Способ физического моделирования строительной конструкции

(51) 4 Е 04 В 1/О ЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗ(56) Авторское свидетельство СССРУ 1006568, кл. Е 01 Э 23/00, 1981.(54) СПОСОБ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯСТРОИТЕЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ(57) Изобретение относится к способамфизического моделирования строительной конструкции. Цель изобретенияобеспечение возможности исследованияна модели напряженно-деформированногосостояния, частот и форм собственныхколебаний строительной конструкциипод действием на последнюю статических и динаюческих нагрузок, Каждый элемент модели выполняют в одном линейном масштабе, равном отношениюмасштабов модулей упругости и плотности материала эле.ента модели и имитируемого элемента натуры, соединяютэлементы модели между собой и с основанием с помошью элементов жесткости.В местах действия нагрузок помедаютсосредоточенные имтируюпие динамческие нагрузки массы, которым сообщают ускорения, измеряют характеристики элементов модели и по ним определяют частоты и фоэмы конструкции,Масштабы сосрепоточенной и ряспреде -ленной масс принимают равными, а квадоат масштаба частот колебательногодвижения - равньм обратной величинелинейного масштаба. 1 ил,Изобретение:тноситгя . "Ч(,1 ирг.ванию строительных констр, ь(вп по,"верженных колебаниям, и мс 11 Рт бытьиспользовано для нсследова 1.ия на:оделях при действии статиче( кихнамических нагрузок на бог 1:ще 1 рол(:т "ные балки, высотные ",ваниеМач: ытрубы и пр,Цель изобретения - обес 1 ел РРНРисследования на млдР4 нап";яже 1 но.деформированного состояния цасто 1.форм собствен 1 ьгх колРбаний с гргНт.льнои конструкции при деист:,1 и нс пос"ЛЕДНЮЮ СтатИЧЕСКИХ И 1 ииаМ 1 РЧЕ,.КИХгрузок.г 1 а чертеже показана мор(:(1 ь ба 1111-;,установленной на здании с . Сглубоки.:;,Фундаментом,у. .и 1 мсЛР 1:ируетсй Ргдгл "но ,.и;. е Р ггя -; Рйгз 11:Рс.итаб. а ": к кг кК М Т ЕГ 11,1 РР Р.-, ,; К(1 Т;(;, " Г("РН 1- .: ". ОКИ 11;:С;Л 1;й 1 1. Ран - . Р СПГ(л;.ироания и с,.11:К(вы :,.иг";- РСпособ физического мод(ьгиро 1 ПнК( включает выполнение модели в у;Рнь" шенном, одинаковом для вс 1-:.х элеме 1. - тов модели, линейном 1"асштабе с оди наковыми для каждого элемента :д(: и и чмитируемого элемента натуры мас.1- табами плотности, создание са;ич ской и динамической нагрузк 1 на ь,ог "1 - И ИЗМЕРЕНИЕ ДЕ(РОРМаЦИ 1 Л МОЛРЛИ ;=к,Д 1 И, элемент модели имитирующий соотзет" ствующий элемент строительной к(., Струкцни ВЫПОЛНЯЮ В Од 1 г .1 ИН(.йЬл маси 1 табе равном отно 11 Сни:. мас.(табо: модулей упругости и п.