RU84552U1

RU84552U1 - INSTALLATION FOR TESTS OF REINFORCED CONCRETE BEAM FOR A SHORT DYNAMIC LOAD WHEN BENDING AND DETERMINING ITS OWN FREQUENCY OF OSCILLATIONS

Info

Publication number: RU84552U1
Application number: RU2008145526/22U
Authority: RU
Inventors: Василий Сергеевич Плевков; Георгий Иванович Однокопылов; Дмитрий Юрьевич Саркисов; Олег Юрьевич Тигай; Роман Александрович Плевков
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2009-07-10

Abstract

1. Установка для проведения испытаний железобетонной балки на кратковременную динамическую нагрузку при изгибе и определения ее собственной частоты колебаний, содержащая опорные элементы для экспериментального железобетонного образца и нагружающее устройство в виде копровой установки, смонтированные на силовом полу, ролики, один из которых размещен неподвижно в вырезе одного из опорных элементов, а второй - в вырезе второго опорного элемента с возможностью горизонтального перемещения, и на каждом из роликов установлена металлическая пластина для размещения концов железобетонного образца, загрузочную траверсу, на которой закреплен силоизмеритель, экспериментальный груз, помещенный на силоизмерителе, и измерительную систему, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит независимую опору, жестко закрепленную на силовом полу с возможностью демонтажа, задающий генератор, вибратор, закрепленный на независимой опоре с возможностью упора в экспериментальный груз и подключенный через усилитель к задающему генератору, и датчик ускорения, установленный в центре железобетонного образца, который через второй усилитель подключен к измерительной системе. ! 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что для обжатия железобетонного образца использован гидравлический домкрат.1. Installation for testing a reinforced concrete beam for a short-term dynamic load during bending and determining its own vibration frequency, containing supporting elements for an experimental reinforced concrete sample and a loading device in the form of a pile rig mounted on a power floor, rollers, one of which is stationary in the cutout one of the supporting elements, and the second - in the cutout of the second supporting element with the possibility of horizontal movement, and on each of the rollers installed metal a plate for accommodating the ends of the reinforced concrete sample, a loading beam, on which a load meter is fixed, an experimental load placed on the load meter, and a measuring system, characterized in that it further comprises an independent support rigidly fixed to the power floor with the possibility of dismantling, a master oscillator, a vibrator, fixed on an independent support with the possibility of abutment in the experimental load and connected through an amplifier to a master oscillator, and an acceleration sensor mounted in the center of the glands a concrete sample that is connected to a measuring system through a second amplifier. ! 2. Installation according to claim 1, characterized in that a hydraulic jack is used to crimp the reinforced concrete sample.

Description

Полезная модель относится к испытательной технике, а именно к установкам для проведения испытаний железобетонных балок на кратковременную динамическую нагрузку и определения ее собственной частоты колебаний, используемой при последующей обработке результатов.The utility model relates to testing equipment, namely, to installations for testing reinforced concrete beams for short-term dynamic load and determining its own vibration frequency used in the subsequent processing of the results.

Аналогом заявляемого устройства является испытательная машина для динамических испытаний железобетонных элементов на ударную нагрузку при помощи энергии падающего груза, представленная в сборнике: Impact: Eff. Fast Transient Loadings: Proc.1^st Int. Conf.Eff. Fast Transient Loadings. Lausanne, p.37-65. Название статьи: Constitutive modeling of concrete under impact loading (Определяющие соотношения для бетона под действием ударной нагрузки). Авторы: John. R., Shah S.P. Машина включает в себя нагружающее устройство, состоящее из бетонного основания, колонн, груза, силового привода нагружения, электротензометрического датчика силы, датчика деформаций, датчика ускорений, датчика скорости и оптического измерительного блока подключенного к ЭВМ. Этой машиной обеспечивается испытание железобетонных элементов на изгиб. При этом нет возможности обжать элемент продольной сжимающей силой. Достоверность испытаний повышается за счет автоматического вычисления напряжений и деформаций от изгиба.An analogue of the claimed device is a testing machine for dynamic testing of reinforced concrete elements for impact load using the energy of a falling load, presented in the collection: Impact: Eff. Fast Transient Loadings: Proc. 1 ^st Int. Conf.Eff. Fast Transient Loadings. Lausanne, p. 37-65. Article title: Constitutive modeling of concrete under impact loading (Impact ratios for concrete). Authors: John. R., Shah SP The machine includes a loading device consisting of a concrete base, columns, load, load drive, an electro-strain gauge force sensor, a strain sensor, an acceleration sensor, a speed sensor and an optical measuring unit connected to a computer. This machine provides bending testing of reinforced concrete elements. At the same time, it is not possible to compress the element with longitudinal compressive force. Test reliability is enhanced by automatically calculating bending stresses and deformations.

