Стенд для моделирования деформаций оснований зданий и сооружений

(19) (Щ 3(5 д . 01 ОСУДАРС О ДЕЛАМ ННЫЙ КОМИТЕТ СССРОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИЗОБРЕТ(72) В, В. Азараев, А. А, Петраков, Н. А. Живодеров, 1 О. Л, Бучинский и В. Е, Макиенко (71) Донецкий государственный проектный и научно-исследовательский институт промышленного строительства Донецкий Пром- стройниипроект(56) 1. Авторское свидетельство СССР642619, кл. б 01 М 19/00, 1976.2. Авторское свидетельство СССР И 249005, кл. 6 01 1. 1/04, 1967 (прототип). (54) (57) 1. СТЕНД ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИИ" И СООРУЖЕНИЙ, включающий ло:ток, секции с приспособлением для их вертикального н горизонтального перемещения с приводом, установленные поперек лотка и соединенные между собой и с приводом горизонтального перемещения, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона исследований, секции выполнены с проемами. пазами и прорезями по краям и размещены в несколько рядов вдоль лотка, соединение секций между собой и .приводом горизон, тального перемещения выполнено в ви 1(е параллелограммов с шарнирно соединенными сторонами, размещенных в проемах секций, приспособление для вертикального перемещения секций в . в виде винтов, установленных по краям секций и имеющих опоры скольжения в нижней части; при этом центральные шарниры параллелограммов установлены в пазах секций и выполнены с фиксирующими осями, установленными в прорезях секций. 2. Стенд по п. 1, прорези выполнены п сом, равным расстоя ними осями, и обра в одну сторону,ОПИСАНИ АВТОРСКОМУ тлдчающдйся тем, чтоо окружности с радиуиию между фиксирую Я щены выпуклой частьС:Изобретение относится к строительству, в частности к изучению взаимодействия зданий и сооружений с их основаниями.Известен стенд для имитации деформаций подрабатываемого основания зданий и сооружений, включающий ограждение с секционным днищем, подъемные устройства и укладчик грунта 11).Недостаток стенда заключается в том, что он не обеспечивает установку секций с наклоном и уступами поперек днища стенда,Наиболее близким техническим решением к изобретению является стенд для моделирования деформаций оснований зданий и сооружений, включающий лоток, секции с приспособлением для их вертикального и горизонтального перемещения с приводом, установленные поперек лотка и соединенные между собой и с приводом горизонтального перемещения 12Однако известный стенд также не обеспечивает установку секций с наклоном, устувами и зазором между .ними как вдоль, ,так н поперек оси лотка. В зависимости от предназначения пред лагаемого стенда отдельные его элементымогут отличаться по конструктивному ис- полнению формой, пропорциями, размерами, расположением в пространстве, и способом соединения между собой. Параллелограммы 6 могут быть непосредственно установ.- лены на днище 2 лотка 1 (фиг, 1), на верхних обрезах железобетонных балок, соеди.- ненных с лотком (фиг. 5), на подвижных секциях 5 (фиг, 5, 6 и 7) или могут быть под вешены к секциям 5 на осях 7. Параллелограммы 6 могут быть расположены вертикально (фиг. 1) или горизонтально (фиг. 5, 6 и 7), могут иметь звенья 9 (фиг. 2), одинаковые по длине или переменные между смежными параллелограммами в любом соотношении. Кроме того, параллелограммы 6 35 могут соединять подвижные секции 5 в нескольких уровнях, по концам (фиг. 1) нли по средней части; причем каждый ряд параллелограммов 6 может быть выполнен относительно звеньев 9 однорядным илн многорядным. В плане параллелограммы 6 мо гут быть установлены перпендикулярно подвижным секциям 5 или под углом к ним.Горизонтальные проемы 13 для помещения параллелограммов 6 могут быть выполнены в секциях 5 на концах (фнг. 1, 5, 6 иТ.) или в средней части, по высоте сечения сни зу (фнг. 1, 5), в середине (фиг, 6, 7) илисверху, открытыми (фиг, 1, 5, 6 или 7) или замкнутыми. Причем горизонтальные проемы 13 выполнены в таких местах секций 5, где напряжения в них от вертикальных иа грузок наименьшие. Вертикальные пазы 10могут быть образованы в секциях 5 параллельно их граням (фиг. 2) или под углом к иим, Оси 7 могут быть расположены вер.тикально (фиг. 5, 6 и 7) или горизонтально (фиг. 1) в пределах высоты секций 5 (фиг. 1, 55 5, 6 и 7), выше или ниже их, могут быть подлине переменного (фиг. , 5) или постоянного (фиг, 6, 7) сечения. Части осей 7, связанные с параллелограммами 6 через втулЦель изобретения - расширение диапазона исследований,Поставленная цель достигается тем, чтов стенде для моделирования деформацийоснований зданий исооружений, включающем лоток; секции с приспособлением дляих вертикального и горизонтального пере.