Стенд для моделирования деформаций оснований зданий и сооружений

 

1. СТЕНД ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, включающий лоток , секции с приспособлением для их вертикального и горизонтального перемещения с приводом, установленные поперек лотки и соединенные между собой и с приводом горизонтального перемещения, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона исследований, секции выполнены с проемами, пазами л прорезями по краям и размещены в несколько рядов вдоль лотка, соединение секций между собой и приводом горнзои .тального перемещения выполнено в виДе параллелограммов с шарнирно соединенными сторонами, размещенных в проемах секций, приспособление для вертикального перемещения секций - в виде винтов, установленных по краям секций и имеющих опоры скольжения в нижней части, при этом центральные и1арниры параллелограммов установлены в пазах секций и выполнены с фиксирующими осями, установленными в прорезях секций. i 2. Стенд по п. I, отличающийся тем, что прррези выполнены по окружности с радиуСЛ сом, равным расстоянию между фиксирующими осями, и обращены выпуклой частьв одну сторону. 4 ;о 1 ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (Щ

3(5!у Ol М 9

2. 100

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3412888/29-33 (22) 23.03.82 (46) 23.10.83. Бюл. № 39 (72) В. В. Азараев, А. А. Петраков, Н. А. Живодеров, !О. Л. Бучинский и В. Е. Макиенко (71) Донецкий государственный проектный и научно-исследовательский институт промышленного строительства Донецкий «Пром- стройниипроект» (53) 624.! 31.154 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 642619, кл. G 01 М 1900, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

3&249005, кл. G 01 L l/04, 1967 (прототип). (54) (57) 1. СТЕНД ДЛ Я МОД ЕЛ И РОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИИ" И СООРУЖЕНИЙ, включающий ло:ток, секции с приспособлением для их вертикального н горизонтального перемещения с приводом, установленные поперек лотка и соединенные между собой и с приводом горизонтального перемещения, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона исследований, секции выполнены с нроемамн . пазами и прорезями по краям и размещены в несколько рядов вдоль лотка, соединение секций между собой и . приводом горизонтального перемещения выполнено в виЯе параллелограммов с шарнирно соединенными сторонами, размещенных в проемах секций, приспособление для вертикального перемещения секций —. в виде винтов, установленных по краям секций и имеющих опоры скольжения в нижней части; при этом центральные шарниры параллелограммов установлены в пазах секций и выполнены с фиксирующими осями, установленными в прорезях секций.

2. Стенд по и. I, отличающийся тем, что Я прорези выполнены по окружности с радиусом, рааимм расстоянию между фиксирую- (/) щими осями, и обращены выпуклой часть в одну сторону. С:

1049775

Изобретение относится к строительству, в частности к изучению взаимодействия зданий и сооружений с их основаниями.

Известен стенд для имитации деформаций подрабатываемого основания зданий и сооружений, включающий ограждение с секционным днищем, подъемные устройства и укладчик грунта 11).

Недостаток стенда заключается в том, чго он не обеспечивает установку секций с наклоном и уступами поперек днища стенда, Наиболее близким техническим решением к изобретению является стенд для моделирования деформаций оснований зданий и сооружений, включающий лоток, секции с приспособлением для их вертикального и горизонтального перемещения с приводом, установленные поперек лотка и .соединенные между собой и с приводом горизонтального перемещения (2.).

Однако известный стенд также не обеспечивает установку секций с наклоном, уступами и зазором между ними как вдоль,,так н поперек оси лотка.

