Устройство для измерения касательных сил морозного пучения грунта относительно фундамента

ватно.0 с-тояио;е- ая ОПИСАН Е. ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл з Е 02 0 33/00 Государствениый комитет СССР по делам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 151180(72) Авторы изобретения В.Я. Лапшин, Е.В. Лебедев и М.М. Юрганов Уральский ордена Трудового Красного Знамениполитехнический институт им. С.М. Кирова(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КАСАТЕЛБНЫХ СИЛМОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ ГРУНТА ОТНОСИТЕЙБНОФУНДАМЕНТАИзобретение относится к строительству,в частности к технике для опре,делейия касательных сил морозного пучения - длительного сопротивления сдвигу мерзлого грунта относительно 5 фундамента,и может быть использовано при изысканиях, проектировании и строительстве зданий и сооружений.Известно устройство для измерения касательных сил морозного пучения, 10 состоящие из заглубленной в грунт модели сваи, головка которой упирается в неподвижную поперечную опор-ную балку через жесткий, например гидравлический динамометр. Балка, 5 в свою очередь скреплена с базой вертикальными стойками. Направленное вверх усилие, возникающее в модели сваи при пучении смерзшегося со сваей грунта, фиксируется динамо метром. При этом важным условием является жесткость всей измерительной конструкции 11.Однако эти устройства обеспечивают лишь суммарное определение ка сательных сил, действующих вдоль всей поверхности смерэания.Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения касательных сил морозного пучения 30 грунта относительно фундамента,содержащее заглубленную в грунт модель, форма которой соответствует форме исследуемого фундамента, и измерительные приборы, присоединенные к модели. Модель состоит иэ отдельных шашек, составленных по форме квадратной сваи. Каждая из шашек соединена с отдельными пружинами тарельчатым динамометром, закрепленным на общей анкерной опоре, воспринимающей суммарные усилия каждой из шашек. Общее усилие, развивающееся в анкерной опоре, также измеряется отдельным динамометром Р)Однако это устройство представляет собой сложную конструкцию из-за большого количества измерительных приборов-динамометров, встроенных в корпус модели сваи, и соединяющих эти приборы жестких и упругих элементов. Измерительные приборы требуют раздельной колибровки, а соединяющие элементы - стабилизации для обеспечения надежной работы устройства в процессе длительных измерений в тяжелых условиях. Неизбежная деформативность такой модели сваи; определяемая общей деформативностью779513 йв:. всех динамометров и соединительныхэлементов, приводит к искажению полянапряжейий грунта вокруг модели исоответственно результатов измерениякасательных сил пучения. Кроме того,.известное устройство не обеспечиваетизмерений касательных сил на раздельных вертикальных участках поверхности моделей фундаментов.Целью изобретения является измерение касательных сил на любом участке поверхности смерэания модели сгрунтом.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для измерения касательных сил морозного пучения,содержащее заглубленную в грунт модель, Форма которой соответствует форме исследуемого фундамента, и измерительные приборы, подсоединенные кмодели, снабжено электрическими подогревателями, установленными ввыемках, образованных на внешней боковой поверхности модели по ее периметру,На чертеже изображен пример устройства - модели прямоугольной сваидля.измерения величины касательныхсил, действующих на поверхностях,прилегающих к углам сваи, или дляизмерения касательных сил, действующих на плоских частях поверхности, общий вид,Модель сваи 1, изготовленная изармированного бетона, снабжена поверхностными подогревателями, разделенными на секции, прилегающие куглам 2 и плоским частям 3 моделипо всей площади смерэания грунта исваи. Головка модели жестко соеди" ненас массивным металлическим оголовником 4, служащим для подсоединения модели к жесткому динамометру.Подогреватели 2 и 3 выполнены из медной"проволоки диаметром 0,3-0,5 ммс эталевой изоляцией. Проволокав каждой иэ секций с помощью шаблонарасположена "змейкой" в один ряд наповерхности модели с промежутками0,5-1 мм заподлицо с поверхностью.Проволока скреплена с поверхнбстью" "бетоЫГэйоксидным Ъбмпаундом"и зали та последним до краев так, что"обЫ-"зована гладкая поверхность, на которой с помощью того же компаунда за-тем наносится тонкий слой абразйййо "Го материй 5 а-"- мелкого песка-с"целью1 имитации качества реальной поверх="ностибетонной сваи. Выводы каждойсекции подогревателей (на чертежене пОказаны) с целью комбинации ихподключения к -источнйку тбка "раздель"нопрбходят через отверстия сваи ивыведены из сваи рядом с огаловником.Устройство-модель сваи работает.следующим образом.