мещения с приводом, установленные поперек лотка и соединенные между собой и сприводом горизонтального перемещения,секции выполнены с. проемамн,. пазами ипрорезями по краям и.размещены в несколько рядов вдоль лотка, соединение секциймежду .собой и приводом горизонтальногоперемещения выполнено в виде. параллело.граммов с аарнирно соединенными сторонами, размещеннйх в проемах секций, приспособление для вертикального перемещения секций - в виде винтов, установленныхпо краям секций и имеющих опоры скольжения и нижней части, при.этом, центральные шарниры параллелограммов установлены в пазах секций и выполнены с фиксирующими осямн, установленными в прорезяхсекций,Кроме того, прорези выполнены по окружности с радиусом, равиым,расстояниюмежду фиксирующими осями,.и обращенывыпуклой частью в одну сторону.На фиг, 1 изображен стенд в исходномсостоянии, поперечный разрез; иафнг, 2 -то же, продольный разрез; иа фиг. 3 - стендво время работы, поперечный разрез; наиг. 4 - то же продольный разрез; иа фиг. 5,и У - поперечные разрезы вариантов выполнения стенда.Стенд содержит лоток с днищем 2, накотором иа опорах скольжения 3 на винтах 4 установлены подвижные секции 5. Последние соединены между собой параллелограммами 6 посредством осей 7. Оси 7 с одной стороны проходят через втулки 8, расположенные по центру в звеньях 9 параллелограммов 6, а с другой стороны размещены в вертикальных пазах 10 подвижных секций 5. Звенья 9 параллелограммов 6 соединяются друг с другом также при помощи осей 11 через втулку 2. Подвижные секции 5 дополнительно могут быть выполнены с го- . ризонтальйыми проемами 13, Кроме этого, оси7 могут быть шарнирно прикреплены к секции 5 при помощи фиксирующих осей 14, а в секциях 5 могут быть образованы прорези 15, через которые пропускаются фиксирующие оси 14. На под-, вижные секции 5 стенда сверху уложен грунт модели основания 16. Оси 7 с. втулками 8 образуют центральные шарниры параллелограммов 6, а звенья 9 - их стороны.ки 8, могут быть расположены в одном среднем ряду (фиг, 2) или в одном крайнем верхнем или нижнем ряду. Части осей 7, разме.шенные в вертикальных пазах 10 секций 5, могут иметь отличную от круглой любую форму, например, прямоугольную. На круглые в сечении оси 7 могут быть свободно посажены прямоугольные в сечении сухарики, взаимодействующие с секциями 5 в вертикальных пазах 10. Оси 7. могут быть шарнирно прикреплены фиксирующими ося-, 1 О ми 14 к секциям 5 с одной стороны, с двух сторон или в средней части. Фиксирующие оси 14 могут быть пропущены в прорезях 15 с возможностью осевого перемещения или без нее. Прорези 15 могут быть прямолинейными, расположенными вертикально15 (фиг. 1) или горизонтально (фиг, 6), и кри.волинейными радиусными, расположеннымн выпуклостью вверх (фиг, 7) или вниз,20Работа на стенде осуществляется следующим образом.В соответствии с программой исследований по изучению влияния конкретных деформаций подрабатываемого основания на конструкции здания или сооружения моде.лируют процесс получения искомых дефор маций основания, например, реализуют сов- местное воздействие равномерных горизон-тальных деформаций растяжения и неравномерйых вертикальных деформаций вогну. того плавного профиля,Предварительно производят подготовку стенда .к испытаниям по программе исследований. На стенде (фиг. 1 и 2) подвижные секции 5 последовательно поднимают и устанавливают на заданном уровне от днища 2 лотка 1 при помощи винтов 4, длячего последние выкручивают из резьбовых гнезд, устроенных в секциях 5. Каждая сек-. ция 5 при движении перемещается с вертикальными пазами 10 вверх относительно осей 7 и соединенных с ними фиксирующих осей 14, которые сохраняются на одном 40 уровне, так как оси 7 с,одной стороны проходят через втулки 8 звеньев 9 неподвижнцх параллелограммов б, опирающихся на днище 2 лотка 1. При этом фиксирующиеоси 14 проскальзывают по прорезям 15 н оказываются в их нижней части, Звенья 9 4 параллелограммов 6 со стороны горизонтальных проемов 13 подбирают одинаковой юины, для чего переставляют оси 11 на втулках 12. К параллелограммам б прикладывают горизонтальные продольные сжимающие усилия, направленные друг к другу (на фиг. 2 не показано), при которых происходит преобразование формы каждого парал. делограмма и изменение размеров диагоналей - вертикальные диагонали увеличиваются, а горизонтальные диагонали укора- у чиваются. При этом соответственно уменьшаются расстояния между втулками 8 к осями 7, которые взаимодействуют с под. вижными секциями 5 и увлекают их за собой совместно с винтами 4 по опорам скольжения 3, обуславливая горизонтальное сближение секций 5 до такой степени, пока между боковыми сторонами секций 5 не останутся зазоры минимальной величины, не препятствующие независимым самостоятельным перемещениям смежных секций 5 в вертикальной плоскости. После выведения подвижных секций 5 в исходное положение механические или ручные приводы винтов 4 откЛючают, горизонтальные продольные сжимающие усилия снимают, а на верхней поверхности подвижных секций 5 любыми известными способами укладывают и уплотняют грунт модели основания 16, на котором воздвигают исследуемые конструкции здания или сооружения.