Устройство для экспериментального определения динамических догружений в рамно-стержневых конструктивных системах Российский патент 2023 года по МПК G01M99/00 G01N3/60 

Устройство относится к области строительства и предназначено для испытаний плоских многоэтажных рамно-стержневых конструктивных систем на живучесть, в частности, экспериментального определения динамических догружений в элементах конструктивной системы при внезапном выключении из работы одного из несущих элементов.

Известен способ определения динамических догружений путем выключения конструкции центральной стойки (п.2437074 RU, МПК G01M 99/00. опубл. 20.12.2011, Бюл. №35. - 5 с.). Способ реализуется путем с помощью устройства, включающее закрепление опорных стоек, жесткого или шарнирного соединения ригелей и стоек в узлах рамно-стрежневой системы, одну из стоек изготавливают телескопической путем соединения двух металлических труб бетонной шпонкой с заранее рассчитанным в ней усилием на срез. При загружении рамно-стержневой системы заданной проектной статической нагрузкой через нагрузочные устройства, происходит внезапное хрупкое разрушение бетонной шпонки и выключение телескопической стойки - линейной связи из работы системы.

Недостатком данного технического решения является то, что производимое при испытании загружение рамно-стержневой системы заданной проектной статической нагрузкой через нагрузочные устройства и создаваемое с помощью разрушения бетонной стойки динамическое догружение в элементах конструктивной системы также не обеспечивает точное определение усилия в выключающейся стойке. Происходит это из-за того, что приложенное динамическое догружение создается разрушением бетонной шпонки путем ее среза по нескольким плоскостям и возможны перекосы при срезе шпонки. При этом сложно точно обеспечить калибровку таких шпонок на разрушающее усилие по нескольким плоскостям среза.

Известно устройство для экспериментального определения динамических догружений в рамно-стержневых конструктивных системах (п. 2642542 RU, МПК G01M 99/00. опубл. 25.01.2018, Бюл. №3), содержащее раму, состоящую из колонн и ригелей, подвижный шарнирно-стержневой механизм, состоящий из трех вертикально расположенных опорных стержней, два из которых шарнирно соединены между собой и с опорами стержней, шпильку с резьбой, соединенной горизонтальной связью с третьим опорным стержнем и сжатую пружину, расположенную вокруг шпильки.

Недостатком данного технического решения является нестабильная работа устройства при высоком уровне нагружения, характеризующаяся отклонением подвижного нижнего стержня относительно неподвижного вертикального, вследствие чего невозможно выключение шарнирного механизма из работы как элемента исследуемой несущей системы.

Задачей технического решения является усовершенствование устройства для экспериментального определения динамических догружений в рамно-стержневых конструктивных системах, позволяющего с высокой точностью определять значение усилия в выключаемом элементе и соответственно динамическое догружение в оставшихся неразрушенными элементах конструктивной системы, использование более простого технического решения для удобства и мобильности в лабораторных испытаниях, снижение трудоемкости.

Поставленная задача решается тем, что устройство для экспериментального определения динамических догружений в рамно-стержневых конструктивных системах, включающее раму, состоящую из колонн и ригелей, подвижный шарнирно- стержневой механизм, состоящий из трех расположенных вертикально опорных стержней, два из которых шарнирно соединены между собой и с опорами стержней, шпильку с резьбой, соединенной горизонтальной связью с третьим опорным стержнем, и сжатую пружину расположенную вокруг шпильки, подвижный шарнирно-стержневой механизм содержит верхнюю опорную пластина, к которой через стержни приварен вал, соединенный с подшипником, защемленным в обойме, к которой в свою очередь приварен второй стержень, соединенный с такой же обоймой, с защемленным в ней вторым подшипником и вторым валом, причем второй вал, к которому приварен вертикальный второй стержень, закреплен на нижней пластине аналогично первому стержню, неподвижную стойку для фиксации первого и второго несущих шарнирно-опертых стержневых элементов, и в верхней зоне которой установлена шпилька, закрученная в нижний несущий элемент, дополнительно содержит два горизонтальных стержня жестко скрепленные с неподвижной стойкой.

