RU2578662C1 - Method of testing building structures for bending with torsion at static and dynamic short-term action - Google Patents

Method of testing building structures for bending with torsion at static and dynamic short-term action Download PDF

Info

Publication number
RU2578662C1
RU2578662C1 RU2015101043/28A RU2015101043A RU2578662C1 RU 2578662 C1 RU2578662 C1 RU 2578662C1 RU 2015101043/28 A RU2015101043/28 A RU 2015101043/28A RU 2015101043 A RU2015101043 A RU 2015101043A RU 2578662 C1 RU2578662 C1 RU 2578662C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
test sample
deflection
bending
absolute
tested sample
Prior art date
Application number
RU2015101043/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Георгий Иванович Однокопылов
Виктор Викторович Родевич
Сергей Александрович Арзамасцев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ)
Общество с ограниченной ответственностью "Стройтехинновации ТДСК" (ООО "СТИ ТДСК")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ), Общество с ограниченной ответственностью "Стройтехинновации ТДСК" (ООО "СТИ ТДСК") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ)
Priority to RU2015101043/28A priority Critical patent/RU2578662C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2578662C1 publication Critical patent/RU2578662C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: construction.
SUBSTANCE: invention can be used during testing of structures and separate elements of buildings and structures operated at bending with torsion at static and dynamic short-term action with determination of accurate deformation of, for example beams or slabs. First test specimen is installed on rigid supports. In specified places on the tested sample is fixed arm with oppositely directed lengths, on the overhangs of pull head distribution traverses ends are placed. Via distribution crossbar test specimen is loaded and its strain state is studied which is caused by simultaneous bending and twisting under load, fixing movement in sections of the tested sample. Strain state of the tested sample is assessed by absolute value of vertical deflections of the tested sample and absolute angle of twisting of the tested sample, that simultaneously on both sides from longitudinal axis of the tested sample near each of pull head and symmetrically relative to longitudinal axis of the tested sample is set deflection indicators, by means of which the vertical displacement of opposite sides of the tested sample under preset load, wherein each deflection indicator is installed with possibility of providing strictly vertical position of movable stock and the absolute vertical deflection fPR in the considered section of the tested sample is determined by formula.
EFFECT: technical result is possibility of determining absolute values of angle of twist and vertical deflection structure operated at bending with torsion, which enable to determine the exact circuit deformation element under complex VAT.
4 cl, 1 tbl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при испытании конструкций и отдельных элементов зданий и сооружений, работающих на изгиб с кручением при статическом и кратковременном динамическом воздействии, с определением точной деформационной модели конструкции, например балок или плит.The invention relates to the field of construction and can be used in testing structures and individual elements of buildings and structures working on bending with torsion under static and short-term dynamic effects, with the determination of the exact deformation model of the structure, for example beams or plates.

Известен способ испытания конструкции на ударные воздействия по патенту РФ на полезную модель №61881. Согласно способу железобетонный элемент устанавливают на опоры, на один из концов элемента плотно надевают оголовник с рычагом для принятия ударной нагрузки и подшипник, а второй конец железобетонного элемента жестко закрепляют в металлическом башмаке. На торце железобетонного образца со стороны оголовника прикрепляют интегральный датчик ускорений, соединяют его с измерительно-вычислительным комплексом. Крутящий момент создают падением груза определенной массы с заданной высоты на рычаг, прикрепленный к оголовнику. Информацию об угле закручивания элемента одновременно с его поворотом и без помех фиксируют при помощи закрепленного на торце железобетонного элемента интегрального датчика ускорений.A known method of testing the structure for impact according to the patent of the Russian Federation on utility model No. 61881. According to the method, the reinforced concrete element is mounted on supports, one end of the element is tightly put on a headband with a lever for accepting shock load and a bearing, and the second end of the reinforced concrete element is rigidly fixed in a metal shoe. An integral acceleration sensor is attached to the end of the reinforced concrete specimen from the head end, connected to a measuring and computing complex. Torque is created by dropping a load of a certain mass from a given height onto a lever attached to the headband. Information about the angle of rotation of the element simultaneously with its rotation and without interference is recorded using an integrated acceleration sensor fixed to the end of the reinforced concrete element.

Данный способ испытаний позволяет судить об угле закручивания конструкции при действии на нее крутящих моментов. Однако полученная с помощью интегрального датчика ускорений информация не позволяет точно определить значение угла закручивания железобетонного элемента в связи с тем, что вектор ускорения точки, лежащей на поверхности образца, содержит в себе как горизонтальную, так и вертикальную составляющую. Применение интегрального датчика при испытании железобетонного элемента, воспринимающего одновременно изгибающий и крутящий моменты, недопустимо по причине отсутствия возможности отличить с помощью данного датчика деформации, вызванные кручением, от деформаций изгиба, оказывающих значительное влияние на конечную деформационную модель элемента.This test method allows you to judge the angle of rotation of the structure under the action of torques on it. However, the information obtained using the integrated acceleration sensor does not accurately determine the value of the angle of rotation of the reinforced concrete element due to the fact that the acceleration vector of the point lying on the surface of the sample contains both horizontal and vertical components. The use of an integral sensor when testing a reinforced concrete element, which simultaneously perceives bending and torques, is unacceptable due to the inability to distinguish torsion-induced deformations from this sensor from bending deformations, which have a significant effect on the final deformation model of the element.