После подготовительного периода на стенде производят по намеченной программе моделированиедеформаций основания6, С этой целью к параллелограммам 6 прикладывают горизонтальные продольные растяФ гнваюшие усилия и одновременно к винтам 4 с механическим или ручным приводом прикладывают вращающие моменты.Под воздействием растягивающих усилий, направленных друг против друга (на фиг. 4 не показано), звенья 9 параллелограммов б взаимодеиствуют между собой посредством осей 7 с втулками 8 и осей 11 с втулками 12, В параллелограммах 6 возникают усилия, которые в большой степени обуславливаются, противодействующими реакциями со стороны подвижных секций 5, загруженных грунтом модели основания 16 и исследуемыми конструкциями здания или сооружения. При превышении растягиваюшими усилиями суммы всех противодействующих реакций начинается движение параллелограммов 6: звенья 9 совершают линей. ные перемещения и повороты втулками 12 вокруг осей 11, а втулками 8 вокруг осей 7; оси 7 совершают только поступательные, главным образом, горизонтальные перемещения. Прн этом параллелограммы б изменяются по форме и длине пропорционально каждому параллелограмму, вертикальные диагонали каждого параллелограмма уменьшаются, а горизонтальные - возрастают. Соответственно увеличивается расстояние между втулками 8 и между осями 7. Оси 7 находясь в вертикальных пазах 1 О, надавливают на их стенки и увлекают подвиЖные секции 5 за собой совместно с винтами 4 по опорам скольжения 3.1 од воздействием вращающих момен. тов винты 4 вкручивают в резьбовые гнез. да на разную величину. Вкручивание раньше начинают вести с тех секций 5, которые требуется опустить больше или применяют разную скорость вкручивания, пропорционально величинам соединения каждой секции. По вкручиванию контролируют и формируют неСтенд, элементы которого в зависимос.ти от специфики применения и предназначе.ния могут иметь различные варианты конструктивного исполнения, характеризуется в работе тем, что, например, привертикаль.ном расположении осей 7 и отсутствии фиксирующих осей 4 (фиг. 5) происходит перемещение секций 5 по вертикальным паэам 10 относительно осей 7, которые неподвижны по отношению к параллелограммам 6. В других случаях, например, при горизонтальных . параллелограммах 6 и шарниром креплении концов осей 7 фиксирующими осями Н (фиг. 6, 7) происходит перемещение вместе с секциями 5 также и осей 7, которые эахватывак 1 тся фиксирующими осями 14 и с трением проскальзывают по втулкам 8 звень 45 50 55 обходимый рельеф верхних поверхностейсекций 5 для получения заданного профиля,Соответственно этому нодвижнйе секции Ьопускаются по вертикальным пазам О внизотносительно направляющих осей 7 и соединенных с ними фиксирующих осей 14 поддействием собственного веса, веса грунтамодели основания 16 и установленных иаосновании конструкций здания или сооружения. При этом фиксирующие оси 4 проскальзывают по прорезям 5 и оказываются ов их верхней части. Вертикальные прорези 15компенсируют перемещения секций 5 в вертикальном направлении. Смежные секции 5боковыми сторонами не контактируют, ибоих устойчивость обеспечивается осями 7 припомощи параллелограммов 6. Так как пе-редача нагрузок от параллелограммов 6 через оси 7 на подвижные секции 5 осуществляется в горизонтальной плоскости, а усилиятрения секций 5 в вертикальных пазах 16по осям 7 действуют в вертикальном иаправ Оленин, то реализуется возможность одновременных независимых движений секций 5по горизонтали и по вертикали. При изменении величин растягивающих усилий ивращающих моментов соответственно изменяют скорости и величины горизонтальных. 5и вертикальных перемещений секций 5. Вынужденные перемещения секций 5 передаются их верхней новерхностью на грунт модели основания 6, трансформируются в неми соответствии с физико-механическими за-конами деформирования и движения грунтаи под влиянием его веса и нагрузки от кон.