Стенд для моделирования деформаций оснований зданий и сооружений Советский патент 1983 года по МПК G01M19/00 E02D1/00 

Изобретение относится к строительству, в частности к изучению взаимодействия зданий и сооружений с их основаниями. Известен стенд для имитации деформаций подрабатываемого основания зданий и сооружений, включающий ограждение с секционным днищем, подъемные устройства и укладчик грунта (1. . Недостаток стенда заключается в том, что он не обеспечивает установку секций с наклоном и уступами поперек днища стенда. Наиболее близким техническим решением к изобретению является стенд для модели рования деформаций оснований зданий и сооружений, вкл(очающий лоток, секции с приспособлением для их вертикального и горизонтального перемещения с приводом установленные поперек лотка и соединенные между собой и с приводом горизонтального перемещения 2. Однако известный стенд также не обес-. печивает установку секций с наклоном, уступами и между ними как вдоль, .так и поперёк оси лйтка. Цель изобретения - расщирение диапа.зона исследований. Поставленная цель достигается тем, что в стенде для моделирования деформаций оснований зданий и сооружений, включающем лоток, секции с приспособлением для их вертикального и горизонтального перейещення с приводом, установленные потеtUbt 1Л П JU -LIULt«b .М.Л.Г . fl f рек лотка и соединенные между собой и с приводом горизонтального перемещения, секции выполнены с проемами, пазами и прорезями по краям и размещены в нерколько рядов вдоль лотка, соединение секций .между собой и приводом го1 изонтального перемещения выполнено В видеПараллело-, граммов с щарнирно соединенными сторонами, размещенных в проемах секций, приспособлеиие для вертикального переметеиия секций - в виде винтов, установленных по краям секций и имеющих опоры скольжеиия в нижней части, при этом,центральиые шарниры параллелограммов установлены в пазах секций и выполнены с фиксирующими осями, установленными в прорезях секций. Кроме того, прорези выполнены по окружности с радиусом, равным .расстояиию между фиксирующими осями, и обращены выпуклой частью в одну сторону. На фиг. 1 изображен стенд в исходном состоянии, поперечный разрез; на-фиг. 2 - то же, продольный разрез; иа фиг. 3 -стенд во время рабо1ы, поперечный разрез; на фиг. 4 - то же, продольный разрез; на фиг. 5, 6 и 7 - поперечные разрезы вариантов выполненИя стенда. Стенд содержит лоток 1 с днищем 2, на котором на onopiax скольжения 3 на винтах 4 установлены подвижные секции 5. Последние соединены между собой параллелограммами б посредством осей 7. Оси 7 с одной стороны проходят через втулки 8, расположенные по центру в звеньях 9 параллелограммов 6, а с другой стороны размещены в вертикальных пазах 10 подвижных секций 5. Звенья 9 параллелограммов 6 соединяются друг с другом также при помощи осей 11 через втулку 12. Подвижные секции 5 дополнительно могут быть выполнены с горизонтальными проемами 13. Кроме этого, оси 7 могут быть щарнирно прикреплены к секции 5 при помощи фиксирующих осей 14, а в секциях 5 могут быть 66разованы прорези 15, через которые пропускаются фиксирующие оси 14. На под-. вижные секции 5 стенда сверху уложен грунт модели основания 16. Оси 7 с втулками 8 образуют центральные шарниры параллелограммов 6, а звенья 9 - их стороны. в зависимости от предназначения предлагаемого стенда отдельные его элементы могут отличаться по конструктивному исполнению ффмой пропорциями, размерами, расположением в пространстве, и способом соединения между собой. Параллелограммы 6 могут быть непосредственно установде„ы на днище 2 лотка I (фиг. Г), на верхних обреЗах железобетонных балок, соеди.ненных с лотком (фиг. 5), на подвижных секциях 5 (фиг. S, 6-и 7} или могут быть подвещены к секциям 5 на осях 7. Параллелограммы 6 могут быть расположены верти.-.. . .. л. / Л,, l ..п. г1.л.%.пх «М1хчт / t i г С Кально (фиг. I) или горизонтально (фиг. 5, б и 7), могут иметь звенья 9 (фиг. 2), одинаковые по длине .