Стенд для моделирования деформаций оснований зданий и сооружений Советский патент 1992 года по МПК G01M19/00 G01N33/24 

Изобретение относится к испытательному оборудованию, в частности, к исследованиям моделей подземных сооружений в грунтовом массиве, испытывающем сдвижения и деформации, например на подрабатываемых территориях, и является усовершенствованием известного устройства, описанного в авт.св. СССР № 1049775 1.

Известный стенд для моделирования деформаций оснований зданий и сооружений 1 содержит лоток, секции с приспособ- лениями для их вертикального и горизонтального перемещения с приводом, установленные поперек лотка и соединенные между собой и с приводом горизонтального перемещения, причем се кции

выполнены с проемами, пазами и прорезями по краям и размещены в несколько рядов вдоль лотка, соединение секций между собой и с приводом горизонтального 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 шарниры параллелограммов установлены в пазах секций и выполнены с фиксирующими осями, установленными в прорезях секций. Указанный стенд работоспособен при больших нагрузках, позволяет задавать верXI

XI XI о

ю

оо

i

i

ю

тикальные, горизонтальные и уступообразные виды деформаций. Однако указанный стенд не может создавать горизонтальные нагрузки, имитирующие горное давление по глубине грунтового массива.

Целью дополнительного изобретения является расширение rj. J-.GI, ::цо- ваний путем создания гормос ияльных нагрузок, имитирующих го оное даслонпа по глубине грунтового массива при моделировании условий эксплуатации подземных сооружений.

Поставленная цель достигается том, что стенд для моделирования деформаций оснований зданий и сооружений по авт. св. СССР NS 1049775, снабжен вертикальными штампами с нагрузочными приспособлениями и распорными устройствами на торцевых стенках лотка, при этом вертикальные штампы размещены в лотке вдоль его торцевых стенок с возможностью независимого горизонтального перемещентлл в плоскости стенда с помощью свободно примыкающих к ним распорных устройств.

Другое отличие состоит в том, что торцевые стенки лотка снабжены опорными кронштейнами с горизонтальными площадками, а каждый штамп-консолями, выступающими за пределы лотка, посредством которых штамп через шарниры оперт на горизонтальные площадки кронштейнов.

Кроме того, нагрузочное приспособление каждого вертикального штампа выполнено в виде грузовой площадки, соединенной со штампом при помощи троса через отклоняющие блоки, установленные на опорных кронштейнах.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 показан фрагмент стенда, с размещенным внутри него грунтовым массивом, продольный разрез. На фиг,2 - узел , поперечный разрез; на фиг. 3 - показан узел II (опирание вертикального штампа).

Стенд для моделирования деформаций оснований зданий и сооружений содержит лоток 1 с днищем 2, на котором через шов скольжения 3 установлены на подъемно- опускных устройствах 4 подвижные секции 5. Последние соединены между собой па- раллелограммными шарнирно-рычажными механизмами 6 посредством осей 7, выполненных в виде ползунов. Ползуны 7 с одной стороны проходят через втулки 8, расположенных в звеньях 9 в одном продольном ряду каждого шарнирно-рычажного механизма 6, а с другой стороны размещены в вертикальных прорезях 10 подвижных секций 5. Звенья шэрнирно-рычажных механизмов б соединяются друг с другом при помощи осей 11 через втупки 12. Подвижные секции 5 выполнены с горизонтальными проемами. Кроме этого ползуны 7 шар- нирно прикреплены к секции 5 при помощи осей 14, а в секциях 5 образованы пазы 15,

через которые пропускают оси 14.