Прототипом заявляемого изобретения является способ испытания железобетонных элементов на изгиб с кручением при статическом воздействии с помощью гидравлического домкрата (Vishnu Н. Jariwala, Paresh V. Patel, Sharadkumar P. Purohit. Strengthening of RC Beams subjected to Combined Torsion and Bending with GFRP Composites. Procedia Engineering, 2013, №51, 282-289), заключающийся в том, что железобетонный элемент испытывают на воздействие изгибающего момента за счет приложения перпендикулярно к его продольной оси двух вертикальных сил и на воздействие двух разнонаправленных крутящих моментов, возникающих за счет наличия эксцентриситетов приложения вертикальных сил. Для обеспечения такой схемы испытаний железобетонный элемент устанавливают на жесткие опоры. В заданных местах на железобетонном элементе закрепляют оголовники. На вылетах оголовников, направленных в противоположные стороны, устанавливают распределительную траверсу, через которую нагружают железобетонный элемент. При этом способ предусматривает установку индикаторов с проволочной связью, предназначенных для измерения перемещений вылетов оголовников, к которым через распределительную траверсу прикладывают нагрузку при проведении испытаний. По данным перемещениям можно судить об интенсивности закручивания железобетонных элементов.The prototype of the claimed invention is a method of testing concrete elements for bending with torsion under static pressure using a hydraulic jack (Vishnu N. Jariwala, Paresh V. Patel, Sharadkumar P. Purohit. Strengthening of RC Beams fully to Combined Torsion and Bending with GFRP Composites. Procedia Engineering, 2013, No. 51, 282-289), namely, that the reinforced concrete element is tested for bending moment due to the application of two vertical forces perpendicular to its longitudinal axis and for the influence of two multidirectional torques arising from the presence of eccentricities of the application of vertical forces. To ensure such a test scheme, a reinforced concrete element is mounted on rigid supports. In predetermined places on the reinforced concrete element fix the headband. On the departures of the head-ends, directed in opposite directions, a distribution beam is installed, through which the reinforced concrete element is loaded. Moreover, the method involves the installation of indicators with wire connection, designed to measure the movements of departures of the head-end, to which the load is applied through the distribution beam during testing. According to these movements, one can judge the intensity of twisting of reinforced concrete elements.

Применение способа позволяет воссоздать в железобетонных элементах напряженно деформированное состояние (НДС), близкое к НДС железобетонных конструкций, работающих на изгиб с кручением. Недостатком известного способа является то, что способ не может быть применен при испытании конструкции на кратковременное динамическое воздействие. По измеренным перемещениям консольных балок невозможно судить об абсолютной величине изгиба и абсолютном значении углов закручивания конструкции по причине наличия как вертикальных, так и горизонтальных составляющих перемещений, которые не учитываются по прототипу. В связи с этим снижается достоверность полученных результатов и точность определения НДС железобетонного элемента при воздействии нагрузки. К тому же применение индикаторов с проволочной связью при испытании на воздействие кратковременной динамической нагрузкой не возможно ввиду скоротечности процессов, что сужает область исследований.The application of the method allows you to recreate in reinforced concrete elements stress-strain state (VAT), close to the VAT of reinforced concrete structures operating in bending with torsion. The disadvantage of this method is that the method cannot be applied when testing the design for short-term dynamic effects. From the measured displacements of the cantilever beams, it is impossible to judge the absolute value of the bend and the absolute value of the twist angles of the structure due to the presence of both vertical and horizontal components of the displacements that are not taken into account in the prototype. In this regard, the reliability of the results and the accuracy of determining the VAT of a reinforced concrete element when exposed to a load are reduced. In addition, the use of indicators with wire connection when testing for exposure to short-term dynamic load is not possible due to the transience of the processes, which narrows the scope of research.

Задачей заявляемого изобретения является испытание конструкций на изгиб с кручением с определением достоверных абсолютных величин деформаций кручения и деформаций изгиба при воздействии статической и кратковременной динамической нагрузки.The objective of the invention is to test structures for bending with torsion with the determination of reliable absolute values of torsional and bending strains when exposed to static and short-term dynamic loads.

Технический результат заключается в определении абсолютных величин угла закручивания и вертикальных прогибов конструкции, работающей на изгиб с кручением, которые позволяют определить точную схему деформирования элемента, находящегося в условиях сложного НДС.The technical result consists in determining the absolute values of the angle of twist and vertical deflections of the structure, working on bending with torsion, which allow us to determine the exact scheme of deformation of the element, which is in conditions of complex VAT.

Способ испытания строительных конструкций на изгиб с кручением при статическом и кратковременном динамическом воздействии имеет общее с прототипом то, что сначала испытуемый образец устанавливают на жесткие опоры и в заданных местах на испытуемом образце закрепляют оголовники с противоположно направленными вылетами. Как и в прототипе, на вылетах оголовников размещают концы распределительной траверсы, затем через распределительную траверсу испытуемый образец нагружают и исследуют его деформированное состояние, обусловленное одновременным изгибом и кручением под воздействием нагрузки, фиксируя перемещения в сечениях испытуемого образца.The method of testing building structures for bending with torsion under static and short-term dynamic effects has in common with the prototype that first the test specimen is mounted on rigid supports and in the specified places on the test specimen are mounted goggles with opposite projections. As in the prototype, the ends of the distributing crosshead are placed on the departures of the headbands, then the test specimen is loaded through the distributing crosshead and its deformed state is investigated, which is caused by simultaneous bending and torsion under the influence of the load, fixing movements in the sections of the test specimen.

