Установка для испытания нагружением стенового кольца Российский патент 2024 года по МПК G01N3/10 

Изобретение относится к области строительства, в частности, к испытательской технике, предназначенной для испытания материалов и конструкций, и применимо для исследования физических параметров прочности и трещиностойкости бетонных и железобетонных цилиндрических колец, например, смотровых колодцев в условиях нагружения без использования силовой плиты пола помещения.

Известна установка для испытания нагружением балочной конструкции, которая включает сборно-разборный стенд, нагружающее устройство, упорную и испытуемую конструкцию, соединения с помощью жестких хомутов-тяжей. /Патент 2351910 RU, МПК G 01 N3/10. Экспериментальная установка для испытания балочных конструкций/ Колчунов В.И., Скобелева Е.А., заяв. ОрелГТУ: 13.11.07, опубл. 10.04.09. Бюл. №10/ [1].

Недостатки: сложность и материалоемкость устройства нагружаемой платформы, сложна система передачи нагрузки на испытуемую балочную конструкцию, при испытании возможно смещение тяжей с испытуемого образца и упорной конструкции.

Наиболее близкой по сущности к предлагаемому изобретению является установка для испытания нагружением цилиндрического стенового кольца, содержащая деревянные бруски, резиновые прокладки, стальные траверсы и основание установки. /ГОСТ 8090-2016. Конструкции бетонные и железобетонные для колодцев. Технические условия (п.7 Методы испытания и контроля, приложение В)/ [2], - прототип.

Недостатки известного конструктивного решения: испытания стенового кольца проводят в горизонтальном положении, что не соответствует рабочему положению в условиях эксплуатации смотрового колодца; приведенное поочередное расположение в металлодеревянной траверсе деревянного бруса и резиновой прокладки приводит к увеличению высоты составной конструкции неподвижной опоры и к потере устойчивости ее элементов; необходимо дополнительное устройство силовой плиты пола для создания силовой рамы испытательной установки; громоздко сооружение силовой рамы для создания испытательной нагрузки; необходимо изготовление громоздкого основания для установки.

Сущность предлагаемого конструктивного решения испытательной установки заключается в изготовлении компактной, автономной, универсальной и простой конструкции испытательной установки, позволяющей проводить испытания без применения силовой плиты пола помещения с учетом пространственного расположения испытуемого стенового кольца, соответствующего условиям его работы в процессе эксплуатации, а так же в повышении надежности работы упорных элементов силовой рамы, силового устройства, составных металлодеревянных траверс.

