Установка для нагружения строительных изделий Советский патент 1982 года по МПК G01N3/313 G01M7/08 

Изобретение относится к строительству, в частности к установкам для строительных изделий, преимущественно на нарастающее динамическое давление, вызванное сейсмическим воздействием - сейсмическим колебанием поверхности земной коры.

Известна установка для нагружения строительных изделий, включающая корпус с камерой давления и взрывным устройством 1 .

Недостаток известного устройства заключается в большой его.металлоемкости .

Наиболее близким к изобретению является установка для нагружения строительных изделий, включающая корпус, камеру давления, нижнюю плиту с опорным контуром для установки испытуемого изделия, верхнюю плиту с приспособлением для регулировки давления в камере и взрывное устройство 2 .

Недостаток устройства заключается в невозможности достаточно быстро регу- лировать объем камеры давления,что ограЪичивает возможность использования устройства при моделировании различных видов нарастания сейсмического воз-пействия.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

Цель достигается тем, что установка для нагружения строительных изделий, включёцощая корпус, камеру давления, нижнюю плиту с опорным контуром для установки испытуемого изделия, верхнюю плиту с приспособлением для регулировки давления в камере и

10 взрывное устройство, снабжена диафрагмой из эластичного материала, установленной между корпусом и нижней плитой, а приспособление для регулировки давления в камере вьтолиено в

15 виде заполненной низкомодульным материалом трубы с поршнем, при этом внутренний диаметр трубы равен внут- , реннему диаметру камеры давления и верхней плиты.

20

Поршень выполнен в виде надувной камеры из эластичного материала.

Установка снабжена диафрагмой из эластичного материала, установленной

25 между корпусом и верхней плитой.

Поршень выполнен с направляющими крестообразного типа и установлен на верхней диафрагме.

Поршень снабжен регулируе1«л 1и

ЗА опорами. Поршень пропущен сквозь верхнюю диафрагму и оснащен кольцевым ножом, обращенным в сторону диафрагмы. Труба выполнена из отдельных теле скопнчески соединяемых между собой секций с уплотнительными кольцами, при этом нижняя подвижная секция сна жена регуляторами перемещения. Труба выполнена в виде винтового сильфона с регуляторами- перемещения вкладок, обращенных внутрь. Регуляторы перемещений.выполнены в виде стяжных болтов. Регуляторы перемещения выполнены а виде гидроцилиндров с кранами и гидроприводом. Регуляторы перемещений выполнены в виде сильфонов с гидроприводом. На фиг. 1 схематично показана установка, разрез; на фиг. 2 - вариант установки с телескопической трубой; ia фиг. 3 - вариант установки, труба которой выполнена из сильфона; на фиг. 4 - установка с поршнем, оснащенным регулируемыми элементами; на фиг. 5 - то же, оснащенным кольцевым ножом; на фиг. б - то же, выполненным в виде надувной камеры; на фиг. 7 - разрез А-А на фиг. 1, по ясняющий конструкцию поршня; на фиг. 8 - устройство узла I (фиг.2), вариант в виде талрепа; на фиг. 9 то же, вариант в виде гидропривода; на фиг. 10 - -вариант в виде сильфонного гидропривода; на фиг. 11 устройство узла II (фиг. 3). Устанрвка для нагружения строительного изделия {фиг. 1) состоит из рамы 1, представляющей собой ниж нюю плиту, на которой смонтирован опорный контур 2, служащий для уста новки испытуемого строительного изделия, например фундаментной плиты 3 а над плитой 3 образована камера давления 4 в виде цилиндра 5. Сверх ;цилиндр 5 закрыт плитой 6, выполнен ной в виде трубы 7, внутренняя полость 8 которой заполнена подвижной массой из низкомодульного материала например водой. Размер поперечного сечения трубы 7 совпадает с попереч ным сечением камеры давления 4. ,В нижней части трубы 7 установле поршень 9 и эластичная прорывная диафрагма 10 из резины, служащая дл того, чтобы вода в период подготовки не попала в камеру давления 4, где расположено взрывное устройство состоящее, например, из пороха и тротила 11, отделенное от фундамент ной плиты 3 эластичной мембраной 12, Например, из резины или метешла создающей уплотнение между цилиндром 5, плитой 1 и испытуемой фундаментной плитой 3. Нижняя плита (рама 1) связана совместно с цилиндром 5 и верхней плитой 6 болтами 13 с - гайкаю 14, при этом соединение может быть выполнено и другого типа, например, в виде охватывающих струбцин. Для того, чтобы во время работы поршень 9 не заклинило, он оснащен направляющими 15, выполненными в виде крестовины. При этом поршень 9 совместно с эластичной прорывной диафрагмой опирается на опорные выступы 16, установленные внутри корпус 5 камеры давления 4. Вариантом исполнения предложенного устройства является установка с телескопической трубой (фиг. 2). Для увеличения импульса нарастания давления в камере труба может быть выполнена телескопической в виде отдельных секций 18,17 и 19 установленных друг в друга, при этом между стенкс ш установлены уплотнитед ьные кольца 20 и 21, Секции оснащены регуляторамификсаторами 22 и 23, закрепленными на корпусах секций и плите 6,. при этом на секциях и плите регуляторыфиксаторы закреплены при помощи кронштейнов 24, 25 и 26.: При эхом регуляторы-фиксаторы могут быть выполнены в виде талрепов, состояищх из обоймы 27 и резьбовых проушин 28 и 29 с контргайками 30 и 31, а проушины закреплены на кронштейнах 24, 25 и 26 при помощи осей 32. В последующем варианте установки для нагружения строительного изделия (фиг. 3, 4, 11) труба 7 выполнена в виде сильфона, например, винтового, при этом гофры 33 сильфонной трубы оснащены отбортовками 34, перекрывающими впадины 35 гофр 33, создавая относительно гладкую поверхность , которая служит для облегчения выброса подвижной массы - воды, заполняющей трубу.и поршень 9. Вариант устройства регуляторафиксатора (фиг. 10), служащего элементом для установки, выполнен в виде гидропривода, представлянадего собой цилиндр 36, соединенный с плитой б при помощи кронштейна 24, оснащенного осью 32. Во внутренней полости 37 цилиндра 36 смонтирован поршень 30 со штоком 39, при этом шток 39 соединен с кронштейном 25 также при помощи оси 32. В верхней и нижней части цилиндр 36 имеет штуцера 40 и 41, оснащенные отсечными кранами 42 и 43, например, пробкового типа. Цилиндры 36 сведены в нижней и верхней части между собой трубопроводами (не показано) , служащими для одновременного перемещения штоков 39. Штуцера 40 и 41 связаны с насосами (не показано), служащими для

