EA 030362B1 20180731

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000030362b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Способ испытания и определения степени живучести железобетонной конструкции при сверхнормативном однократном динамическом воздействии, согласно которому два одинаковых образца железобетонной конструкции подвергают кратковременному динамическому воздействию путем сброса одинакового испытательного груза с одной и той же высоты, при этом предварительно один из испытуемых образцов устанавливают на жесткие опоры, а второй - на податливые опоры, выполненные в виде сминаемых вставок с поперечным кольцевым сечением, длину которых выбирают с учетом наружного радиуса податливой опоры, толщины ее стенки, величины сопротивления материала и действующей нагрузки, сравнивая полученные результаты испытаний, судят о степени живучести образца, установленного на податливых опорах, отличающийся тем, что испытанию подвергают железобетонные конструкции, опертые по контуру, для этого сначала один из испытуемых образцов железобетонной конструкции шарнирно опирают на несминаемые опоры, установленные на жестком контуре, подвергают этот испытуемый образец сверхнормативному кратковременному динамическому воздействию, с помощью силоизмерительного устройства определяют нагрузку q, действующую на испытуемый образец в результате динамического воздействия и равномерно распределенную на нем, и определяют в геометрическом центре испытуемого образца абсолютное вертикальное перемещение, затем на тот же жесткий контур устанавливают податливые опоры, обеспечивая координаты их центров соответственно координатам центров несминаемых опор для первого испытуемого образца и такое же количество степеней свободы, как для несминаемых опор первого испытуемого образца железобетонной конструкции, при этом до установки податливых опор предварительно рассчитывают длины l _i и l _j каждой i и j податливых опор, устанавливаемых на взаимно перпендикулярных сторонах контура, соответствующих условно осям х и у, по формулам где Q _i - сосредоточенная сила, действующая на i опору; Q _j - сосредоточенная сила, действующая на j опору; R - наружный радиус податливой опоры; [ σ] - сопротивление материала податливой опоры; s - толщина стенки опоры, причем сосредоточенные силы Q _i и Q _j , действующие на i и j опоры, рассчитывают по формулам где а - длина одной из сторон контура для опирания испытуемого образца железобетонной конструкции, расположенная вдоль оси у; b - длина смежной стороны контура для опирания испытуемого образца железобетонной конструкции, расположенная вдоль оси х; x _i - для первой опоры, расположенной на стороне контура длиной b, - это начало координат, а для каждой последующей установленной i-й опоры - координата средней точки, расположенной между геометрическим центром i-й опоры и геометрическим центром предыдущей опоры; x _i+1 - координата средней точки, расположенной между геометрическим центром i-й опоры и геометрическим центром последующей i+1 опоры; y _j - для первой опоры, расположенной на стороне контура длиной а, - это начало координат, а для каждой последующей j-й опоры - координата средней точки, расположенной между геометрическим центром j-й опоры и геометрическим центром предыдущей опоры; y _j+1 - координата средней точки, расположенной между геометрическим центром j-й опоры и геометрическим центром последующей j+1 опоры; q - равномерно распределенная нагрузка по показаниям силомера для испытуемого образца железобетонной конструкции, опертой на несминаемые опоры; ν - коэффициент Пуассона; после установки шарнирно на податливые опоры второй испытуемый образец тоже подвергают сверхнормативному однократному динамическому воздействию, идентичному как на первый испытуемый образец, и измеряют абсолютное вертикальное перемещение в его геометрическом центре, после чего определяют коэффициент нагрузочного резерва k _e по формуле где Δh _d1 - абсолютное вертикальное перемещение в геометрическом центре испытуемого образца, установленного на несминаемых опорах; Δh _d2 - абсолютное вертикальное перемещение в геометрическом центре испытуемого образца, установленного на податливых опорах, и по коэффициенту нагрузочного резерва судят о степени живучести железобетонной конструкции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что испытанию подвергают железобетонную плиту.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что испытанию подвергают железобетонную оболочку.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно сравнивают интенсивность распространения и ширину раскрытия трещин у обоих испытуемых образцов и по изменению интенсивности распространения и ширине раскрытия трещин испытуемых образцов тоже судят о степени живучести железобетонной конструкции.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что испытанию подвергают железобетонную плиту.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что испытанию подвергают железобетонную оболочку.