В отличие от прототипа деформированное состояние испытуемого образца оценивают по абсолютному значению вертикальных прогибов испытуемого образца и абсолютному углу закручивания испытуемого образца. По заявляемому способу одновременно с двух сторон от продольной оси испытуемого образца вблизи каждого из оголовников и симметрично относительно продольной оси испытуемого образца устанавливают прогибомеры и измеряют вертикальные перемещения противоположных сторон испытуемого образца под воздействием заданной нагрузки. Каждый прогибомер устанавливают с возможностью обеспечения строго вертикального положения подвижного штока. Абсолютный вертикальный прогиб fпр в рассматриваемом сечении испытуемого образца определяют по формуле:In contrast to the prototype, the deformed state of the test sample is evaluated by the absolute value of the vertical deflections of the test sample and the absolute twist angle of the test sample. According to the claimed method, simultaneously from two sides of the longitudinal axis of the test sample near each of the head-ends and symmetrically relative to the longitudinal axis of the test sample, deflection gauges are installed and the vertical displacements of opposite sides of the test sample are measured under the influence of a given load. Each deflection meter is installed with the ability to ensure strictly vertical position of the movable rod. The absolute vertical deflection f CR in the considered section of the test sample is determined by the formula:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где fmax и fmin - значения вертикальных перемещений противоположных сторон испытуемого образца, соответственно максимальное и минимальное,where f max and f min are the values of the vertical displacements of the opposite sides of the test sample, respectively, the maximum and minimum,

при этом полный абсолютный угол закручивания φ испытуемого образца определяют по формуле:while the total absolute twist angle φ of the test sample is determined by the formula:

φ=φ12, φ = φ 1 + φ 2 ,

гдеWhere

Figure 00000002
Figure 00000002

φ1 - абсолютный угол закручивания испытуемого образца на одном конце образца вблизи оголовника;φ 1 - the absolute angle of twist of the test sample at one end of the sample near the headband;

fmax,1 и fmin,1 - значения вертикальных перемещений противоположных сторон испытуемого образца, соответственно максимальное и минимальное, на одном конце испытуемого образца вблизи оголовника;f max, 1 and f min, 1 are the values of the vertical displacements of the opposite sides of the test sample, respectively, the maximum and minimum, at one end of the test sample near the headband;

φ2 - абсолютный угол закручивания испытуемого образца на втором конце образца вблизи оголовника;φ 2 is the absolute twist angle of the test sample at the second end of the sample near the headband;

fmax,2 и fmin,2 - значения вертикальных перемещений противоположных сторон испытуемого образца, соответственно максимальное и минимальное, на втором конце испытуемого образца вблизи оголовника;f max, 2 and f min, 2 are the values of the vertical displacements of the opposite sides of the test sample, respectively, the maximum and minimum, at the second end of the test sample near the headband;

L - расстояние от продольной оси испытуемого образца до оси прогибомера.L is the distance from the longitudinal axis of the test sample to the axis of the deflection meter.

Обеспечить строго вертикальное положение подвижного штока прогибомера с одновременным свободным его закреплением в верхней точке можно следующим образом: вблизи оголовников на испытуемом образце перпендикулярно его продольной оси закрепить балку, обеспечивая одинаковые вылеты концов балки за боковую грань. На балке с возможностью перемещения вдоль нее установить каретки, а подвижные штоки соединить с каретками шарнирно. Основания прогибомеров при этом фиксируют жестко на силовом полу. Испытуемый образец нагружают статической нагрузкой, как и по способу-прототипу, или кратковременной динамической нагрузкой.It is possible to ensure a strictly vertical position of the moving rod of the deflection meter with its free fixing at the upper point as follows: close the beam to the test specimen perpendicular to its longitudinal axis to secure the beam, ensuring the same projections of the ends of the beam over the side face. On the beam with the ability to move along it, install carriages, and move the movable rods to the carriages pivotally. The bases of the deflection meters are fixed rigidly on the force floor. The test sample is loaded with a static load, as in the prototype method, or with a short-term dynamic load.

Формула для определения угла закручивания произвольно выбранного сечения элемента, подверженного изгибу с кручением, получена из геометрических свойств прямоугольного треугольника с учетом следующих допущений. Как известно, конструкции, работающие на изгиб с кручением, перемещаются в пространстве под действием двух силовых факторов, и для того, чтобы достоверно определить перемещения, вызванные кручением, необходимо отделить их от перемещений, обусловленных изгибом конструкции. Это можно сделать путем осреднения общих перемещений двух точек, взятых на противоположных гранях образца и расположенных в одной плоскости его поперечного сечения. Тогда перемещения образца от действия изгибающего момента будут определены как:The formula for determining the twist angle of an arbitrarily selected section of an element subject to bending with torsion is obtained from the geometric properties of a right triangle with the following assumptions. As you know, structures working on bending with torsion move in space under the action of two force factors, and in order to reliably determine the movements caused by torsion, it is necessary to separate them from the movements caused by the bending of the structure. This can be done by averaging the total displacements of two points taken on opposite sides of the sample and located in the same plane of its cross section. Then the movement of the sample from the action of the bending moment will be defined as:

Figure 00000003
Figure 00000003

где fпр - перемещения конструкции (прогиб), обусловленные действием изгибающего момента;where f CR - structural displacement (deflection), due to the action of the bending moment;

fmax, fmin - значения вертикальных перемещений двух точек, взятых на противоположных гранях образца и расположенных в одной плоскости его поперечного сечения (расчетного сечения).f max , f min - the values of the vertical displacements of two points taken on opposite sides of the sample and located in the same plane of its cross section (design section).