Технический результат изобретения - создание компактной, автономной, универсальной установки для испытания нагружением стенового кольца с возможностью ее эксплуатации без устройства силовой плиты пола помещения; упрощение изготовления металлодеревянной распределительной траверсы и составной стальной балки силовой рамы; упрощение системы передачи нагрузки на стеновое кольцо; снижение металлоемкости элементов установки; повышение достоверности результатов испытания, сравнительных с проектными данными; повышение функциональности и надежности работы установки для испытаний стенового кольца нагружением.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке для испытания нагружением стенового кольца, включающем в себя сборно-разборный стенд, нагружающее устройство, стальные распределительные траверсы, деревянные брусы к ним, резиновые прокладки под деревянные брусы, силоизмерительное устройство, упорные элементы, особенность заключается в том, что сборно-разборный стенд выполнен переносным, автономным, с возможностью работы без использования силовой плиты пола помещения; нагружающее устройство выполнено в виде горизонтальной силовой рамы, в упорные элементы которой включены упорная и опорная стальные балки и металлические тяжи, оборудованные натяжными и упорными гайками, также пружинными шайбами для фиксации положения испытуемого стенового кольца; металлические тяжи выполнены в виде закрепленных стальных стержней площадью поперечного сечения, принятой по расчету на прочность при растяжении; упорная стальная балка силовой рамы выполнена составной, содержащей основание в виде тонкостенного швеллера с ребрами жесткости и усилительный элемент в виде отрезка двутаврового профиля соединенного с основанием на сварке; в паз швеллера основания, посредине длины упорной стальной балки силовой рамы, установлен грузовой домкрат и его корпус наглухо закреплен по месту установочными винтами, шток домкрата уперт в полку двутавра усилительного элемента; упорные и опорные распределительные траверсы выполнены составными, металлодеревянными из стальных брусьев двутаврового профиля и прикрепленного к нему отрезка тонкостенного швеллера, длиной, равной высоте испытуемого стенового кольца, в паз тонкостенного швеллера плотно приложен деревянный брус с резиновой прокладкой на выступающей части деревянного бруса в плоскости опирания на поверхность испытуемого стенового кольца. Размеры сечений элементов упорной стальной балки силовой рамы: основания - отрезка тонкостенного швеллера и усилительного элемента - укороченного отрезка двутаврового профиля приняты по расчету прочности их на изгиб. Внутренняя часть, паза тонкостенного швеллера основания упорной стальной балки силовой рамы, имеет размер не менее ширины грузового домкрата. Для нагружения стенового кольца принят грузовой домкрат для испытания строительных конструкций грузоподъемностью 800÷1000 кН. Размеры поперечного сечения распределительной траверсы приняты по расчету на изгиб балки на упругом основании при действии симметричной сосредоточенной нагрузки от штока грузового домкрата. Размеры деревянного бруса распределительной траверсы приняты шириной h₁, мм, равной h₁=h_ш-2∙δ_ш; толщиной b₁, мм, равной b₁=c+(b_ш-d_ш); длиной l_д, мм, равной l_д≈H_ст; здесь h_ш и δ_ш - соответственно высота и толщина швеллера - основания траверсы, мм;b_ш и d_ш - ширина полки и толщина полки швеллера - основания траверсы, мм;c - выступ деревянного бруса (20÷30 мм); H_ст - высота стенового кольца, мм. Диаметр металлического тяжа d_тяж, мм, силовой рамы вычисляют по уравнению (1):

где N_b - усилие в тяже, кН; R_bt - расчетное сопротивление растяжению стали, МПа; γ_c и γ_m - коэффициенты условий работы и надежности по материалу; ñ=3,142 - иррациональное число.

Причинно-следственная связь между совокупностью признаков и техническим результатом заключена в следующем: компактная автономная и универсальная установка для испытания нагружением стенового кольца (без применения силовой плиты пола помещения) существенно снижает расходы на проектирование, изготовление и испытание; упрощение изготовления распределительной траверсы и стальной балки силовой рамы испытательной установки снижает расходы на металл и древесину; естественное, вертикальное пространственное расположение испытуемого стенового кольца, которое соответствует условиям работы смотрового колодца в процессе эксплуатации, способствует получению более точных результатов испытаний. Применение металлических тяжей, концы которых оборудованы натяжными и упорными гайками, а также пружинными шайбами повышает надежность работы силовой рамы испытательной установки; установка и крепление грузового домкрата в пазу швеллерообразного основания составной стальной балки силовой рамы уменьшает габариты испытательной установки и повышает надежность ее работы.

На фиг. 1 и 2 изображена установка для испытания нагружением стенового кольца; А-А- разрез установки; Б-Б - вид сверху:

1 - стеновое кольцо; 2 - деревянный брус; 3 - резиновая прокладка; 4 -упорная распределительная траверса; 5 - грузовой домкрат; 6 - опорная распределительная траверса; 7 - упорная стальная балка силовой рамы; 8 - опорная стальная балка силовой рамы; 9 - металлический тяж, оборудованный натяжными, упорными гайками и пружинными шайбами; 10 - ребро жесткости балки - ограничители размещения грузового домкрата и распределительной траверсы с установочными винтами; 11 - опорный столик; Р - усилие грузового домкрата, кН; P₁ - усилие отпора опорной распределительной траверсы, кН.

