СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПОРА В ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛАХ Российский патент 2001 года по МПК E02D1/00 E02D1/02 G01N3/08 

Изобретение относится к области механических испытаний, в частности к способам определения физико-механических характеристик дорожно-строительных материалов, и связано с необходимостью учета распорных напряжений, возникающих в процессе уплотнения и эксплуатации конструктивных слоев из зернистых материалов под действием уплотняющих транспортных нагрузок.

На существование внутреннего напряженного состояния конструктивных слоев из несвязных зернистых материалов, а также на необходимость совершенствования и переработки расчетного аппарата с учетом расклинивающих и распорных напряжений указывали ряд авторов.

Известны способы [а. с. СССР N 106341, 1950, E 02 D 1/00, а.с. СССР N 1401334, 1986, C 01 N 3/08] количественного определения сжимающих напряжений внутри уложенного слоя с помощью элекгродатчиков типа мессдоз.

Определение сжимающих напряжений с помощью этих датчиков обладает рядом существенных недостатков.

Во-первых, традиционные способы предназначены для ограниченного диапазона измеряемых значений напряжений (от 0,005 МПа до 1,0 МПа).

Во-вторых, электроизмерительные датчики весьма чувствительны к переменным условиям проведения испытаний (температура, влага, мороз).

В качестве прототипа предлагаемого изобретения следует считать способ измерения сжимающих напряжений по принципу, описанному в а.с. СССР N 106341 с применением накладываемого на грунт штампа в виде плиты, снабженной прорезями, через прорези в грунт забиваются тонкие металлические пластинки, причем напряжение в отдельных точках грунта непосредственно под штампом определяют по усилию, необходимому для вытаскивания пластинки из грунта.

Недостатком известного способа является ограниченный диапазон измеряемых напряжений (от 0,01 до 0,1 МПа), сложность проведения измерений, невозможность проведения экспериментов в натурных условиях, например на дорогах, при больших колебаниях температуры и влажности, а также возможность повреждения (изгиба) тонкой металлической пластинки при забивании и контакте с острыми углами крупных зерен, что существенно сказывается на точности измерений и чувствительности тонкой металлической пластинки к температурно-влажностным условиям при длительном залегании ее в зернистых материалах.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением - количественное определение распорных напряжений в натурных условиях, повышение точности, стабильности и достоверности измерений.

Задача решается тем, что в испытуемый материал (например основание дороги) помещают закладную деталь в виде полого цилиндра, укатывают, уплотняют, после чего закладную деталь выдергивают посредством рычажного механизма и по величине тягового усилия определяют величину напряжения в испытуемом материале (например в основании дорожного покрытия). Для того чтобы определить величину распора применяют вычисление по формуле

где σ - напряжения (распор);
P - общее тяговое усилие;
F - боковая цилиндрическая поверхность контакта детали с зернистым материалом;
f - коэффициент трения скольжения зернистого материала по поверхности детали.

Предлагаемый способ реализован следующим образом:
- в натурных условиях определение тягового усилия выполняют с помощью рычажного устройства с использованием динамометров сжатия или растяжения (см. чертеж).

Новым в заявляемом изобретении является:
- использование закладной детали в виде полого цилиндра вместо тонкой металлической пластины;
- укатка закладной детали по технологии производства работ для создания сжимающих напряжений в зернистом материале;
- определение величины распора исходя из величины тягового усилия и параметров закладной детали.

Форма закладной детали в виде полого цилиндра позволяет обеспечить жесткую, не подверженную деформированию конструкцию, которая воспринимает сжимающие напряжения как в горизонтальном так и в вертикальном направлении. Это в свою очередь позволяет используя площадь поверхности закладной детали и коэффициент трения скольжения зернистого материала по поверхности закладной детали, определить величину распора, используя формулу.

Указанный признак не выявлен из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

На чертеже изображено устройство для реализации способа. Устройство представляет собой следующее: закладная деталь в виде полого цилиндра 1 размещена в слое зернистого материала 2, к закладной детали 1 подсоединено рычажное устройство 3 с измерительным устройством 4.

В натурных условиях распор определяют следующим образом. До начала уплотнения в слой дорожного основания из гранитного щебня фракции (5-40 мм) устанавливают полые цилиндрические детали, представляющие собой стальные цилиндры высотой 100 мм и диаметром 20 мм, 30 мм, 40 мм и 50 мм. После уплотнения дорожного основания 4,8, 16 и 32 проходами вибрационного катка "Динапак" массой 9 т эти детали вытягивают с помощью рычажного устройства. При этом тяговое усилие при перемещении закладных деталей определяют динамометром сжатия типа ДОСМ - 3-0,2. Точность предлагаемого способа определяется точностью используемого динамометра. Расчет распорных напряжений выполняют в соответствии с приведенной формулой.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Вышесказанное позволяет сделать вывод о соответствии критерию "промышленная применимость".

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества: экономическая эффективность использования предлагаемого способа обусловлена возможностью измерять распор в зернистых материалах и управлять им с целью повышения сдвигоустойчивости и жесткости конструктивных слоев дорожной одежды. Повышение показателей этих свойств в 1,5-2 раза позволяет соответственно уменьшить толщину слоев из зернистых материалов на 30%, например, при интенсификации уплотнения с использованием виброкатков, при стадийном строительстве дорожной одежды достигаемый экономический эффект от повышения распора в зернистых материалах составляет 5,0 тысяч рублей на 1 км дороги.

Изобретение относится к механическим испытаниям, в частности к способам определения физико-механических характеристик дорожно-строительных материалов и связано с необходимостью учета распорных напряжений, возникающих в процессе уплотнения и эксплуатации конструктивных слоев из зернистых материалов под действием уплотняющих транспортных нагрузок. Способ включает установку в основание дорожного покрытия закладной детали и измерение тягового усилия, необходимого для вытаскивания закладной детали из дорожного основания. Новым является то, что закладную деталь, выполненную в виде полого цилиндра, втапливают в основание и укатывают катком, после чего закладную деталь выдергивают посредством рычажного механизма и по величине выжимного усилия определяют величину напряжения в основании дорожного покрытия, используя формулу σ = Р / (F • f), где σ - напряжение (распор), Р - общее тяговое усилие; F - боковая цилиндрическая поверхность контакта детали с зернистым материалом; f - коэффициент трения скольжения зернистого материала. Технический результат, достигаемый изобретением состоит в количественном определении распорных напряжений в натуральных условиях, а также в повышении точности, стабильности и достоверности измерений. 1 ил., 1 табл.

Способ измерения распора в зернистых материалах, включающий установку в основание дорожного покрытия закладной детали и измерение тягового усилия, необходимого для вытаскивания закладной детали из дорожного основания, отличающийся тем, что закладную деталь, выполненную в виде полого цилиндра, втапливают в основание и укатывают катком по технологии производства работ, после чего закладную деталь выдергивают посредством рычажного механизма и по величине выжимного усилия определяют величину напряжения в основании дорожного покрытия, используя формулу
σ = P/(F•f),
где σ - напряжение (распор);
Р - общее тяговое усилие;
F - боковая цилиндрическая поверхность контакта детали с зернистым материалом;
f - коэффициент трения скольжения зернистого материала по поверхности детали.