стенд для моделирования деформаций грунтовых оснований при загружении соседних площадей

Формула изобретения

1. Стенд для моделирования деформаций грунтовых оснований при загружении соседних площадей, содержащий емкость с образцом грунта, нагрузочную раму, измерительную систему нагружения и перемещения поверхности образца грунта, отличающийся тем, что емкость в виде лотка жестко соединена с выполненной из трех элементов и направляющей балки нагрузочной рамой, снабженной двумя штампами, жестким и конечной жесткости, последний из которых выполнен в виде герметичной камеры, в нижней части которой установлены с зазором и возможностью вертикального перемещения пластины, а внутри камеры - резиновая оболочка, соединенная с источником гидростатического давления и образцовым манометром, установленным на крышке штампа, причем штамп конечной жесткости соединен с нагрузочной рамой с помощью полозков с возможностью горизонтального перемещения по направляющей балке.

2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что на жестком штампе посредством опорного столика в виде пластины со штоком установлен гидравлический домкрат с размещенным на нем образцовым динамометром, который посредством центрирующего шарика соединен с нагрузочной рамой.

3. Стенд по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что жесткий штамп снабжен двумя измерителями перемещений и каждая пластина штампа конечной жесткости снабжена также двумя измерителями перемещений.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, а именно к устройствам для изучения напряженно-деформированного состояния грунтовых оснований фундаментов зданий и сооружений. Может быть использовано для оценки деформаций оснований существующих зданий при строительстве новых зданий на фундаментной плите в плотной городской застройке.

Известен стенд для моделирования напряженно-деформированного состояния грунтовых оснований, который позволяет прикладывать к крупногабаритному цилиндрическому образцу грунта осевые и радиальные напряжения и местную штамповую нагрузку. Стенд включает цилиндрический лоток, крышку с центральным отверстием, в которой размещен поршень, цилиндрические резиновые камеры для создания горизонтальных, вертикальных напряжений, соединенные с источником гидростатического давления, нагружающее устройство штампа и приспособления для измерения напряжений и деформаций грунта (а.с. №1483023, МПК E02D 1/02, G01H 1/04, опубликован 30.05.89).

Недостатками известного устройства являются низкая точность измерения деформаций грунта при расширении оболочек гидравлических камер и отсутствие возможности изменять расстояние между штампом и гидравлическими камерами, так как они имеют фиксированные формы и размеры.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является устройство для исследования механических свойств грунтов (а.с. №1231133, МПК Е02D 1/00, опубликован 15.05.86). Устройство для исследования механических свойств грунта включает в себя основание с установленными на нем штангами с траверсой, гибкую оболочку для образца грунта, рычажный пресс для вертикального нагружения, приспособление для бокового обжатия и измерительное приспособление. Кроме того, устройство снабжено обоймой со штампами и блоком выдергивающей нагрузки, установленном на основании с возможностью свободного перемещения, и пригрузочными приспособлениями, соосно установленными на штангах, а гибкая оболочка выполнена в виде, по крайней мере, одной упругой перфорированной ленты, концы которой стянуты приспособлением для бокового обжатия, причем обойма со штампами снабжена консолями, взаимодействующими с пригрузочными припособлениями.

Недостатком устройства является невозможность моделировать деформации основания под существующими зданиями с фундаментами конечной жесткости, так как все штампы жесткие и нагружение осуществляется последовательно, что исключает оценку влияния нагружения одного штампа на деформации соседнего.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение имитационных возможностей стенда путем оценки влияния деформаций основания существующего здания конечной жесткости с фундаментом на естественном основании при возведении вблизи него нового жесткого здания на фундаментной плите в зависимости от расстояния и нагрузки.

