способ испытания конструкций и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ испытания конструкций, включающий ступенчатое нагружение образца нагрузкой, частичное снятие действующей на него нагрузки, измерение деформаций и оценку уровня напряжений, выдерживание образца под этой нагрузкой, восстановление первоначальной нагрузки, испытание образца конструкции на изгиб при повторных нагрузках производят без перестановки образца на испытательном стенде, для чего на образец прикладывают регулируемую циклическую нагрузку и по скорости нагружения или скорости разгружения, и по ее величине, выбранные параметры нагрузки выдерживают на заданном промежутке времени, отличающийся тем, что диапазон и место приложения нагрузок регулируют устройством нагружения и силовым устройством, а прочностные и деформационные параметры испытываемой конструкции измеряют в заданном интервале времени, причем устройство нагружения выполняют в виде, по меньшей мере, одного рычага, а силовое устройство выполняют в виде грузовой емкости, которую размещают на каждом рычаге устройства нагружения и выполняют с возможностью заполнения ее жидкостью.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину нагрузки и время нагружения изменяют объемом заполняемой жидкости, скоростью заполнения грузовой емкости жидкостью и положением самой грузовой емкости на рычаге устройства нагружения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что место приложения нагрузок на испытываемый образец задают, для чего перемещают рычаги устройства нагружения вдоль оси испытываемой конструкции.

4. Установка для испытания конструкций, содержащая закрепленные в силовом полу опоры для размещения испытываемого образца, устройство нагружения с силовым устройством, отличающаяся тем, что устройство нагружения выполнено в виде, по меньшей мере, одного рычага, а силовое устройство выполнено в виде грузовой емкости, причем каждый рычаг устройства нагружения установлен на силовом полу с возможностью перемещения вдоль оси испытываемой конструкции, а грузовая емкость размещена на каждом рычаге устройства нагружения и выполнена с возможностью заполнения жидкостью.

5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что она снабжена страховочным домкратом, который выполнен с возможностью установки под каждый рычаг устройства нагружения во время испытания, а грузовая емкость снабжена регулятором объема и скорости наполнения и слива жидкости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, а именно к механическим испытаниям материалов, в частности к способам испытания строительных конструкций, и может быть использовано для испытания балочных конструкций на изгиб.

Известен способ испытания образцов по авторскому свидетельству СССР № 684391, кл. G01N 3/20, 1979 г, по которому образец размещают на опорах, прикладывают поперечную нагрузку и регистрируют деформацию, участки образца, находящиеся в контакте с опорами, подвергают поверхностному упрочнению, а поверхностное упрочнение осуществляют химико-термической обработкой.

Недостатком этого способа является низкая точность испытания и малая эффективность оценки прочности железобетонных элементов.

Известен способ испытания элементов строительных конструкций по авторскому свидетельству СССР № 1101709, кл. G01N 9/00, 1984 г., принятый заявителем за прототип и включающий ступенчатое нагружение элемента нагрузкой, частичное снятие действующей на него нагрузки, измерение деформаций и оценку уровня напряжений, производят снятие действующей нагрузки на величину 5-10% от проектного предела прочности, выдерживают элемент под этой нагрузкой 4-10 мин, восстанавливают первоначальную нагрузку с одновременным измерением скорости нагружения, измеряют деформацию ползучести в течение 2 мин и определяют скорость деформации ползучести, соответствующую моменту времени 2-4 сек после восстановления нагрузки, а оценку уровня напряжений осуществляют по найденным ранее зависимостям скорости деформации ползучести от уровня напряженного состояния.

Недостатком данного способа является низкая точность испытания и малая эффективность оценки прочности испытуемых железобетонных конструкций по наклонным сечениям.

Известно устройство для испытания на изгиб бетонных и железобетонных плит и балок с применением для этой цели гидравлического пресса по авторскому свидетельству СССР № 82653, кл. G01N 3/20, 1949 г. Оно выполнено в виде установленной на катках подвижной опорной рамы из швеллерных или иных балок, предназначенной для крепления на ней гидравлического пресса и снабженной боковыми опорными подвижными стойками, перемещаемыми вдоль рамы по направляющим и фиксируемыми зажимами в требуемом положении, определяемом длиной испытываемого бетонного элемента.

Процесс испытания заключается в том, что испытуемую балку или плиту устанавливают на полки между боковыми стойками-траверсами, в прорези стоек закладывают брусья с призменными ребрами (или иного требуемого сечения), служащими в качестве опор. На рабочую плиту поршня гидропресса устанавливают двутавровую балку, через которую давление передается от поршня на нижнюю поверхность изгибаемой бетонной плиты или балки.