Перемещения образца, возникающие от действия крутящего момента, могут быть определены с учетом формулы (1) следующим образом:The movement of the sample arising from the action of the torque can be determined taking into account the formula (1) as follows:

Figure 00000004
Figure 00000004

Теперь, зная величину перемещений образца по горизонтали, по известным свойствам прямоугольного треугольника с учетом формул (1) и (2) можно определить угол треугольника по известным катетам, который в свою очередь и будет являться углом закручивания образца в рассматриваемом расчетном сечении:Now, knowing the horizontal displacement of the sample, using the well-known properties of a right-angled triangle, taking into account formulas (1) and (2), you can determine the angle of the triangle using known legs, which in turn will be the twist angle of the sample in the calculated cross section under consideration:

Figure 00000005
Figure 00000005

где L - расстояние от продольной оси железобетонного элемента до оси прогибомера.where L is the distance from the longitudinal axis of the reinforced concrete element to the axis of the deflection meter.

Определение полного угла закручивания по данному способу подразумевает устройство двух узлов определения угла закручивания, расположенных в сечениях, испытывающих максимальное кручение. За счет того, что нагрузка передается на конструкцию через направленные в разные стороны вылеты оголовников, строительная конструкция будет подвержена одновременному воздействию изгибающего и крутящего моментов, а соответственно будет испытывать деформации, обусловленные двумя силовыми факторами: изгибом конструкции и разнонаправленным кручением двух половин конструкции, обусловленным действием противоположных по направлению крутящих моментов. Соответственно полный угол закручивания конструкции будет определен как сумма углов закручивания обеих частей.Determination of the full twist angle by this method involves the device of two nodes for determining the twist angle located in sections experiencing maximum torsion. Due to the fact that the load is transferred to the structure through the departures of the head ends directed in different directions, the building structure will be subjected to simultaneous bending and torques, and accordingly it will experience deformations due to two force factors: the bending of the structure and the multidirectional torsion of the two halves of the structure due to the action opposing torques. Accordingly, the full twist angle of the structure will be defined as the sum of the twist angles of both parts.

По приведенным выше формулам выполняется расчет угла закручивания и прогиба рассматриваемого сечения. При этом стоит отметить, что данный способ испытания позволяет определить изменение угла закручивания и прогиба расчетного сечения на всех этапах нагружения образца. Более того, применение электронных прогибомеров, например типа WayCon марки SL50-G-SR, позволяет определить углы закручивания и прогиб рассматриваемых сечений при воздействии на образец кратковременной динамической нагрузки.According to the above formulas, the calculation of the twist angle and deflection of the considered section is performed. It should be noted that this test method allows you to determine the change in the twist angle and deflection of the calculated cross-section at all stages of loading the sample. Moreover, the use of electronic deflection meters, for example, WayCon type SL50-G-SR, allows one to determine the twisting angles and deflection of the sections under consideration when a short-term dynamic load is applied to the sample.

Применение указанного способа в отличие от прототипа позволяет определить не только прочностные характеристики исследуемых образцов, но и качественное и количественное значение перемещений, возникающих под действием двух силовых факторов: изгиба с кручением. В технике не известны способы, позволяющие прямым или косвенным способом определить угол закручивания конструкции при кратковременном динамическом воздействии, а также достоверно определить прогиб конструкции при ее сложном деформировании. Применение данного способа позволяет отследить изменение углов поворота и прогибы конструкции на всем временном интервале ее нагружения независимо от его скоротечности.The application of this method, in contrast to the prototype, allows us to determine not only the strength characteristics of the studied samples, but also the qualitative and quantitative value of the displacements arising under the influence of two force factors: bending with torsion. Methods are not known in the art that make it possible to directly or indirectly determine the twist angle of a structure under short-term dynamic action, as well as reliably determine the deflection of a structure during its complex deformation. The application of this method allows you to track changes in the rotation angles and deflection of the structure over the entire time interval of its loading, regardless of its transience.

Указанная совокупность технических признаков, характеризующая заявленный способ получена впервые и в известных технических решениях не обнаружена, что подтверждает новизну изобретения. Изобретение соответствует условию изобретательского уровня, поскольку явным образом предложенное техническое решение не следует из уровня техники.The specified set of technical features characterizing the claimed method was obtained for the first time and is not found in the known technical solutions, which confirms the novelty of the invention. The invention meets the condition of an inventive step, since the explicitly proposed technical solution does not follow from the prior art.

Изобретение промышленно применимо, поскольку его можно многократно использовать при испытании строительных элементов или конструкций зданий и сооружений.The invention is industrially applicable, since it can be repeatedly used when testing building elements or structures of buildings and structures.

Изобретение пояснено чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображен стенд для испытания железобетонного элемента на изгиб с кручением при кратковременном динамическом нагружении (фото).In FIG. 1 shows a stand for testing a reinforced concrete element for bending with torsion under short-term dynamic loading (photo).

На фиг. 2 изображен стенд для испытания железобетонного элемента на изгиб с кручением при статическом нагружении (фото).In FIG. 2 shows a stand for testing a reinforced concrete element for bending with torsion under static loading (photo).

На фиг. 3 представлен вариант крепления прогибомеров к строительной конструкции.In FIG. Figure 3 shows the option of attaching the deflection meters to the building structure.

На фиг. 4 представлен вариант крепления прогибомеров к силовому полу.In FIG. 4 shows the option of attaching the deflection meters to the force floor.

На фиг. 5 изображена модель испытательного стенда на воздействие изгибающего и крутящего моментов при кратковременном динамическом нагружении до приложения нагрузки.In FIG. 5 shows a model of a test bench for the effects of bending and torque during short-term dynamic loading before applying the load.

На фиг. 6 то же, что и на фиг. 5, но после приложения нагрузки.In FIG. 6 is the same as in FIG. 5, but after application of the load.