Общими признаками заявляемого технического решения и прототипа являются: колонны и ригели, подвижный шарнирно-стержневой механизм, состоящий из трех расположенных вертикально опорных стержней, два из которых шарнирно соединены между собой и с опорами стержней, шпильку с резьбой, соединенной горизонтальной связью с третьим опорным стержнем, и сжатую пружину, расположенную вокруг шпильки. Геометрическая неизменяемость подвижного шарнирно-стержневого механизма обеспечивается неподвижной опорой и горизонтальной связью в виде шпильки с резьбой, удерживаемой в проектном положении посредством болтового соединения. Наличие сжатой пружины обеспечивает упругую фиксацию в проектном положении среднего шарнира механизма.

Отличительным признаком является наличие двух горизонтальных стержней, жестко скрепленных с неподвижной стойкой, обеспечивающее смещение подвижных стержней только в направлении от неподвижного вертикального стержня.

Совокупность существенных признаков обеспечивает определение с высокой точностью значения усилия в выключаемом элементе и соответственно динамическое догружение в оставшихся неразрушенными элементах конструктивной системы, использование более простого технического решения для удобства и мобильности в лабораторных испытаниях, снижение трудоемкости.

Изобретательский уровень определяется совокупностью элементов, обеспечивающих мгновенное выключение несущей стойки, возможность фиксации времени процесса динамического догружения конструктивной.

На фиг.1 изображен общий вид плоской рамно-стержневой конструктивной системы с приложенной через нагрузочные устройства статической нагрузкой~на несущие элементы конструктивной системы;

На фиг. 2 и фиг. 3 - схема шарнирно-стержневого механизма, моделирующего выключаемую из работы стойку конструктивной системы.

Устройство содержит (фиг.1) раму, состоящую из колонн 1, ригелей 2, шарнирностержневой механизм 3, опорную балку 4, нагрузочные устройства 5, испытательную нагрузку 6. Шарнирно-стержневой механизм 3 расположен между колонной 1 и опорной балкой 4.

Шарнирно-стержневой механизм (фиг. 2, фиг. 3) содержит верхнюю опорную пластину 7 , к которой через стержни 8 приварен вал 9, соединенный с подшипником 10, защемленым в обойме 11, к которой в свою очередь приварен верхний опорный элемент 12, соединенный с такой же обоймой 11, с защемленным в ней подшипником 10 и валом 9. Вал 9 к которому приварен нижний опорный элемент 13, закрепленный на нижней пластине 14 аналогично верхнему опорному элементу 12, неподвижную опорную стойку 15 для фиксации верхнего опорного элемента 12 и нижнего опорного элемента 13, установлена шпилька 16, которая закручена в нижний опорный элемент 13, удерживая его в вертикальном положении, сжатая пружина 17, с помощью которой обеспечена упругаяфиксация в проектном положении среднего шарнира механизма., содержит два горизонтальных стержня 18 жестко скрепленные с неподвижной опорной стойкой 15.

Устройство работает следующим образом.

Устанавливают шарнирно-стержневой механизм 3 на опорную балку 4. Производится монтаж нагрузочных устройств 5 для догружения испытательной нагрузкой 6. Устройство, моделирующее выключающуюся колонну 1, устанавливают на опорную балку 4 и с помощью сварки закрепляют на опорной балке 4. Для фиксации верхнего опорного элемента 12 и нижнего опорного элемента 13 шарнирно-стержневого механизма в вертикальном проектном положении, в верхней зоне неподвижной опорной стойки 15 в которую установлена шпилька 16, которая с установленной на нее подпорной пружиной 17 закручивается в нижний опорный элемент 13 и удерживает его в строго вертикальном проектном положении горизонтальными стержнями 18.

