Стенд для моделирования деформаций оснований зданий и сооружений

МУ СВИДЕТЕЛЬСТ В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Украинский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института горной геомеханики и маркшейдерского дела(56) Авторское свидетельство СССРМ 1049775, кл. 6 01 М 19/00, 1983.(54) СТЕНД ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ(57) Использование: для исследования моделей подземных сооружений в грунтовоммассиве, испытывающем сдвижение и деформации. Сущность; стенд для исследования моделей подземных сооружений вгрунтовом массиве содержит лоток, вкотором размещены секции с параллелограммИзобретение относится к испытательному оборудованию, в частности, к исследованиям моделей подземных сооружений в грунтовом массиве, испытывающем сдвижения идеформации, например на подрабатыввемых территориях, и является усовершенствованием известного устройства, описанного в авт,св, СССР 1 Ф 10497751).Известный стенд для моделирования деформаций оснований зданий и сооружений 1) содержит лоток, секции с приспособлениями для их вертикального и горизонтального перемещения с приводом, установленные поперек лотка и соединенные между собой и с приводом горизонтального перемещения, причем секции ными шарнирно-рычажными механизмами на подъемно-опускных устройствах и пригрузочные приспособления для создания вертикального давления. Новым в стенде является то, что между торцевыми поверхностями и грунтовым массивом дополнительно размещены контактирующие с массивом вертикальные штампы с возможностью горизонтального перемещения в плоскости стенда независимо друг от друга,причем, торцевые поверхности лотка снабжены распорными устройствами, свободно примыкающими к штампам, а каждый штамп соединен с грузовой платформой, На торцевых стенках лотка имеются кронштейны с горизонтальными площадками, на которые, через шарниры оперты консолями штампы, С помощью стенда имитируют горизонтальные и вертикальные деформации сжатия в подрабатываемом массиве. 2 з,п. ф-лы, 3 ил. выполнены с проемами, пазами и прорезя- с ми по краям и размещены в несколько рядов вдоль лотка, соединение секций между собой и с приводом горизонтального перемещения выполнено в виде параллелограммов с шарнирно соединенными сторонами, раз-СО мещенных в проемах секций, приспособление для вертикального перемещения.секций - 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,Указанный стенд работоспособен при больших нагрузках, позволяет задавать вер 177702835 тикальные, горизонтальные и уступообразные виды деформаций, Однако указанный стенд не может создавать горизонтальные нагрузки, имитирующие гор. 1 ов давление по глубине грунтового массива,Целью дополнительного изобретения является расширение ди;ц.аз:.".а нс,:дований путем создания горизонтальных наГрузок, имитирующих гооное давление по глубине грунтового массива при моделировании условий эксплуатации подземных сооружений.Поставленная цель достигается тем, что стенд для моделирования деформаций оснований зданий и сооружений по авт, св. СССР М 1049775, снабжен вертикальными штампами с нагрузочными приспособлениями и распорными устройствами на торцевых стенках лотка, при этом вертикальные штампы размещены в лотке вдоль его торцевых стенок с возможностью независимого горизонтального перемеьцения в плоскости стенда с помощью свободно примыкающих к ним распорных устройств.Другое отличие состоит в том, что торцевые стенки лотка снабжены опорными кронштейнами с горизонтальными площадками, а каждый штамп-консолями, выступающими за пределы лотка, посредством которых штамп через шарниры сперт на горизонтальные площадки кронштейнов.Кроме того, нагрузочное приспособление какдого вертикального штампа выполнено в виде грузовой площадки, соединенной со штампом при помощи троса через отклоняюгцие блоки, установленные на опорных кронштейнах,Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 показан фрагмент стенда, с размещенным внутри него грунтовым массивом, продольный разрез, На фиг,2 - узел , поперечный разрез; на .иг, 3 - показан узел(опирание вертикального штампа).