На фиг. 7 представлена принципиальная схема работы устройства для определения угла закручивания одной из частей испытуемого образца.In FIG. 7 is a schematic diagram of the operation of a device for determining the twist angle of one of the parts of the test sample.

На фиг. 8 приведены графики зависимости угла закручивания φ1 и φ2 от величины прикладываемой нагрузки Р для каждого расчетного сечения.In FIG. Figure 8 shows graphs of the dependence of the twist angle φ 1 and φ 2 on the magnitude of the applied load P for each design section.

На фиг. 9 приведен график зависимости полного угла закручивания φ от величины прикладываемой нагрузки Р, полученный сложением кривых на фиг. 8.In FIG. 9 is a graph of the dependence of the total twist angle φ on the magnitude of the applied load P obtained by adding the curves in FIG. 8.

Способ выполняют следующим образом.The method is as follows.

В качестве примера применения предложенного способа рассмотрено испытание железобетонного элемента с поперечным сечением b×h=200×100 мм длиной 2000 мм на действие изгибающего и крутящего моментов при кратковременном динамическом нагружении.As an example of the application of the proposed method, the test of a reinforced concrete element with a cross section b × h = 200 × 100 mm 2000 mm long for the action of bending and torque under short-term dynamic loading is considered.

Сначала, как и в прототипе, железобетонный элемент 1 устанавливается на опоры 2, в заданных местах крепятся оголовники с рычагами 3, на концы оголовников устанавливается распределительная траверса 4, передающая нагрузку на оголовники 3. При этом прикладываемая нагрузка может быть статической и создаваться с помощью гидравлического оборудования, обеспечивающего требуемое давление (воздействие) на распределительную траверсу (фиг. 2), или кратковременной динамической за счет передачи нарастающей энергии падающего на распределительную траверсу груза (фиг. 1).First, as in the prototype, the reinforced concrete element 1 is installed on the supports 2, at the specified places ogolovniki with levers 3 are mounted, at the ends of the ogolovniki installed distribution beam 4, which transfers the load to the ogolovniki 3. In this case, the applied load can be static and can be created using hydraulic equipment providing the required pressure (impact) on the distribution beam (Fig. 2), or short-term dynamic due to the transfer of increasing energy falling on the distribution grass RSU cargo (Fig. 1).

После сборки испытательного стенда (фиг. 1, фиг. 2) в намеченных заранее двух расчетных сечениях выполняют устройство для измерения угла закручивания конструкции. Основания электронных прогибомеров 6 жестко фиксируются на силовом полу (фиг. 4). На каждую из двух половин конструкции в непосредственной близости с рычагом оголовника симметрично относительно центральной оси элемента в его поперечном направлении устанавливают балку 5 (фиг. 3), имеющую одинаковые вылеты за грань железобетонного элемента. К балке 5 на одинаковом расстоянии от продольной оси элемента крепят штоки электронных прогибомеров 6, подключенных к измерительной системе. При этом соединение штоков с балкой должно исключить горизонтальные перемещение штока совместно с балкой при ее повороте. В конкретном данном примере это осуществляется шарнирным креплением штока на подвижной каретке 7, способной свободно перемещаться по длине балки.After assembling the test bench (Fig. 1, Fig. 2), a device for measuring the twist angle of the structure is made in two previously calculated design sections. The bases of the electronic deflection meters 6 are rigidly fixed on the force floor (Fig. 4). On each of the two halves of the structure in close proximity to the arm of the headband, a beam 5 (Fig. 3) is installed symmetrically with respect to the central axis of the element in its transverse direction, having the same projections beyond the edge of the reinforced concrete element. To the beam 5 at the same distance from the longitudinal axis of the element are attached the rods of electronic deflection meters 6 connected to the measuring system. In this case, the connection of the rods to the beam should exclude horizontal movement of the rod together with the beam when it is rotated. In this particular example, this is accomplished by hinging the rod on a movable carriage 7, capable of moving freely along the length of the beam.

Далее производится нагружение образца посредством падения груза на распределительную траверсу, в результате чего железобетонный образец прогибается под действием приложенной нагрузки и испытывает интенсивное кручение за счет наличия эксцентриситета приложения нагрузки (фиг. 6). Электронные прогибомеры 6 фиксируют изменение положения точек, расположенных на балке 5, на протяжении всего времени действия нагрузки.Next, the sample is loaded by dropping the load onto the distribution beam, as a result of which the reinforced concrete sample bends under the action of the applied load and experiences intense torsion due to the presence of the eccentricity of the load application (Fig. 6). Electronic deflection meters 6 record the change in the position of points located on the beam 5, throughout the duration of the load.