(19)
Евразийское
патентное
ведомство
030362
(13) B1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2018.07.31
(21) Номер заявки 201600420
(22) Дата подачи заявки 2016.05.17
(51) Int. Cl.
E02D 33/00 (2006.01) G01M 7/08 (2006.01) G01N 3/30 (2006.01)
(54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ЖИВУЧЕСТИ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ КОНСТРУКЦИИ ПРИ СВЕРХНОРМАТИВНОМ ОДНОКРАТНОМ ДИНАМИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
(72) Изобретатель:
Кумпяк Олег Григорьевич, Однокопылов Георгий Иванович, Галяутдинов Заур Рашидович, Максимов Валерий Борисович, Галяутдинов Дауд Рашидович (RU)
(56) RU-C1-2428549 RU-C1-2428334 RU-U1-128716 JP-A-2008286679
(43) 2017.11.30
(96) 2016000034 (RU) 2016.05.17
(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ТОМСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ" (ТГАСУ) (RU)
(57) Способ испытания и определения степени живучести железобетонной конструкции при сверхнормативном однократном динамическом воздействии может быть использован для выбора и обеспечения эффективной защиты строительных конструкций от разрушений при кратковременном сверхнормативном динамическом или взрывном воздействиях. Испытанию на сверхнормативное кратковременное динамическое воздействие подвергают два одинаковых испытуемых образца железобетонной конструкции. Первый образец шарнирно опирают на несминаемые опоры, установленные на жестком контуре. Определяют нагрузку, действующую на испытуемый образец, и абсолютное вертикальное перемещение в его геометрическом центре в процессе динамического воздействия. Второй образец опирают на податливые опоры, выполненные в виде сминаемых вставок с поперечным кольцевым сечением. Податливые опоры устанавливают на тот же жесткий контур, обеспечивая координаты их центров и количество степеней свободы такие же, как и для первого испытуемого образца. Путем интегрирования соответствующего участка эпюры, приходящегося на каждую податливую опору, сначала определяют сосредоточенную силу, действующую на эту опору, и соответственно этой силе, а также с учетом наружного радиуса, толщины стенки и величины сопротивления материала рассчитывают необходимую длину податливой опоры на каждом участке. Для второго испытуемого образца тоже измеряют абсолютное вертикальное перемещение в его геометрическом центре под воздействием сверхнормативной кратковременной динамической нагрузки. О степени живучести железобетонной конструкции судят по коэффициенту нагрузочного резерва, который соответствует отношению абсолютного вертикального перемещения в геометрическом центре первого испытуемого образцов к аналогичному перемещению второго образца. Применение податливых опор с различной степенью энергопоглощения снижает деформативность железобетонной конструкции. Варьируя физико-механическими характеристиками материала, геометрическими размерами податливых опор и их количеством, можно выбрать самый эффективный метод защиты от разрушения строительной конструкции и повысить ее живучесть.
Изобретение относится к области динамических испытаний строительных конструкций, преимущественно железобетонных плит, опертых по контуру, и может быть использовано для определения степени живучести и обеспечения эффективной защиты строительных конструкций от разрушений при кратковременном сверхнормативном динамическом или взрывном воздействиях.
Из уровня техники известен способ испытания конструкции на ударные воздействия по патенту на изобретение RU 2362136, МПК G01M 7/08, опубл. 20.07.2009, согласно которому о реальных значениях динамических параметров судят по параметрам собственных колебаний конструкции, возникающих в процессе ее разрушения. Согласно этому способу предварительно резонансным методом определяют низшую собственную частоту колебаний конструкции, после чего, не меняя положения испытуемой конструкции, производят разрушающий удар. Полученные данные обрабатывают и фильтруют высшие гармоники собственных колебаний, соответствующие гармоникам в момент разрушения конструкции, от низшей гармоники, частота которой соответствует измеренной низшей собственной частоте колебаний конструкции. По полученным данным судят о реальных значениях динамических параметров. Способом по RU 2362136 достигается точность измерения параметров конструкции в процессе ее разрушения, но не определяются степень живучести строительной конструкции при воздействии сверхнормативной ударной нагрузки и меры защиты от разрушений.