или переменные между смежнь1ми параллелограммами в Любом соотношении. Кроме того, параллелограммы 6 могут соединять подвижные секции 5 в нескольких уровнях, по концам (фиг. 1) или по средней части, причем каждый ряд параллелограммов б может быть выполнен относительно звеньев 9 однорядным или многорядным. В плане параллелограммы 6 могут быть установлены перпендикулярно подвижным секциям 5 или под углом к ним. Горизонтальные проемы 13 для помещения параллелограммов 6 могут быть выполнены в секциях 5 на концах (фиг. 1, 5, 6 и7.) или в средней части, по высоте сечения снизу (т. Л, 5) в середине (фиг. б, 7) или сверху, открытыми (фиг. 1, 5, б или 7) или замкнутыми. Причем горизонтальные проемы 13 вьшолнёны в таких местах секций 5, где напряжения в них от вертикальных нагрузок наименьшие. Вертикальные пазы 10 могут быть образованы в секциях 5 параллельно их граням (фиг. 2) или под углом к ним. Оси 7 могут быть расположены вертикально (фиг. 5, б и 7) или горизонтально (фиг. 1) в пределах высоты секций 5 (фиг. I, 5, в и 7), выше или ниже их, могут быть по длине переменного (фиг. 1, 5) или постоян ого (фиг. б, 7) сечения. Части осей 7, свяданные с параллелограммами б через втулки 8, могут быть расположены в одном среднем ряду (фиг. 2) или в одном крайнем верхнем или нижнем ряду. Части осей 7, размещенные в вертикальных пазах 10 секций 5, могут иметь отличную от круглой любую форму, например, прямоугольную. На круглые в сечении оси 7 могут быть свободно посажены прямоугольные в сечении сухарикн, взаимодействующие с секциями 5 в вертикальных пазах 10. Оси 7 могут быть шарнирно прикреплены фиксирующими осЯ-. ми 14 к секциям 5 с одной стороны, с двух сторон или в средней части. Фиксирующие оси 14 могут быть пропущены в прорезях 15 с возможностью осевого перемещения или без нее. Прорези 15 могут быть прямолинейными, расположенными вертикально (фиг. I) или горизонтально {фиг. 6), и криволинейными радиусными, расположенными выпуклостью вверх (фиг. 7) или вниз. Работа на стенде осуществляется следующим образом. В соответствии с программой исследований по изучению влияния конкретных деформаций подрабатываемого основания на конструкции здания или сооружения моделируют процесс получения искомых дефор маций основания например, реализуют совместное воздействие равномерных горизонтальных деформаций растяжений и неравномерных вертикальных деформаций вогнутого плавного профиля. Предварительно производят подготовку стенда к испытаниям по программе исследований. На стенде (фиг. 1 и 2) подвижные секции 5 последовательно поднимают и устанавливают на заданном уровне от днища 2 лотка I при помощи винтов 4, длячего последние выкручивают из резьбовых гнезд, устроенных в секциях 5. Каждая сенция 5 при движении перемещается с вертикальными пазами 10 вверх относительно осей 7 и соединенных с ними фиксирующих осей 14, которые сохраняются на одном уровне, так как оси 7 сводной стороны проходят через втулки 8 звеньев 9 неподвижных параллелограммов 6, опирающихся на днище 2 лотка 1. При этом фиксирующие оси 14 проскальзывают по прорезям 15 н оказываются в Их нижней части. Звенья 9 .параллелограммов 6 со стороны горизонтальных проемов 13 подбирают одинаковой длины, для чего переставляют оси на втулках 12. К параллелограммам 6 прикладывают горизонтальные продольные сжимающие усилия, направленные друг к другу (на фиг. 2 не показано), при которых происходит преобразование формы каждого параллелограмма и изменение размеров диагоналей - вертикальные диагонали увеличиваются, а горизонтальные диагонали укорачиваются. При этом соответственно уменьщаются расстояния между втулками 8 и реями 7, которые взаимодействуют с подвижными секциями 5 и увлекают их за собой совместно с винтами 4 по опорам скольжения 3, обуславливая горизонтальное сближение секций 5 до такой степени, пока между боковыми сторонами секций 5 не останутся зазоры минимальной величины, не препятствующие независимым самостоятельным перемещениям смежных секций 5 в вертикальной плоскости. После выведения подвижных секций 5 в исходное положение механические или ручные приводы винтов 4 отключают, горизонтальные продольные сжимающие усилия снимают, а на верхней поверхности подвижных секций 5 любыми известными способами укладывают и уплотняют грунт модели основания 16, на котором воздвигают исследуемые конструкции здания или сооружения. После подготовительного периода на стенде производят по намеченной программе моделирование .