Однако данная испытательная машина не позволяет перед испытанием на кратковременную динамическую нагрузку определить частоту собственных колебаний железобетонной балки, что приводит к неточностям при обработке экспериментальных данных.However, this test machine does not allow determining the frequency of natural vibrations of a reinforced concrete beam before testing for a short-term dynamic load, which leads to inaccuracies in the processing of experimental data.

Существуют испытательные системы, которые позволяют определить частоту собственных колебаний железобетонных балок.There are test systems that allow you to determine the frequency of natural vibrations of reinforced concrete beams.

Известна разработанная ранее схема испытания вибрационных объектов, которая позволяет реализовать способ по патенту РФ на изобретение №1773164. Данная схема включает в себя экспериментальный образец, закрепленный на опорах, вибратор, генератор качающейся частоты, усилитель мощности и определенную измерительную систему, в состав которой входят базовый и контрольный датчик ускорений, предусилители частоты, аналого-цифровые преобразователи, решающее устройство, запоминающее устройство и графопостроители. Определяется собственная частота и добротность испытуемого объекта, а затем с помощью генератора качающейся частоты и усилителя мощности происходит воздействие на объект гармонической вибрацией с амплитудой, выбранной в соответствии со значениями собственной частоты и добротности из условия равенства максимальных реакций объекта при гармонической и имитируемой случайной вибрации. Предложенная схема устройства позволяет повысить точность определения амплитуды гармонической вибрации.Known previously developed test scheme of vibration objects, which allows you to implement the method according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 1773164. This scheme includes an experimental sample mounted on poles, a vibrator, a oscillating frequency generator, a power amplifier and a certain measuring system, which includes a basic and control acceleration sensor, frequency preamps, analog-to-digital converters, a solver, a storage device, and plotters . The natural frequency and quality factor of the tested object is determined, and then, using the oscillating frequency generator and power amplifier, the object is affected by harmonic vibration with an amplitude selected in accordance with the values of the natural frequency and quality factor from the condition that the maximum reactions of the object with harmonic and simulated random vibration are equal. The proposed circuit of the device allows to increase the accuracy of determining the amplitude of harmonic vibration.

Однако, учитывая частоты, определяемые с помощью этого устройства и предложенного способа при испытании железобетонной конструкции на динамическую нагрузку с ее разрушением невозможно получить точные и достоверные результаты, так как железобетонные конструкции от образца к образцу имеют разброс собственных частот, вследствие специфики изготовления железобетонных конструкций.However, taking into account the frequencies determined using this device and the proposed method when testing a reinforced concrete structure for a dynamic load with its destruction, it is impossible to obtain accurate and reliable results, since reinforced concrete structures from sample to sample have a spread of natural frequencies, due to the specifics of manufacturing reinforced concrete structures.

Известны резонансные системы для определения собственной частоты колебаний образцов, Р.Джонс, И.Фэкэоару «Неразрушающие методы испытаний бетонов» Москва, Стройиздат, 1974 г., с.20. Аппаратура для проведения испытаний резонансным методом содержит генератор звуковой частоты, усилитель мощности, цифровой частотомер, возбудитель, образец, приемник, усилитель напряжения, осцилограф, указатель величины амплитуды. Однако использование полученных результатов в дальнейшем при обработке данных динамических испытаний железобетонных балок не обеспечивает достоверности и высокой точности, в связи с тем, что в ходе динамического испытания конструкция работает совместно со всеми окружающими ее устройствами, а следовательно частоту собственных колебаний балки необходимо определять в условиях максимально приближенных к экспериментальным (те же условия закрепления, те же распределяющие нагрузку траверсы и т.д.).Known resonance systems for determining the natural frequency of oscillation of samples, R. Jones, I. Fekeoaru "Non-destructive methods for testing concrete" Moscow, Stroyizdat, 1974, p.20. The apparatus for conducting tests by the resonance method contains an audio frequency generator, a power amplifier, a digital frequency meter, a pathogen, a sample, a receiver, a voltage amplifier, an oscilloscope, an amplitude value indicator. However, the use of the obtained results in the future when processing data of dynamic tests of reinforced concrete beams does not provide reliability and high accuracy, due to the fact that during the dynamic test the structure works together with all the devices surrounding it, and therefore the frequency of natural vibrations of the beam must be determined under conditions of maximum close to experimental (the same fixing conditions, the same load-distributing traverse, etc.).