На фиг. 3 и 4 изображена схема силовой рамы испытательной установки; сечение В-В - вид сверху; сечение Г-Г - вид сбоку: 7 - упорная стальная балка силовой рамы; 8 - опорная стальная балка силовой рамы; 9 - металлический тяж; 12 - сварной шов; 13 - отверстие для тяжа; Р - усилие сжатия от грузового домкрата, kH; N_b - усилие растяжения в тяже.

На фиг. 5 и 6 изображены поперечные разрезы стальной балки силовой рамы (фиг.5) и распределительной траверсы (фиг.6): 2 - деревянный брус; 3 - резиновая прокладка; 10 - ребро жесткости балки; 12 - сварной шов; 14 - установочный винт; 15 - основание стальной балки - тонкостенный швеллер; 16 - усилительный элемент составной балки - двутавр; P - усилие сжатия от грузового домкрата, кН; b_т и h_т - ширина полки и высота двутавра, мм; b_ш и h_ш - ширина полки и высота швеллера, мм; b_дб - ширина деревянного бруса, мм.

На фиг. 7 изображены детали стальной балки силовой рамы и распределительной траверсы испытательной установки:10 - ребро жесткости балки; 12 - сварной шов; 13 - отверстие для тяжа; 14 - установочный винт; 15 - основание стальной балки - тонкостенный швеллер; 16 - усилительный элемент составной балки - двутавровая балка; b_т и h_т - ширина полки и высота двутавра, мм; b_т и h_т - ширина полки и высота швеллера, мм; b_ш и h_ш - ширина полки и высота двутавра, м; l_ш и l_т - длина отрезка швеллера и двутавра, мм.

Пример. Дано: на металлический тяж действует продольная сила N_b=250 кН, сталь класса 5.8, расчетное сопротивление растяжению R_bt=295 МПа, коэффициент условий работы γ_c=0,9, коэффициент надежности по материалу γ_m=1,05.

Требуется определить диаметр круглого металлического тяжа.

Решение. Требуемый диаметр тяжа вычисляют по уравнению (1):

где N_b - усилие в тяже, кН; R_bt - расчетное сопротивление растяжению стали, МПа; γ_c и γ_m - коэффициенты условий работы и надежности по материалу; ñ=3,142.

Установка для испытания нагружением стенового кольца выполнена переносным, автономным, с возможностью работы без использования силовой плиты пола помещения. Нагружающее устройство, предложенной установки для испытания, выполнено в виде горизонтальной силовой рамы, включающей упорную стальную балку силовой рамы - 7, опорную стальную балку силовой рамы - 8 и металлические тяжи - 9 (с нарезкой резьбы на концах) выполненные в виде закрепленных стальных стержней, концы которых оборудованы натяжными и упорными гайками, а также пружинными шайбами. Упорная стальная балка силовой рамы - 7 выполнена составной, содержащей основание стальной балки - 15 в виде тонкостенного швеллера с ребрами жесткости балки - 10 и усилительный элемент составной балки - 16 в виде отрезка двутаврового профиля соединенного с основанием сварным швом - 12. В паз тонкостенного швеллера, посредине длины упорной стальной балки силовой рамы - 7, установлен грузовой домкрат - 5, корпус которого наглухо закреплен по месту установочными винтами - 14, шток домкрата уперт в полку двутавра усилительного элемента составной балки - 16.

Упорная распределительная траверса - 4 и опорная распределительная траверса - 6 выполнены составными из стального бруса двутаврового профиля и прикрепленного к нему отрезка тонкостенного швеллера, длиной равной высоте испытуемого стенового кольца - 1. В паз тонкостенного швеллера плотно установлен деревянный брус - 2 с резиновой прокладкой - 3, расположенной на его выступающей части, которой он опирается на поверхность испытуемого стенового кольца - 1.