Торцевые поверхности 16 стенда соединены между собой поверху перемычкой 17, а понизу соединены с днищем 2. На подвижные секции 5 стенда сверху уложен грунто0 вый массив 18, вмещающий модель подземного сооружения 19, Поверху грунтового массива 18 расположены пригрузоч- ные приспособления 20. Между торцевыми поверхностями 16 стенда и грунтовым мас5 сивом 18 размещены контактирующие с массивом вертикальные штампы 21, Каждый штамп 21 снабжен консолями 22, выступающими из боковой плоскости стенда, посредством которых он через шаровые

0 опоры 23 подвижно опирается на внешние горизонтальные площадки 24. Горизонтальные площадки 24 крепятся к опорным кронштейнам 25. Торцевые поверхности 16 стенда снабжены винтовыми распорными

5 устройствами 26, которые свободно примыкают к вертикальным штампам 21. Консоли 22 вертикальных штампов 21 при помощи тросоп 27 через отклоняющие блоки 28 соединены с нагрузочными платформами 29.

0 Отклоняющие блоки 28 размещены на укосинах 30 опорных кронштейнов 25.

Стенд работает следующим образом, В соответствии с программой исследований по изучению влияния конкретных деформа5 шли подрабатываемого основания на модели подземных сооружений моделируют процесс получения искомых деформаций основания, например, в продольном направлении реализуют совместное воздейст0 вис равномерных горизонтальных деформаций сжатия и неравномерных вертикальных деформаций оседания радиаль- но вогнутого плавного профиля с созданием горизонтальных нагрузок от горного давле5 ния и нагрузок от возведенных новых зданий вблизи подземного сооружения.

Предварительно производят подготовку стенда к испытаниям по программе исследований. На стенде подвижные секции 5

0 последовательно поднимают и устанавливают на заданном уровне от днища 2 лотка 1 при помощи подъемно-опускных устройств 4, для чего последние, например, винтовые опоры с механическим или ручным приво5 дом выкручивают из резьбовых гнезд, установленных в секциях 5. Каждая секция 5 при движении перемещается по вертикальным прорезям 10 вверх относительно направляющих ползунов 7 и соединенных с ним осей 14, которые сохраняются на одном уровне,

т.к. ползуны 7 с одной стороны проходят через втулки 3 звеньев 9 неподвижных па раллелогрзммных шарнирно-рычажных механизмов 6, опирающихся на днище 2 лотка 1. При этом оси 14 проскальзывают по пазам 15 и оказываются в их нижней части. Звенья 9 шарнирно-рычажных механизмов б со стороны горизонтальных проемов 13 подбирают одинаковой длины, для чего переставляют оси 11 на втулках 12. Кшарнир- но-рычажным механизмам 6 прикладывают горизонтальные продольные сжимающие усилия, направленные друг к другу при которых происходит преобразование формы каждого параллелограмма и изменение размеров диагоналей - вертикальные диагонали увеличиваются, а горизонтальные диагонали укорачиваются, При этом соответственно уменьшаются расстояния между втулками 8 и осями (ползунами) 7, механизмы изменяются в длине пропорционально каждому параллелограмму, одновременно взаимодействуют посредством ползунов 7 с подвижными секциями 5 и увлекают их за собой совместно с подъемно- опускными устройствами 4 по швам 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 подъемно-опускных устройств 4 отключают, горизонтальные продольные сжимающие усилия снимают, а на верхней поверхности подвижных секций 5 любыми известными способами укладывают и уплотняют грунтовый массив 18, вмещающий модель подземного сооружения 19.

Поверху размещенного в стенде грунтового массива 18 размещают пригрузочные приспособления 20, имитирующие вертикальные нагрузки от горного давления.

Для обеспечения подобия горизонтальных напряжений в испытуемом грунтовом массиве 18 и в натуре, существующая в природном массиве трапециевидная эпюра горизонтальных нагрузок от горного давления заменяется ступенчатой разбивкой на равные участки по количеству штампов 21, причем значение нагрузки на каждый штамп определяется для середин участков. Ступенчатая эпюра нагрузки реализуется на стенде путем загружения каждой нагрузочной платформы 29 грузами расчетного веса. Усилие от веса грузов пер др°тся при помощи тросов 27 через отклоняющие блойи 28

и консоли 22 на вертикальные штампы 21.