подачи жидкости как в надпоршневую поршень 39, так и подпоршневую полости.

Вариантом регулятора-фиксатора, 1преднаэначенным для установки, является регулятор-фиксатор, вьтолненны в виде двух сильфонных приводов 44 и 45, разделенных соединительным фланцем 46.

Сильфонные приводы 44 и 45 выполнены в виде сильфонных баллонов, цилиндрические корпуса 47 которых представляют собой сильфоны.

Соединительный фланец необходим для того, чтобы состыковать сильфоны, как баллоны, так как сильфоны относительно малых диаметров выпускаются промышленностью определенных размеров по длине/Внутри сильфонов по их оси установлены направляющие цилиндры 48 и штоки 49, при этом на них смонтированы направляющие отбойники 50j служащие для того, чтобы сильфонный цилиндр в процессе работы (перемещений) не имел бокового изгиба.

Торцы 51 и 52 цилиндрических корпусов оснащены также как и в npejcpaдущем варианте штуцерами 40 и 41 с отсечными кранами 42 и 43.

Варианте установки является устройство (фиг. 4), где поршень установки оснгицен винтовыми регуляторами , обеспечивающими регулирование объема камеры давления.

Поршень 9 установки оснащен винтовыми приспособлениями 53, например болтами, которые проходят через уплотняющую прорывную диафрагму 10 и опираются на выступы 16 корпуса 5

Вариантом установки также является приспособление для прорезания диафрагмы (фиг. 5). На поршне 9 смонтирован кольцевой нож 54, служащий для прорезания диафрагмы 10.

Последним вариантом является уС тановка (фиг, б), где в качестве поршня применена надувная камера 55 например, из резины которая служит одновременно и поршнем, и уплотнителем, и регулятором камеры давления.

Установка (фиг. 1) работает следующим образом.