Известен способ испытания и определения степени живучести строительных конструкций по патенту на изобретение RU 2477459, МПК G01M 7/08, опубл. 10.03.2013. Согласно способу по RU 2477459 степень живучести испытуемой конструкции определяют с учетом динамической нагрузки в момент разрушения, остаточного ресурса и деформаций строительной конструкции в процессе испытаний. Значения динамических параметров, как и в предыдущем способе, определяют по параметрам собственных колебаний конструкции, возникающих в процессе ее разрушения. Сначала резонансным методом определяют низшую собственную частоту колебаний конструкции, затем конструкцию подвергают сверхнормативному ударному воздействию. Полученные данные обрабатывают и фильтруют высшие гармоники собственных колебаний от низшей гармоники. Для определения остаточного ресурса испытуемую конструкцию после динамического воздействия дополнительно подвергают пошаговому статическому нагруже-нию до полного ее разрушения и определяют величину остаточной несущей способности конструкции по разности значения максимальной динамической нагрузки в момент разрушения конструкции и значения приложенной максимальной статической нагрузки. Дополнительно производят измерения длин строительной конструкции до и после каждого вида нагружения и определяют величины относительных деформаций. По относительным деформациям, значению динамической нагрузки в момент разрушения строительной конструкции и величине остаточной несущей способности строительной конструкции после испытания определяют по коэффициент степени живучести испытуемой конструкции. Способ по RU 2477459 позволяет точно и достоверно определить коэффициент степени живучести строительной конструкции для заданного значения сверхнормативной ударной испытательной нагрузки. Однако способ по RU 2477459 не направлен на обеспечение защиты строительных конструкций от разрушений при воздействии сверхнормативных кратковременных динамических нагрузок.
Известно устройство для обеспечения живучести строительных конструкций при кратковременном динамическом воздействии по патенту на изобретение RU 2428549, МПК Е04Н 9/00, опубл. 05.04.2010, которое направлено на обеспечение сохранности несущей способности строительной конструкции при различных видах кратковременных динамических нагрузок и может быть использовано для защиты сооружений от взрывных и ударных вертикальных воздействий. Для подтверждения эффективности устройства по RU 2428549 были проведены многочисленные исследования напряженно-деформированного состояния железобетонных балок в процессе испытаний строительных конструкций, подверженных различным видам испытаний. В ходе испытаний экспериментальный образец (железобетонную балку) устанавливали на жесткую опору, на упругую опору (на упругий элемент, размещенный между металлическими пластинами) и упругопластическую опору с отвердением (на сминаемую вставку или вставки с поперечным кольцевым сечением, заключенные между металлическими пластинами). Условия всех указанных испытаний были идентичными. Образцы подвергали вертикальному кратковременному динамическому воздействию путем воздействия падающего испытательного груза. Удар регистрировался силомером. Результаты испытаний сравнивались. При одинаковых условиях нагружения жесткое опирание образца не защищало образец от разрушения, при упругом опирании обеспечивалась полная сохранность сминаемых вставок и частичная защита образца, при упругопластическом опирании были разрушены сминаемые вставки, но защищен сам образец. Испытания показали, что в последнем случае обеспечена живучесть строительной конструкции. В ходе испытаний было установлено, что защита строительной конструкции и обеспечение ее живучести зависит от соотношения длины сминаемой вставки, радиуса, толщины стенки и материала, из которого вставка изготовлена. Исходя из этого, длину сминаемой вставки с поперечным кольцевым сечением выбирали по формуле
. _ 1,98-Р-К
где l - длина сминаемой вставки;
Р - допустимая расчетная вертикальная нагрузка, приходящаяся на опорную поверхность, вкючая собственный вес конструкции;
R - радиус кольца поперечного сечения податливой опоры; [а] - сопротивление металла при изгибе податливой опоры; s - толщина стенки сминаемой вставки.