Такая система приложения горизонтальных

нагрузок от горного давления на испытуе5 мый грунтовый массив 18 обеспечивает по стоянство величин этих нагрузок в течение

всего эксперимента.

Напряженно-деформированное состояние грунтового массива 18. сложившееся

0 после его ззгружения вертикальными и горизонтальными нагрузками от горного давления является исходным для дальнейших исследований работы модели подземного сооружения в подрабатываемом грунтовом

5 массиве и фиксируется методами фотомеханики или при помощи оптических датчиков. Имитация горизонтальных деформаций сжатия в подрабатываемом массиве осуществляется путем прикладывания к широтно0 рычажным механизмам 6 горизонтальных сжимающих усилий.

Для имитации неравномерных вертикальных деформаций оседания радиально вогнутого плавного профиля к подьемно-опу5 скным устройствам 4, например, винтовым опорам с механическим или ручным приводом, прикладывают вращающие моменты.

После подготовительного периода на стенде производят по намеченной програм0 ме моделирование деформаций основания 18. С этой целью к шарнирно-рычажным механизмам б прикладывают горизонтальные продольные сжимающие усилия и одновременно к подъемно-опускным устройствам 4

5 прикладывают вращающие моменты.

Под воздействием сжимающихусилий, направленных друг против друга звенья 9 механизмов 6 взаимодействуют между собой посредством соей (ползунов) 7 с втул0 ками 8 и осей 11 с втулками 12. В механизмах 6 возникают усилия, которые в большей степени обуславливаются противодействующими реакциями со стороны подвижных секций 5, загруженных грунто5 вым массивом 18 и моделью подземного сооружения 19. При превышении сжимающими усилиями всех противодействующих реакций начинается движение механизмов 6: звенья 9 совершают линейные перемеще0 ния и попороты (три вращательные пары) втулками 12 вокруг осей 11, а втулками 8 вокруг осей (ползунов) 7; ползуны 7 совершают только поступательные, главным образом, горизонтальные перемещения. При

5 этом механизмы 6 изменяются по форме и длине пропорционально каждому параллелограмму, вертикальные диагонали каждого параллелограмма увеличиваются, а горизонтальные уменьшаются. Соответственно уменьшается расстояние между втулками 8 и между осями (ползунами) 7. Ползуны 7, находясь в вертикальных прорезях 10, надавливают на стенки вертикальных прорезей и увлекают подвижные секции 5 за собой совместно с подьемно-опускными устройствами 4 по швам скольжения.

По воздействием вращающих моментов винтовые опоры подъемно-опускных устройств 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 оседания каждой секции. По вкручиванию контролируют и формируют необходимый рельеф верхних поверхностей секций 5 для получения заданного профиля. Соответственно этому подвижные секции 5 опускаются по вертикальным прорезям 10 вниз относительно направляющих ползунов 7 и соединительных с ними осей 14 под действием собственного веса, веса грунтового массива 18 и модели подземного сооружения 19. При этом оси 14 проскальзывают по пазам 15 и оказываются в их верхней части. Вертикальные пазы 15 компенсируют перемещения секций 5 в вертикальном направлении. Смежные секции 5 боковыми сторонами не контактируют, ибо их устойчивость обеспечивается осями (ползунами) 7 при помощи механизмов 6. Так как передача нагрузок от механизмов б через ползуны 7 на подвижные секции 5 осуществляются в горизонтальной плоскости, а усилия трения секций 5 в вертикальных прорезях 10 по ползунам 7 действуют в вертикальном направлении, то реализуется возможность одновременных независимых движений секций 5 по горизонтали и по вертикали. При изменении величин снимающих усилий и вращающих моментов соответственно изменяют скорости и величины горизонтальных и вертикальных перемещений секций 5. Вынужденные перемещения секций 5 передаются их верхней поверхностью на грунтовый массив 18, трансформируются в нем в соответствии с физико-механическими законами деформирования и сдвижения грунта и под влиянием его веса и нагрузки от подземного сооружения 19 и их положения на стенде отображаются на модели основания в виде радиального плавного профиля.

