RU2315969C1

RU2315969C1 - Stand for testing concrete and reinforced concrete members short - time period central and out-of-center dynamic compression

Info

Publication number: RU2315969C1
Application number: RU2006120712/28A
Authority: RU
Inventors: Павел Викторович Дзюба; Георгий Иванович Однокопылов; Андрей Юрьевич Павлов
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2006-06-13
Publication date: 2008-01-27

Abstract

FIELD: testing equipment, machines for testing samples for central and out-of-center compression at impact loading.

SUBSTANCE: two vertical guides are mounted on supporting base arranged in force field. Lower end of tested sample is provided with additional support for fixing it to supporting base. Cap is fir onto upper end of tested sample; said cap is joined with ends of rods arranged in cavities of cylindrical adapters along their whole length till stop with possibility of twisting in two mutually opposite directions. Said cylindrical adapters are arranged at both sides relative to tested sample and they are rigidly joined through couplings with vertical guides. Force meter is secured to cap. Traverse bar with weight is mounted in top part of said vertical guides with possibility reciprocation motion. Rigid fastening of both ends of tested sample prevents its horizontal motion at striking by means of rods arranged in cavities of cylindrical adapters with possibility of twisting. Bending torque is provided; said torque occurs at central and out-of-center compression. Invention provides possibility for creating stressed-deformed state due to shot- time period action of dynamic load upon tested sample jammed in both ends in order to provide condition approximating real operation condition of column type structures.

EFFECT: improved accuracy of investigations.

4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к машинам для испытания образцов на центральное и внецентренное сжатие при ударных нагрузках, преимущественно бетонных или железобетонных образцов.The invention relates to testing equipment, namely to machines for testing samples for central and eccentric compression under shock loads, mainly concrete or reinforced concrete samples.

Аналогом заявляемого устройства является стенд для ударных испытаний материалов на прочность по патенту РФ на изобретение №2047140. Стенд включает в себя вертикальные направляющие, на которые установлены верхняя, промежуточная и нижняя траверсы, имеется механизм подъема и сброса траверсы с испытываемыми образцами. На нижней и верхней траверсе имеются захваты, которые установлены соосно, а ось захватов, размещенных на промежуточной траверсе, перпендикулярна осям остальных захватов. Также стенд снабжен платформами, установленными на верхней и промежуточной траверсах с возможностью вращения соответственно вокруг вертикальной и горизонтальной оси, и колесами, кинематически связывающими платформы с направляющими, при этом захваты закреплены на платформах. Промежуточная траверса связана с нижней траверсой силовой пружиной, а связь колес с платформой осуществляется червячной парой. Данным стендом обеспечивается проведение испытаний при взаимодействии образцов, нагружаемых сжатием и изгибом, и при вращении взаимодействующих образцов вокруг своих осей. При этом на данном стенде можно испытывать только образцы материалов.An analogue of the claimed device is a stand for impact testing of materials for strength according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2047140. The bench includes vertical guides on which the upper, intermediate and lower traverses are installed, there is a mechanism for lifting and dumping the traverse with the tested samples. On the lower and upper traverse there are grips that are mounted coaxially, and the axis of the grippers placed on the intermediate traverse is perpendicular to the axes of the remaining grips. The stand is also equipped with platforms mounted on the upper and intermediate traverses with the possibility of rotation respectively around the vertical and horizontal axis, and wheels kinematically connecting the platforms with the guides, while the grips are fixed on the platforms. The intermediate traverse is connected to the lower traverse by a power spring, and the wheels are connected to the platform by a worm pair. This stand provides testing during the interaction of samples loaded by compression and bending, and when rotating interacting samples around their axes. At the same time, only material samples can be tested at this stand.

Однако данный стенд не дает возможности исследовать работу элементов конструкций на сжатие при продольном центральном и внецентренном ударе.However, this stand does not provide an opportunity to study the work of structural elements in compression during longitudinal central and eccentric impact.