За прототип принят стенд по патенту РФ на полезную модель №53776. Это устройство имеет наибольшее количество сходных с заявляемой установкой признаков и содержит: опорные элементы для железобетонного элемента, смонтированные на силовом полу, нагружающее устройство, загрузочную траверсу, устанавливаемую на железобетонном элементе, ролики, две металлические пластины для размещения концов железобетонного элемента, силоизмеритель, дополнительные опоры, расположенные по обе стороны от нагружающего устройства, дополнительные траверсы, установленные на этих опорах, тяжи, концы которых закреплены в дополнительных траверсах и домкрат. Нагружающее устройство выполнено в виде копровой установки, две мачты которой снабжены ограничителем хода груза, при этом один ролик расположен в вырезе одного из опорных элементов неподвижно, а второй - в вырезе второго опорного элемента с возможностью горизонтального перемещения, причем одна металлическая пластина установлена на неподвижном ролике, другая - на подвижном. При этом домкрат расположен между дополнительной траверсой и самим железобетонным элементом и упирается в траверсу, а для обработки данных испытаний используется комплекс измерительных приборов и измерительная система.For the prototype adopted stand on the patent of the Russian Federation for utility model No. 53776. This device has the greatest number of features similar to the claimed installation and contains: supporting elements for the reinforced concrete element mounted on the power floor, a loading device, a loading beam, mounted on the reinforced concrete element, rollers, two metal plates to accommodate the ends of the reinforced concrete element, load meter, additional supports located on both sides of the loading device, additional traverses installed on these supports, cords, the ends of which are fixed in additional tional cross-members and the jack. The loading device is made in the form of a pile rig, two masts of which are equipped with a load limiter, while one roller is stationary in the cutout of one of the supporting elements, and the second in the cutout of the second supporting element with the possibility of horizontal movement, with one metal plate mounted on a fixed roller , the other on the moving one. In this case, the jack is located between the additional traverse and the reinforced concrete element itself and rests against the traverse, and a set of measuring instruments and a measuring system are used to process the test data.

Данная установка позволяет испытывать железобетонные элементы при кратковременном динамическом сжатии, но не позволяет определять частоту собственных колебаний опытных образцов, что приводит к нарушению чистоты обработки эксперимента и корректности полученных данных. При обработке результатов испытаний железобетонных элементов на кратковременное динамическое воздействие необходимой для получения точных данных характеристикой является частота собственных колебаний. Определение частоты собственных колебаний непосредственно железобетонной балки дает не точные результаты, в связи с этим необходимо знать частоту собственных колебаний образца при работе его в условиях, максимально приближенных к экспериментальным.This setup allows testing reinforced concrete elements with short-term dynamic compression, but does not allow determining the frequency of natural vibrations of the test samples, which leads to a violation of the purity of the experimental processing and the correctness of the data obtained. When processing the results of tests of reinforced concrete elements for a short-term dynamic impact, the characteristic necessary to obtain accurate data is the frequency of natural vibrations. Determining the frequency of natural vibrations of a directly reinforced concrete beam gives inaccurate results; therefore, it is necessary to know the frequency of natural vibrations of a sample when operating under conditions as close as possible to experimental ones.

Задача полезной модели - объединить испытание железобетонной балки на кратковременную динамическую нагрузку с определением ее собственной частоты колебаний и тем самым повысить точность определения собственной частоты железобетонной балки путем приближения к условиям динамических испытаний. Технический результат, на достижение которого направлена решаемая задача, заключается в определении собственных частот колебаний экспериментального железобетонного образца. Данная характеристика необходима для фильтрации ускорений при обработке экспериментальных данных, что в целом позволяет более точно оценить поведение опытных конструкций при кратковременном динамическом нагружении и повышает достоверность результатов и точность расчетов при проектировании.The objective of the utility model is to combine the testing of a reinforced concrete beam for a short-term dynamic load with the determination of its natural frequency of vibrations and thereby increase the accuracy of determining the natural frequency of a reinforced concrete beam by approaching the conditions of dynamic tests. The technical result, the achievement of which is being addressed, is to determine the natural frequencies of the vibrations of the experimental reinforced concrete sample. This characteristic is necessary for filtering accelerations in the processing of experimental data, which generally allows a more accurate assessment of the behavior of the experimental structures under short-term dynamic loading and increases the reliability of the results and the accuracy of calculations during design.

