RU2646540C1

RU2646540C1 - Experimental unit (stand) for studying multi-factor dependence of pile damping coefficient when interacting with ground

Info

Publication number: RU2646540C1
Application number: RU2017116082A
Authority: RU
Inventors: Валерий Игоревич Сутырин; Эльвира Рафаэльевна Кужахметова
Priority date: 2017-05-05
Filing date: 2017-05-05
Publication date: 2018-03-05

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: experimental unit consists of a tray, an earth array, and a simulated pile. The metal tray vibrating on the vibration stand with ground and the pile driven into it, which upper part is connected to the metal head, in which two horizontal pins and one vertical pin are fixed symmetrically and radially at 180° angle and one vertical pin oriented along the longitudinal axis of the pile with weights moving along the thread of pins.

EFFECT: it is possible to study characteristics of pile damping when interacting with ground.

2 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области вибрационной техники, а именно к конструкциям свайных фундаментов зданий и сооружений гражданского и промышленного назначения.The present invention relates to the field of vibration technology, and in particular to structures of pile foundations of buildings and structures for civil and industrial purposes.

Известна и широко применяется вибро-вдавливающая установка, погружающая сваю за счет комбинированного воздействия на нее вибрации и статической нагрузки и состоящая из двух рам. На задней раме находится электрогенератор, работающий от тракторного двигателя, и двухбарабанная лебедка, на передней раме направляющая стрела с вибропогружателем и блочки, через которые проходит к вибропогружателю вдавливающий канат от лебедки. На сваю действует вибрация, создаваемая низкочастотным погружателем с подрессорной плитой (С.С. Атаев, Н.Н. Данилов, Б.В. Прыткин и др. «Технология строительного производства»: Учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 1984. - Рис. VIII. 8, б стр. 176).Known and widely used vibration-pressing installation, immersing the pile due to the combined effect of vibration and static load on it and consisting of two frames. On the rear frame there is an electric generator, powered by a tractor engine, and a double-drum winch, on the front frame there is a guiding arrow with a vibrator and blocks through which the pressure cable from the winch passes to the vibrator. The vibration acts on the pile, created by a low-frequency loader with a sprung plate (S. S. Ataev, NN Danilov, B. V. Prytkin and others. “Construction production technology”: Textbook for high schools. - M .: Stroyizdat, 1984. - Fig. VIII. 8, b p. 176).

Недостатком данного технического решения является невозможность определения коэффициента демпфирования β для сваи и грунта.The disadvantage of this technical solution is the inability to determine the damping coefficient β for piles and soil.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является вибропогружатель сваи, представляющий собой электромеханическую машину вибрационного действия, подвешенную к мачте сваепогружающей установки и соединенную наголовником со сваей (см. С.С. Атаев, Н.Н. Данилов, Б.В. Прыткин и др. «Технология строительного производства»: Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1984. - Рис. VIII. 6, a, б стр. 174).Closest to the claimed technical solution is a pile vibrator, which is an electromechanical machine with vibration action, suspended from the mast of a pile loading rig and connected by a headgear to a pile (see S.S. Ataev, N.N. Danilov, B.V. Prytkin, etc. "Technology of construction production": Textbook for universities. - M .: Stroyizdat, 1984. - Fig. VIII. 6, a, b p. 174).

Недостатком данного технического решения является вынуждающее вибрационно-силовое действие вибропогружателя, направленного непосредственно на сваю, задающее характеристики вибрации сваи и исключающее инструментальный анализ особенностей ее демпфирования.The disadvantage of this technical solution is forcing the vibrational-force action of the vibrator, directed directly to the pile, specifying the vibration characteristics of the pile and excluding instrumental analysis of the features of its damping.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является определение демпфирующих характеристик свай при взаимодействии с грунтом.The task to which the invention is directed is to determine the damping characteristics of piles when interacting with the soil.

Поставленная задача решается за счет того, что экспериментальная установка (стенд) для изучения многофакторной зависимости коэффициента демпфирования сваи при взаимодействии с грунтом содержит вибрируемый на вибростенде металлический лоток с грунтом и забитой в него сваей, верхняя часть которой соединена с металлическим наголовником, в котором жестко, симметрично и радиально под углом 180° закреплены две горизонтальные шпильки и одна вертикальная шпилька, ориентированная вдоль продольной оси сваи, с перемещающимися по резьбе шпилек грузами-гирями.The problem is solved due to the fact that the experimental setup (bench) for studying the multifactorial dependence of the damping coefficient of the pile when interacting with the soil contains a metal tray vibrated on a vibrating stand with soil and a pile hammered into it, the upper part of which is connected to a metal headgear in which it is rigidly symmetrically and radially at an angle of 180 ° two horizontal studs and one vertical stud, oriented along the longitudinal axis of the piles, with moving studs g ties-weights.