Недостаток таких устройств, обычно применяемых на месте производства бетонных строительных элементов, заключается в том, что они не обеспечивают требуемой точности показаний в процессе испытания и требуют для проведения испытаний значительных затрат времени и труда, а использование гидравлического пресса не позволяет обеспечивать длительное время заданный уровень загружения с развитием трещин.

Известен стенд для испытания сборных железобетонных балок НИИ - 2000 Н.Н. Аистов. Испытание сооружений. - Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам. - М.Л., 1960 г.стр.,178-179, рис.148, принятый заявителем за прототип. Стенд включает четыре бетонных фундамента, вертикальные направляющие из двух швеллеров, забетонированных в каждом фундаменте. На верхних гранях фундаментов установлены опорные подушки из стальных листов, причем подвижные опоры испытуемых балок расположены на стальных катках. Загрузочная платформа представляет собой балочную клетку из восьми двутавровых балок и подвешена к каждой испытываемой балке в двух точках с помощью стальных хомутов, имеющие центрирующие устройства для обеспечения центральной передачи нагрузок.

Данный стенд представляет собой сложную и громоздкую конструкцию, испытание на котором проводят с применением материалоемкой нагрузки, которую нельзя снять или заменить в короткий период времени. На нем нельзя создать нагрузки, изменяющиеся по циклическим закономерностям, с постоянной составляющей и регулируемыми временными параметрами.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание универсального технологического процесса испытания строительных конструкций и мобильной, легко перестраиваемой, в плане проведения испытаний установки, универсальной в создании циклических нагрузок и изменений схем испытания.

Предлагаемый способ должен быть основан на реальных физических представлениях о характере деформирования и разрушения элементов, определение внутренних усилий, например, в бетоне и арматуре исходя из напряженно-деформированного поперечного элемента сечения, а также совместном решении уравнения равновесия продольных сил, поперечных сил и изгибающих моментов, действующих в наклонном сечении.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом решении диапазон и место приложения нагрузок регулируют устройством нагружения и силовым устройством, а прочностные и деформационные параметры испытываемой конструкции измеряют в заданном интервале времени, причем устройство нагружения выполняют в виде одного рычага, а силовое устройство выполняют в виде грузовой емкости, которую размещают на каждом рычаге устройства нагружения и выполняют с возможностью заполнения ее жидкостью.

Кроме того, величину нагрузки и время нагружения изменяют объемом заполняемой жидкости, а скоростью заполнения грузовой емкости жидкостью и положением самой грузовой емкости на рычаге устройства нагружения.

Кроме того, место приложения нагрузок на испытываемый образец задают, для чего перемещают рычаги устройства нагружения вдоль оси испытываемой конструкции.

Кроме того, устройство нагружения в установке для испытания конструкций выполнено в виде, по меньшей мере, одного рычага, а силовое устройство выполнено в виде грузовой емкости, причем каждый рычаг устройства нагружения установлен на силовом полу с возможностью перемещения вдоль оси испытываемой конструкции, а грузовая емкость размещена на каждом рычаге устройства нагружения и выполнена с возможностью заполнения жидкостью.

Кроме того, установка снабжена страховочным домкратом, который выполнен с возможностью установки под каждый рычаг устройства нагружения во время испытания, а грузовая емкость снабжена регулятором объема и скорости наполнения и слива жидкости.

Технический результат от использования предлагаемого решения заключается в том, что предложенный способ позволяет оценивать прочностные и эксплуатационные параметры изгибаемых строительных конструкций в реальных режимах изменения нагрузок при эксплуатации после полной и частичной разгрузки (например, в конструкциях мостов). Дальнейшее развитие деформационной модели с учетом диаграмм деформирования материалов при повторных нагрузках открывает возможность проведения количественной оценки снижения жесткости строительной конструкции после однократного или не многократного нагружения, а также прогнозировать работу конструкции и изменения напряженно-деформированного состояния нормальных сечений при последующей эксплуатации.

На фиг.1 изображена установка для испытания строительных конструкций на изгиб, общий вид;

На фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, вид сбоку.

Для создания нагрузок, изменяющихся по циклическим закономерностям, с постоянной составляющей и регулируемыми временными параметрами, необходимы специальные установки, мобильные к изменению схем испытания. Гидравлические силовые установки не позволяют обеспечивать длительное время заданный уровень загружения с развитием трещин, штучные грузы - материалоемки и не позволяют снять нагрузку в короткий период времени.

