Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для экспериментального определения динамических догружений в рамно-стержневых конструктивных системах

Устройство относится к области строительства и предназначено для испытаний плоских многоэтажных рамно-стержневых конструктивных систем на живучесть, в частности экспериментального определения динамических догружений в элементах конструктивной системы при внезапном выключении из работы одного из несущих элементов.

Известен способ определения динамических догружений путем выключения конструкции центральной стойки (пат. 2437074 RU, МПК G01M 99/00. опубл. 20.12.2011, бюл. №35. - 5 с.). Способ реализуется путем с помощью устройства, включающее закрепление опорных стоек, жесткого или шарнирного соединения ригелей и стоек в узлах рамно-стрежневой системы, одну из стоек изготавливают телескопической путем соединения двух металлических труб бетонной шпонкой с заранее рассчитанным в ней усилием на срез. При загружении рамно-стержневой системы заданной проектной статической нагрузкой через нагрузочные устройства, происходит внезапное хрупкое разрушение бетонной шпонки и выключение телескопической стойки - линейной связи из работы системы.

Недостатком данного технического решения является то, что производимое при испытании загружение рамно-стержневой системы заданной проектной статической нагрузкой через нагрузочные устройства и создаваемое с помощью разрушения бетонной стойки динамическое догружение в элементах конструктивной системы также не обеспечивает точное определение усилия в выключающейся стойке. Происходит это из-за того, что приложенное динамическое догружение создается разрушением бетонной шпонки путем ее среза по нескольким плоскостям и возможны перекосы при срезе шпонки. При этом сложно точно обеспечить калибровку таких шпонок на разрушающее усилие по нескольким плоскостям среза.

Задачей технического решения является создание устройства для экспериментального определения динамических догружений в железобетонных рамно-стержневых системах, позволяющего с высокой точностью определять значение усилия в выключаемом элементе и соответственно динамическое догружение в оставшихся неразрушенными элементах конструктивной системы, использование более простого технического решения для удобства и мобильности в лабораторных испытаниях, снижение трудоемкости.

Поставленная задача решается тем, что устройство для экспериментального определения динамических догружений в железобетонных рамно-стержневых системах, включающее раму, состоящую из колонн и ригелей, дополнительно содержит подвижный шарнирно-стержневой механизм, состоящий из трех расположенных вертикально несущих элементов, два из которых шарнирно соединены между собой и с опорами несущих элементов, шпильку с резьбой, соединенной горизонтальной связью с третьим несущим элементом, и сжатую пружину расположенную вокруг шпильки, подвижный шарнирно-стержневой механизм содержит верхнюю опорную пластину, к которой через стержни приварен вал, соединенный с подшипником, защемленным в обойме, к которой в свою очередь приварен второй несущий элемент, соединенный с такой же обоймой, с защемленным в ней вторым подшипником и вторым валом, причем второй вал, к которому приварен несущий элемент, закреплен на нижней пластине аналогично первому несущему элементу, неподвижную стойку для фиксации первого и второго несущих элементов и в верхней зоне которой установлена шпилька, закрученная в нижний несущий элемент.

Общими признаками заявляемого технического решения и прототипа являются: колонны и ригели.

Отличительными признаками технического решения являются: подвижный шарнирно-стержневой механизм, состоящий из трех расположенных вертикально опорных стержней, два из которых шарнирно соединены между собой и с опорами стержней, шпильку с резьбой, соединенной горизонтальной связью с третьим опорным стержнем, и сжатую пружину, расположенную вокруг шпильки. Геометрическая неизменяемость подвижного шарнирно-стержневого механизма обеспечивается неподвижной опорой и горизонтальной связью в виде шпильки с резьбой, удерживаемой в проектном положении посредством болтового соединения. Наличие сжатой пружины обеспечивает упругую фиксацию в проектном положении среднего шарнира механизма.