Задача решена следующим образом.The problem is solved as follows.

Общим с прототипом является то, что заявляемое устройство содержит: опорные элементы для экспериментального железобетонного образца, смонтированные на силовом полу, загрузочную траверсу, ролики, две металлические пластины для размещения концов железобетонного образца, силоизмеритель, закрепленный на загрузочной траверсе. Нагружающее устройство выполнено в виде копровой установки, при этом один ролик расположен в вырезе одного из опорных элементов неподвижно, а второй - в вырезе второго опорного элемента с возможностью горизонтального перемещения, причем одна металлическая пластина установлена на неподвижном ролике, другая - на подвижном. Общим является также то, что имеется экспериментальный груз установленный на силоизмерителе, а основание копровой установки жестко закреплено на силовом полу. Для получения и обработки данных использована измерительная система.In common with the prototype is that the claimed device contains: supporting elements for an experimental reinforced concrete sample mounted on a force floor, a loading beam, rollers, two metal plates to accommodate the ends of a reinforced concrete sample, a load meter mounted on a loading beam. The loading device is made in the form of a pile installation, with one roller located in the cutout of one of the supporting elements motionless, and the second in the cutout of the second supporting element with the possibility of horizontal movement, with one metal plate mounted on a stationary roller, and the other on a movable one. It is also common that there is an experimental load mounted on the load cell, and the base of the pile rig is rigidly fixed to the power floor. To obtain and process data, a measuring system was used.

В отличие от прототипа установка имеет дополнительно независимую опору, жестко закрепленную на силовом полу с возможностью демонтажа, при этом на ней закреплен вибратор, который упирается в экспериментальный груз и через усилитель подключен к задающему генератору. В то же время в центре экспериментального образца установлен датчик ускорения, который через второй усилитель подключен к измерительной системе.Unlike the prototype, the installation has an additional independent support, rigidly fixed to the power floor with the possibility of dismantling, while a vibrator is mounted on it, which rests on the experimental load and is connected to the master oscillator through an amplifier. At the same time, an acceleration sensor is installed in the center of the experimental sample, which is connected to the measuring system through a second amplifier.

В частных случаях установка содержит вторую дополнительную раму и гидравлический домкрат для обжатия экспериментального образца.In special cases, the installation contains a second additional frame and a hydraulic jack for crimping the experimental sample.

С помощью задающего генератора последовательно изменяется частота колебаний вибратора от 0 Гц до определения резонансного пика первой гармоники колебаний по показаниям датчика ускорения на индикаторе измерительной системы, данная частота соответствует собственной частоте колебаний образца.Using the master oscillator, the vibrator oscillation frequency is successively changed from 0 Hz to determine the resonance peak of the first harmonic of oscillations according to the readings of the acceleration sensor on the indicator of the measuring system, this frequency corresponds to the natural oscillation frequency of the sample.

Поскольку дополнительная рама закреплена с возможностью демонтажа, это позволяет производить в дальнейшем динамические испытания этой же железобетонной балки, в тех же условиях, при которых была определена собственная частота колебаний, и при обработке данных динамических испытаний повысить достоверность результатов.Since the additional frame is fixed with the possibility of dismantling, this allows further dynamic tests of the same reinforced concrete beam, under the same conditions under which the natural frequency of oscillations was determined, and when processing the data of dynamic tests, to increase the reliability of the results.