Установку для испытания нагружением цилиндрического стенового кольца приводят в рабочее состояние следующим образом: сначала устанавливают опорные столики - 11 высотой 0,5∙Н_ст, где Н_ст - высота стенового кольца, мм; затем на них укладывают элементы силовой рамы, устанавливают упорную стальную балку силовой рамы - 7, опорную стальную балку силовой рамы - 8 и распределительные траверсы; затем в пазы швеллера упорной стальной балки силовой рамы - 7 устанавливают грузовой домкрат - 5 и закрепляют по месту установочными винтами - 14; закрепляют упорными и натяжными гайками на основания упорной стальной балки силовой рамы - 7 и опорной стальной балки силовой рамы - 8, пропуская через отверстия, проделанные в них, металлические тяжи - 9.

Рабочее место для испытания стенового кольца -1 представляет собой выравненную горизонтальную площадку или бетонный пол, на который устанавливают стеновое кольцо - 1, по бокам стенового кольца устанавливают опорные столики - 11 для силовой рамы и измерительных приборов; на опорном столике - 11 собирают детали силовой рамы; в паз швеллера в середине пролета упорной стальной балки силовой рамы - 7 устанавливают грузовой домкрат - 5(800÷1000кН); величина прилагаемой нагрузки измеряется манометром; домкрат располагают между упорной стальной балкой силовой рамы - 7 и составной упорной распределительной траверсой - 4.

В качестве испытательной нагрузки принимают усилие (Р, кН), создаваемое грузовым домкратом - 5; усилие от грузового домкрата Р, кН, на стеновое кольцо - 1 передается через упорную стальную балку силовой рамы - 7 и опорную распределительную траверсу - 6; грузовым домкратом распирают с заданным усилием упорную стальную балку силовой рамы - 7 и упорную распределительную траверсу - 4, которую располагают перпендикулярно на боковую поверхность стенового кольца - 1 по заданной схеме его испытания, металлические тяжи - 9 соединяют между собой упорную стальную балку силовой рамы - 7 и опорную стальную балку силовой рамы - 8, равномерно распределяя нагрузку от грузового домкрата -5.

Стеновое кольцо устанавливают на площадку или пол помещения в вертикальном положении, то есть в его рабочем положении при эксплуатации. Испытательную нагрузку прикладывают в горизонтальном положении силовой рамы, собственную массу стенового кольца в величину испытательной нагрузки не включают. На испытуемое стеновое кольцо прикладывают нагрузку, регулируя ее по величине и скорости нагружения; прочностные параметры испытуемого стенового кольца измеряют в заданном интервале времени.

Следовательно, предложена компактная, автономная и универсальная конструкция установки для испытания нагружением цилиндрического стенового кольца смотрового колодца.

Источники информации:

1. Патент 2351910, МПК G 01 N3/10. Экспериментальная установка для испытания балочных конструкций/ Колчунов В.И., Скобелева Е.А., заяв. ОрелГТУ: 13.11.07, опубл. 10.04.09. Бюл. №10.

2. ГОСТ 8090-2016. Конструкции бетонные и железобетонные для колодцев канализационных, водопроводных и газопроводных сетей. (п.7 Методы испытания и контроля. Приложение В).