Способ испытания устройства, приведенный в описании к патенту на изобретение по RU 2428549, является наиболее близким к заявляемому способу и принят за прототип.
Согласно прототипу в процессе испытаний было установлено, как ведет себя плоскостная железобетонная конструкция, опертая по двум сторонам. Однако в ходе испытаний не исследовалось, как эта нагрузка воспринимается пространственной железобетонной конструкцией, опертой по контуру, и как более эффективно с помощью податливых опор защитить железобетонную конструкцию от действия сверхнормативного однократного динамического воздействия.
Задача изобретения - проведение испытания железобетонной конструкции с податливыми опорами, установленными по контуру испытуемой конструкции, и обеспечение живучести железобетонной конструкции с податливыми опорами при сверхнормативном однократном динамическом воздействии.
Технический результат заключается в снижении деформативности железобетонной конструкции путем применения податливых опор с различной степенью энергопоглощения, а также в оценке степени живучести железобетонной конструкции по нагрузочному резерву.
Задача и технический результат достигаются следующим образом.
Общим для заявляемого способа испытания и определения степени живучести железобетонной конструкции при сверхнормативном однократном динамическом воздействии и для прототипа является то, что кратковременному динамическому воздействию путем сброса испытательного груза одинаковой массы с одной и той же высоты подвергают два одинаковых образца железобетонной конструкции. Для этого предварительно один из испытуемых образцов устанавливают на жесткие опоры, а второй - на податливые опоры, выполненные в виде сминаемых вставок с поперечным кольцевым сечением. Длину сминаемых вставок выбирают с учетом наружного радиуса податливой опоры, толщины ее стенки, величины сопротивления материала и действующей нагрузки. Сравнивая полученные результаты испытаний, судят о степени живучести образца, установленного на податливых опорах.
В отличие от прототипа согласно заявляемому способу испытанию подвергают железобетонные конструкции, опертые по контуру. Сначала один из испытуемых образцов железобетонной конструкции шарнирно опирают на несминаемые опоры, установленные на жестком контуре и подвергают его сверхнормативному кратковременному динамическому воздействию. С помощью силоизмерительного устройства определяют нагрузку q, действующую на испытуемый образец в результате динамического воздействия и равномерно распределенную на нем. В геометрическом центре испытуемого образца определяют абсолютное вертикальное перемещение. Затем на тот же жесткий контур устанавливают податливые опоры, обеспечивая координаты их центров соответственно координатам центров несминаемых опор для первого испытуемого образца, и такое же количество степеней свободы, как для несминаемых опор первого испытуемого образца железобетонной конструкции. Отличием от прототипа является также то, что до установки податливых опор предварительно рассчитывают длины ^ и lj каждой i и j податливых опор, устанавливаемых на взаимно перпендикулярных сторонах контура, соответствующих условно осям х и у, по формулам
где Qi - сосредоточенная сила, действующая на i опору; Qj - сосредоточенная сила, действующая на j опору; R - наружный радиус податливой опоры; [а] - сопротивление материала податливой опоры; s - толщина стенки опоры.
Сосредоточенные силы Q и Qj, действующие на i и j опоры, рассчитывают по формулам
fXi+1 а 1 2 - v /7г ¦ х\
Qi(x)=L , Л, > •""(-)*№
fyJ+1 q 1 2 - v /7Г ¦ ух
\a2 b2J
где а - длина одной из сторон контура для опирания испытуемого образца железобетонной конструкции, расположенная вдоль оси у;
b - длина смежной стороны контура для опирания испытуемого образца железобетонной конструкции, расположенная вдоль оси х;
xi - для первой опоры, расположенной на стороне контура длиной b, - это начало координат, а для каждой последующей установленной i-й опоры - координата средней точки, расположенной между геометрическим центром i-й опоры и геометрическим центром предыдущей опоры;
xi+1 - координата средней точки, расположенной между геометрическим центром i-й опоры и геометрическим центром последующей i+1 опоры;
yj - для первой опоры, расположенной на стороне контура длиной а, - это начало координат, а для каждой последующей j-й опоры - координата средней точки, расположенной между геометрическим центром j-й опоры и геометрическим центром предыдущей опоры;
yj+1 - координата средней точки, расположенной между геометрическим центром j-й опоры и геометрическим центром последующей j+1 опоры;
q - равномерно распределенная нагрузка по показаниям силоизмерительного устройства для испытуемого образца железобетонной конструкции, опертой на несминаемые опоры;
v - коэффициент Пуассона.