Наиболее близким устройством, принятым за прототип, является стенд для испытаний материалов на ударное сжатие по патенту РФ на изобретение №1499165. Стенд содержит основание с вертикальными направляющими, верхнюю и нижнюю платформы, которые установлены на направляющих с возможностью перемещения навстречу друг к другу и соединены между собой посредством гибких тяг, огибающих барабаны, установленные на основании, захват для крепления образца, установленный на нижней платформе со стороны, обращенной к верхней платформе, и устройство для фиксации верхней платформы. Установка снабжена промежуточной платформой, неподвижно установленной между верхней и нижней платформами, дополнительным захватом для второго образца, установленным на промежуточной платформе со стороны, обращенной к верхней платформе, с возможностью перемещения навстречу верхней платформе и взаимодействия с образцом нижней платформы через промежуточный элемент, ограничителем деформации, установленным между верхней и промежуточной платформами, устройством для фиксации нижней платформы в исходном положении и силовыми пружинами, через которые тяги соединены с платформами. Груз может быть закреплен на верхней платформе, которая представляет собой траверсу, для увеличения энергии удара по образцам через второй промежуточный элемент. В платформах выполнены отверстия для прохода пружин при их растяжении. Данный стенд относится к установкам для испытания образцов горных пород и других материалов на ударную прочность. В реальных условиях эксплуатации конструкций сжатых элементов, например колонн, конструкция имеет опоры с заделкой в основании и его верхней части. Испытание образцов сжатых элементов на ударные нагрузки, когда удар приходится на свободный конец образца не дает реальной картины работы этого образца при ударе, что сказывается отрицательно на исследовании его напряженно-деформированного состояния. Кроме этого в образце при сжатии образуются не изгибающие моменты. Поскольку стенд не позволяет проводить испытание конструкций с учетом введения жестких связей в основании и верха испытываемых образцов, не обеспечивает защемление образца на месте его установки при испытании, то он не позволяет воссоздать реальную картину происходящих процессов сжатия с изгибом. Кроме этого это известное устройство не имеет возможности ударную нагрузку прикладывать внецентренно к испытываемому образцу. Все это снижает точность исследований образцов на ударное сжатие.The closest device adopted for the prototype is a stand for testing materials for shock compression according to the patent of the Russian Federation for invention No. 1499165. The stand contains a base with vertical guides, upper and lower platforms, which are mounted on rails with the ability to move towards each other and are interconnected by means of flexible rods enveloping the drums mounted on the base, a grip for mounting the sample mounted on the lower platform from the side, facing the upper platform, and a device for fixing the upper platform. The installation is equipped with an intermediate platform fixedly installed between the upper and lower platforms, an additional grip for the second sample mounted on the intermediate platform from the side facing the upper platform, with the ability to move towards the upper platform and interact with the lower platform sample through the intermediate element, a deformation limiter, installed between the upper and intermediate platforms, a device for fixing the lower platform in the initial position and power springs, h Res rods which are connected to the platforms. The load can be secured to the upper platform, which is a traverse, to increase the energy of impact on the samples through the second intermediate element. The platforms have holes for the passage of the springs when they are stretched. This stand relates to installations for testing rock samples and other materials for impact strength. Under real operating conditions of structures of compressed elements, such as columns, the structure has supports with a seal in the base and its upper part. Testing samples of compressed elements for impact loads when the impact falls on the free end of the sample does not give a real picture of the work of this sample upon impact, which affects the study of its stress-strain state. In addition, non-bending moments are formed in the sample during compression. Since the stand does not allow testing of structures taking into account the introduction of rigid ties at the base and top of the tested samples, does not provide pinching of the sample at the installation site during testing, it does not allow to recreate the real picture of the ongoing compression processes with bending. In addition, this known device does not have the ability to apply the shock load eccentrically to the test sample. All this reduces the accuracy of studies of samples for shock compression.

Задача полезной модели состоит в том, чтобы повысить точность исследований образцов с учетом конструктивных особенностей работы колонн в реальных условиях, а также расширить функциональные возможности устройства при исследованиях.The objective of the utility model is to increase the accuracy of research samples taking into account the design features of the columns in real conditions, as well as expand the functionality of the device during research.

Технический результат при решении поставленной задачи заключается в создании напряженно-деформированного состояния, характеризующийся действием центральной и внецентренной кратковременной динамической нагрузки на защемленный с обеих концов испытуемый образец и обеспечение изгибающего момента при центральном и внецентренном сжатии, приближенного к реальным условиям эксплуатации конструкций типа колонн.The technical result in solving this problem is to create a stress-strain state, characterized by the action of a central and eccentric short-term dynamic load on the test sample clamped at both ends and providing bending moment under central and eccentric compression, close to the actual operating conditions of column-type structures.