струкций здания или сооружения и их положения на стенде отображаются на моделиоснования в виде радиально вогнутого плавного профиля. По составу входящих ингредиентов конкретные деформации модели основания корректируют, изучают их влияниена конструкции здания или сооружения,контролируют специальными приборами напряженно-деформированное состояние взаимодействующих элементов в таком диапазоне, при котором удовлетворяется исходная программа исследований. ев 9 параллелограммов 6 в вертикальном иа правлении. При неравномерных оседаниях секций 5 возникают их поперечные смещения, которые компенсируются горизонтальными прорезями 15. При этом секции 5 проскальзывают в прорезях 15 по фиксирующим осям 14.При устройстве шарнирного крепления концрв осей 7 в двух точках с параллельными. радиусиыми горизонтальными прорезями 15 (фиг, 7) кииематическая подвижность. секций 5 сохраняется, так как оси 7 имеют возможность поворота вокруг одной иэ фиксирующих осей 14 и имеют способность поступательного перемещения в прорезях 15 вместе с фиксирующими осями 14.Наклоны подрабатываемого основания в поперечною направлении (фиг. 3) проводят в пределах площади секций 5 одного ряда или одновременно нескольких рядов, для .чего сразу всю группу подвижно секций 5 опускают неравномерно, т.е, .с одной стороны больше, чем с другой. Уступообразные сосредоточенные деформации подрабатываемого основания в поперечном направлении (фиг. 3) получают вместах торцовой стыковки рядов секций 5,для чего между стыкуемыми группами секций 5 образуют скачок в вертикальном направлении, т.е, одну группу рядов сохраняют малоподвижной, а другую - значительно опускают.,При равномерном перемещении каждойсекции 5 в поперечном направлении имеютплоскую форму искривления подрабатываемого основания, при неравномерном - получают .пространственную картину деформаций, отличающуюся от плоской дополнитель.ным скручиванием основания в вертикальной плоскости.При различных размерах параллелограммов получают неравномерные горизонтальные деформации Последние при необходимости концентрируют вплоть до образования и развития на поверхности основаниятрещин. Неравномерные деформации создают для одной стороны секций 5, для одногоряда секций 5 или между отдельными их рядами. В последних случаях получают в горизонтальной плоскости соответственно деформации скашивания и среза подрабатываемого основания. При одинаковом горизонтальном продольном перемещении разныхпараллелограммов 6 образуют линейную схему деформаций подрабатываемогооснования, при разном - имеют в поперечном направлении переменную картину деформаций.Совместные деформации могут быть получены путем одновременной последовательной цли поочередной работы рядов парал.лелограммов 6 и винтов 4. Причем деформации модели основания 16 могут изменяться одновременно в разных частях стенда по1049775 8разным программам, могут быть наперед определены, в любой момент скорректированы и изменены в ходе исследований, при этом обеспечивается в одном процессе различное их проявление (плавное, дискретное, циклическое, равномерное, неравномерное, ступенчатое, растягнвающее, сжимающее; выпуклое, вогнутое, синусоидное и т.д.).За счет незначительной ширины секций 5 в продольном направлении стенд позволяет проводить исследования конструкций зданий и сооружений в широком диапазоне масштабов, в том числе и малых, и применять разную мощность грунта модели основания 16, в том числе достаточно малую. Стенд также целесообразен для проведения исследовании натурных фрагментов зданийн15 и сооружений на моделях оснований, выполненных из естественных грунтов.В сравнении с существующим базовым на стенде достигается расширение диапазона исследований, качественное и надежное щ моделирование всех различных видов деформаций подрабатываемых оснований, регламентированных СНиП П - 8 - 78 (кривизны, наклонов, уступообразных деформаций, относительных горизонтальных деформаций и их неблагоприятных сочетаний), а также других видов, имеющих место в натуре.Кроме того, стенд пригоден для изуче.ния таких деформаций, которые самостоятельно в натуре не проявляются, но получение которых необходимо для познания про. цессов, происходящих в основаниях. Его применение позволит глубже исследовать ас. пекты взаимодействия фундаментов зданий и сооружений с деформирующимся. основанием, что послужит решению проблемы рационального строительства зданий и сооружений на подрабатываемыхтерриториях. Конкретно это дает возможность снизить . трудоемкость строительства, получить эко. номию стали и бетона за счет уменьшения средств на дополнительные конструктивные мероприятия и сокращения излишних запасов в конструкциях, связанных с совершенствованием их методов расчета и испытаний.049775 г.7 г.У Сост Техр Тира И Государстве делам изобрет осква, Ж - 35 Патент, г,авитс, ед И. В ж 873 нного ений Рау жго Редактор А. ШандорЗаказ 8404/39ВНИИПно113035, Мфилиал ППП ь А. Амаханоаерег Корректор М. ДемчикПодписноекомитета СССРи открытийшская наб., д, 4/5од, ул. Проектная, 4