Стенд для моделирования деформаций оснований зданий и сооружений содйржит лоток 1 с днищем 2, на котором через шов скольжения 3 установлены на подъемноопускных устройствах 4 подвижные секции 5. Последние соединены между собой параллелограммными шарнирно-рычажными механизмами 6 посредством осей 7, выполненных в виде ползунов. Полэуны 7 с одной стороны проходят через втулки 8, расположенных в звеньях 9 в одном продольном ряду каждого шарнирно-рычажного механизма 6, а с другой стороны размещены в вертикальных прорезях 10 подвижных секций 5. Звенья шарнирно-рычажных механизмов 6 соединяются друг с другом при гюмощи осей 11 через втулки 12, Подвижные секции 5 выполнены с горизонтальными проемами. Кроме этого ползуны 7 шарнирно прикреплены к секции 5 при помощи осей 14, а в секциях 5 образованы пазы 15,через которые пропускают оси 14 Торцевые поверхности 16 стенда соединены между собой поверху перемычкой 17, а понизу соединены с днищем 2, На подвижные секции 5 стенда сверху уложен грунтовый массив 18, вмещающий модель подземного сооружения 19, Поверху грунтового массива 18 расположены пригрузочные приспособления 20, Между торцевыми поверхностями 1 б стенда и грунтовым массивом 18 размещены контактирующие с массивом вертикальные штампы 21, Каждый штамп 21 снабжен консолями 22, выступающими из боковой плоскости стенда, посредством которых он через шаровые опоры 23 подвижно опирается на внешние горизонтальные площадки 24, Горизонтальные площадки 24 крепятся к опорным кронштейнам 25. Торцевые поверхности 16 стенда снабжены винтовыми распорными устройствами 2 б, которые свободно примыкают к вертикальным штампам 21. Консоли 22 вертикальных штампов 21 при помощи тросов 27 через отклоняющие блоки 28 соединены с нагрузочными платформами 29,Отклоняющие блоки 28 размещены на укосинах 30 опорных кронштейнов 25. Стенд работает следующим образом, В соответствии с программой исследований по изученгво влияния конкретных деформаций подрабатываемого основания на модели подземных соорукений моделируют процесс получения искомых деформаций основания, например, в продольном направлении реализуют совместное воздействие равномерных горизонтальных деформаций сжатия и неравномерных вертикальных деформаций оседания радиально вогнутого плавного профиля с созданием горизонтальных нагрузок от горного давления и нагрузок от возведенных новых зданий вблизи подземного сооружения,Предварительно производят подготовку стенда к испытаниям по программе исследований. На стенде подвижные секции 5 последовательно поднимают и устанавливают на заданном уровне от днища 2 лотка 1 при помощи подьемно-опускных устройств 4, для чего последние, например, винтовые опоры с механическим или ручным приводом выкручивают из резьбовых гнезд, установленных в секциях 5. Каждая секция 5 при движении перемещается по вертикальным прорезям 10 вверх относительно направляющих ползунов 7 и соединенных с ним осей 14, которые сохраняются на одном уровне,1777028 10 15 20 30 35 40 55 т,к, ползуны 7 с одной стороны проходят через втулки 8 звеньев 9 неподвижных параллелограммных шарнирно-рычажных механизмов 6, опирающихся на днище 2 лотка 1, При этом оси 14 проскальзывают по пазам 15 и аказываютсл в их нижней части. Звенья 9 шарнирно-рычажных механизмов 6 со стороны горизонтальных проемов 13 подбирают одинаковой длины, для чего переставлвот аси 11 на втулках 12, К шарнирно-рычажным механизмам 6 прикладывают горизонтальные продольные сжимающие усилия, направленные друг к другу при которых происходит преобразование формы каждого. параллелограмма и изменение размеров диагоналей - вертикальные диагонали увеличиваются, а горизонтальные диагонали укорачиваются, При этом соответственно уменьшаютсл расстояния между втулками 8 и осями (ползунами) 7, механизмы изменяются в длине пропорционально каждому параллелограмму, одновременно взаимодействуют посредством ползунов 7 с подвижными секциями 5 и увлекают их за собой совместно с подъемноопускными устройствами 4 по швам 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 ьертикэльной плоскости. После выведения подвижных секций 5 в исходное положение механические или ручные приводы подъемно-опускных устройств 4 отключают, горизонтальные продольные сжимающие усилия снимают, а на верхней поверхности подвижных секций 5 любыми известными способами укладывают и уплотняют грунтовый массив 18, вмещающий модель подземного сооружения 19.