СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПРОДОЛЬНОЕ ЦЕНТРАЛЬНОЕ И ВНЕЦЕНТРЕННОЕ КРАТКОВРЕМЕННОЕ ДИНАМИЧЕСКОЕ СЖАТИЕ Российский патент 2008 года по МПК G01N3/30 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к машинам для испытания образцов на центральное и внецентренное сжатие при ударных нагрузках, преимущественно бетонных или железобетонных образцов.

Аналогом заявляемого устройства является стенд для ударных испытаний материалов на прочность по патенту РФ на изобретение №2047140. Стенд включает в себя вертикальные направляющие, на которые установлены верхняя, промежуточная и нижняя траверсы, имеется механизм подъема и сброса траверсы с испытываемыми образцами. На нижней и верхней траверсе имеются захваты, которые установлены соосно, а ось захватов, размещенных на промежуточной траверсе, перпендикулярна осям остальных захватов. Также стенд снабжен платформами, установленными на верхней и промежуточной траверсах с возможностью вращения соответственно вокруг вертикальной и горизонтальной оси, и колесами, кинематически связывающими платформы с направляющими, при этом захваты закреплены на платформах. Промежуточная траверса связана с нижней траверсой силовой пружиной, а связь колес с платформой осуществляется червячной парой. Данным стендом обеспечивается проведение испытаний при взаимодействии образцов, нагружаемых сжатием и изгибом, и при вращении взаимодействующих образцов вокруг своих осей. При этом на данном стенде можно испытывать только образцы материалов.

Однако данный стенд не дает возможности исследовать работу элементов конструкций на сжатие при продольном центральном и внецентренном ударе.

Наиболее близким устройством, принятым за прототип, является стенд для испытаний материалов на ударное сжатие по патенту РФ на изобретение №1499165. Стенд содержит основание с вертикальными направляющими, верхнюю и нижнюю платформы, которые установлены на направляющих с возможностью перемещения навстречу друг к другу и соединены между собой посредством гибких тяг, огибающих барабаны, установленные на основании, захват для крепления образца, установленный на нижней платформе со стороны, обращенной к верхней платформе, и устройство для фиксации верхней платформы. Установка снабжена промежуточной платформой, неподвижно установленной между верхней и нижней платформами, дополнительным захватом для второго образца, установленным на промежуточной платформе со стороны, обращенной к верхней платформе, с возможностью перемещения навстречу верхней платформе и взаимодействия с образцом нижней платформы через промежуточный элемент, ограничителем деформации, установленным между верхней и промежуточной платформами, устройством для фиксации нижней платформы в исходном положении и силовыми пружинами, через которые тяги соединены с платформами. Груз может быть закреплен на верхней платформе, которая представляет собой траверсу, для увеличения энергии удара по образцам через второй промежуточный элемент. В платформах выполнены отверстия для прохода пружин при их растяжении. Данный стенд относится к установкам для испытания образцов горных пород и других материалов на ударную прочность. В реальных условиях эксплуатации конструкций сжатых элементов, например колонн, конструкция имеет опоры с заделкой в основании и его верхней части. Испытание образцов сжатых элементов на ударные нагрузки, когда удар приходится на свободный конец образца не дает реальной картины работы этого образца при ударе, что сказывается отрицательно на исследовании его напряженно-деформированного состояния. Кроме этого в образце при сжатии образуются не изгибающие моменты. Поскольку стенд не позволяет проводить испытание конструкций с учетом введения жестких связей в основании и верха испытываемых образцов, не обеспечивает защемление образца на месте его установки при испытании, то он не позволяет воссоздать реальную картину происходящих процессов сжатия с изгибом. Кроме этого это известное устройство не имеет возможности ударную нагрузку прикладывать внецентренно к испытываемому образцу. Все это снижает точность исследований образцов на ударное сжатие.

Задача полезной модели состоит в том, чтобы повысить точность исследований образцов с учетом конструктивных особенностей работы колонн в реальных условиях, а также расширить функциональные возможности устройства при исследованиях.

Технический результат при решении поставленной задачи заключается в создании напряженно-деформированного состояния, характеризующийся действием центральной и внецентренной кратковременной динамической нагрузки на защемленный с обеих концов испытуемый образец и обеспечение изгибающего момента при центральном и внецентренном сжатии, приближенного к реальным условиям эксплуатации конструкций типа колонн.