Изобретение относится к области строительства, в частности к испытательской технике. Установка содержит сборно-разборный стенд, нагружающее устройство, стальные распределительные траверсы, деревянные брусы к ним, резиновые прокладки под деревянные брусы, силоизмерительное устройство, упорные элементы. Нагружающее устройство выполнено в виде горизонтальной силовой рамы, в упорные элементы которой включены упорная и опорная стальные балки и металлические тяжи. Упорная стальная балка силовой рамы выполнена составной, содержащей основание в виде тонкостенного швеллера с ребрами жесткости и усилительный элемент в виде отрезка двутаврового профиля, соединенного с основанием на сварке. В паз швеллера основания, посредине длины упорной стальной балки силовой рамы, установлен грузовой домкрат, и его корпус наглухо закреплен по месту установочными винтами, шток домкрата уперт в полку двутавра усилительного элемента. Упорные и опорные распределительные траверсы выполнены составными, металлодеревянными из стальных брусьев двутаврового профиля и прикрепленного к нему отрезка тонкостенного швеллера. Технический результат: создание компактной автономной установки; упрощение изготовления распределительной траверсы и составной стальной балки силовой рамы; упрощение системы передачи нагрузки на стеновое кольцо; снижение металлоемкости элементов установки; получение более достоверных результатов испытания. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Установка для испытания нагружением стенового кольца, включающая в себя сборно-разборный стенд, нагружающее устройство, стальные распределительные траверсы, деревянные брусы к ним, резиновые прокладки под деревянные брусы, силоизмерительное устройство, упорные элементы, отличающаяся тем, что сборно-разборный стенд выполнен переносным, автономным, с возможностью работы без использования силовой плиты пола помещения; нагружающее устройство выполнено в виде горизонтальной силовой рамы, в упорные элементы которой включены упорная и опорная стальные балки и металлические тяжи, оборудованные натяжными и упорными гайками, также пружинными шайбами, для фиксации положения испытуемого стенового кольца; металлические тяжи выполнены в виде закрепленных стальных стержней площадью поперечного сечения, принятой по расчету на прочность при растяжении; упорная стальная балка силовой рамы выполнена составной, содержащей основание в виде тонкостенного швеллера с ребрами жесткости и усилительный элемент в виде отрезка двутаврового профиля, соединенного с основанием на сварке; в паз швеллера основания, посредине длины упорной стальной балки силовой рамы, установлен грузовой домкрат и его корпус наглухо закреплен по месту установочными винтами, шток домкрата уперт в полку двутавра усилительного элемента; упорные и опорные распределительные траверсы выполнены составными, металлодеревянными из стальных брусьев двутаврового профиля и прикрепленного к нему отрезка тонкостенного швеллера, длиной равной высоте испытуемого стенового кольца, в паз тонкостенного швеллера плотно установлен деревянный брус с резиновой прокладкой на его выступающей части в плоскости опирания на поверхность испытуемого стенового кольца.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что размеры сечений элементов упорной стальной балки силовой рамы: основания - отрезка тонкостенного швеллера - и усилительного элемента - укороченного отрезка двутаврового профиля - приняты по расчету прочности их на изгиб.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что внутренняя часть паза тонкостенного швеллера основания упорной стальной балки силовой рамы имеет размер не менее ширины грузового домкрата.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что для нагружения стенового кольца принят грузовой домкрат для испытания строительных конструкций грузоподъемностью 800÷1000 кН.

5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что размеры поперечного сечения распределительной траверсы приняты по расчету на изгиб балки на упругом основании при действии симметричной сосредоточенной нагрузки от штока грузового домкрата.

6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что размеры деревянного бруса распределительной траверсы приняты шириной h₁, мм, равной h₁=h_ш-2⋅δ_ш; толщиной b₁, мм, равной b₁=c+(b_ш-d_ш); длиной l_д, мм, равной l_д≈H_ст; здесь h_ш и δ_ш - соответственно высота и толщина швеллера - основания траверсы, мм; b_ш и d_ш - ширина полки и толщина полки швеллера - основания траверсы, мм; c - выступ деревянного бруса (20÷30 мм); H_ст - высота стенового кольца, мм.

7. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что диаметр металлического тяжа d_тяж , мм, силовой рамы вычисляют по уравнению:

d_тяж=2⋅[(N_b/ )/R_bt⋅(γ_c/γ_m)]^0,5;

где N_b - усилие в тяже, кН; R_bt - расчетное сопротивление растяжению стали, МПа; γ_c и γ_m - коэффициенты условий работы и надежности по материалу; =3,142 - иррациональное число.