Этот результат достигается следующим образом. Заявляемый стенд имеет общее с прототипом то, что он содержит установленные на опорном основании вертикальные направляющие, на которых с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения закреплена траверса с грузом, и узел крепления нижнего конца испытываемого образца. Но в отличие от прототипа заявляемый стенд дополнительно содержит оголовок, надетый на верхний конец испытываемого образца, две полые цилиндрические насадки, горизонтально установленные по обе стороны от испытываемого образца и каждая из которых неподвижно соединена с соответствующей ее стороне вертикальной направляющей, и два штока, размещенных в полостях соответствующих насадок по всей длине до упора с возможностью кручения в двух взаимно противоположных направлениях, при этом свободные концы штоков неподвижно соединены с оголовком, а нижний конец испытываемого образца снабжен дополнительной опорой, посредством которой он неподвижно закреплен на опорном основании стенда, кроме этого на оголовке установлен дополнительно введенный силоизмеритель, а опорное основание установлено на силовом полу. В частных случаях исполнения стенд отличается тем, что цилиндрические насадки соединены с вертикальными направляющими с помощью муфт, установленных на этих направляющих. Муфты также служат и страховкой при испытании образцов. Кроме этого стенд снабжен пластиной для распределения напряжений на силовой пол, которая установлена под дополнительной опорой, а дополнительная опора защемлена на опорном основании посредством крепежных уголков. Силоизмеритель установлен на оголовке через накладку, жестко закрепленную на оголовке с помощью болтов, данная накладка является съемным элементом конструкции стенда и служит для задавания эксцентриситета приложения нагрузки.This result is achieved as follows. The inventive stand has in common with the prototype that it contains vertical rails mounted on a support base, on which a traverse with a load is fixed with the possibility of vertical reciprocating movement, and a fastener for the lower end of the test sample. But unlike the prototype, the inventive stand additionally contains a head worn on the upper end of the test specimen, two hollow cylindrical nozzles horizontally mounted on both sides of the test specimen and each of which is motionlessly connected to its corresponding vertical rail, and two rods placed in the cavities of the respective nozzles along the entire length against the stop with the possibility of torsion in two mutually opposite directions, while the free ends of the rods are fixedly connected to the head m, and the lower end of the test specimen is provided with additional support by means of which it is fixedly secured to the support base of the stand, in addition to center pole set siloizmeritelej additionally introduced, and a support base mounted on the power floor. In special cases, the stand is characterized in that the cylindrical nozzles are connected to the vertical rails using couplings mounted on these rails. Couplings also serve as insurance when testing samples. In addition, the stand is equipped with a plate for distributing stresses on the force floor, which is installed under the additional support, and the additional support is pinched on the support base by means of fixing angles. The force meter is mounted on the head through a plate that is rigidly fixed to the head with bolts; this plate is a removable element of the stand design and serves to set the eccentricity of the load application.

Данный стенд позволяет проводить испытание образцов колонн на центральный и внецентренный удар с учетом введенных дополнительных элементов оголовка и нижней опорной базы, которые имитируют защемление испытуемого образца колонн как в реальных условиях, а также размещения на оголовке силоизмерителя. Верхний узел крепления позволяет предотвратить горизонтальное смещение образца, поскольку штоки размещены в полостях цилиндрических элементов до упора, но не препятствует действию возникающих изгибающих моментов в обоих плоскостях, поскольку штоки установлены в полостях цилиндрических элементов с возможностью кручения в двух взаимно противоположных направлениях. Нижний конец образца жестко защемляется, что соответствует расчетным предпосылкам в выборе расчетной схемы при расчете и эксплуатации колонн. Предложенная конструкция таким образом позволяет создать напряженно-деформированное состояние, приближенное к условиям эксплуатации и тем самым повысить точность исследований.This stand allows you to test samples of columns for central and eccentric impact, taking into account the introduced additional elements of the head and the lower support base, which simulate pinching of the test sample of columns in real conditions, as well as placement of the load meter on the head. The upper mount allows you to prevent horizontal displacement of the sample, since the rods are placed in the cavities of the cylindrical elements to the stop, but do not interfere with the action of bending moments in both planes, since the rods are installed in the cavities of the cylindrical elements with the possibility of torsion in two mutually opposite directions. The lower end of the sample is rigidly pinched, which corresponds to the design assumptions in the choice of the design scheme for the calculation and operation of the columns. The proposed design thus allows you to create a stress-strain state, close to the operating conditions and thereby improve the accuracy of research.