Принцип работы устройства для измерения угла закручивания конструкции заключается в следующем. На балке 5, установленной на образце 1, выбираются две точки А и В, расположенные на противоположных концах балки на одинаковом расстоянии от продольной оси элемента О, куда устанавливаются штоки электронных прогибомеров 6. Под одновременным действием изгибающего и крутящего моментов сечения образца изменяют свое положение в пространстве, и ранее намеченные точки оказываются в положении А″ и В″ (фиг. 7) соответственно. Данные вертикальные перемещения фиксируются прогибомерами и являются исходной информацией fmax и fmin, необходимой и достаточной для определения угла закручивания образца и прогиба в данном сечении. Данные перемещения можно представить в виде суммы перемещений, вызванных действием изгибающего момента fпр=АА′=ВВ′, и перемещений, обусловленных действием крутящих моментов fкр=А′А″=В′В″. Тогда перемещения образца от действия изгибающего момента (прогиб) будут определены как:The principle of operation of the device for measuring the angle of twist of the structure is as follows. On the beam 5 mounted on the sample 1, two points A and B are selected, located at opposite ends of the beam at the same distance from the longitudinal axis of the element O, where the rods of the electronic deflection meters 6 are installed. Under the simultaneous action of bending and torque sections of the sample change their position in space, and previously marked points are in position A ″ and B ″ (Fig. 7), respectively. These vertical displacements are recorded by the deflection meters and are the initial information f max and f min necessary and sufficient to determine the angle of twist of the sample and deflection in this section. The displacement data can be represented as the sum of the displacements caused by the action of the bending moment f pr = AA ′ = BB ′ and the displacements caused by the action of the torques f cr = A′A ″ = B′B ″. Then the movement of the sample from the action of the bending moment (deflection) will be defined as:

Figure 00000006
Figure 00000006

где fпр - перемещения конструкции (прогиб), обусловленные действием изгибающего момента;where f CR - structural displacement (deflection), due to the action of the bending moment;

fmax, fmin - значения вертикальных перемещений двух точек, взятых на противоположных гранях образца и расположенных в одной плоскости его поперечного сечения (расчетного сечения).f max , f min - the values of the vertical displacements of two points taken on opposite sides of the sample and located in the same plane of its cross section (design section).

Перемещения образца, возникающие от действия крутящего момента, могут быть определены следующим образом:The movement of the sample arising from the action of torque can be determined as follows:

Figure 00000007
Figure 00000007

где fкр - перемещения конструкции, обусловленные действием крутящего момента.where f cr - displacement of the structure due to the action of torque.

Зная величину перемещений образца по горизонтали, по известным свойствам прямоугольного треугольника можно определить угол треугольника по известным катетам, который в свою очередь и будет являться углом закручивания образца в рассматриваемом расчетном сечении:Knowing the horizontal displacements of the sample, using the well-known properties of a right-angled triangle, you can determine the angle of the triangle using known legs, which in turn will be the twist angle of the sample in the considered design section:

Figure 00000008
Figure 00000008

Полный угол закручивания определяют как сумму углов закручивания двух разных частей, имеющих деформации кручения одного знака по всей длине части:The full twist angle is defined as the sum of the twist angles of two different parts having torsional strains of the same sign along the entire length of the part:

φ=φ12 , φ = φ 1 + φ 2,

где φ1 - абсолютный угол закручивания испытуемого образца на одном конце образца вблизи оголовника;where φ 1 is the absolute twist angle of the test sample at one end of the sample near the headband;

φ2 - абсолютный угол закручивания испытуемого образца на втором конце образца вблизи оголовника.φ 2 is the absolute twist angle of the test sample at the second end of the sample near the headband.

Таким образом, измеряя изменение положения двух точек расчетного сечения в пространстве, с помощью предложенного способа можно определить прогибы и углы закручивания для каждого сечения образца, а также полный угол закручивания конструкции (фиг. 6, фиг. 9).Thus, by measuring the change in the position of two points of the calculated cross section in space, using the proposed method, it is possible to determine the deflections and twist angles for each cross section of the sample, as well as the full twist angle of the structure (Fig. 6, Fig. 9).

Определим полный угол закручивания для приведенного примера. В ходе испытаний были получены перемещения точек fmax,1, fmin,1 и fmax,2, fmin,2, попарно расположенных в расчетных сечениях 1 и 2 железобетонного элемента (с двух противоположных концов, вблизи оголовников), которые представлены в таблице:Define the full twist angle for the given example. During the tests, the displacements of the points f max, 1 , f min, 1 and f max, 2 , f min, 2 , pairwise located in the calculated sections 1 and 2 of the reinforced concrete element (from two opposite ends, near the head-ends), which are presented in table:

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Расчеты абсолютных вертикальных прогибов железобетонного элемента для сечений 1 и 2 показаны на примере для максимальной достигнутой при испытании нагрузки 39,24 кН, который производится следующим образом:The calculations of the absolute vertical deflections of the reinforced concrete element for sections 1 and 2 are shown as an example for the maximum load achieved during the test of 39.24 kN, which is performed as follows:

Figure 00000011
Figure 00000011

Абсолютные углы закручивания для расчетных сечений с учетом расстояния от центральной оси элемента до расчетных точек:Absolute torsion angles for design cross-sections, taking into account the distance from the central axis of the element to the design points:

Figure 00000012
Figure 00000012

И соответственно абсолютный (полный) угол закручивания конструкции составит:And accordingly, the absolute (full) twist angle of the structure will be:

φ=φ12=0,0122+0,0076=0,0198 рад.φ = φ 1 + φ 2 = 0.0122 + 0.0076 = 0.0198 rad.

Применив данный способ вычисления углов закручивания для всех точек, можно получить графики зависимости развития абсолютных величин углов закручивания от нагрузки (фиг. 8, фиг. 9).Applying this method of calculating the twist angles for all points, one can obtain graphs of the dependence of the development of the absolute values of the twist angles on the load (Fig. 8, Fig. 9).

Таким образом, заявленный способ позволяет получить полную картину напряженно-деформированного состояния испытуемого образца от воздействия нагрузки.Thus, the claimed method allows to obtain a complete picture of the stress-strain state of the test sample from the effects of the load.