Совокупность существенных признаков обеспечивает определение с высокой точностью значения усилия в выключаемом элементе и соответственно динамическое догружение в оставшихся неразрушенными элементах конструктивной системы, использование более простого технического решения для удобства и мобильности в лабораторных испытаниях, снижение трудоемкости.

Изобретательский уровень определяется совокупностью элементов, обеспечивающих мгновенное выключение несущей стойки, возможность фиксации времени процесса динамического догружения конструктивной.

На фиг. 1 изображен общий вид плоской рамно-стержневой конструктивной системы с приложенной через нагрузочные устройства статической нагрузкой на несущие элементы конструктивной системы.

На фиг. 2 и фиг. 3 - схема шарнирно-стержневого механизма, моделирующего выключаемую из работы стойку конструктивной системы.

Устройство содержит (фиг. 1) раму, состоящую из колонн 1, ригелей 2, шарнирно-стержневой механизм 3, опорную балку 4, нагрузочные устройства 5, испытательную нагрузку 6. Шарнирно-стержневой механизм 3 расположен между колонной 1 и опорной балкой 4.

Шарнирно-стержневой механизм 3 (фиг. 2, фиг. 3) содержит верхнюю опорную пластину 7, к которой через стержни 8 приварен вал 9, соединенный с подшипником 10, защемленным в обойме 11, к которой в свою очередь приварен несущий элемент 12, соединенный с такой же обоймой 11, с защемленным в ней подшипником 10 и валом 9. Несущий элемент 12 расположен между двумя валами 9. Вал 9, к которому приварен вертикальный несущий элемент 13, закрепленный на нижней пластине 14 аналогично верхнему несущему элементу 12, неподвижную стойку 15 для фиксации нижнего и верхнего несущих элементов 12 и 13 в верхней зоне которой установлена шпилька 16, которая закручена в нижний несущий элемент 13, удерживая его в вертикальном положении, сжатая пружина 17, с помощью которой обеспечена упругая фиксация в проектном положении среднего шарнира механизма.

Устройство работает следующим образом.

Устанавливают шарнирно-стержневой механизм 3 на опорную балку 4. Производится монтаж нагрузочных устройств 5 для догружения испытательной нагрузкой 6. Устройство, моделирующее выключающуюся колонну 1, устанавливают на опорную балку 4 и с помощью сварки закрепляют на опорной балке 4. Для фиксации нижнего и верхнего несущих элементов 12 и 13 шарнирно-стержневого механизма в вертикальном проектном положении, в верхней зоне неподвижной стойки 15 в которую установлена шпилька 16, которая с установленной на нее подпорной пружиной 17 закручивается в нижний несущий элемент 13 и удерживает его в вертикальном проектном положении.

После приложения к испытываемой конструктивной системе испытательной нагрузки для внезапного выключения колонны 1 используется шпилька 16. При заданной расчетной нагрузке производится выкручивание шпильки 16 из нижнего несущего элемента 13 и в момент выхода шпильки 16 из несущего элемента 13 с помощью пружины 17 создается горизонтальное усилие, благодаря которому механизм шарнирно-стержневой механизм 3 мгновенно выключает колонну 1 из работы. При этом в несущих элементах испытуемой конструктивной системы возникает динамическое догружение.

При догружении испытываемой конструктивной системы заданной статической нагрузкой через загрузочные устройства 5, при заданном значении испытательной нагрузки 6 в шарнирно-стержневом механизме 3, моделирующем выключение колонны 1, принудительно отключается горизонтальная связь путем разъединения резьбового соединения шпильки 16 и неподвижной стойки 15. При этом сжатая пружина 17 мгновенно создает горизонтальное усилие, выталкивающее шпильку 16 из несущего элемента 13.

Устройство позволяет экспериментально достаточно строго определять усилие в мгновенно выключаемой несущей стойке, поскольку выключение из работы осуществляется механическим путем, фиксировать время процесса динамического догружения конструктивной системы и соответственно по этим параметрам рассчитывать приращение динамических догружений конструктивных систем при оценке их живучести.