Имитация постоянных по величине горизонтальных нагрузок, не зависящих от перемещения торцевых стенок 16 лотка, в предлагаемой установке достигается путем использования контактирующих с масси- вом 18 вертикальных штампов 21, которые создают постоянные горизонтальные сжимающие нагрузки на грунт массива 18 благодаря нагрузочному приспособлению в виде тросов 27 с грузом 29 перекинутым через блок 28.

Имитация горизонтальных деформаций

сжатия от нагрузок возведенных новых зданий вблизи подземного сооружения осуществляется путем задания фиксированных горизонтальных перемещений вертикаль0 ных штампов 21 по направлению к центру испытываемого массива. Фиксированные горизонтальные перемещения штампов 21 задают винтовыми распорными устройствами 26. Выполнение независимого опирания

5 каждого штампа 21 через шаровые опоры 23 на опорные кронштейны 25 обеспечивают поступательное горизонтальное перемещение вертикальных штампов 21 в плоскости стенда под действием винтовых распорных

0 устройств 26. С другой стороны, такая конструкция опирания штампов 21 позволяет задавать каждому из штампов различные по величине перемещения.

Применение контактирующих с масси5 вом вертикальных штампов 21, которые имеют возможность независимого горизонтального перемещения в плоскости стенда независимо друг от друга, дополнительно соединенных с нагрузочными приспособле0 ниями позволяет имитировать горное давление по глубине грунтового массива.

Условия моделирования приближаются к условиям эксплуатации подземных сооружений в грунтовом массиве, испытываю5 щим сдвижения и деформации под влиянием горных работ и внешних нагрузок. Формула изобретения 1. Стенд для моделирования деформаций оснований зданий и сооружений по авт.

0 св. № 1049775, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона исследований путем создания горизонтальных нагрузок, имитирующих горное давление по глубине грунтового массива при моделиро5 вании условий эксплуатации подземных сооружений, стенд снабжен вертикальными штампами с нагрузочными приспособлениями и распорными устройствами на торцевых стенках лотка, при этом вертикальные

0 штампы размещены в лотке вдоль его торцевых стенок с возможностью независимого горизонтального перемещения в плоскости стенда с помощью свободно примыкающих к ним распорных устройств.

5 2. Стенд поп, 1,отличающийся тем, что торцевые стенки лотка снабжены опорными кронштейнами с горизонтальными площадками, а каждый штамп - консолями, выступающими за пределы лотка, посредством которых штамп через шарниры оперт на горизонтальные площадки каждого вертикального штампа выполнено кронштейнов.в виде грузовой платформы соединенной со

штампом при помощи троса через отклоня3. Стенд по пп. 1 и 2, от л ича ю щ и й- ющие блоки, установленные на опорных с я тем, что нагрузочное приспособление 5 кронштейнах.

го

/ /

Фиг. 2

21

Использование: для исследования моделей подземных сооружений в грунтовом массиве, испытывающем сдвижение и деформации. Сущность: стенд для исследования моделей подземных сооружений в грунтовом массиве содержит лоток, в котором размещены секции с параллелограммными шарнирно-рычажными механизмами на подъемно-опускных устройствах и при- грузочные приспособления для создания вертикального давления. Новым в стенде является то, что между торцевыми поверхностями и грунтовым массивом дополнительно размещены контактирующие с массивом вертикальные штампы с возможностью горизонтального перемещения в плоскости стенда независимо друг от друга.при- чем, торцевые поверхности лотка снабжены распорными устройствами, свободно примыкающими к штампам, а каждый штамп соединен с грузовой платформой. На торцевых стенках лотка имеются кронштейны с горизонтальными площадками, на которые через шарниры оперты консолями штампы. С помощью стенда имитируют горизонтальные и вертикальные деформации сжатия в подрабатываемом массиве. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. СО с

Фиг 3