форм собственных колеоаний C-TpOèT(ç. >.
KOIRCTp y KilHH ZIpZ L}BH(т:>1 H Ha леднюю статических и и}}а»}}(ческ)лх грузок, На чертеже показана мо )(:ль .. ai!.:IH.. установленной íà "=дaнии с . Сглубо:.и"; фунда)лентом.
I .»< iI iiIc;) (- ):и ру е т C и 0 (дел " )IО „дпр е я;т(-.я,. -.Нейнь>й:)асштаб. а;:- к к(к
»» тQ;)Hi1ЕМЕ-. -, bi i(() т (>;;- .
ОП»>1>)) ->C;Ë!: и ) 1: .= я)-:,;; — с Ш-,;.. л" >»<}с > я ч с-)i«(- »
l) )Т:H)Cти Ма" (Pi ..)),-, .10 }З ii.
»iO) E. i) HР Еl, . " с В. :.»i а>е(к)ь! l;;;; I,> " >) ь I:: - I «(),<, СпосОб физического )ло)п(.) Hp0)) 1»):)). нключа ет ныполнение модели н уме нь--!
IIB}}»Ioi > одинаковом для вс<:.)". элеме}— тов модели, линейном I" acf« i a;= е = од . наковыми для каждого элемаf--T;i i ä(. и и чмитируемого элемента натуры и "c. iтабами плотности, создание с а -:ич ской и гинамической ..-:агрузк}- на ),О,. л— и измерение деформации молели, },х,д: -,: элемент модели имитирующий соответ-ствующий элемент строите".}>»Iîé х(.", струк >(ии > Выл ол няют) в Од ))оь ) IH )i (!»й )i(и масштабе равном отношени:.> ма ):табо. мод)> лей QiчругocTН " - потнос -"I .)а -.- .> » ала элемента модели и имитиру =«aiа элемента натуры, =-оединяют э ) е.- «»г) ы модели между собой ii с oci!(ванном помощью элемен-,ов жест (oc T .,::;.:до >— раиных расчетным путем по реа->.-.. ь } жесткостям соед>лнения элем; Hтс:?: и закрепления CTpoHTeльной ксí Tpу:. ци,: пропорционально линейному } асштабу и масштабу распределенных . а с> н местах действия сосредоточ(нн; ", т,-тических и динамических н(>п "ру :.: (:. 0 мещаюг сосредо-. оче нные имл нр.;:-.щио динамические нагру з ки м "> со,i, к(>-. с.:",.:., сообщают ускорен-s)I, p;- }II>.:(! ус)((> -c:IH" ям, дейс.твуюшим }Ia нат- ру „ з):„еряют амплитудно-частотные хара". ерист».к)i элементов модели, по которьи) Опреде-. ляют частоты и формы собстненньгх колебаний строительной конст )укции,, при этом масштаб сосредот<зченной:a )i>c)) >: i и -1. >с > а;,>н-,}:а, "а". ii )в ; ° ." i Icf!)Tас »и J!å: (ь .-. .!;, . дг!аб, .. fi =)! - ;:: . тл. ; и -; }э> ><1 !: Ст.«, -"— }) .)r со,"1) (. >(> } 0 . ): ><);1 - -а.) сл с ДН i) «!»PI Е (К 0) .:-; а Г .) « > К П .)(- 1 .c "" )Ла : : 0 > I01>(}(И;1 CT P> ) К)>)})1. и) >ующ!) > дина ." щают ускор=Цейс "Bii-1Îï"-)м )!-;>>PC К Ю }I+i !), f(>> ., СOO() )>ия р а .:!Iь)е > с ко ;) е})%lям,. Hа натуру. ) ка ес) ве с .":>x масс мо. ут испо»пьзо Р?