Изобретение промышленно применимо, поскольку его можно многократно реализовать с достижением указанного технического результата.The invention is industrially applicable, since it can be repeatedly implemented to achieve the specified technical result.

Авторами и заявителем не выявлены из уровня техники технические решения, в которых образец при испытании на ударное сжатие был закреплен так, как в заявляемом стенде. Кроме этого заявляемый стенд позволяет точно воспроизвести процесс, происходящий в образце при ударном сжатии, что также не обнаружено в известных технических решениях. Все это дает основание судить о наличии изобретательского уровня у заявляемого устройства, поскольку оно явным образом не следует из уровня техники.The authors and the applicant have not identified technical solutions from the prior art in which the specimen, when tested for shock compression, was fixed as in the claimed stand. In addition, the inventive stand allows you to accurately reproduce the process that occurs in the sample during shock compression, which is also not found in the known technical solutions. All this gives reason to judge the presence of an inventive step in the inventive device, since it clearly does not follow from the prior art.

Полезная модель пояснена чертежами.The utility model is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображен стенд для испытания бетонных и железобетонных элементов на продольное центральное и внецентренное кратковременное динамическое сжатие (общий вид).Figure 1 shows a stand for testing concrete and reinforced concrete elements for longitudinal central and eccentric short-term dynamic compression (general view).

На фиг.2 - то же, вид спереди.Figure 2 is the same front view.

На фиг.3 показан узел А фиг.1.Figure 3 shows the node And figure 1.

На фиг.4 показан узел Б фиг.2.Figure 4 shows the node B of figure 2.

Стенд для испытания бетонных и железобетонных элементов на продольное центральное и внецентренное кратковременное динамическое сжатие содержит силовой пол 1, на котором установлена пластина 2, служащая для распределения напряжений на силовой пол 1. На крепежные уголки 3 смонтирована дополнительная опора 4, которая служит для жесткой установки испытываемого бетонного или железобетонного образца 5. На испытываемый образец 5 установлен оголовок 6, соединенный с помощью болтов с накладкой 7, в которую установлен силоизмеритель 8. К оголовку 6 с двух сторон с помощью болтов закреплены два штока 9 цилиндрической формы, которые размещены внутри цилиндрических насадок 10. Соединение штока 9 с насадкой 10 представляет собой ползунковый упор (фиг.4). Насадки 10 закреплены с помощью болтов к крепежным муфтам 11, которые с помощью резиновых прокладок установлены на направляющие 12. Направляющие 12 имеют опорное основание 13, с помощью которого защемлены к ручьям 14 силового пола 1. Динамическая нагрузка создается при помощи массы падающего груза 15 (траверсы с грузом).The test bench for testing concrete and reinforced concrete elements for longitudinal central and eccentric short-term dynamic compression contains a force floor 1, on which a plate 2 is installed, which serves to distribute stresses to the force floor 1. An additional support 4 is mounted on the mounting corners 3, which serves for rigid installation of the test concrete or reinforced concrete sample 5. A head 6 is mounted on the test sample 5, which is bolted to a cover 7, in which a load meter is installed 8. To the head 6 s of two sides with bolts fixed two rod 9 of a cylindrical shape, which are placed inside the cylindrical nozzles 10. The connection of the rod 9 with the nozzle 10 is a slide stop (figure 4). The nozzles 10 are fixed with bolts to the fasteners 11, which are mounted on the guides with rubber gaskets 12. The guides 12 have a support base 13, which are clamped to the arms 14 of the power floor 1. The dynamic load is created by the mass of the falling load 15 (crosshead with cargo).