В зависимости от предназначения предZ0 лагаемого стенда отдельные его элементы могут отличаться по конструктивному ис- полнению формой, пропорциями, размерами, расположением в пространстве, и способом соединения между собой. Параллелограммы 6 могут быть непосредственно установ.лены на днище 2 лотка 1 (фиг. 1), на верхних обрезах железобетонных балок, соеди.ненных с лотком (фиг. 5), на подвижных секциях 5 (фиг, 5, 6 и 7) или могут быть под: вешены к секциям 5 на осях 7. Параллелограммы 6 могут быть расположены верти. кально (фиг. !) или горизонтально (фнг. 5, 6 и 7), могут иметь звенья 9 (фиг. 2), одинаковые по длине или переменные между смежными параллелограммами в любом соотношении. Кроме того, параллелограммы 6

35 могут соединять подвижные секции 5 в нескольких уровнях, по концам (фиг. 1) или по средней части; причем каждый ряд параллелограммов 6 может быть выполнен относительно звеньев 9 однорядным или многорядным. В плане параллелограммы 6 мо40 гут быть установлены перпендикулярно подвижным секциям 5 или под углом к инм.

Горизонтальные проемы 13 для помещения параллелограммов 6 могут быть выполнены в секциях 5 на концах (фиг. 1, 5, 6 иТ.) или в средней части, по высоте сечения сни45 зу (фиг. 1, 5), в середине (фиг. 6, 7) или сверху, открытыми (фиг. 1, 5, 6 или 7) или замкнутыми. Причем горизонтальные проемы 13 выполнены в таких местах секций 5, где напряжения в них от вертикальных на 50 грузок наименьшие. Вертикальные пазы 10 могут быть образованы в секциях 5 параллельно их граням (фиг. 2) или под углом к иим. Оси 7 могут быть расположены вертикально (фиг. 5, 6 и 7) или горизонтально (фиг. 1) в пределах высоты секций 5 (фиг. I, 55 5, 6 и 7), выше или ниже их, могут быть по длине переменного (фиг. !, 5) или постоянного (фиг . 6, 7) сечения. Части осей?, связанные с параллелограммами 6 через втулЦель изобретения — расширение диапазона исследований, Поставленная цель достигается тем, что в стенде для моделирования ..деформаций оснований зданий и сооружений, включающем лоток; секции с приспособлением для их вертикального и горизонтального перемещения с приводом, установленные поперек лотка и соединенные между собой и с приводом горизонтального перемещения, секции выполнены с. проемами,, пазами и прорезями по краям и.размещены в несколько рядов вдоль лотка, соединение секций между .собой и приводом горизонтального перемещения выполнено в виде. параллело.. граммов с шарнирно соединенными сторонами, размещеннйх в проемах секций, приспособление для вертикального перемещения секций — в виде винтов, установленных

rio краям секций и имеющих опоры скольжения и нижней части, при.этом, центральные шарниры параллелограммов установлены в пазах секций и выполнены с фиксирующими осямн, установленными в прорезях секций.

Кроме того, прорези выполнены по окружности с радиусом, равным .расстоянию между фиксирующими осями,. и обращены выпуклой частью в одну сторону.

На фиг. 1 изображен стенд в исходном состоянии, поперечный разрез; иа фиг. 2— то же, продольный разрез; иа фиг. 3 — стенд во время работы, поперечный разрез; на иг. 4 — то же,, продольный разрез; иа фиг. 5, и 7 — поперечные разрезы вариантов выполненйя стенда.

Стенд содержит лоток с днищем 2, на котором иа опорах скольжения 3 на винтах 4 установлены подвижные секции 5. Последние соединены между собой параллелограммами 6 посредством осей 7. Осн 7 с одной стороны проходят через втулки 8, расположенные по центру в звеньях 9 параллелограммов 6, а с другой стороны размещены в вертикальных пазах 10 подвижных секций 5. Звенья 9 параллелограммов 6 соединяются друг с другом также при помощи осей 11 через втулку 12. Подвижные секции 5 дополнительно могут быть выполнены с го- . ризонтальйыми проемами 13. Кроме этого, оси 7 могут быть шарнирно прикреплены к секции 5 при помощи фиксирующих осей 14, а в секциях 5 могут быть образованы прорези 15, через которые пропускаются фиксирующие оси 14. На под-, вижные секции 5 стенда сверху уложен грунт модели основания 16. Оси 7 с. втулками 8 образуют центральные шарниры параллелограммов 6, а звенья 9 — их стороны.