ЛатЛЫ С ГЫСОКОй ЧЛ,:>T:IOC » - ",г г осpåäcточенваться матетью, Например 1352012 металлы. Имитацию ускорения можно осуществить различными методами. При испытании на сейсмостойкость используют сейсмограммы района застройки. Для определения только частот и форм собственных колебаний натуры имитация ускорения достигается вибратором, которыйл устанавливают в месте наибольшей податливости наиболее жесткого элемента модели. Для исследования также и напряженно-деформированного состояния модели необходима точная имитация всех действующих динамических нагрузок на натурную конструкцию. С помощью вибро- и тензоаппара,уры замеряют деформации и амплитудначастотные характеристики элементов модели, I!o которым определяют напряжения, частоты и формы собгтвенных колебаний натуры используя линейный П1Е 1 гп =--, частотный:и,=--- масш абы и m, 1 Ш ) 1 П1 р масштаб нпряжения и. =m При моделировании с учетом динамических явлений важно подобным образом с натурой распределить плотнос.-ь материала внутри элеменTов модели,:. I обы сохранить при уменьшенном линейном масштабе одинаковые с натурой инерционность и жесткость, а значит и ускорение любой точки модели и натуры при линейном характере нагружен,1я Однако, для случая работы конструкции на растяжение — сжатие и изгиб, сопровождающейся продольными и изгибными колебаниями, подобное распределение плотности возможно, если линейньпл масштаб моделирования опрев делять как отношение масштабов магуля упругости и плотности материала элемента модели и имитируемого элемента натуры, т.е. т Еп Рч mp Е„P Данный масштаб не меняется и если, помимо распределенной нагрузки, на элемент воздействует сосредоточенная нагрузка при условии равенства масштабов распределенных и сосредоточенmм Мм ных масс, т.е. Г Н Как и при статическом моделировании pBccMBTp«BBloTcH материалы с линейной зависимостью деформации от напряжения. Динамиче с «å я вл е ния в строительной качструкции, подверженной,1згибным колебан«ям. иог;T быть выражены уравнением изг,1бнык кал">oBb«é стерж— б ней с равнамерг распределенными по длине c Topÿ..ля параметраьпл. При раг. аложении сосредато.енной массы пос:ред«не пролета и выполне10 ни«працедурь; полу .ения сабстг>енььх форм колебаний, имеет место два критер11я пс ",oá«абеспе и. в":юшие а«инаковые «н ер ц«о:1ные и:ec TKQc T fibte c30H ства мадел« « натуры 1 Г.1 Г Кр«-.ерии сохраняются « для 1>ных на пс: учить со. тно1пения п1 с 30 ш1> ";и Г >1" О Из паследнега состнашения . -гедует, что ускорен«я, воз",åIJc Tâóþätе ..а элемечты моде и: «натуры, -Jo>iæíbi быть одинаковым«, 31 Таким образам, есл«на э;:е .ен-, .=.м п-.ицанйя CHCT ем"-.íò на ту— калеС ангя мадел« зàздейс-.вGIJBть пу-, ускорения, разного угкаре вующему на 1м«-.ируемь.й эл ры, 1о в линейкой области ао модели и 1латуры аудут ипе одинаковы форм калебан«я пт«чны, т.е ° Так.;-;е в соответствии с принципом независимос.— ти действ«я с«л вл«ян«е гравитационного поля земли д:;я маце.-..