Устройство для измерения касательных сил морозного пучения грунта относительно фундамента Советский патент 1980 года по МПК E02D33/00 

Изобретение относится к строител ству, в частности к технике для опре ,деления касательных сил морозного пучен11я - длительного сопротивления сдвигу мерзлого грунта относительно фундамента,и может быть использован при изысканиях, проектировании и строительстве зданий и сооружений. Известно устройство для измерени касательных сил морозного пучения, состоящие из заглубленной в грунт модели сваи, головка которой упирается в неподвижную поперечную опор ную балку через жесткий, например гидравлический динамометр. Балка, в свою очередь скреплена с базой вертикальными стойками. Направленное вверх усилие, возникающее в мод ли сваи при пучении смерзшегося со сваей грунта, фиксируется динамометром. При этом важным условием является жесткость всей измерительной конструкций 1. Однако эти устройства обеспечивают лишь суммарное определение касательных сил, действующих вдоль всей поверхности смерзания. Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения касательных сил морозного пучения грунта относительно фундамента,содержащее заглубленную в грунт модель, форма которой соответствует форме исследуемого фундамента, и измерительные приборы, присоединенные к модели. Модель состоит из отдельных шашек, составленных по форме квадратной сваи. Каждая из шашек соединена с,отдельными пружинами тарельчатым динамометром, закрепленным на общей анкерной опоре, воспринимающей суммарные усилия каждой из шашек. Общее усилие, развивающееся в анкерной опоре, также измеряется отдельным динамометром Однако это устройство представляет собой сложную конструкцию из-за болыйого количества измерительных приборов-динг1мометров, встроенных в корпус модели сваи, и соединяющих эти приборы жестких и упругих элементов. Измерительные приборы требуют раздельной колибровки, а соедиияющие элементы - стабилизации для обеспечения надежной работы устройства в процессе длительных измерений в тяжелых условиях. Неизбежная деформативность такой модели сваи, определяема1Я общей деформативностью

ьсех динамометров и соединительных элементов, приводит к искажению поля напряжений грунта вокруг модёлги и соответственно результатов измерения касатёл1ьных сил пучения. Кроме того, известное устройство це обеспечивает Измерений касательных сил на раздельных вертикальных участках поверхности моделей фундаментов.

Целью изобретения является измерение касательных сил на любом участке поверхности смерзания модели с грунтом.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения касательных сил морозного пучения, содержащее заглубленную в грунт модель , форма которой соответствует форме исследуемого фундамента, и измерительные приборы, подсоединенные к модели, снабжено электрическими подогревателями, установленными в выемках, образованных на внешней боковой поверхности модели по ее периметру.

На чертеже изображен пример устройства - модели прямоугольной сваи для .измерен ия величины касательных сил, действующих на поверхностях, прилегающих к углам сваи, или для измерения касательных сил, деййтвующих на плоских частях поверхности, общий вид.

Модель сваи 1, изготовленная из армированного бетона, снабжена по йерхкостньй 1и подогревателями, разделенными на секции, прилегающие к угл:ам 2 и плоским частям 3 модели по всей площади смерзания грунта и сваи. Головка модели жестко среди ивйа. с массИ1вным металлическим ptoловником 4, служащим для подсоединения модели к жесткому динамометру. Подогреватели 2 и 3 выпрлнены из медной пр6в6лЬ:ки диаметром 0,3-0,5 мм с эталевой изрляцией. Пррврлрка в каждой из секций с помощью шаблона расположена змейкой в один ряд на поверхности модели с промежутками 0,5-1 мм заподлицо с поверхностью. njiOB блок а скреплена с поверхностью

бётой ГШШседнШ Шй

та. последним до краев так, чтообрЗзована гладкая поверхность, на которой с помощью того же компаунда з атем наносится тонкий слой абр&зйвйо ре---ШГ Щ йШа-

имитации качества рёашьной йбве|3:й:ностибетонной сваи. Выводы каждой секции подргревателей (на чертеже не показаны) с целью крмбинадий йх

й6Й1|ШочёТШя1Й Жстбчнйку ТрбКа ра §жель НО проходя-гчёрез отверстия сваи и вшедены из сваи рядом с оголовником.

Устройство-модель сваи работает, следующим образрм.