Поверху размещенного в стенде грунтового массива 18 размещают пригрузочные приспособления 20, имитирующие вертикальные нагрузки от горного давления,Для обеспечения подобия горизонтальных напряжений в испытуемом грунтовом массиве 18 и в натуре, существующая в природном массиве трапециевидная эпюра горизонтальных нагрузок от горного давления заменяется ступенчатой разбивкой на равные участки по количеству итампов 21, причем значение нагрузки на каждьй штамп определяется длл середин участков. Ступенчатая зпюра нагрузки реализуется на стенде путем загружения каждой нагрузочной платформы 29 грузами расчетного веса. Усилие от веса грузов пер, р".тся при помощи тросов 27 через отклоняющие блоки 28 и консоли 22 на вертикальные штампы 21, Такая система приложения горизонтальных нагрузок от горного давления на испытуемый грунтовый массив 18 обеспечивает постоянство величин этих нагрузок в течение всего эксперимента,Напряженно-деформированное состояние грунтового массива 18. сложившееся после ега загружения вертикальными и гаризонтальными нагрузками от горного давления является исходным для дальнейших исследований работы модели подземного сооружения в подрабатываемом грунтовом массиве и фиксируется методами фатамеханики или при помощи оптических датчиков.Имитация горизонтальных деформаций сжатия в подрабатываемам массиве асуществляетсл путем прикладывания к широтно- рычажным механизмам 6 горизонтальных сжимающих усилий.Для имитации неравномерных вертикальных деформаций оседания радиально вогнутого плавного профиля к подъемно-опускным устройствам 4, например, винтовым опорам с механическим или ручным привадом, прикладывают вращающие моменты После подготовительного периода настенде производят по намеченной и рограмме моделирование деформаций основания 18, С этой целью к шарнирно-рычажным механизмам 6 прикладывают горизонтальные продольные сжимающие усилия и одновременно к подъемно-опускным устройствам 4 . прикладывают вращающие моменты,Под воздействием сжимающих усилий, направленных друг против друга звенья 9 механизмов б взаимодействуют между собой посредством соей (ползунов) 7 с втулками 8 и осей 11 с втулками 12. В механизмах б возникают усилия, которые в большей степени обуславливаются противодействующими реакциями со стороны подвижных секций 5, загруженных грунтовым массивом 18 и моделью подземного сооружения 19, При превышении сжимающими усилиями всех противодействующих реакций начинается движение механизмов 6; звенья 9 совершают линейные перемеще 50 ния и повороты (три вращательные пары)втулками 12 вокруг осей 11, а втулками 8 вокруг осей (ползунов) 7; ползуны 7 совершают только поступательные, главным образом, горизонтальные перемещения, При этом механизмы б изменяются по форме и длине пропорционально каждому параллелограмму, вертикальные диагонали каждога параллелограмма увеличиваются, а горизонтальные уменьшаются. Соответственно уменьшается расстояние между втул 1777028ками 8 и между осями (ползунами) 7. Ползуны 7, находясь в вертикальных прорезях 10, надавливают на стенки вертикальных прорезей и увлекают подвижные секции 5 за собой совместно с подъемно-опускными устройствами 4 по швам скольжения,По воздействием вращающих моментов винтовые опоры подьемно-опускных устройств вкручивают в реэьбовые гнезда на разную величину. Вкручивание раньше начинают вести с тех секций 5, которые требуется опустить больше или применяют разную скорость вкручивания, пропорционально величинам оседания каждой секции, По вкручиванию контролируют и формируют необходимый рельеф верхних повераю. стей секций 5 для получения заданного профиля. Соответственно этому подвижные секции 5 опускаются по вертикальным прорезям 10 вниз относительно направляю цих ползунов 7 и соединительных с