« It IIBгуры бу ет одинакавьь1 и : е пг»влечет изменение масштабов, Приведенные масштабы сохраняются и для случая работь, элемента на растяжение-сжатие, сопровождающейся пргб0 дальными колеба«1:ями. Следовательно, на модели 1ожна исе нат,р на t ка1.c T— н! л з >к о 11 а1 г, а т н а и а б следовать гаве,„-с ьи р укции в -.:è;íåéíîé ;5 ласти капебан«й, к наиболее опасными. Способ физичгск строительной 1ансатарые являкт"я аго мадел:>рован«я рукц««включ.-.ет распределен«е плотности внутри всех схем закре1-.".å:ÿ стержня, следааа20 те.1ьна, крит р::,-: ма, о:-р«мггп1гь и для составных, па разному закреп.пенн пх стержней. Пут еь1 не глож.лых пр еo- раз oBBIII. из 25 найденных крите,а11ев динам«очес "n -а подобия пр:: услали.. палнагo г еометрическага «ад>аб«я мo,òc..t!J и натуры мсж! /1-! H(»); i? » =Гг> i 1!О 7 ) i, ТИИ !«И.«ГИО Е );,г 3! .Х! }! )1»1.. 1;;»1?,,1 » ! : !!и:1" МЯ: Г! . 1 / !,г г ":! Г 1:):.«I», CC! Hp. г 1 г Г, -, - . / » г! i. I 1 .1,),,(! г:,. ) H?/ Оа !Нг» И: !,.(I / » т- /И ., К 1 т.г— "уг e !-pe/)« и .!г! ! дт, »Меч !(C гг»г )pj (т"..;.(а ". а«)тента «)H0o В - О« «тЕ)»(М о! а т ) .! i 11, яа 0р« сте!;ла, 3;3!!ы Р; и ./ для ).«СМЕН ) (>() !О. (3II! 1!1C)1! Е" Г. >т?)Е СС Г РЕ ЦОТО»! Г(! !HЬГХ М!) С., H(«)(! И!) У;)!г?«Х Ка К C T TH« t» } Г) 1/ЯК)(!) i!?«C I I)»/?()l!!! )e! !Га гга Г > ""/!Г> К ) H с тг!y кп»?>1/ .> !! CH 0!P/ "ICMc )Т 01» >> e!" К ) модели, служа!!.их, )я:оiipH;,! -Г-,: и соединения -.леме«т!)!) мо/(е.-«::..-;ежд : -..îá ой и с с! с.:ова -"«e"; e,ä?.:1: . -: =: .. ;>" 1;ыи ) га с 1()т()о Распределение (до "-,()ñ c: a c.:ã:.:::«ëe ОСУ)ЦЕ ", ВЛ»«ЮТ П "1/-,. М Иа;;11 r ;,11 т-,«« l e)<дого з?(еме(«т» модели H линейH03«масс(табе (>}«Hна;.оном п()я всех .>.,еме);Т0;, и .равном от«(01)!ен-Гю мас)!)табо:, моду)1(.)Й упруго(ти и плотности -;.л-еме;.-.» мог l! Hi И(?)Тгг)Р»/Е) >О? 0 3, . ЕМ(H "Г а Н, -! », 3 !1, чем матepHал о;!с «ентов мод:::. H в(!()?«р;-. ют -:ак „«т00?:! "ie. .(()та(>ы !1. 0 .1:ос г ответствуюн}их влемсптр(-, мод-:.ли Т;/г> ы б (UI»H о;lи Hil )< 0!3,!» /H !) -;;; 1 i H ! Г»т(?«на;<о!1},M!) o c 1))< i(;,l б;ь!1 } ),«аг.;ят 3.:.i iI»/"!ей »ГI /yГОс т! гпг! ) !1 " я ГГ ) «Н РаС,)г:ЕдЕ-ЕН.-С СОСр,:;О"-(.Г(1),:) ".«ЗС» ОС /ПЕС! ВЛЯК! Ло .:"- . Т „- :1 !3.=. (i-!:-: He. ".е;. -0 г)асп",. >жт: »ия: с".1 -!0-; .;"-= КОЙ ма(.: ы ча тод". 1 о!)1)е11е (ОМ 5?! --,ГИЛ Г Г)СРЕДО,,!., ?11,;, (Е(!<ой, . г/И}-)а! .!НЕ(РЙ H= j О,/нат pó.. .а ве и«и а — маc,,)/:1» -,:. 00 редото« !» !!(х масс !;<от()р:,()1;;;ол:,(1:. быть p:l!-е -..:аг я т.--(б».,=;"и ре/),! — «;)и Ооyu eÑ . В.-.ЯЮГ Оаг-тетт)Ь", ГгУ..:i; i! »ЕаЛЬН М )г =СтКОСтЯМ С,e;iHНЕН»! -.ов и яакрег;л"- пгя строитель 0?(;:онструк IHè» про ° орцис))г«л :HC 1(т, . 1 о) ) мас(!)