-- - --WJpyiiT c задант Г

помещённый в жесткий, вертикально расположённый контейнер, находящийся

в морозильной камере, забивкой или другим способом вертикально заглубляется исследуемая модель сваи. Оголовник модели упирается в жесткий динамметр, установленный на жесткой конструкции, прочно соединенной с контейнером. В процессе промерзания верхних слоев грунта начинается смерзание сваи с грунтом. Получение грунта, выражающееся в виде вертикального перемещения верхник слоев грунта, вызывает появление касательных сил пучения на поверхности неподвижно закрепленной модели сваи, и суммарная сила этого воздействия измеряется динамометром. Перед началом И;Э мерения касательных сил на заданном участке поверхности модели производится предварительное неоднократное промораживание грунта на заданную глубину без включейия подогревателей (2-3 цикЛа промораживания и оттаивания грунта) до наступления консолидации грунта и соответственно повторяют по одномузаранее составленному графику, соблюдая Повторение длительности и распределение скоростей пiэoмepзaния грунта в . каждом из циклов, а также условия подпитки грунта водой (открытая система). При последнем таком цикле фиксир уют график развития касательHbtk сил пучения, действующих без включения подогревателей,вдоль всей поверхности смерзания модели. Этот г|)афик служит эталоном для последующих измерений. По нему производится цикл измерения касательных сил пучения на заданном участке поверхно гти смерзания сваи с грунтом.Для Этого в процессе промораживания подогреватели, расположенные на участках, где измерение касательных сил не производится, периодически кратковременно включаются с тем, чтобы на минимальное время ликвидировать на этих участках смерзание грунта с поверхностью модели. Мощнрсть, необходимая для кратковременного оттаивания тонкого слоя определеннЪй площади поверхности смерзания, устанабливается расчетным путем и -ШЖёг контрОМироваться поверхностными термометрами. Мощность может также определяться по результатам предварительных экспериментов. В качестве термометра может использоваться и с:ам подогреватель, выполненный из Материала с достаточным температурным коэффициентом сопротивления. Для уточненного измерения распределения температуры по площади поверхности подогреватель может быть дополнительно секционирован, чтобы обеспечить более дифференцированный контроль тёйНература- соответствующих участков Температура в этом случае может койтролйроваться вслед за подогревом

Периоды между оттаиваниями поверхности смерзания на этих участках предварительно определяют экспериментальным из условия развития fia них максимально допустимых касательных сил пучения, искажающих результаты измерений. Касательные силы на этих участках после кратковраменного оттаивания при последующем смерзании восстанавливаются медленно,а кратковременные оттаивания, для которых достаточно довести температуру на поверхности до незначительно искажают температуру на соседних неорогреваемых участках повеохности из-за малого количества тепловой энегии, выделенной при таких подогревах в массив окружающего грунта.В связи с этим на необогреваемом участке оттаивания не происходит и смерзание не нарушается. В этих условиях динамометром фиксир ется касательные сил пучения только с-необогреваемых учасков поверхности сваи. Разность сил, зафиксированных эталонным графиком, и сил, замеренных на участке необогреваемой, т.е. измеряемой поверхност смерзания, в каждый соответствующий момент измерения характеризует величину касательной силы, действующей на неизмеряемую поверхность модели. Для повыпения точности результата измерения возможно повторение цикла измерения с изменением кобинации включения подогревателей на обратную при которой подогреваемые ранее участки не подогреваются, а подогреваются ранее не подогреваемые участки. При этом сумма сил, действующих на замеренных поверхностях смерзания в первом и втором измерениях, с точностью допустимых погрешностей измерения должна быть равна силе,зафиксированной на эталонном графике в каждый соответствующий момент времени , оценка которых может быть только субъективной.

Упрощение конструкции устройства уменьшает затраты на его изготовление при одновременном расширении

диапазона его использования в части измерения касательных сйл пучейияг Wa поверхностях сложной формы.

Обеспечение необходимой жесткости устройства повынает точность измерения касательных сил пучения.Уменьшение количества измерительных приборов-динамометров до одного и вынесение его за пр1ед елы кбрпуса МО- дели фундамента облегчает проверку ДинаМомё т ра и делает ее возможной

0 даже в ходе продолжительного эксперимента. Кроме того, это облегчает автоматизацию процесса измерения. Нераздельность и жесткость корпуса модели фундамента наряду с отсутстви5ем в нем измерительных приборов повышает надежность устройства, что особенно важно, если иметь ввиду такой грубый способ заглубления модели фундамента в грунт как забивка.

0

Формула изобретения

Устройство для измерения касательных сил морозного пучения грунта относительно фундамента, содержа5щее заглубленную в грунт модель, форма которой соответствует форме исследуемого фундамента, и измерительные приборы, подсоединенные к модели, отличающееся тем, что,

0 с измерения касательных сил на любом участке поверхности смерзания модели с грунтом, оно снабжено электрическими подогревателями установленными в выемках образованных на

5 внешней боковой поверхности модели по ее периметру.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Руководство по определению физических, теплофизических и меха0нических характеристик мерзлых грунтов. Издательство литературы по строительству, М., 1973.

2.Орлов В.О., Дубнов Ю.Д., Меренков Н.Д. Пучение промерзающих

5 грунтов и его влияние на фундаменты сооружений. Стройиздат, Л., 1977.