Исходя из требуемых условий для испытаний балок на изгиб спроектирована рычажная установка, позволяющая получать регулируемую неизменную на каждой ступени нагрузку. Такая установка позволяет реализовывать нагрузки, приближенные к реальным.

Установка для испытания строительных конструкций, например железобетонных или металлических и других балок, состоит из двух опор 1, жестко закрепленных в силовом полу 2. Опоры 1 предназначены для размещения и закрепления на них испытываемого образца, например балки 3.

В конструкцию установки входят устройство нагружения и силовое устройство.

Устройство нагружения выполнено в виде, по меньшей мере, одного рычага, на фиг.1 изображены два рычага 4, которые шарнирно закреплены на опорных стойках 5. Причем каждая опорная стойка 5 каждого рычага 4 устройства нагружения установлена на силовом полу 2 с возможностью перемещения вдоль оси испытываемой строительной конструкции, например, балки 3.

А силовое устройство выполнено в виде грузовой емкости 6, которая размещена на каждом рычаге 4 устройства нагружения и выполнена с возможностью заполнения жидкостью. Кроме того, грузовая емкость 6 выполнена с возможностью перестановки на рычаге 4, изменяя тем самым плечо прикладываемой нагрузки, и снабжена регулятором 7 объема и скорости наполнения и слива жидкости.

А также установка снабжена страховочным домкратом 8, который выполнен с возможностью установки под каждый рычаг 4 устройства нагружения во время испытания.

Кроме того, каждый рычаг 4 устройства нагружения установлен на силовом полу 2 с возможность перемещения вдоль оси испытываемой строительной конструкции.

Установка для испытания строительных конструкций работает следующим образом.

На опоры 1 укладывают испытываемый образец, например, длинномерную однопролетную балку 3. Устройство нагружения выставляют по местам приложения нагрузок, которые задают, для чего опорные стойки 5 с рычагами 4 перемещают по силовому полу 2 вдоль оси испытываемой строительной конструкции и устанавливают на балку 3 в выбранных для испытания сечениях.

Затем на каждый рычаг 4 навешивают грузовую емкость 6, являющуюся силовым устройством, в место, определяющее плечо рычага 4 и выбранную заданную нагрузку. Для чего заполняют ее жидкостью, а регулятор 7 объема и скорости наполнения и слива жидкости отслеживает поступающий в грузовую емкость 6 объем жидкости.

Для соблюдения техники безопасности и исключения непредвиденных ситуаций под каждый рычаг 4 устанавливают страховочный домкрат 8.

После наполнения жидкостью грузовой емкости 6 начинают испытание балки 3 на изгиб.

Испытание, например, длинномерной однопролетной балки на изгиб проводят следующим образом.

На испытываемый образец - балку 3 прикладывают регулируемую нагрузку и по скорости нагружения, и по ее величине, а выбранные параметры нагрузки выдерживают на каждом промежутке времени.

Диапазон и место приложения нагрузок регулируют устройством нагружения и силовым устройством, а именно каждую опорную стойку 5 с рычагами 4, перемещая по силовому полу 2 вдоль оси испытываемой строительной конструкции, устанавливают в выбранном для испытания месте, а установкой грузовой емкости 6 в выбранном месте на рычаге 4, определяя плечо приложения нагрузки, и заполняя ее заданным объемом жидкости, определяют диапазон и продолжительность действия прилагаемых нагрузок.

А также величину нагрузки и время нагружения изменяют объемом заполняемой жидкости, скоростью заполнения грузовой емкости 6 жидкостью и положением самой грузовой емкости 6 на рычаге 4 устройства нагружения.

Прочностные и деформационные параметры испытываемой конструкции измеряют в заданном интервале времени.

Такой способ загружения позволяет механизировать процесс нагружения и разгрузки, а также получить заданные и контролируемые величины сил с высокой точностью. Предусмотрено соотношение плеч рычага 4, соответствующее, как минимум, многократному увеличению нагрузки, прикладываемой к балке 3, по отношению к весу грузовой емкости 6.

Использование предлагаемого технического решения позволило создать универсальный технологический процесс испытания строительных конструкций и мобильную, легко перестраиваемую, в плане проведения испытаний установку, универсальную в создании сочетания циклических нагрузок и изменении схем нагружения во время проведения испытаний конструкций.