гс(().. ac;!I абу peñл(e;!:.;.-: — I«w. МаСС, ((аСТ0 Т «(dl МгlСГ»т .б, 3 г:! >)- " (,1 q )г! и «!ЫХ H,",;Я Н!3 г г" б! Ь/)Х (<О 1 " =г-""! ()) )<;;»«ee (ве l)!> «мера l,ë0!»,H ° . !в 3 e/ и моцел I»0«;-"H?«e ста. =- !ой бa:;(-! новлеH)(0).. на ад"-. и )и C нег.) б <««< (г> > нг даменто); из,".el" n?)а,нер е;: Яца!)И 1 /» ep>; Здание ?»м/еет межцуэтr}:H(:!e гег екрытия 4 и 5,, масса которьг(с сбо>3уцо-ВаНИЕМ СООТВЕтетВЕН (0 jг»,, !1, ... («а покрытии 6 ацания 1 массой 1,,1 сольно закреп. .ена ба(((ня 2. Жест»<ое основа«ие, !Ie котором расположе)-. ! фундаме нт 3, с на бж оно пр уж?«нами г> и 9 с продольной жесткостью С, и изял) гибной жесткость!<> С, -оотв тственно,, -!1 1!(... !>а .1!(/ !!1 > . !11/! c !!11(!! (:.>" 1 . »! !!) »1 li ° .. .,, ! » " г / ! 1 .М»)СТа}3Л»Я?! !1 (!1 В: —. РC ", 1(j ! =1,533"" =m„m. С, „= ,555 10 С„„, ая и из(ибняя ь натурного я 7 — ф) ндяосновани мРнтл 3 в месте пре:-.— полягаемого строительства. Пружины 8 и 9 одним концом зякреп2г, — »Р{сг(ТЯ Ь{Р 1 г(И;{ r! ?» —,:,0- (»»(0 0 «> РЯННЫХ РЯСЧЕт!П»гж НртЕМ ПО РеаЛЬНЫМ 40 жесткостям -.оединения э;(еь(ентов и имитации продольной и иэгибной жесткости основания 7. Продольную жесткость пружин 8 и 9 определяют так m 1 5 4 10 С =--С =- х--------С "м п1 Е{ 0,1007 110 Слч Изгибную жесткость — С„ ;.м =1 544 10 0 1007 Скч =1 где С и С „и — продольн пн жесткост ляют к неподвижному жесткому ocновл— нию 7 с помощью винтов, другим концг1?: к фундаменту 3 с помощью янкерных болтов из оргстекла. Очеви, но, мя«ся пружин 8 и 9 должна быть ня горя.".oi; и более меньше массы фундамента 3, чтобы исключить влияние этих масс на колебательную систему здание 1 — бап;— ня 2, либо массы пружин 8 и 9 должны учитываться при моделировании фунд"— мента 3. Проверяют вертикяльность оси собранной модеги. Приклеиве(ют тР!{зон вибродатчики к оргстеклу башни 2 и пенопласту здания 1 на разных у»роянях. Выполняют статическую тлрировку приборов. Для этого собранну(о млдР.(ь вместе с основанием 7 кладут нл горизонтальную плоскость и выст вляют элек-рический нуль для всех тенэо,{ятчиков. Закрепляют основание j и згание 1 к горизонтальной плоскости, ос— вобождяют башню 2 от опиряния ня горизонтальную плоскость, и фиксируют тарировочный сигнал от датчиков башни 2, ВЫЗВаННЫй ИЗГИбОМ КОНСОЛИ бавгНИ 2 год действием собственного веса и веса антенн 10. Освобождают з, ание 1 от опирания на горизонтальную плоскость и аналогично предыдущему выпол.— няют тарировку датчиков здания 1, Устанавливают модель вертикале!»