1049775 ки 8. могут быть расположены в одном среднем ряду (фиг. 2) или в одном крайнем верхнем или нижнем ряду. Части осей 7, размещенные в вертикальных пазах 10 секций 5, могут иметь отличную от круг,пои любую форму, например, прямоугольную. На круглые в сечении оси 7 могут быть свободно посажены прямоугольные в сечении сухарики, взаимодействующие с секциями 5 в вертикальных пазах 10. Оси 7. могут быть шарнирно прикреплены фиксирующими ося-, 10 ми 14 к секциям 5 с одной стороны, с двух сторон или в средней части. Фиксирующие оси 14 могут быть пропущены в прорезях 15 с возможностью осевого перемещения или без нее. Прорези 15 могут быть прямолинейными, расположенными вертикально 15 (фиг. 1) или горизонтально (фиг. 6), и криволинейными радиусными, расположенными выпуклостью вверх (фиг. 7) или вниз.

Работа на стенде осуществляется сле20 дующим образом.

В соответствии с программой исследований по изучению влияния конкретных деформаций подрабатываемого основания на конструкции здания или сооружения моделируют процесс получения искомых дефор-: 2 . маций основания, например, реализуют сов- местное воздействие равномерных горизонтальных деформаций растяжения и неравномерйых вертикальных деформаций вогнутого плавного профиля, Предварительно производят подготовку стенда .к испытаниям по программе исследований. На стенде (фиг. 1 и 2) подвижные секции 5 последовательно поднимают и устанавливают на заданном уровне от днища 2 лотка l при помощи винтов 4, для чего последние выкручивают из резьбовых гнезд, устроенных в секциях 5. Каждая сек-. ция 5 при движении перемещается с вертикальными пазами 10 вверх относительно осей 7 и соединенных с ними фиксирующих осей 14, которые сохраняются на одном . 40 уровне, так как оси 7 с.одной стороны проходят через втулки 8 звеньев 9 неподвижных параллелограммов 6, опирающихся на днище 2 лотка 1. При этом фиксирующие оси 14 проскальзывают по прорезям 15 н оказываются в их нижней части. Звенья 9 4э параллелограммов 6 со стороны горизонтальных проемов 13 подбирают одинаковой длины, для чего переставляют оси 11 на втулках 12. К параллелограммам 6 прикладывают горизонтальные продольные сжимающие усилия, направленные друг к другу (на фиг. 2 не показано), при. которых происходит преобразование формы каждого параллелограмма и изменение размеров диагоналей — вертикальные диагонали увеличиваются, а горизонтальные диагонали укора- у чиваются. При этом соответственно уменьшаются расстояния между втулками 8 к осями 7, которые взаимодействуют с подвижными секциями 5 и увлекают Нх за собой совместно с винтами 4 по опорам скольжения 3, обуславливая горизонтальное сближение секций 5 до такой степени, пока между боковыми сторонами секций 5 не останутся зазоры минимальной величины, не препятствующие независимым самостоятельным перемешениям смежных секций 5 в вертикальной плоскости. После выведения подвижных секций 5 в исходное положение механические или ручные приводы винтов 4 откЛючают, горизонтальные продольные сжимающие усилия снимают, а на верхней поверхности подвижных секций 5 любыми известными способами укладывают и уплотняют грунт модели основания 16, на котором воздвигают исследуемые конструкции здания или сооружения.

После подготовительного периода на стенде производят по намеченной программе моделирование деформаций основания 6, С этой целью к параллелограммам б прикладывают горизонтальные продольные растя1 гнвающие усилия и одновременно к винтам 4 с механическим или ручным приводом прикладывают вращающие моменты.