г;отностл матриала элемента модели и имитируемогоэлемента натуры, соединяют э(1 е Рьг( ы модели между собой и с основание помощью элементов жесткость., ":одоб - раиных расчетным путем по реа-ьым жесткостям соединения эле 1:; Итон и закрепления строительной кгн;трукци пропорционально линейному гасиТабу и мас(атабу распределенных .асс в местах действия сосредоточ ннь тичЕСких и динаиичЕСких на 1 ЧРУзок:О мещают сосредои оченные им 1 ир;.пдло динамические нагрузки масс,1, к(-. а:",:, сообщают ускорения, р:ейные ускоре;п 1 ям, действующим на нат. ру .з(Рряют амплитудно-частотные харак"Рристик элементов модели, по которым определяют частоты и Формы собственных колебаний строительной конст укцли при этом маси 1 таб сосредоточенной .лаев сы принимают равным масп 1 табу распределенной кассы а квадрат масаТаба частот колебательного двюгения равным обратной величине линейного мас 1 итаба.,Оующе Дин ы ч Р с к "чю Б а Г и , з к у, с о об щают ускорздейству 1 ви:-1 м,5 ь я р а1,е у . к о".) е 11 ия и ц НЫХ МаСС МО. Ут ИСПОРЛЬЗО риаглы с высокой члотногосредоточенваться матеью чапримео 1 я сосгП(Т 1.;О , ати-. .Кой иДИ аИ ЧЕ(КО.:.",а( .ЪК ПО(.(,1,В " ЛаГ 1 О",( ЬИ;1352012 Г1 т ния илачия нию, дейстемент нату колебания тичны, т.е,Такке внатуры, т. е. Следовательно,а модели межа исе нат .Гной као -нзкочастатай абстарые являются аго малек;Говения в к: ии включаетметаллы. Имитацию ускорения можноосуществить различными методами, Прииспьггании на сейсмостойкость используют сейсмограммы района застройки.Для определения только частот и формсобственных колебаний натуры имитация ускорения достигается вибратором,которьпл устанавливают в месте наибольшей податливости наиболее жесткого элемента модели. Для исследованиятакже и напряженно-деформированногссостояния модели необходима точнаяимитация всех действующих динамических нагрузок на натурную конструкцию.С помощью вибро- и тензоат паратуры замеряют деформации и амплитудначастотные характеристики элементов модели, во которым определяют напряжения, частоты и формы собгтвенныхколебаний натуры используя линейный 111 т 1тп =, частотный:и,= масштабы итп, шп 1масштаб н пряжения и, шПри моделировании с учетом диамических явлений важно подобным образом с натурой распределить плотос.ь материала внутри элементов модели, чтобы сохранить при уменьшенном линейном масштабе одинаковые с натурой инерционность и жесткость, а значити ускорение любой точки модели и натуры при линейном характере нагружеОднако, для случая работы конструкции на растяжение - сжатие и изгиб, сопровоэкдающейся продольными и изгибными колебаниями, подобное распределение плотности возможно, еслилинейньпл масштаб моделирования определять как отношение масштабов модуляупругости и плотности материала элемента модели и имитируемого элемента тп, Ея Рчтп6 ш Ен РмДанный масштаб не меняется и если,помимо распределенной нагрузки, наэлемент воздействует сосредоточенная нагрузка при условии равенства масштабов распределенных и сосредоточеншм Мм ных масс, т.