Этот результат достигается следующим образом. Заявляемый стенд имеет общее с прототипом то, что он содержит установленные на опорном основании вертикальные направляющие, на которых с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения закреплена траверса с грузом, и узел крепления нижнего конца испытываемого образца. Но в отличие от прототипа заявляемый стенд дополнительно содержит оголовок, надетый на верхний конец испытываемого образца, две полые цилиндрические насадки, горизонтально установленные по обе стороны от испытываемого образца и каждая из которых неподвижно соединена с соответствующей ее стороне вертикальной направляющей, и два штока, размещенных в полостях соответствующих насадок по всей длине до упора с возможностью кручения в двух взаимно противоположных направлениях, при этом свободные концы штоков неподвижно соединены с оголовком, а нижний конец испытываемого образца снабжен дополнительной опорой, посредством которой он неподвижно закреплен на опорном основании стенда, кроме этого на оголовке установлен дополнительно введенный силоизмеритель, а опорное основание установлено на силовом полу. В частных случаях исполнения стенд отличается тем, что цилиндрические насадки соединены с вертикальными направляющими с помощью муфт, установленных на этих направляющих. Муфты также служат и страховкой при испытании образцов. Кроме этого стенд снабжен пластиной для распределения напряжений на силовой пол, которая установлена под дополнительной опорой, а дополнительная опора защемлена на опорном основании посредством крепежных уголков. Силоизмеритель установлен на оголовке через накладку, жестко закрепленную на оголовке с помощью болтов, данная накладка является съемным элементом конструкции стенда и служит для задавания эксцентриситета приложения нагрузки.

Данный стенд позволяет проводить испытание образцов колонн на центральный и внецентренный удар с учетом введенных дополнительных элементов оголовка и нижней опорной базы, которые имитируют защемление испытуемого образца колонн как в реальных условиях, а также размещения на оголовке силоизмерителя. Верхний узел крепления позволяет предотвратить горизонтальное смещение образца, поскольку штоки размещены в полостях цилиндрических элементов до упора, но не препятствует действию возникающих изгибающих моментов в обоих плоскостях, поскольку штоки установлены в полостях цилиндрических элементов с возможностью кручения в двух взаимно противоположных направлениях. Нижний конец образца жестко защемляется, что соответствует расчетным предпосылкам в выборе расчетной схемы при расчете и эксплуатации колонн. Предложенная конструкция таким образом позволяет создать напряженно-деформированное состояние, приближенное к условиям эксплуатации и тем самым повысить точность исследований.

Изобретение промышленно применимо, поскольку его можно многократно реализовать с достижением указанного технического результата.

Авторами и заявителем не выявлены из уровня техники технические решения, в которых образец при испытании на ударное сжатие был закреплен так, как в заявляемом стенде. Кроме этого заявляемый стенд позволяет точно воспроизвести процесс, происходящий в образце при ударном сжатии, что также не обнаружено в известных технических решениях. Все это дает основание судить о наличии изобретательского уровня у заявляемого устройства, поскольку оно явным образом не следует из уровня техники.

Полезная модель пояснена чертежами.

На фиг.1 изображен стенд для испытания бетонных и железобетонных элементов на продольное центральное и внецентренное кратковременное динамическое сжатие (общий вид).

На фиг.2 - то же, вид спереди.

На фиг.3 показан узел А фиг.1.

На фиг.4 показан узел Б фиг.2.

Стенд для испытания бетонных и железобетонных элементов на продольное центральное и внецентренное кратковременное динамическое сжатие содержит силовой пол 1, на котором установлена пластина 2, служащая для распределения напряжений на силовой пол 1. На крепежные уголки 3 смонтирована дополнительная опора 4, которая служит для жесткой установки испытываемого бетонного или железобетонного образца 5. На испытываемый образец 5 установлен оголовок 6, соединенный с помощью болтов с накладкой 7, в которую установлен силоизмеритель 8. К оголовку 6 с двух сторон с помощью болтов закреплены два штока 9 цилиндрической формы, которые размещены внутри цилиндрических насадок 10. Соединение штока 9 с насадкой 10 представляет собой ползунковый упор (фиг.4). Насадки 10 закреплены с помощью болтов к крепежным муфтам 11, которые с помощью резиновых прокладок установлены на направляющие 12. Направляющие 12 имеют опорное основание 13, с помощью которого защемлены к ручьям 14 силового пола 1. Динамическая нагрузка создается при помощи массы падающего груза 15 (траверсы с грузом).