Под воздействием растягивающих усилий, направленных друг против друга (на фиг. 4 не показано), звенья 9 параллелограммов 6 взаимодеиствуют между собой посредством осей 7 с втулками 8 и осей 11 с втулками 12. В параллелограммах 6 возникают усилия, которые в большой степени обуславливаются, противодействующими реакциями со стороны подвижных секций 5, загруженных грунтом модели основания 16 и исследуемыми конструкциями здания или сооружения. При превышении растягивающими усилиями суммы всех противодействующих реакций начинается движение параллелограммов 6: звенья 9 совершают линейные перемещения и повороты втулками 12 вокруг осей 11, а втулками 8 вокруг осей 7; оси 7 совершают только поступательные, главным образом, горизонтальные перемещения. Прн этом параллелограммы 6 изменяются по форме и длине пропорционально каждому параллелограмму, вертикальные диагонали каждого параллелограмма уменьшаются, а горизонтальные — возрастают.

Соответственно увеличивается расстояние между втулками 8 и между осями 7. Оси 7; находясь в вертикальных пазах 10, надавливают на их стенки и увлекают подвижные секции 5 за собой совместно с винтами 4 по опорам скольжения 3.! lод воздействием вращающих момен. тов винты 4 вкручивают в резьбовые гнезда на разную величину. Вкручивание раньше начинают вести с тех секций 5, которые требуется опустить больше или применяют разную скорость вкручивания, пропорционально величинам соединения каждой секции. По вкручиванию контролируют и формируют не1049775

Стенд, элементы которого в зависимости от специфики применения и предназначения могут иметь различные варианты конструктивного исполнения, характеризуется в работе тем, что, например, при вертикальном расположении осей 7 и отсутствии фиксирующих осей 14 (фиг. 5) происходит перемещение секций 5 по вертикальным паэам 10 относительно осей 7, которые неподвижны по отношению к параллелограммам 6. В других случаях, например, при горизонтальных . параллелограммах 6 и шарниром креплении концов осей 7 фиксирующими осями 14 (фиг. 6, 7} происходит перемещение вместе с секциями 5 также и осей 7, которые эахватывак1тся фиксирующими осями 14 и с трением проскальзывают по втулкам 8 звень45

55 обходимый рельеф верхних поверхностей секций 5 для получения заданного профиля.

Соответственно этому нодвижнйе секции 5 опускаются по вертикальным пазам !О вниз относительно направляющих осей 7 и соединенных с ними фиксирующих осей 14 под действием собственного веса, веса грунта модели основания 16 и установленных на основании конструкций здания или сооружения. При этом фиксирующие оси 14 проскальзывают по прорезям 15 и оказываются о в их верхней части. Вертикальные прорези !5 компенсируют перемещения секций 5 в вертикальном направлении. Смежные секции 5 боковыми сторонами не контактируют, ибо их устойчивость обеспечивается осями 7 при помощи параллелограм мов 6. Так как пе- редача нагрузок от параллелограммов 6 через оси 7 на подвижные секции 5 осуществляется в горизонтальной плоскости, а усилия трения секций 5 в вертикальных пазах 10 по осям 7 действуют в вертикальном направ-;!и ленин, то реализуется возможность одновременных независимых движений секций 5 по горизонтали и по вертикали. При изменении величин растягивающих усилий и вращающих моментов соответственно изменяют скорости и величины горизонтальных. 5 и вертикальных перемещений секций 5. Вынужденные перемещения секций 5 передаются их верхней поверхностью на грунт модели основания !6, трансформируются в нем

B соответствии с физико-механическими за- .. конами деформирования и движения грунта и под влиянием его веса и нагрузки от конструкций здания или сооружения и их положения на стенде отображаются на модели основания в виде радиально вогнутого плавного профиля. По составу входящих ингредиентов конкретные деформации модели основания корректируют, изучают их влияние на конструкции здания или сооружения, контролируют специальными приборами напряженно-деформированное состояние взаимодействующих элементов s таком диапа- 40 зоне, при котором удовлетворяется исходная программа исследований. ев 9 параллелограммов 6 в вертикальном на. правлении. При неравномерных оседаниях секций 5 возникают их поперенные смещения, которые компенсируются !.оризонтальными прорезями 15. При этом секции 5 проскальзывают в прорезях 15 по фиксирующим осям 14.