деформаций основания 16. С этой целью к параллелограммам 6 прикладывают горизонтальные продольные растягивающие усилия и одновременно к винтам 4 с механическим или ручным приводом прикладывают вращающие моменты. Под воздействием растягивающих усилий, направленных друг против друга (на фиг. 4 не показано), з венья 9 параллелограммов 6 взаимодействуют между собой посредством осей 7с втулками 8 и осей 11с втулками 12, В параллелограммах 6 возникают усилия, которые в большой степени обуславливаются, противодействующими реакциями со стороны подвижных секций 5, загруженных грунтом модели основания 16 и исследуемыми конструкциями здания или сооружения. При превыщении растягивающими усилиями суммы всех противодействующих реакций начинается движение параллелограммов 6: звенья 9 совершают линейные перемещения и повороты втулками 12 вокруг осей II, а втулками 8 вокруг осей 7; оси 7 соверщают только поступательные, главным образом, горизонтальные перемещения. При этом параллелограммы 6 изменяются по форме и длине пропорционально каждому параллелограмму, вертикальные диагонали каждого параллелограмма уменьщаются, а горизонтальные - возрастают Соответственно увеличивается расстояние между втулками 8 и между осями 7. Оси , находясь в вертикальных пазах 10, надавливают на их стенки и увлекают подви)ные секции 5 за собой совместно с винтами 4 по опорам скольжения 3. Под воздействием вращающих момен тов винты 4 вкручивают в резьбовые гнезда на разную величину. Вкручивание раньше начинают вести с тех секций 5, которые требуется опустить больше или применяют разную скорость вкручивания, пропорционально величинам соединения каждой секции. По вкручиванию контролируют и формируют необходимый рельеф верхних поверхностей секций 5 для получеиия заданного профиля. Соответственно этому подвижные секции 5 опускаются по вертикальным пазам 10 вниз относительно направляющих осей 7 и соединеииых с ними фиксирующих осей 14 под действием собственного веса, веса грунта модели основания 16 и установленных на основании .конструкций здания или сооружения. При этом фиксирующие оси 14 про скальзывают по прорезям 15 и оказываются в их верхней части. Бер.тикальные прорези 15 компенсируют перемещения секций 5 в вертикальном направлении. Смежные секции 5 боковыми сторонами не контактируют, ибо их устойчивость о15еспечивается осями 7 при помощи параллелограммов 6. Так как передача нагрузок от параллелограммов 6 через оси 7 на подвижные секции 5 осуществляется в горизонтальной плоскости, а усилия трения секций 5 в вертикальных пазах Iff по осям 7 действуют в вертикальном направЛенин, то реализуется возможность одновременных независимых движений секций 5 по горизонтали и по вертикали. При изменении величин растягивающих усилий и вращающих моментов соответственно изменяют скорости и величины горизонтальных и вертикальных перемещений секций 5. Вынужденные перемещения секций 5 передаются их верхней поверхностью на грунт модели основания 16, трансформируются в нем в соответствии с физико-механическими законами деформирования и движения грунта и под влиянием его веса и нагрузки от конструкций здания или сооружения и их положения на стенде отображаются на модели основания в виде радиально вогнутого плавного профиля. По составу входящих ингредиентов конкретные деформации модели основания корректируют, изучают их влияние на конструкции здания или сооружения, конт|ролнруют специальными приборами налряженно-даформированное состояние взаимодействующих элементов в таком диапазоне, при котором удовлетворяется исходная программа исследований. Стенд, элементы которого в зависимости от специфики применения и предназначения могут иметь различные варианты конструктивного исполнения, характеризуется в работе тем, что, например; привертикальном расположении осей 7 и отсутствии фиксирующих осей 14 (фиг. 5) происходит перемещение секций 5 по вертикальным пазам 10 относительно осей 7, которые неподвижны по отношению к параллелограммам 6. В других случаях, например, при горизонтальнь1х параллелограммах 6 и шарниром креплении концов осей 7 фиксирующими осями И (фиг. 6, 7) происходит перемещение вместе с секциями 5 также и осей 7, которые захватываются фиксирующими осями 14 и с трением проскальзывают по втулкам 8 зненьев 9 параллелограммов 6 в вертикальиом направлении. При неравномерных оседаниях секций 5 возникают их поперенные смещения, которые компенсируются Горизонтальными прорезями 15. При этом секции 5 проскальзывают в прорезях 15 по фиксирующим осям 14. При устройстве шарнирного крепления концрв осей 7 в двух точках с параллельными радиусными горизонтальиыми прорезями 15 (фиг. 7) кинематическая подвижность секций 5 сохраняется, так как оси 7 имеют возможность поворота вокруг одной из фиксирующих осей 14 и имеют способность посгупателйного перемещения в прорезях 15 вместе с фиксирующими осями 14. Наклоны подрабатываемого основания в поперечном направлении (фиг. 3) проводят в пределах площади секций 5 одного ряда или одновременно нескольких рядов, для чего сразу всю группу подвижно секций 5 опускают неравномерно, т.