Claims (4)

1. Способ испытания строительных конструкций на изгиб с кручением при статическом и кратковременном динамическом воздействии, согласно которому сначала испытуемый образец устанавливают на жесткие опоры, в заданных местах на испытуемом образце закрепляют оголовники с противоположно направленными вылетами, на вылетах оголовников размещают концы распределительной траверсы, затем через распределительную траверсу испытуемый образец нагружают и исследуют его деформированное состояние, вызванное одновременным изгибом и кручением под воздействием нагрузки, фиксируя перемещения в сечениях испытуемого образца, отличающийся тем, что деформированное состояние испытуемого образца оценивают по абсолютному значению вертикальных прогибов испытуемого образца и абсолютному углу закручивания испытуемого образца, для этого одновременно с двух сторон от продольной оси испытуемого образца вблизи каждого из оголовников и симметрично относительно продольной оси испытуемого образца устанавливают прогибомеры, с помощью которых измеряют вертикальные перемещения противоположных сторон испытуемого образца под воздействием заданной нагрузки, причем каждый прогибомер устанавливают с возможностью обеспечения строго вертикального положения подвижного штока, а абсолютный вертикальный прогиб fпр в рассматриваемом сечении испытуемого образца определяют по формуле:
Figure 00000013

где fmax и fmin - значения вертикальных перемещений противоположных сторон испытуемого образца, соответственно максимальное и минимальное,
при этом полный абсолютный угол закручивания φ испытуемого образца определяют по формуле:
φ=φ12,
где
Figure 00000014

Figure 00000015

φ1 - абсолютный угол закручивания испытуемого образца на одном конце образца вблизи оголовника;
fmax,1 и fmin,1 - значения вертикальных перемещений противоположных сторон испытуемого образца, соответственно максимальное и минимальное, на одном конце испытуемого образца вблизи оголовника;
φ2 - абсолютный угол закручивания испытуемого образца на втором конце образца вблизи оголовника;
fmax,2 и fmin,2 - значения вертикальных перемещений противоположных сторон испытуемого образца, соответственно максимальное и минимальное, на втором конце испытуемого образца вблизи оголовника;
L - расстояние от продольной оси испытуемого образца до оси прогибомера.
1. A method of testing building structures for bending with torsion under static and short-term dynamic effects, according to which the test specimen is first mounted on rigid supports, at the specified places on the test specimen, head-ends with oppositely directed outlets are fixed, the ends of the distribution traverse are placed on the outriggers, then through distribution beam, the test specimen is loaded and its deformed state, caused by simultaneous bending and torsion under load, fixing the movement in the cross sections of the test sample, characterized in that the deformed state of the test sample is estimated by the absolute value of the vertical deflections of the test sample and the absolute twist angle of the test sample, for this simultaneously from two sides of the longitudinal axis of the test sample near each of the head-ends and symmetrically relative to the longitudinal axis of the test sample, deflection gauges are installed, with which the vertical displacements of opposite the sides of the test sample under the influence of a given load, and each deflection meter is installed with the ability to ensure strictly vertical position of the movable rod, and the absolute vertical deflection f CR in the considered section of the test sample is determined by the formula:
Figure 00000013

where f max and f min are the values of the vertical displacements of the opposite sides of the test sample, respectively, the maximum and minimum,
while the total absolute twist angle φ of the test sample is determined by the formula:
φ = φ 1 + φ 2 ,
Where
Figure 00000014

Figure 00000015

φ 1 - the absolute angle of twist of the test sample at one end of the sample near the headband;
f max, 1 and f min, 1 are the values of the vertical displacements of the opposite sides of the test sample, respectively, the maximum and minimum, at one end of the test sample near the headband;
φ 2 is the absolute twist angle of the test sample at the second end of the sample near the headband;
f max, 2 and f min, 2 are the values of the vertical displacements of the opposite sides of the test sample, respectively, the maximum and minimum, at the second end of the test sample near the headband;
L is the distance from the longitudinal axis of the test sample to the axis of the deflection meter.
2. Способ испытания строительных конструкций по п. 1, отличающийся тем, что вблизи оголовников на испытуемом образце перпендикулярно его продольной оси закрепляют балку, обеспечивая одинаковые вылеты концов балки за боковую грань, основания прогибомеров фиксируют жестко на силовом полу, а их подвижные штоки соединяют шарнирно с каретками, установленными с возможностью перемещения вдоль балки.2. The method of testing building structures according to claim 1, characterized in that a beam is fixed perpendicular to its longitudinal axis near the headbands on the test specimen, ensuring the same projections of the ends of the beam over the side face, the bases of the deflection meters are fixed rigidly on the force floor, and their movable rods are pivotally connected with carriages mounted to move along the beam. 3. Способ испытания строительных конструкций по п. 1, отличающийся тем, что испытуемый образец нагружают статической нагрузкой.3. The method of testing building structures according to claim 1, characterized in that the test sample is loaded with a static load. 4. Способ испытания строительных конструкций по п. 1, отличающийся тем, что испытуемый образец нагружают кратковременной динамической нагрузкой. 4. The method of testing building structures according to claim 1, characterized in that the test sample is loaded with a short-term dynamic load.
RU2015101043/28A 2015-01-12 2015-01-12 Method of testing building structures for bending with torsion at static and dynamic short-term action RU2578662C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015101043/28A RU2578662C1 (en) 2015-01-12 2015-01-12 Method of testing building structures for bending with torsion at static and dynamic short-term action

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015101043/28A RU2578662C1 (en) 2015-01-12 2015-01-12 Method of testing building structures for bending with torsion at static and dynamic short-term action

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2578662C1 true RU2578662C1 (en) 2016-03-27

Family

ID=55656785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015101043/28A RU2578662C1 (en) 2015-01-12 2015-01-12 Method of testing building structures for bending with torsion at static and dynamic short-term action