При устройстве шарнирного крепления концрв осей 7 в двух точках с параллельными. радиусными горизонтальными прорезями 15 (фнг. 7) кинематическая подвижность. секций 5 сохраняется, так как оси 7 имеют возможность поворота вокруг одной иэ фиксирующих осей 14 и имеют способность поступательного перемещения в прорезях 15

aMecie с фиксирующими осями 14.

Наклоны подрабатываемого основания в поперечном направлении (фиг. 3) проводят в пределах площади секций 5 одного ряда или одновременно нескольких рядов, для .чего сразу всю группу подвижно секций 5 опускают неравномерно, т.е..с одной стороны больше, чем с другой.

Уступообразные сосредоточенные деформации подрабатываемого основания в поперечном направлении (фиг. 3) получают в местах торцовой стыковки рядов секций 5, для чего между стыкуемыми группами секций 5 образуют скачок в вертикальном направлении, т.е, одну группу рядов сохраняют малоподвижной, а другую — значительно опускают..

При равномерном перемещении каждой секции 5 в поперечном направлении имеют плоскую форму искривления подрабатываемого основания, при неравномерном — получают . пространственную картину деформаций, отличающуюся от плоской дополнительным скручиванием основания в вертикальной плоскости.

При различных размерах параллелограммов получают неравномерные горизонтальные деформации.. Последние при необходимости концентрируют вплоть до образования и развития иа поверхности основания трещин. Неравномерные деформации создают для одной стороны секций 5, для одного ряда секций 5 или между отдельными их рядами. В последних случаях получают в горизонтальной плоскости соответственно деформации скашиваиия и среза подрабатываемого основания. При одинаковом горизонтальном продольном перемещении разных параллелограммов 6 образуют линейную схему деформаций подрабатываемого основания, при разном — имеют в поперечном направлении переменную картину деформаций.

Совместные деформации могут быть получены путем одновременной последовательной цли поочередной работы рядов параллелограммов 6 и винтов 4. Причем деформации модели основания 16 могут изменяться одновременно в разных частях стенда по

1049775

8 разным программам, могут быть наперед определены, в любой момент скорректированы и изменены в ходе исследований, при этом обеспечивается в одном процессе различное их проявление (плавное, дискретное, циклическое, равномерное, неравномерное, ступенчатое, растягнвающее, сжимающее; выпуклое, вогнутое, синусоидное и т.д.).

За счет незначительной ширины секций 5 в продольном направлении стенд позволяет проводить исследования конструкций зданий и сооружений в широком диапазоне масштабов, в том числе и малых, и применять разную мощность грунта модели основания 16, в том числе достаточно малую.

Стенд также целесообразен для проведения исследовании натурных фрагментов зданий

15 и сооружений на моделях оснований, выполненных из естественных грунтов.

В сравнении с существующим базовым на стенде достигается расширение диапазона исследований, качественное и надежное щ моделирование всех различных видов деформаций подрабатываемых оснований, регламентированных СНиП П вЂ” 8 — 78 (кривизны, наклонов, уступообразных деформаций, относительных горизонтальных деформаций и их неблагоприятных сочетаний), а также других видов, имеющих место в натуре.

Кроме того, стенд пригоден для изуче-ния таких деформаций, которые самостоятельно в натуре не проявляются, но получение которых необходимо для познания процессов, происходящих в основаниях. Его применение позволит глубже исследовать аспекты взаимодействия фундаментов зданий и сооружений с деформирующимся . основанием, что послужит решению проблемы рационального строительства зданий и сооружений на подрабатываемых территориях.

Конкретно это дает возможность снизить . трудоемкость строительства, получить экономию стали и бетона за счет уменьшения средств на дополнительные конструктивные мероприятия и сокращения излишних запасов в конструкциях, связанных с совершенствованием их методов расчета и испытаний.

l049775 ий

Фиг. 7

Составитель A. Амаханов

Редактор А. Шандор Техред И. f3epec Корректор М. Демчик

Заказ 8404/39 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35. Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4