е. с одной стороны больще, чем с другой. Уступообразные сосредоточенные деформации подрабатываемого основания в поперечном направлении (фиг. 3) получают в местах торцовой стыковки рядов секций 5, для чего между стыкуемыми группами секций 5 образуют скачок в вертикальном направлении, т.е. одну группу рядов сохраняют малоподвижной, а другую - значительно опускают.. При равномерном перемещении каждой секции 5 в поперечном направлении имеют плоскую форму искривления подрабатываемого основания, при неравномерном - получают пространствениую картину деформаций, отличающуюся от плоской дополнительным скручиванием основания в вертикальной плоскости. При различных размерах параллелограммов получают неравномерные горизонтальные деформации. Последние при необходимости концентрируют вплоть до образования и развития на поверхности основания трещин. Неравномерные деформации создают для одной стороны секций 5, для одного ряда секций 5 или между отдельными их рядами. В последних случаях получают в горизонтальной плоскости соответственио деформации скашивания и среза подрабатываемого основания. При одинаковом горизонтальном продольном перемещении разных параллелограммов 6 образуют линейную схему деформаций подрабатываемого основания, при разном - и.меют в поперечном направлении переменную картину деформаций. Совместные деформации могут быть получены путем одновремениой последовательной или поочередной работы рядов параллелограммов 6 и винтов 4. Причем деформации модели основания 16 могут изменяться одновременно в разных частях стенда по

разным программам, могут быть наперед определены, в любой момент скорректированы и изменены в ходе исспедований, при это обеспечивается в одном процессе различное их проявление (плавное, дискретное, циклическое, равномерное, неравномерное, ступенчатое, растягивающее, сжимающее выпуклое, вогнутое, синусоидноё и т.д.).

За счет незначительной ширины секций 5 в продольном направлении стенд позволяет проводить исследования конструкций здаНИИ и сооружений в широком диапазоне масштабов, в том числе и малых, и применять разную мощность грунта модели основания 16, в том числе достаточно малую. Стенд также целесообразен для проведения исследований натурных фрагментов зданий и сооружений на моделях оснований, выполненных из естественных грунтов.

В сравнении с существующим базовым на стенде достигается расширение диапазона исследований, качественное и надежное моделирование всех различных видов деформаций подрабатываемых оснований, регламентированных СНиП П-8-78 (кривизны, наклонов, уступообразных деформаций, относительных горизонтальных деформаций и их неблагоприятных сочетаний), а также других видов, имеющих место в натуре. Кроме того, стенд пригоден для изуче-ния таких деформаций, которые самостоятельно в натуре не проявляются, но получение которых необходимо для познания процессов, происходящих в основаниях. Его применение позволит глубже исследовать аспекты взаимодействия фундаментов зданий и сооружений с деформирующимся . основанием, что послужит решению проблемы рационального строительства зданий и сооружений на подрабатываемых территориях. Конкретно это дает возможность снизить

. трудоемкость строительства, получить экономию стали и бетона за счет уменьшения средств на дополнительные конструктивные мероприятия и сокращения излишних запасов в конструкциях, связанных с совершенствованием их методов расчета и испытаний.

1. СТЕНД ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, включающий лоток, секции с приспособлением для их вертикального и горизонтального перемещения с приводом, установленные поперек лотки и соединенные между собой и с приводом горизонтального перемещения, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона исследований, секции выполнены с проемами, пазами л прорезями по краям и размещены в несколько рядов вдоль лотка, соединение секций между собой и приводом горнзои.тального перемещения выполнено в виДе параллелограммов с шарнирно соединенными сторонами, размещенных в проемах секций, приспособление для вертикального перемещения секций - в виде винтов, установленных по краям секций и имеющих опоры скольжения в нижней части, при этом центральные и1арниры параллелограммов установлены в пазах секций и выполнены с фиксирующими осями, установленными в прорезях секций. i 2. Стенд по п. I, отличающийся тем, что прррези выполнены по окружности с радиуСЛ сом, равным расстоянию между фиксирующими осями, и обращены выпуклой частьв одну сторону. 4 ;о 1 ел