Сущность изобретения заключается в том, что в стенде для моделирования деформаций грунтовых оснований, содержащем емкость с образцом грунта, нагрузочную раму, измерительную систему нагружения и перемещения поверхности образца грунта, емкость в виде лотка жестко соединена с нагрузочной рамой, которая снабжена двумя штампами - жестким и конечной жесткости. Нагрузочная рама выполнена из трех элементов и направляющей балки. На жестком штампе посредством опорного столика в виде пластины со штоком установлен гидравлический домкрат с размещенным на нем образцовым динамометром, который посредством центрирующего шарика соединен с нагрузочной рамой. Штамп конечной жесткости установлен на направляющей балке нагрузочной рамы и выполнен в виде герметичной камеры, в нижней части которой установлены с зазором и возможностью вертикального перемещения пластины, а внутри камеры - резиновая оболочка, соединенная с источником гидростатического давления и образцовым манометром, установленным на крышке штампа. Причем штамп конечной жесткости соединен с нагрузочной рамой с помощью полозков с возможностью горизонтального перемещения по направляющей балке. Жесткий штамп снабжен двумя измерителями перемещений и каждая из пластин штампа конечной жесткости снабжена также двумя измерителями перемещений.

Изобретение поясняется следующими чертежами, где на фиг.1 представлен план стенда, на фиг.2 - разрез стенда по А-А, на фиг.3 - разрез стенда по Б-Б.

Стенд для моделирования деформаций основания при загружении соседних площадей состоит из лотка 1, заполненного грунтом 2. Лоток 1 жестко соединен с нагрузочной рамой 3, состоящей из трех элементов и направляющей балки, выполненной из прокатных профилей: двутавров, швеллеров и уголков. Нагрузочная рама 3 предназначена для восприятия нагрузок при нагружении жесткого штампа 4 и штампа конечной жесткости 5. На жесткий штамп 4 установлен опорный столик 6 в виде пластины со штоком для гидравлического домкрата 7, который соединен с образцовым динамометром 8, передающим нагрузку на двутавр рамы 3. На швеллерах рамы 3 закреплены измерители перемещений 9 жесткого штампа 4. Штамп конечной жесткости 5 выполнен в виде металлической камеры, в нижней части которой размещены пластины 10, имеющие возможность вертикального перемещения, в том числе относительно друг друга. Внутри камеры штампа конечной жесткости 5 размещена резиновая оболочка 11, соединенная с образцовым манометром 12 и трубопроводом 13 источника гидростатического давления. Вертикальные перемещения пластин 10 фиксируются измерителями перемещений 14, закрепленными на корпусе штампа конечной жесткости 5. Штамп конечной жесткости 5 соединен с нижней полкой двутавра направляющей балки нагрузочной рамы 3 с помощью полозков 15 с возможностью горизонтального перемещения.

Стенд для моделирования деформаций основания при загружении соседних площадей работает следующим образом. В лоток 1 загружается грунт 2. На поверхность грунта устанавливаются жесткий штамп 4 и штамп конечной жесткости 5. На жесткий штамп 4 устанавливается гидравлический домкрат 7, а резиновая оболочка 11 штампа конечной жесткости 5 соединяется с источником гидростатического давления 13. На жесткий штамп 4 и штамп конечной жесткости устанавливаются измерители вертикальных перемещений 14. Через трубопровод источника гидростатического давления 13 создают давление в резиновой оболочке 11, фиксируемое образцовым манометром 12. Под давлением сжатого воздуха (жидкости) внутри резиновой оболочки 11 пластины 10 штампа конечной жесткости 5 дают вертикальные перемещения (осадки), которые фиксируют измерители перемещений 14. Вертикальные перемещения пластин 10 моделирует деформации основания существующего дома. После стабилизации деформаций грунта 2 от нагрузки штампа конечной жесткости 5 производят нагружение жесткого штампа 4 гидравлическим домкратом 7 через опорный столик 6. Нагрузку на жесткий штамп 4 контролируют образцовым динамометром 8, а вертикальные перемещения жесткого штампа 4 фиксируют измерителями перемещений 9. В процессе нагружения жесткого штампа 4 с помощью измерителей перемещений 14 измеряют вертикальные перемещения пластин 10 штампа конечной жесткости 5. Перемещение пластин 10 штампа конечной жесткости 5 моделируют вертикальные деформации основания существующего дома от загружения соседней площадки строящегося дома. Возможность вертикального смещения пластин 10 относительно друг друга позволяет определять эпюру прогибов штампа конечной жесткости, моделирующего деформации здания. При этом изменение расстояния между жестким и конечной жесткости штампами позволяет оценить влияние расстояния от загружения соседней площади от нагрузки вновь возводимого здания на эпюру прогибов штампа конечной жесткости, то есть на неравномерность вертикальных деформаций существующего здания.