После установки строительного изд ЛИЯ 3, например фундаментной плиты на опорный контур 2 его закрывают тонкостенной эластичной мембраной 12 и на рс1му 1 монтируют цилин; 5, устанавливают взрывное устройство 11 и монтируют плиту 6,выполненную в виде трубы 7, предварительно установив прорывную диафрагму 10 из эласти ного материала, например резины и стягивают болтами 13 с гайками 14, устанавливают поршень 9 и заполняют полость 8 трубы 7- подвижной массой

из низкомодульного материала, например водой.

После проведения монтажа установки производят воспламенение взрывного устройства при помощи пиропатрона, электрозапала и пр. (не показано), выделившиеся газы создают давление по всей поверхности строительного изделия 3 и одновременно прорывают диафрагму 10 и выбрасывают поршень 9

0 совместно с подвижной массой, например, водой из трубы 7.

При этом недостающее давление на строительное изделие соответствует нарастанию давления в фронте ударS ной волны, вызванной землетрясением, а спад давления обеспечивается скоростью сброса подвижной массы, находящейся в трубе 7.

Увеличивая или уменьшая величину

0 подвижной массы, увеличивая или

уменьшая длину трубы, а также варьируя массой взрывного устройства и его составом можно получить практически любой закон нарастания и спада давления на строительное изделие.

Использование подвижной массы, кроме того, дает возможность значительно уменьшить толщину верхней плиты и тем самым сэкономить значительное количество металла при изготовлении крупногабаритных установок для испытания строительных изделий с давлениями внутри камеры давления, соответствующим 12-и балс лам шкалы Рихтера.

Вариант устройства (фиг. 2) работает следующим образом. После определения величины подвижной массы и длины ее пробега по трубе 7 устанавливгиот при помощи рех ляторов-фикса торов 22 и 23 высоту трубы при поч«ощи вращения рамок 27 с последующим закреплением гайками 30 и 31.

Монтаж строительного изделия, взрывного устройства камеры давле5 ни я, ПОРШНЯ, трубы, з.аполнения ее подвижной массой и воспламенения взрывного устройства производят с последующим получением результатов эксперимента.

0 В вариангге (фиг. 3 и 11) установка работает следующим образом. Ус|Тановка испытуемого изделия, взрывного устройства, монтаж камеры и прочего производится, как в первом

5 варианте.

Отличительной особенностью является труба 7 выполненная в виде сильфона, которая при помощи регулято)ров-фиксаторов 22 и 23 устанавлива® ется на определенный размер (оасчетный размер, который определен заранее) . при этом труба 7Jвыполненная из сильфона,либо сжимается, либо растягивается, а отбортовки 37