е. шнн Как и при статическом моделирова нии рассматриваются материалы с линейной зависимостью деформации отнапряжения. Динамические явления в строительной качструкции, подверженной изгибным колебаниям. иог;т быть выражены уравнением изгибык калеааний стерж - ней с равнамерг распрелетелтлыми па длине стержня параметраьпл. При раоаложении сосредато 1 еннсй массы по:редине пролета и вьплолнении працедурь; полу .ения ссбстгенььх форм колебаний, имеет место два критертя пс Лобя обэеспечт.веющие алинаксвые инерцГ ые и жесгкастные сзойства Гмалели и натуры;Г = 1,. 1 м-, 1 Критерии сакра .яются и для иных схем закреплетптя стержня, следсаательнсэ крит 1.1 эмс о пр 1 лмгнтгь идля составных, па разною. закрет,.генных стержней.Путе.1 несложлых преобразований из 25найденных кГитсриев динапиеска а подобия пГ условии полного геометрического одабя мале:ти и натуры мсжнас учить сс, тно.пения П с 30шпИз после;.него :остнашения следует,что ускоренл, возлействующэ.е та элементы моде;и: и натуры, лолжны быть одинаковыми,ЗГ Таким образам, если на э;:емент молол воздействовать пут ускорения, равного окаре вующему на имитируемь;й эл ры, по в линейной области С 0, Г,модели и натуры аудут иле одинаковы формь колебания соответствии с принципом независимо 1 - ти действия сил влияние г;эавитацианного поля земли л:;я мацеэи и нагуры 45 бу"ет одинакавьгл и е повлечет изменение масштабов,Приведенные масштабы сохраняютсяи для случая работь, э,емента на растяжение-сжатие, сопровождающейся прс дальными колеба: ями. следовать паве,.ени рукции в линейнойраспределение плотэсти внутри всех;: )тлЕ:и,);сц:1.т т Ос И К О а " Н г И -; г тж"-и; К гтгта"угЕ т-рс ттсяЬ 1 сГ)МЕ то)с 1 Е тГттт т г ге;, а, ТЕНта 1.=ННОЕ В т 1 Э К;. г,1 И: О т тетем иа тен тг" аоат )о 1, испсльна оргсте;лат Зас И "-. Дт "т Г ЭЛОМЕНТ)Ц МО,Е.,;ттСЦ,Е,.: Г. .)тГт. СОРЕДОтОт;. тЦЬГХ МЛСт, 1 ЫИ ГИ)У)Га)Х Ка К СтатИНЕСКИСтаК И Д)1 антт, 1 Х;11 ал 1)УЗЬ И ттйстцт,тК)111 ет На )тат ; есс) 1 О:СТрутЫ 1)т:)т 1 );сбор Л."СМЕНТО 1:, )т ЕСТКОМОДЕЛИ, СЛужа 1 ть,тт я СОПрягтец-,: ИСОЕДИНЕНИЯ -.ЛЕМЕ Лт ОВ МОДЕЛИ ГттЖГ;)С Об ОИ и С ОС .,;) Ва тт.Еттг .;, тл 1 т 1 1 ; );1 ЫИ Ма СЦТттт) РаСРЕДг п)ггт РНО стт т, ат тГ. 1 тт.г 1,"ОСтттЕСТВЛЯЮТ Гтут .М )ЭГ.). ОЛ)тт.НИ; Ка)ХДОГО ) сЕМЕЦ Г МО Е)1 В ЛИНЕ)НОМ Ма, Штабе )дина;оном пця всех ):,еме:;толи.равном отношению масштабе:, моду)1 етЙупругости и плотности г)леме; т могер.