После приложения к испытываемой конструктивной системе испытательной нагрузки для внезапного выключения колонны 1 используется шпилька 16. При заданной расчетной нагрузке производится выкручивание шпильки 16 из нижнего опорного элемента 13 и в момент выхода шпильки 16 из нижнего опорного элемента 13 с помощью пружины 17 создается горизонтальное усилие, благодаря которому шарнирно-стержневой механизм 3 мгновенно выключает колонну 1 из работы. При этом в несущих элементах испытуемой конструктивной системы возникает динамическое догружение.

При догружении испытываемой конструктивной системы заданной статической нагрузкой через загрузочные устройства 5, при заданном значении испытательной нагрузки 6 в шарнирно-стержневом механизме 3, моделирующем выключение колонны 1, принудительно отключается горизонтальная связь путем разъединения резьбового соединения шпильки 16 и неподвижной опорной стойки 15. При этом сжатая пружина 17 мгновенно создает горизонтальное усилие, выталкивающее шпильку 16 из нижнего опорного элемента 13.

Устройство позволяет исключить из работы несущий элемент системы, поскольку выключение из работы осуществляется механическим путем, позволяет фиксировать время процесса динамического догружения конструктивной системы и соответственно по этим параметрам рассчитывать приращение динамических догружений конструктивных систем при оценке их живучести.

Изобретение относится к области строительства и предназначено для испытаний плоских многоэтажных рамно-стержневых конструктивных систем на живучесть, в частности экспериментального определения динамических догружений в элементах конструктивной системы при внезапном выключении из работы одного из несущих элементов. Устройство включает раму, состоящую из колонн и ригелей, и подвижный шарнирно-стержневой механизм, который содержит верхнюю опорную пластину, к которой через стержни приварен вал, соединенный с подшипником, защемленным в обойме, к которой в свою очередь приварен верхний опорный элемент, соединенный с такой же обоймой, с защемленным в ней подшипником и валом, к которому приварен нижний опорный элемент, закрепленный на нижней пластине аналогично верхнему опорному элементу, а также неподвижную опорную стойку для фиксации нижнего и верхнего опорных элементов, в верхней зоне которой установлена шпилька, которая закручена в нижний опорный элемент, и расположенная вокруг шпильки сжатая пружина, отличается тем, что шарнирно-стержневой механизм дополнительно содержит два горизонтальных стержня, жестко скрепленных с неподвижной опорной стойкой и позволяющих удерживать нижний опорный элемент в строго вертикальном положении. Технический результат - усовершенствование устройства для экспериментального определения динамических догружений в железобетонных рамно-стержневых системах, позволяющего с высокой точностью определять значение усилия в выключаемом элементе и соответственно динамическое догружение в оставшихся неразрушенными элементах конструктивной системы, использование более простого технического решения для удобства и мобильности в лабораторных испытаниях, снижение трудоемкости. 3 ил.

Устройство для экспериментального определения динамических догружений в рамно-стержневых конструктивных системах, включающее раму, состоящую из колонн и ригелей, и подвижный шарнирно-стержневой механизм, который содержит верхнюю опорную пластину, к которой через стержни приварен вал, соединенный с подшипником, защемленным в обойме, к которой в свою очередь приварен верхний опорный элемент, соединенный с такой же обоймой, с защемленным в ней подшипником и валом, к которому приварен нижний опорный элемент, закрепленный на нижней пластине аналогично верхнему опорному элементу, а также неподвижную опорную стойку для фиксации нижнего и верхнего опорных элементов, в верхней зоне которой установлена шпилька, которая закручена в нижний опорный элемент, и расположенная вокруг шпильки сжатая пружина, отличающееся тем, что шарнирно-стержневой механизм дополнительно содержит два горизонтальных стержня, жестко скрепленных с неподвижной опорной стойкой и позволяющих удерживать нижний опорный элемент в строго вертикальном положении.