S гофр 33, перекрывая полости 35 создают сравнительно гладкую поверхнос для прохода подвижной массы - воды совместно с поршнем при воздействии на поршень газов во время работы взрывного устройства. Преимущество трубы, выполненной из сильфона (при выполнении тех же задач) заключается в том, что она не требует столь сложной механической обработки, как телескопическая при создании уплотнений. Особенно это отражается на сравнительно боль ших диаметрах, превьпиакядих метр и более. Вариант устройства (фиг. 10) работает следующим образом. При установке трубы 7 в заданный размер, т.е. телескопический,секций или сил фона, в верхний или нижний штуцер, соответственно 40 и 41 подается раб чая жидкость, которая перемещает поршень 38 в заданном направлении, он в свою очередь перемещает шток 3 При установке секций трубы или сильфонной трубы в заданном положе НИИ перекрывают краны 42 и 43, создавая относительно жесткую замкнутую систему, так как рабочая жидкость находится как в подпоршневом так и надпоршневом пространстве полости 37 и при сравнительно низких 1давлениях (до.50 атмосфер) практически не сжимается, Такое решение регулятора-фиксатора для установки дает возможность механизировать процессы настройки установки, что. повышает ее отдачу, так как уменьшается подготовительно время для испытания изделия. Вариант устройства (фиг. 10) работает почти так же, как и предыдущие. При установке секционной трубы или сильфонной трубы в заданный размер в верхний и нижний штуцер 40 или 41 подается или откачивается ра бочая жидкость, которая, увеличива ясь в объеме, перемещает торцы 51 и 52 и совместно с ними штоки 49, при этом последние скользят в нап.равлякнцих цилиндрах 48, тем самым обеспечивая заданный размер устано ки трубы. Такое выполнение регулятора-фик сатора дает возможность использоват выпускаемые промышленностью герметичные сильфоны, исключить протечк масла (рабочей жидкости) и значите но уменьшить затраты на изготовление приводов, так как для штоков и направлякядих могут быть использова станочные оборудования сравнительн малых размеров; Таким образом, мож получить высоконадежные и работосп собные элементы устройства при сра нительно малых затратах. Вариант установки (фиг. 4) работает следующим образом. После теоретического определения объема камеры давления устанавливается заданный объем путем вращения винтовых приспособлений 53, например болтов, выворачивая их на необходимое расстояние от торцовой поверхности поршня, устанавливают поршень на заданное расстояние, опирая болты 53 на выступы 16 камеры давления 4, Таким образом, можно получить изменение еще одного параметра, а именно изменение объема камеры давления и тем самьам повысить точность воспроизведения нагрузки. Вариант установки (фиг. 5) работает следующим образом. При сгорании взрывного устройства, газы воздействуют на поршень 9, несущий по своей образующей кольцевой нож 54, который прорезает разрывную диафрагму 10, и в дальнейшем устройство работает на преодоление сил инерции воды. Такое техническое решение исключает параметр неопределенности при разрушении прорывной диафрагмы, так как.резина в различных условиях может быть разорвана при разных силовых величинах, и тем самым повышает точность технического результата. Вариант устройства (фиг. 6) работает следующим образом. после сборки установки и монтажа взрывного устройства устанавливают надувную камеру 56, например, из резины, подают в нее воздух через штуцер (не показано), надувная камера заполняет полость камеры давления и одновременно уплотняет ее после чего производят заливку воды в трубу 7. Подавая воздух в надувную камеру, можно получить практически любой объем камеры давления при надежном уплотнении. Такое решение дает возможность получить надежное уплотнение Кс1меры давления при любом изменяемом объеме, а также предварительной величине нулевого давления, необходимого для надежного показания датчиков, измеряющих давления внутри камеры в момент работы. Формула изобретения 1. Установка для нагружения строительных изделий, включающая корпус, камеру давления, нижнюю плиту с опорным контуром для установки испытуемого изделия, верхнюю плиту с приспособлением для регулировки давления в камере и взрывное устройство, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, она снабжена диафрагмой из эластичного материала, установленной между корпусом и нижней плитойj а приспособление для регулировки давления в камере выполнено в виде заполненной низкомодульным материалом трубы с поршнем, при этом внутренний диаметр трубы равен внутреннему дис1метру камеры давлени и верхней плиты.

2.Установка по п.1, о т л ич а ю ц а я с я . тем, что поршень выполнен в видё надувной камеры из эластичного маториала.

3.Установка по п.1, отличающая с я тем, что она снабжена диафр91гмой из эластичного материала, установленной между корпусом и верхней плитой.

4. Установка по пп.1,иЗ,отли.чающаяся тем, что поршень выполнен с направляющими крестообразного типа и установлен на верхней диафрагме.

5.Установка по пп.1,3и4,отличающаяся тем. Что поршень снабжен регулируе1«лми опорами.

6.Установка по пп.1,3,4 и 5,о тличающаяся тем, что поршень пропущен сквозь верхнюю диафрагму и оснащен кольцевым ножом, обращенным в сторону диафрагмы.

7. Установка по п.1, о т л и чающаяся тем, что труба выпоиена из отдельных телескопически . соединяемых меткду собой секций с уплотнительными кольцами, при этом нижняя подвижная секция снабжена регуляторами перемещения.

8.Установка, по пЛ отличающаяся тем, что труба выполнена в виде винтового сильфона с регуляторами перемещения.

9.Установка по пп.1и8,отли0чающаяся тем, что складки сильфона снабжены отбортовкш-ш, пере:крывающими впадины складок, обрагаен:ных внутрь.

10.Установка по пп.1,7 и8,с т 5 личающаяся тем, что регуля|торы перемещения выполнены в виде стяжных болтов.

11 Установка по пп. i,7и8,oтл и ч а ю щ а я с я тем, что регу0 лято1 л перемещений выполнены в виде гидроцилиндров с кранами и гидрощ)Нводом.

12. Установка по пп. 1,7и8,отл и ч а ю щ ia я с я тем, что регупяторы перемещений выполнены в виде

5 рильфонов с гидроприводом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР №531061, кл. G 01 N 3/10, 1975.

0

2.Авторское свидетельство СССР f 769403, кл.- G 01 N 3/30, 1978.

1в

и

нз-

25

-Jf

27

-30 18