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2578662C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110849565A (en) * 2019-12-19 2020-02-28 中国人民解放军陆军工程大学 Universal device for space truss structure torsion experiment and use method
CN111307623A (en) * 2020-04-20 2020-06-19 太原理工大学 Impact tension-torsion loading experimental device
CN116598953A (en) * 2023-03-23 2023-08-15 深中通道管理中心 Large-diameter main cable riding type cable clamping empty cable state torsion control method and system
RU2803397C1 (en) * 2023-05-04 2023-09-12 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" Complex for testing building structures for bending with torsion under static long-term and short-term exposure

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1656394A1 (en) * 1989-05-03 1991-06-15 Московское Научно-Исследовательское И Проектно-Конструкторское Отделение Всесоюзного Государственного Научно-Исследовательского, Проектно-Конструкторского И Изыскательского Института "Атомэнергопроект" Apparatus for testing specimens for strength in process of bending with torsion
RU56618U1 (en) * 2006-04-20 2006-09-10 Красноярская государственная архитектурно-строительная академия КрасГАСА TEST STAND
RU61881U1 (en) * 2006-11-15 2007-03-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ГОУВПО "ТГАСУ") BENCH FOR TESTING REINFORCED CONCRETE ELEMENTS FOR COMPRESSION WITH SHORT DYNAMIC Torsion
WO2007042275A1 (en) * 2005-10-14 2007-04-19 Montanuniversität Leoben Method and device for checking a sample body by combined rotational bending and torsion loading

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1656394A1 (en) * 1989-05-03 1991-06-15 Московское Научно-Исследовательское И Проектно-Конструкторское Отделение Всесоюзного Государственного Научно-Исследовательского, Проектно-Конструкторского И Изыскательского Института "Атомэнергопроект" Apparatus for testing specimens for strength in process of bending with torsion
WO2007042275A1 (en) * 2005-10-14 2007-04-19 Montanuniversität Leoben Method and device for checking a sample body by combined rotational bending and torsion loading
RU56618U1 (en) * 2006-04-20 2006-09-10 Красноярская государственная архитектурно-строительная академия КрасГАСА TEST STAND
RU61881U1 (en) * 2006-11-15 2007-03-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ГОУВПО "ТГАСУ") BENCH FOR TESTING REINFORCED CONCRETE ELEMENTS FOR COMPRESSION WITH SHORT DYNAMIC Torsion

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110849565A (en) * 2019-12-19 2020-02-28 中国人民解放军陆军工程大学 Universal device for space truss structure torsion experiment and use method
CN111307623A (en) * 2020-04-20 2020-06-19 太原理工大学 Impact tension-torsion loading experimental device
CN116598953A (en) * 2023-03-23 2023-08-15 深中通道管理中心 Large-diameter main cable riding type cable clamping empty cable state torsion control method and system
CN116598953B (en) * 2023-03-23 2024-03-29 深中通道管理中心 Large-diameter main cable riding type cable clamping empty cable state torsion control method and system
RU2803397C1 (en) * 2023-05-04 2023-09-12 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" Complex for testing building structures for bending with torsion under static long-term and short-term exposure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Development and application of a relative displacement sensor for structural health monitoring of composite bridges
Rebecchi et al. Estimate of the axial force in slender beams with unknown boundary conditions using one flexural mode shape
Arrayago et al. Experimental study on ferritic stainless steel RHS and SHS beam-columns
RU2578662C1 (en) Method of testing building structures for bending with torsion at static and dynamic short-term action
CN105571503B (en) A kind of wind electricity blade Vertical Static loading bidirectional displacement deformation accurately measures method and device
Poozesh et al. Full field inspection of a utility scale wind turbine blade using digital image correlation
Dias-da-Costa et al. Curvature assessment of reinforced concrete beams using photogrammetric techniques
Tullini Bending tests to estimate the axial force in slender beams with unknown boundary conditions
JP2014025862A (en) Strength testing apparatus and strength testing method for structures
Bonopera et al. Compressive column load identification in steel space frames using second-order deflection-based methods
Biswal et al. Measurement of existing prestressing force in concrete structures through an embedded vibrating beam strain gauge
JP6155115B2 (en) Force test equipment
Zhang et al. Characterization of the strain-life fatigue properties of thin sheet metal using an optical extensometer
Zhong et al. New non-destructive dynamic tensile testing of prestressing fine-rolled screw-threaded steel bars
KR100856734B1 (en) The standard test system for the cable tension measurement of suspension system
Capozucca et al. NSM technique: Bond of CFRP rods and static/dynamic response of strengthened RC beams
RU148401U1 (en) STAND FOR TESTING REINFORCED CONCRETE ELEMENTS WITH A FIXED DEGREE OF HORIZONTAL COMPRESSION TO STATIC BEND
Barnat et al. Experimental Analysis of Lateral Torsional Buckling of Beams with Selected Cross-Section Types
Castellanos-Toro et al. Evaluation of experimental techniques for performance estimation of post-tensioned concrete beams
Halding et al. Structural response of full-scale concrete bridges subjected to high load magnitudes
RU2589217C1 (en) Volumetric strain-gauging apparatus
JP6554065B2 (en) Method and system for evaluating deterioration state of metal structure
CN104462801B (en) A kind of determination methods of Large-diameter Steel pull bar stress
Fröse et al. Investigations on the bond behavior of ribbed reinforcing bars with the use of fiber-optic strain measurement
Foppoli et al. Laboratory and in situ calibrations of new flat jack method for assessing masonry shear characteristics

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170113