Полезная модель пояснена чертежом, на котором приведен общий вид установки. Конструкция установки смонтирована на силовом полу 1, для обеспечения жесткого закрепления. Экспериментальный образец (железобетонная балка) 2, лежит на опорных элементах 3, 4. На каждом из опорных элементов 3, 4, жестко закрепленных к силовому полу 1, имеется ролик, соответственно 5, 6. На одном из опорных элементов 3 ролик 5 свободно перемещается в его вырезе, а на другом опорном элемете 4 ролик 6 неподвижен. На экспериментальный образец 2 через металлические пластины 7, 8 уложена загрузочная траверса 9. К загрузочной траверсе 9 закреплен силоизмеритель 10, на котором лежит экспериментальный груз 11. Вся конструкция собрана на базе копровой установки 12. Основание 13 копровой установки 12 жестко закреплено на силовом полу 1. По центру экспериментального образца 2 установлен датчик ускорения 14, который через усилитель 15 подключен к измерительной системе 16. На дополнительной (независимой) опоре 17, жестко закрепленной на силовом полу 1, закреплен вибратор 18, который подключен через усилитель 19 к задающему генератору 20.The utility model is illustrated in the drawing, which shows a general view of the installation. The design of the installation is mounted on the power floor 1, to ensure rigid fastening. An experimental sample (reinforced concrete beam) 2, lies on the supporting elements 3, 4. On each of the supporting elements 3, 4, rigidly fixed to the force floor 1, there is a roller, respectively 5, 6. On one of the supporting elements 3, the roller 5 moves freely in its neckline, and on the other supporting element 4, the roller 6 is stationary. A loading beam 9 is laid on an experimental sample 2 through metal plates 7, 8. A load meter 10 is fixed to the loading beam 9, on which the experimental load 11 lies. The whole structure is assembled on the basis of the pile machine 12. The base 13 of the pile machine 12 is rigidly fixed to the power floor 1 . In the center of the experimental sample 2, an acceleration sensor 14 is installed, which is connected through the amplifier 15 to the measuring system 16. On an additional (independent) support 17, rigidly fixed to the power floor 1, vibrato is fixed 18, which is connected through an amplifier 19 to the master oscillator 20.

С помощью задающего генератора 20 через усилитель 19 последовательно изменяется частота колебаний вибратора 18, передающего вибрацию на экспериментальный образец 2 от 0 Гц до определения резонансного пика первой гармоники колебаний по показаниям датчика ускорения 14, передающихся через усилитель 15 на индикатор измерительной системы 16, данная частота принимается как частота собственных колебаний системы. В дальнейшем при проведении динамических испытаний на изгиб дополнительная опора 17, вибратор 18, усилители 15 и 19, а также задающий генератор 20 демонтируется. Ударная нагрузка создается массой падающего груза 11 копровой установки 12 на экспериментальный образец 2. В частном случае на экспериментальный образец домкратом дополнительно подают сжимающую нагрузку. При этом регистрация данных о работе экспериментального образца 2 при изгибе или одновременном изгибе и сжатии производится измерительной системой 16.Using the master oscillator 20 through the amplifier 19, the oscillation frequency of the vibrator 18 is successively changed, which transfers the vibration to the experimental sample 2 from 0 Hz to determine the resonance peak of the first harmonic of oscillations according to the readings of the acceleration sensor 14, transmitted through the amplifier 15 to the indicator of the measuring system 16, this frequency is accepted as the natural frequency of the system. Further, during dynamic bending tests, the additional support 17, vibrator 18, amplifiers 15 and 19, as well as the master oscillator 20 are dismantled. The shock load is created by the mass of the falling load 11 of the coping unit 12 on the experimental sample 2. In a particular case, a compressive load is additionally applied to the experimental sample by a jack. Moreover, the registration of data on the operation of experimental sample 2 during bending or simultaneous bending and compression is performed by the measuring system 16.

Достижение технического результата заключается в том, что измеренная при тех же условиях, что и в испытании частота собственных колебаний образца используется при фильтрации ускорений в процессе обработки экспериментальных данных, тем самым повышается достоверность и точность данных о поведении железобетонного образца в процессе динамического деформирования.The achievement of the technical result consists in the fact that the frequency of the natural oscillations of the sample, measured under the same conditions as in the test, is used to filter accelerations during processing of experimental data, thereby increasing the reliability and accuracy of data on the behavior of the reinforced concrete sample during dynamic deformation.

Claims

1. Installation for testing a reinforced concrete beam for a short-term dynamic load during bending and determining its own vibration frequency, containing supporting elements for an experimental reinforced concrete sample and a loading device in the form of a pile rig mounted on a power floor, rollers, one of which is stationary in the cutout one of the supporting elements, and the second - in the cutout of the second supporting element with the possibility of horizontal movement, and on each of the rollers installed metal a plate for accommodating the ends of the reinforced concrete sample, a loading beam, on which a load meter is fixed, an experimental load placed on the load meter, and a measuring system, characterized in that it further comprises an independent support rigidly fixed to the power floor with the possibility of dismantling, a master oscillator, a vibrator, fixed on an independent support with the possibility of abutment in the experimental load and connected through an amplifier to a master oscillator, and an acceleration sensor mounted in the center of the glands a concrete sample that is connected to a measuring system through a second amplifier.

2. Installation according to claim 1, characterized in that a hydraulic jack is used to crimp the reinforced concrete sample.