Работа стенда для испытания бетонных и железобетонных элементов на продольное центральное и внецентренное кратковременное динамическое сжатие заключается в следующем: испытываемый бетонный или железобетонный образец 5 устанавливается в опорную базу 4. Затем на образец 5 устанавливается оголовок 6, на который привинчивается накладка 7, служащая для установки силоизмерителя 8, которая также служит для места приложения динамической нагрузки на образец. Далее необходимо установить ползунковый упор, состоящий из штока 9 и насадки 10, которые крепятся болтами к оголовку 6 и крепежным муфтам 11. Груз 15 подвешивается на нужную высоту, а затем отпускается, и при соударении груза 15 на силоизмеритель 8 создается кратковременная динамическая нагрузка. Силу удара можно регулировать путем уровня поднятия высоты груза, а также его массой. Время действия нагрузки можно растягивать во времени путем введения резинового демпфера между силоизмерителем 8 и падающим грузом 15. Место приложения удара на испытываемый образец 5 можно менять с помощью места установки силоизмерителя 8 в накладку 7. Ползунковый упор, состоящий из штока 9 и насадки 10, предотвращает смещение по горизонтали, но не препятствует повороту вокруг осей упора в двух взаимно противоположных направлениях, создает изгибающий момент в испытываемом образце, приближенного к реальным условиям работы образца и согласно расчетным предпосылкам в выборе расчетной схемы при расчете колонн.The work of the test bench for testing concrete and reinforced concrete elements for longitudinal central and eccentric short-term dynamic compression is as follows: the tested concrete or reinforced concrete sample 5 is installed in the support base 4. Then, the head 6 is mounted on the sample 5, onto which the plate 7 is screwed, which serves to install the power meter 8, which also serves to place the dynamic load on the sample. Next, you need to install a slide stop, consisting of a rod 9 and nozzle 10, which are bolted to the head 6 and fasteners 11. The load 15 is suspended at the desired height, and then released, and when the load 15 is impacted on the load meter 8, a short-term dynamic load is created. The impact force can be adjusted by raising the height of the load, as well as its mass. The duration of the load can be stretched in time by introducing a rubber damper between the load meter 8 and the falling load 15. The place of impact on the test sample 5 can be changed using the installation site of the load meter 8 in the plate 7. The slide stop, consisting of a rod 9 and a nozzle 10, prevents horizontal displacement, but does not prevent rotation around the axes of the stop in two mutually opposite directions, creates a bending moment in the test sample, close to the actual working conditions of the sample and according to design assumptions in choosing a design scheme when calculating columns.

Для получения данных напряженно-деформированного состояния испытываемого образца используется комплекс стандартных измерительных приборов для фиксации данных показаний установленных тензодатчиков на образце. Силоизмерителем измеряется сила удара в реальном времени. Указанная конструкция это позволяет сделать.To obtain data on the stress-strain state of the test specimen, a set of standard measuring instruments is used to fix the data of the readings of the installed strain gauges on the specimen. The force meter measures the impact force in real time. The specified design allows this to be done.

Claims

1. A test bench for testing concrete and reinforced concrete elements for longitudinal central and eccentric short-term dynamic compression, comprising vertical guides mounted on a support base, on which a traverse with a load is mounted with the possibility of vertical reciprocating movement, and a fastener for the lower end of the test sample, characterized in that it additionally contains a head worn on the upper end of the test sample, two hollow cylindrical nozzles, horizontally installed located on both sides of the test specimen and each of which is fixedly connected to its respective vertical rail and two rods placed in the cavities of the respective nozzles all the way to the stop and with the possibility of torsion in two mutually opposite directions, while the free ends of the rods are motionless connected to the head, and the lower end of the test sample is equipped with an additional support, by means of which it is fixedly mounted on the support base of the stand, in addition to this, is installed on the head additionally introduced load meter, and the support base is installed on the power floor.

2. The stand according to claim 1, characterized in that the cylindrical nozzles are connected to the vertical rails using couplings mounted on the rails.

3. The stand according to claim 1, characterized in that it is equipped with a plate for distributing stresses on the force floor, which is installed under the additional support, and the additional support is fixed to the support base by means of fixing angles.

4. The stand according to claim 1, characterized in that the load meter is mounted on the head through a plate rigidly mounted on the head.