но в исходное положение и фиксируют T-ÿpèровочный сигнал тенэодатчиков от действия веса собранной модели в продольном направлении. Сравнивают тарировочные сигналы в эквивалентных точках модели,. в которых теоретически должны бь(ть одинаковые напряжения изгиба и сжатия. Поэтому заранее определяются эти точки и в них также закрепляются тензодатчики. Тарировку виброприборов вьп1олняют на вибростенде. По известной сейсмограмме на уровне покрытия 6 с(-редР«ляют режим работы (»è5ppòopë 1(, п(с.-.е включения KOTopoгo измРряют дефОрмл ции H амплитудно-чя«тотныР хяряктсри— стикн ня всех ур, ({нях г« :;-гмени. H С ПОМОШЬК ."!»ЧС Ш; Лб 0 В ({bi«0.;:-!Я R Лг ЕП Рсчет, опредеl(ÿþò частоты и:- .Гр -:ы соб— СТВЕ»-:?»ЫХ,.;;-;,Priл Н(1;-.Я-У;г ! Формулаизсбретени я пс с об фиэнчее -:Ог О моljp.— jиро: я;и»строительной к(нстгукili!11, вк ю"(,.„..,?{". вь(пол(:Рнне моде.п(з vt Рн 1!Рнном, одинлксьом для всех элементов .-{Олp..{> лине ..10)1 мя:и:табе с :динлков?;(и,элг;-, »{ЯЕ?ДО» г Э ЯР(Я»«НТ;; »ОДЕЛИ H И;.П{ 1-ИРУС— могo элемента: лтуры масштабами и:(отНо«Т?1 г О 3 »1 i i{!! Ð . ", Т » » «;i ié 1: "!»М" «P C КО(=: »{Я ГРУЗЯ;» НЛ Мо(1С:. ", И . МЕР F ние деформлци:1 мод .(и» 0 т л 11: л Ю Щ I, и С Я; Р»; ЧТО, ({Е; Ю О« C— ПСЧЕЕП(Я FOЗМ(1;:-(С C TI(НГСЛ ОД« Вг ".Hß НЯ моде IH няпряженн. -дефор?нровлн {О«c с О Г т О Я н I » Я, ч л Г т 0 т i .. !ф 0 0 и с Р б с т и 0 и - . ь;х колебани.". строите:(ьной ко:c "рукцни (1pH де(.с "н! .11 ня 110(. леднюю стлт;i .«скин и ",и 1{ями»{ с« кнх ({я груз Рк „кяж,-,ь;: эл Р— мР I! . МО {ели (ем!1" i!;! ÷þ(.ц{Й Г 00 тн(«те т ВуЮП(ий ЭЛЕГ(Р Н С Т,r({НT » " 1»i!0(11 КУНС "!. у(B()IrjO..HHHjr В Oi Oi (»?{Ег - М Ь, „1 табе, равном o r H«!Iiñ н({п мя« .!1ëáñ,—. (o — (К((О»Й Уrj 1; (Рг Т(1 lr i(10 (Н -.- .J " .. {, Н-.—,ЛЯ мента натуры, ci «.линяю- элеменTû .1«-дели между .Обой и с ос({ода:..Нлм HO>10Illb_#_i :(РМЕНТОН жеетКОСтИ,,ПОДО(rзлкРеп:(е({НЯ с-гРОН; Рльной кон=тРУНЦНН П Р 0 П 0 Р Ц l { О H Л:(Е» Н Р . 1 И и» I (Н 0 A) М Л С ШТ г 0 )г» ." мяс штабу распре 1, ((ОHHHP масс, в местях деЙ тн(lя " РГ Р ОточРнных стлт?l чРс них 11 диl{ямl(г(е» киг нлгp) çoê по 1Р ШЛЮТ COСРРДДО ° Онг "НЫЕ (ЕМИТИР) Ю((Ц Р .i нл.(1:"-:еские нагрузки яссы, к -.орым сообщают ускорения, равные ) c...орениЯM, .—.Ей« ГВУЮ г,(М ГЯ На ГУРУ, НЭМЕРЯЮТ ЯМПЛНТ "ДНО ЧЛГ Тг,тl{ЫЕ .".ЯРЛКТРUHCТ КИ элементоь мсде.—.:,: „по ко-;cp. (-и 0(р, lc лЯют ч ас Toты 11 30рмг»! с 00 с тв с нных ко» лебаний строит.льн«й к« :-:c1 p кции r{ це.-.ом при этом масштаб cocpåäoточг-нНай Ма«.СЬ» ПРИН МаЮТ РЛВ {ЫМ МЯСШТЛОУ распределенно=: массы, в квадрат мясп(таба частот колеблте-i Horo движения равным обэатной величине линейного масштаба. Составитель Т,Иванова Редактор И,Сегляник Техред И.Верес Корректор И.N ска Заказ 5544/25 Тираж б67 Подписное ВНИИПИ Государственного ком:тета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4