Техническим результатом, достигаемым приведенной совокупностью признаков, является возможность изучения особенностей демпфирования сваи при ее взаимодействии с грунтом за счет втягивания сваи в вынужденную вибрацию через вибрирующий грунт, в результате чего появляется возможность определения коэффициента демпфирования β сваи грунтом.The technical result achieved by the given set of features is the possibility of studying the features of pile damping during its interaction with the soil by pulling the pile into forced vibration through vibrating soil, as a result of which it becomes possible to determine the damping coefficient β of the pile with soil.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства поясняющего сущность заявляемого изобретения.In FIG. 1 presents a General view of a device explaining the essence of the claimed invention.

Экспериментальная установка (стенд) для изучения многофакторной зависимости коэффициента демпфирования сваи при ее взаимодействии с грунтом включает модельную сваю 1, забитую в грунт 2, находящийся в металлическом лотке 3 на опорах 4 с основанием 5, закрепленном на опорном столе 6 вибростенда 7. Причем на верхней части сваи 1, изготовленной из конструкционного материала, например из железобетона, жестко закреплен шпилькой 8 металлический наголовник 9 с отверстиями. В верхнем отверстии крепится вертикальная резьбовая шпилька 10 с грузами 11. В боковые симметричные отверстия завинчиваются горизонтальные шпильки 12 с грузами (гирями) 13, перемещающимися по резьбе в горизонтальной плоскости. Положения грузов 11 и 13 на шпильках 10 и 12 фиксируются гайками 14, датчики ускорений 15, соединенные с измерительной системой вибростенда, жестко крепятся на наголовнике 9 сваи 1 и на опорном столе 6 вибростенда 7.An experimental setup (bench) for studying the multifactorial dependence of the damping coefficient of a pile during its interaction with the soil includes a model pile 1, driven into soil 2, located in a metal tray 3 on supports 4 with a base 5, mounted on a support table 6 of the vibration stand 7. Moreover, on the top part of the pile 1, made of structural material, for example reinforced concrete, is rigidly fixed with a pin 8 metal cap 9 with holes. A vertical threaded rod 10 with weights 11 is fastened in the upper hole. Horizontal studs 12 with weights (weights) 13 moving along the thread in a horizontal plane are screwed into symmetrical lateral holes. The positions of the weights 11 and 13 on the studs 10 and 12 are fixed with nuts 14, the acceleration sensors 15 connected to the measuring system of the vibration bench are rigidly mounted on the headrest 9 of the pile 1 and on the supporting table 6 of the vibration bench 7.

Работает устройство следующим образом. Модельная свая 1 забивается в грунтовый массив 2. Грунт 2 помещен в металлический лоток 3, установленный на опорах 4 с основанием 5, закрепленным на опорном столе 6 вибростенда 7. В верхней части сваи 1, находящейся в грунтовом массиве 2, жестко закреплен шпилькой 8 металлический наголовник 9 с отверстиями. В верхнее отверстие помещается и крепится, например, с помощью резьбового соединения вертикальная шпилька 10 с грузами 11, обеспечивающими необходимую вертикальную нагрузку сваи 1. В боковые симметричные отверстия завинчивается горизонтальная шпилька 12 с грузами (гирями) 13, которые могут перемещаться по резьбе в горизонтальной плоскости. Положение грузов 11 и 13 на шпильках 10 и 12 фиксируются гайками 14. На наголовнике сваи, а также на опорном столе вибростенда жестко крепятся датчики ускорений 15, соединенные с измерительной системой вибростенда.The device operates as follows. Model pile 1 is hammered into the soil array 2. Soil 2 is placed in a metal tray 3, mounted on supports 4 with a base 5, mounted on the support table 6 of the vibration stand 7. In the upper part of the pile 1, located in the soil array 2, metal pin is rigidly fixed with a pin 8 cap 9 with holes. For example, a vertical pin 10 with weights 11, which provide the necessary vertical load for piles 1, is placed and fastened into the upper hole, for example, by means of a threaded connection. A horizontal pin 12 with weights (weights) 13, which can move along the thread in a horizontal plane, is screwed into the side symmetrical holes. . The position of the loads 11 and 13 on the studs 10 and 12 is fixed by nuts 14. On the headrest piles, as well as on the support table of the vibration bench, acceleration sensors 15 are connected rigidly to the measuring system of the vibration bench.

При работе вибростенда 7 свая 1 втягивается в колебательный процесс через грунтовый массив 2. Изменяя частоту ω колебаний опорного стола 6 вибростенда 7 и замеряя при помощи датчиков относительную амплитуду колебаний А сваи, можно построить ее амплитудно-частотную характеристику А(ω) в районе резонансной частоты ω_рез (Фиг. 2), задаваемой величиной массы груза 13 (М) и его состоянием (L) от точки закрепления шпильки 12 в металлическом оголовке 9. При этом резонансная частота ω_рез колебаний груза 13 массой М на консольной балке длиной L приближенно определяется по формуле [1]:When the vibrostand 7 is operating, pile 1 is pulled into the oscillation process through the soil mass 2. By changing the frequency ω of the vibrations of the support table 6 of the vibrostand 7 and measuring the relative amplitude of vibrations A of the pile using sensors, it is possible to construct its amplitude-frequency characteristic A (ω) in the region of the resonant frequency ω _cut (Fig. 2), defined by the mass of the load 13 (M) and its state (L) from the fastening point of the stud 12 in the metal head 9. In this case, the resonant frequency ω _{cut of the} oscillations of the load 13 by mass M on a cantilever beam of length L is approximately is defined by the formula [1]:

Коэффициент потерь η на частоте колебаний ω_рез определяется по формуле [2]:The loss coefficient η at the oscillation frequency ω _res is determined by the formula [2]:

где ω₂ и ω₁ представляют собственные частоты резонансных амплитуд, определенных на уровне А_о=A_peз/n, отсюда, n=2(1/2).where ω ₂ and ω ₁ represent the eigenfrequencies of the resonant amplitudes determined at the level A _o = A _pez / n, hence, n = 2 (1/2).

Перемещением грузов 13 обеспечивается изменение ω_рез и построение зависимости коэффициента потерь от частоты вынужденных колебаний ω. Изменением массы грузов 11 обеспечивается построение зависимости коэффициента потерь от нагрузки сваи 1. Изменением амплитуды колебаний вибростенда обеспечивается построение зависимости коэффициента потерь от амплитуд колебаний грунтового массива.Moving the cargo 13 provides a change in ω _rez and the construction of the dependence of the loss coefficient on the frequency of the forced oscillations ω. By changing the mass of goods 11, the dependence of the loss coefficient on the load of the pile 1 is provided. By changing the amplitude of the vibrations of the vibrating stand, the dependence of the coefficient of losses on the amplitudes of the oscillations of the soil mass is provided.

Таким образом, в предлагаемой экспериментальной установке втягивание сваи в колебательный процесс осуществляется через колеблющийся грунтовой массив, что соответствует реальному сейсмическому явлению.Thus, in the proposed experimental setup, the pile is pulled into the oscillatory process through an oscillating soil mass, which corresponds to a real seismic phenomenon.

За счет смешения грузов по горизонтальным шпилькам изменяется резонансная частота колебаний сваи, за счет чего обеспечивается возможность определения зависимости коэффициента демпфирования сваи от частоты внешнего воздействия.By mixing weights along the horizontal pins, the resonant frequency of the pile oscillations changes, which makes it possible to determine the dependence of the damping coefficient of the pile on the frequency of external influences.

Симметричное расположение грузов на шпильках обеспечивает вертикальное перемещение сваи, поскольку горизонтальные центробежные силы взаимно компенсируются. Несимметричное расположение грузов на шпильках вызывает не только вертикальные, но и горизонтальные колебания, что обеспечивает двухкомпонентный анализ указанной зависимости.The symmetrical arrangement of the loads on the heels ensures vertical movement of the piles, since the horizontal centrifugal forces are mutually compensated. The asymmetric arrangement of the loads on the heels causes not only vertical, but also horizontal vibrations, which provides a two-component analysis of this dependence.

Изменение массы груза, закрепляемого на вертикальной шпильке, позволяет варьировать вертикальную нагрузку на сваю. Система управления вибростенда обеспечивает проведение испытаний сваи при различных амплитудах и частотах колебаний стенда.Changing the mass of the load, fixed on a vertical stud, allows you to vary the vertical load on the pile. The control system of the vibrating stand provides testing piles at various amplitudes and frequencies of vibration of the stand.

Критериями подобия при моделировании сваи служат следующие зависимости: mω²/k (критерий подобия по частоте); mk/с² (критерий подобия по сопротивлению), где m - приведенная масса сваи, k - приведенная жесткость сваи в грунте, с - коэффициент сопротивления, ω - частота колебаний сваи.The similarity criteria for pile modeling are the following dependencies: mω ² / k (frequency similarity criterion); mk / s ² (similarity criterion for resistance), where m is the reduced mass of the pile, k is the reduced rigidity of the pile in the soil, s is the resistance coefficient, ω is the vibration frequency of the pile.

Предлагаемая экспериментальная установка позволяет определить зависимость коэффициента демпфирования при взаимодействии сваи с грунтом от частоты внешнего воздействия, амплитуды колебаний, типа, плотности, влажности и температуры грунта, вертикальной и горизонтальной нагрузки на сваю, а также материала сваи (коэффициента трения).The proposed experimental setup makes it possible to determine the dependence of the damping coefficient during the interaction of the pile with the soil on the frequency of external influence, vibration amplitude, type, density, humidity and temperature of the soil, vertical and horizontal loads on the pile, and also the material of the pile (friction coefficient).

Claims

An experimental setup (bench) for studying the multifactorial dependence of the damping coefficient of a pile when interacting with soil, consisting of a tray, soil mass and a simulated pile, characterized in that the metal tray vibrated on a vibrating stand with soil and a pile hammered into it, the upper part of which is connected to a metal a headgear in which two horizontal studs and one vertical stud oriented along the longitudinal axis of the pile are fixed, symmetrically and radially at an angle of 180 °, with displacement schimisya threaded studs weights - dumbbells.