И ИМИТИР т)ЕЫОГО) ЬЬ тЕМ(т Н "Г а Цгтт,Рт .11сЕМ Ма", ЕриаЛ ОЛС ЧЕНтОВ МОДЕ) И В,б)гр,тЮт ТаКт ЧтвбЬ) Ьаета)Ы ПЛСТ:ОС Г. ответс вуюцих влгменто) модели ттт)т бтьтг асснаКО 1 ттт)ДИНа КОт)тМ 1 ДОЛЖ т 111 бЬ 11 Ь МЯГ: Та, гд 1 лей т 71 ругос . и Нт;)а." 5 с)1;".1)и г)т:1 РаС)1 "ЕдЕ -ТЕНЬ Е СОСр, Дст "ОН 1 Ьт) аСС ОС гШССТ ВЛЯЮТ )О Е .тУ И В:.:, 1НЕ, )гЕС Г Г)аС П О )Ж С Н ИЯОСттстг;" НОЙ аЬ тЯ ,сОгЕ ,; О)Р)ДЕ ТОМ ДЕЙСТ;: Ия С ОСРЕДО т О Е 1 Н ",г Е ( т( От т. т т.с И Н а Мт,т Е ( г гти Н1- О ,г . К т. Натг ру а ВЕ 1 ИНИ.",гт - тлС 1 гт 1 т-,РЕДОтОН Нс тХ Мае;, КОТт)Р,1;1бЬтЬ расвт. Ьатгт-б =;: р )Е) Г=тть;,. гтт 1 Г тг 1-" Ь Нттгст т г е Т К Ст С т я )тц и:аКГЕ"ЛЕ:ця С т-)Онт Е-,. СТ 1) )К.1 тИ т ПРО)тО)11 ИС)11;:тт тНО, 1 Ет;:. Отт,; масшгаби масштабу расл сд г. - ьгх масс, зс тот ьтй 11; гт".б,. т. а :ый) Кат 1 СНЕ 11")11 МЕг)а тОжнтт .-.Отсс)ЕГ И ыо Д ел гцкз о в а ц не с т а ь о Й б а и -1 1) новлен 1:-,Й ца ада цти с нег н 6 охт 1 г,1 ц.гдаменто.; из бгтлца,нерте;: )ЗдтаПЛС 1;СГ)жнваят Г. аШНЮОС - РЕДСТВО.т фНда 1 ста .) МаССЬЬ Здание 1 имеет междуэтажные гег)екры- тиЯ 4 и 5 т, масса когоРьс: с стбоУДованием соответственно 1)с,), 1,., а покрытии 6 вдация 1 массой 1 нсольно закреплена башня 2. Лестттое ОСНОВаНИЕ т, На КОТОРОМ РаСПОЛОсКЕ 11т фундамстнт 3, снабжено пружинемти т) 9 с продольной жестког.тью С и из 1)М гибной жесткостью С соотвт.тственно,)" ггтт г) С ГаВЛН.т: ОВ: - .ОС с ИЕ, .т,);т, О ГОВг; .т;т КЛЕЕМ С;апО . сга. Закрепляют виб аул анкерные бол.ыРм по. бчрают лги=пп 1. С, =555 10 С, ая и изсибняя ь натурногоя 7 - фунцяоснованимента 3 в месте прел -полягаемого строительстна.ВПружины 8 и 9 одним концом зякреп 2 Ь ПРДЕЙГт 11 НЛ 11 ОГЛЕДНЮЮ СТЛТ:ГС 1 И: и линями сГ ких цл груз Ге сяжльп. злеЗб мент модели, Гтруюцц 1 ГоотцетстВУЮЦИЙ ЭЛСГ 1 Г НЦ С ТРЦТГЛЬЦОЙ КоцстРУ рянных рлсчетныь утеГ по реальнГм40 жесткостям соединеня э;еьентов и имитации продольной и иэгибной жесткости основания 7. Продольную жесткость пружин 8 и 9 определяют так 1 п 1 54 1 ОС =С =-С=1,544 100,100 Сч 1где С и Сц - продольнпнжесткост ляют к неподвижному жесткому основанию 7 с помощью Винтов, другим концомк фундаменту 3 с помощью янкерныхболтов из оргстекла. Очевидно, МЯГсяпружин 8 и 9 должна быть нл горядоки более меньше массы фундамента 3,чтобы исключить влияние этих масс наколебательную систему здание 1 - бац: -ня 2, либо массы пружин 8 и 9 должныучитываться при моделировании фундл -мента 3. Проверяют ВертикяльнОсть ОГисобранной модеги, Приклеивают тензои вибродатчики к оргстеклу башн 2и пенопласту здания 1 на разных уровнях, Выполняют статическую тярровкуприборов. Для этого собраннуп моде.