В грунт с заданнои влажностью,помещенный в жесткий, вертикальнорасположенный контейнер, находящийся в морозильной камере, забивкой илидругим способом вертикально заглубляется исследуемая модель сваи, Оголовник модели упирается в жесткий динамометр, установленный на жесткой кон"5 струкции, прочно соединенной с контейнером. В процессе промерзанияверхних слоев грунта начинается смерэание сваи с грунтом. Получение грунта, выражающееся в виде вертикального перемещения верхне слоев грунта,вызывает появление касательных силпучения на поверхности неподвижнозакрепленной модели сваи, и суммарная сила этого воздействия измеряется динамометром. Перед началом из мерения касательных сил на заданномучастке поверхности модели производится предварительное неоднократноепромораживание грунта на заданнуюглубину беэ включейия подогревате лей (2-3 цикла промораживания и оттаивания грунта) до наступления консолидации грунта и соответственноповторяют по одному заранее составленному графику, соблюдая пов торение длительности и распределение скоростей промерзания грунта вкаждом из циклов, а также условияподпитки грунта водой (открытаясистема). При последнем таком цикле З 0 фиксиРуют график развития касательных сил пучения, действующих беэвключения подогревателей, вдоль всейповерхности смерзания модели. ЭтотграФик служит эталоном для последующих измерений, По нему производится цикл измерения касательных силпучения на заданном участке поверх ности смерэания сваи с грунтом.Дляэтого в процессе промораживания подогреватели, расположенные на участ ках, где измерение касательных силне производится, периодически кратковременно включаются с тем, чтобына минимальное время ликвидироватьна этих участках смерзание грунта 45 с поверхностью модели, Мощность,необходимая для кратковременногооттаивания тонкого слоя определенной площади поверхности смерзания,устанавливается расчетным путем иможет контролироваться поверхностными теРмометрами. Мощность можеттакже определяться по результатампредварительных экспериментов. В качестве термометра может использоваться и сам подогреватель, выполненный изматериала с достаточнымтемпературный коэффициентом сопротивления. Для уточненного измерения распределения температуры поплощади поверхности модели подогре ватель может быть дополнительносекционирован, чтобы обеспечитьболее дифференцированный контрольтемпературы соответствующих участков.Температура в этом случаесможет 65 контролироваться вслед эа подогревом,Периоды между оттаиваниями поверхности смрзания на этих участках предварительно определяют эксперимент. тальным путем из условия развития на них максимально допустимых касательных сил пучения, искажающих результаты измерений. Касательные силы на этих участках после кратковремен- ного оттаивания при последующем смерзании восстанавливаются медленно,а кратковременные оттаивания, для которых достаточно довести температуру О на поверхности до ОфС незначительно искажают температуру на соседних неорогреваемых участках поверхности из-за малого количества тепловой энер. гии,выделенной при таких подогревах 15 в массив окружающего грунта.В связи с этим на необогреваемом участке оттаивания не происходит и смерзание не нарушается. В этих условиях динамометром фиксируется касательные силы 2 О пучения только с .необогреваемых участков поверхиости сваи, Разность сил, зафиксированных эталонным графиком, и сил, замеренных на участке необогреваемой, т.е. измеряемой поверхности смерзания, в каждый соответствующий момент измерения характеризует величину касательной силы, действующей на неизмеряемую поверхность модели, Для повышения точности результата измерения возмбжно повторение цикла измерения с изменением кобинации включения подогревателей на обратную, при которой подогреваемые ранее участки не подогреваются, а подогреваются ранее не подогреваемые участ" З 5 ки. При этом сумма сил, действующих на замеренных поверхностях смерзания в первом и втором измерениях, с точностью допустимых погрешностей измерения должна быть равна силе,зафик- О сированной на эталонном графике в каждый соответствующий момент времени, оценка которых может быть только субъективной.Упрощение конструкции устройства уменьшает затраты на его изготовление при одновременном расширении диапазона его использования в части измерения касательных сил пучеии 3-"на поверхностях сложной Формы.Обеспечение необходимой жесткости устройства повышает точность измере" ния касательных сил пучения.уменьшение количества измерительных приборов-динамометров до одного и вынесение его за пределы кбрпуса мо- дели фундамента облегчает проверку динайометра и делает ее возможной даже в ходе продолжительного эксперимента. Кроме того, это облегчает автоматизацию процесса измерения. Нераздельность и жесткость корпуса модели Фундамента наряду с отсутстви. ем в нем измерительных приборов повышает надежность устройства, что особенно важно, если иметь ввиду такой грубый способ заглубления модели фундамента в грунт как забивка,формула изобретенияУстройство для измерения касательных сил морозного пучения грунта относительно фундамента, содержа"щее заглубленную в грунт модель,форма которой соответствует формеисследуемого фундамента, и измерительные приборы, подсоединенные й модели,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью измерения касательных силна любом участке поверхности смерзания модели с грунтом, оно снабженоэлектрическими подогревателями установленными в выемках образованных навнешней боковой поверхности модели поее периметру.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Руководство по определениюфизических, теплофизических и механических характеристик мерзлых грунтов. Издательство литературы построительству, М 1973.2. Орлов В.О., Дубнов Ю.Д.,Меренков Н.Д, Пучение промерзающихгрунтов и его влияние на фундаментысооружений, Стройиздат, Л 1977.779513 Редакто етрушко Н г 35еаве ш Закаэ 7976/41 Составитель В Техред Н.Бара Тираж 713И 1 осударственнделам изобретеМосква, Ж, Р ал ППП пПатент", г. Уж Латушкинлина Корректор Г, р Подписноекомитета СССРи открытийкая наб д. 4 од, Ул. Проектная,4