Изобретение промышленно применимо, поскольку его можно многократно реализовать с достижением указанного технического результата.

Работа стенда для испытания бетонных и железобетонных элементов на продольное центральное и внецентренное кратковременное динамическое сжатие заключается в следующем: испытываемый бетонный или железобетонный образец 5 устанавливается в опорную базу 4. Затем на образец 5 устанавливается оголовок 6, на который привинчивается накладка 7, служащая для установки силоизмерителя 8, которая также служит для места приложения динамической нагрузки на образец. Далее необходимо установить ползунковый упор, состоящий из штока 9 и насадки 10, которые крепятся болтами к оголовку 6 и крепежным муфтам 11. Груз 15 подвешивается на нужную высоту, а затем отпускается, и при соударении груза 15 на силоизмеритель 8 создается кратковременная динамическая нагрузка. Силу удара можно регулировать путем уровня поднятия высоты груза, а также его массой. Время действия нагрузки можно растягивать во времени путем введения резинового демпфера между силоизмерителем 8 и падающим грузом 15. Место приложения удара на испытываемый образец 5 можно менять с помощью места установки силоизмерителя 8 в накладку 7. Ползунковый упор, состоящий из штока 9 и насадки 10, предотвращает смещение по горизонтали, но не препятствует повороту вокруг осей упора в двух взаимно противоположных направлениях, создает изгибающий момент в испытываемом образце, приближенного к реальным условиям работы образца и согласно расчетным предпосылкам в выборе расчетной схемы при расчете колонн.

Для получения данных напряженно-деформированного состояния испытываемого образца используется комплекс стандартных измерительных приборов для фиксации данных показаний установленных тензодатчиков на образце. Силоизмерителем измеряется сила удара в реальном времени. Указанная конструкция это позволяет сделать.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к машинам для испытания образцов на центральное и внецентренное сжатие при ударных нагрузках. На опорном основании, установленном на силовом полу, смонтированы две вертикальные направляющие. Нижний конец испытуемого образца снабжен дополнительной опорой, с помощью которой он неподвижно закреплен на опорном основании. На верхний конец испытуемого образца надет оголовок, с которым соединены концы штоков, размещенных в полостях цилиндрических насадок по всей их длине до упора и с возможностью кручения в двух взаимно противоположных направлениях. Цилиндрические насадки расположены по обе стороны от испытуемого образца и неподвижно с помощью муфт соединены с вертикальными направляющими. На оголовке установлен силоизмеритель. Сверху на вертикальных направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения закреплена траверса с грузом. Жесткое крепление обоих концов испытуемого образца предотвращает его горизонтальное перемещение при ударе, а за счет штоков, размещенных в полостях цилиндрических насадок с возможностью кручения, обеспечивается изгибающий момент, возникающий при центральном и внецентренном сжатии. Технический результат заключается в создании напряженно-деформированного состояния при воздействии кратковременной динамической нагрузки на защемленный с обоих концов испытуемый образец приближенно к реальным условиям эксплуатации конструкций типа колонн. Тем самым обеспечивается точность исследований. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Стенд для испытания бетонных и железобетонных элементов на продольное центральное и внецентренное кратковременное динамическое сжатие, содержащий установленные на опорном основании вертикальные направляющие, на которых с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения закреплена траверса с грузом, и узел крепления нижнего конца испытываемого образца, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оголовок, надетый на верхний конец испытываемого образца, две полые цилиндрические насадки, горизонтально установленные по обе стороны от испытываемого образца и каждая из которых неподвижно соединена с соответствующей ее стороне вертикальной направляющей, и два штока, размещенных в полостях соответствующих насадок по всей длине до упора и с возможностью кручения в двух взаимно противоположных направлениях, при этом свободные концы штоков неподвижно соединены с оголовком, а нижний конец испытываемого образца снабжен дополнительной опорой, посредством которой он неподвижно закреплен на опорном основании стенда, кроме этого на оголовке установлен дополнительно введенный силоизмеритель, а опорное основание установлено на силовом полу.2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что цилиндрические насадки соединены с вертикальными направляющими с помощью муфт, установленных на направляющих.3. Стенд по п.1, отличающийся тем, что он снабжен пластиной для распределения напряжений на силовой пол, которая установлена под дополнительной опорой, а дополнительная опора закреплена на опорном основании посредством крепежных уголков.4. Стенд по п.1, отличающийся тем, что силоизмеритель установлен на оголовке через накладку, жестко закрепленную на оголовке.