ьвместе с основанием 7 кладут нл горизонтальную плоскость и Выставляютэлектрический нуль для всех тензо,лтчикон. Закрепляют основание 7 и згание 1 к горизонтальной плоскости, освобождают башню 2 от опиряния ня горизонтальную плоскость, и фиксируюттарировочный сигнал от датчиков башни2, вызванный изгибом консоли бацци 2год действием собственного веса ивеса антенн 10. Освобождают здание 1 от опирания на горизонтальную плоскость и аналогично предыдущему Выпол -няют тарировку датчиков здания 1,Устанавливают модель вертикальо висходное положение и фиксируют тярировочный сигнал тенэодатчиков от действия веса собранной модели в продольном направлении. Сравнивают тарироночные сигналы в эквивалентных точках модели,. в которых теоретически должны быть одинаковые напряжения изгиба и сжатия. Поэтому заранее определяются эти точки и н них также закрепляются тензодатчики.Тарировку Виброприборов ньп:олняют на вибростенде, По известной сейсмограмме на уровне окрытия 6 с предеяют режим работы Вибряторл 1, послеВКЛЮЧЕНИЯ КОТОРОГО ИЗМЕРЯЮТ ДвфРМЛции и ЛГпитуд но 1 ЯГ т От нь 1 е хя ятс ристик ня Всех р, Внях г Вглмени. иС ПОМОШЬЮ Г 1 ЛСШ;Лбон ВЫПО.;Нья ЛЕВРсчет, опре:еляют частоты и 1-,орГ,ь сог - ТВЕННЬр;,.;С;1 ЕбяПЙ Ня уп 1 формула изсбрет ения пссоб физческого Гподе. в роця.;ияСТРОИТЕЛЬНОЙ КО 1 С ТРУС 1111, БК.1 Ю" Л,ОЦСИЙ ВЪПОЛ:ЕНС МОДЕ.13 ГР:ЬЦЕЦНОГ, ОДИ -НС 1 КО ЬОМ Д.1 Я ВС ЕХ ЭЛЕМЕНТОВ ГОСР,Илиней;ом мя:штабс ; :динлковым дл;-,каждого элемент;. модели и имитирусмого элемента натуры масштабами ;1:относ.ти соз.лн=; Ятической дцлмич е Г к 1. ц я г р у зс , 11 л мод с. ь ".,ме",: Г -не деформяци:1 моде.и, О т л и ч лю щ 1, Й с я теГ; что " е;,1 и об.ПЕНС 1 Я ВОЗМЦК РГ Т 1 ИС СЛ ЕДС В ЯИЯ Нмодели напряженс -дефорь.ировлннгосостояния, частот 1 форм собст.енньхколебаний строитГ:ьцой конс"рукци ЦИ ВЬПР Ня ЦТ, В Р 1, ЦОГ 1 НЕ Й НГМ Г,1. 1 П т;1 бе, рс 1 В цом от Гшс 1 ю м;1 Г цт:.бс, В ГО - Д ;С. 11 ф, 1 О1 ,т 1.1.1 ЛС МС 1 ТЛ МОс С 1 И; МГ, ИО Е, ОГО1 Е -мецтя натуры, Г, сдняст элеьенты:.с"Дели между,.обой и с ОсоВя:;Нямпомопью э:Оментоц жесткости, подсб -злкреп:ения строи; ельной кон:трукции проОДИона:1 ьцо 11 нейному млсштяоу и млсцтабу рлсцр: 1;.енных масс, В месТЯХ ДЕЙСТВ 1 Я ГОГЕДОТОЧЕННЫХ СТат 1 сеских 1 динлГ;1 Вских нагрузок и 1;,ешяют сссредоточен;1 ые имитирующе д -цлмческе нягрузкц Г яссы, к торым сообщают ускорения, рягные ускорениям ",сЙсВуюпГ,л ня 1 р; 1 змсряю, амплт;.дно-частотные харлкт пистки элемецтоь моде. в , по которым О:.р дсчлстоты и формы собственных лебаний строит.льцсй коцстр кции В целОГ при э том млс 1:тлб сосредо 1-Оченной мас.сь прин мают рян.ым мясштлоураспредсленной массы, в квадрат мясцтаба частот колебательного движенияравным обэатной величине линейногомасштаба,Составитель Т.,ИвановРедактор И,Сегляник Техред И,Верес орректор И.М ск аказ 5544 Тип водственно-полиграфическое предприяти срод, ул. Проектная,ВНИИПИ Го по дела 113035, Моск