ними осей 14 под действием собственного веса, веса грунтового массива 18 и модели подземного сооружения 19. При этом оси 14 проскальзывают по пазам 15 и оказываются е их верхней части. Вертикальные пазы 15 компенсируют перемещения секций 5 в вертикальном направлении, Смежные секции 5 боковыми сторонами не контактируют, ибо их устойчивость обеспечивается осями ползунами) 7 при помощи механизмов 6, Так как передача нагрузок от механизмов 6 через ползуны 7 на подвижные секции 5 осуществляются в горизонтальной плоскости, а усилия трения секций 5 в вертикальных прорезях 10 по ползунам 7 действуют в вертикальном направлении, то реализуется возможность одновременных независимых движений секций 5 по горизонтали и по вертикали. При изменении величин сйимающих усилий и вращающих моментов соответственно изменяют скорости и величины горизонтальных и вертикальных перемещений секций 5. Вынужденные перемещения секций 5 передаются их верхней поверхностью на грунтовый массив 18, трансформируются в нем в соответствии с физико-механическими законами деформирования и сдвижения грунта и под влиянием его веса и нагрузки от подземного сооружения 19 и их положения на стенде отображаются на модели основания в виде радиального плавного профиля;Имитация постоянных по величине горизонтальных нагрузок, не зависящих от перемещения торцевых стенок 16 лотка, в предлагаемой установке достигается путем использования контактирующих с массивом 18 вертикальных штампов 21, которые создают постоянные горизонтальные сжи мающие нагрузки на грунт массива 18 благодаря нагруэочному приспособлению в виде тросов 27 с грузом 29 перекинутым черезблок 28,Имитация горизонтальных деформаций сжатия от нагрузок возведенных новых эданий вблизи подземного сооружения осуществляетсл путем задания фиксированныхгоризонтальных перемещений вертикаль 10 ных штампов 21 по направлению к центру испытываемого массива. Фиксированные 15 203035 4050 55 горизонтальные перемещения штампов 21 задают винтовыми распорнцми устройствами 26, Выполнение независимого опиранил каждого штампа 21 через шаровые опоры 23 на опорные кронштейны 25 обеспечивают поступательное горизонтальное перемещение вертикальных штампов 21 в плоскости стенда под действием винтовых распорных устройств 26, С доугой стороны, такая конструкция опиранил штампов 21 позволяет эадавагь каждому иэ штампов различные по величине перемещения.Применение контактирующих с массивом вертикальных штампов 21, которые имеют воэможность независимого горизонтального перемещения в плоскости стенданезависимо друг от друга, дополнительно соединенных с нагрузочными приспособленилми позволяет имитировать горное давление по глубине грунтового массива.Условия моделирования приближаются к условиям эксплуатации подземных сооружений в грунтовом массиве, испытывающим сдвижения и деформации под влиянием горных работ и внешних нагрузок.Формула изобретения 1. Стенд для моделирования деформаций оснований зданий и сооружений по авт. се. М 1049775, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона исследований путем создания горизонтальныхнагрузок, имитирующих горное давление по глубине грунтового массива при моделировании условий эксплуатации подземных сооружений, стенд снабжен вертикальнымиштампами с нагруэочными приспособленилми и распорными устройствами на торцевых стенках лотка, при этом вертикальные штампы размещены в лотке вдоль его торцевых стенок с возможностью независимого горизонтального перемещения в плоскости стенда с помощью свободно примыкающих к ним распорных устройств.2. Стендпоп.1, отл ичающийсятем, что торцевые стенки лотка снабжены опорными кронштейнами с гориэонтальными площадками, а каждый штамп - консолями, выступающими эа пределы лотка,посредством которых штамп через шарни 1777028ры оперт на горизонтальные площадкикронштейнов. 3. Стенд по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что нагрузочное приспособление каждого вертикального штампа выполнено в виде грузовой платформы соединенной со штампом при помощи троса через отклоняющие блоки, установленные на опорных 5 кронштейнах,