После установки второго испытуемого образца шарнирно на податливые опоры его тоже подвергают сверхнормативному однократному динамическому воздействию, идентичному, как на первый испытуемый образец. Измеряют абсолютное вертикальное перемещение в геометрическом центре второго испытуемого образца. В отличие от прототипа о степени живучести железобетонной конструкции судят по коэффициенту нагрузочного резерва ке, который определяют по формуле
bhd2
в геометрическом центре испытуемого образца,
где Ahd1 - абсолютное вертикальное перемещение установленного на несминаемых опорах;
Ahd2 - абсолютное вертикальное перемещение в геометрическом центре испытуемого образца, установленного на податливых опорах.
Испытаниям может быть подвергнута любая железобетонная конструкция, опертая по контуру, например железобетонная плита, прямоугольная или квадратная, или железобетонная оболочка.
Численно о степени живучести испытуемой строительной конструкции судят по коэффициенту нагрузочного резерва и дополнительно к этому, сравнивая интенсивность распространения и ширину раскрытия трещин у обоих испытуемых образцов, визуально по их изменению тоже судят о степени живучести железобетонной конструкции.
Формулы сосредоточенных сил для опор Qi Qj были получены, исходя из теории распределения опорных реакций свободно опертой пластинки. Согласно источнику [Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластины и оболочки. - М.: Наука, 1966. - с. 127, рис. 60] известна эпюра распределения опорных реакций свободно опертой пластинки. Также известны формулы для расчета опорных реакций [Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластины и оболочки. - М.: Наука, 1966. - стр. 126, формулы h, i]:
К- = ¦
опорная реакция Vx для края пластинки, находящегося на оси х
1 2-v . лг-уч -)-5in(-);
л: ¦ а
/1 2 - V\ /7Г ¦ Х\
опорная реакция Vy для края пластинки, находящегося на оси у
v = где q0 - равномерно распределенная нагрузка по показаниям силоизмерительного устройства для испытуемого образца железобетонной конструкции, опертой на несминаемые опоры; а - пролетный размер (длина) короткой стороны плиты с учетом мест опирания; b - пролетный размер (длина) длинной стороны плиты с учетом мест опирания; v - коэффициент Пуассона.
Эпюра распределения опорных реакций свободно опертой пластинки предполагает, что пластинка лежит на поверхности и на каждую сторону а и b приходится одна точка опирания. Для сосредоточенных сил для опор Qi Qj эпюры по сторонам а и b разбиваются на i и j интервалов в зависимости от количества податливых опор. В результате эпюра опорных реакций распределяется на i и j опоры и будет считаться по формулам Vx и Vy, но на каждую i и j податливую опору будет действовать своя опорная реакция из условий, что
v^ZUVt и vy=Y.f=1Vj.
Каждый участок эпюры распределенной опорной реакции можно привести к сосредоточенной силе путем интегрирования соответствующего участка эпюры, приходящегося на каждую i и j опоры. В результате можно записать формулы сосредоточенных сил для опор, находящихся на стороне плиты длиной b
fXi+1 q 1 2 - v лг ¦ Х\
= 1 Л.Ь.(±+±УЪ+-> ¦* <"(-
для опор, находящихся на стороне плиты длиной а
Взаимосвязь параметров податливых опор, расположенных по контуру железобетонной конструкции, и величин опорных реакций в местах расположения опор, вызванных реальной разрушающей динамической нагрузкой, позволяет снизить деформации железобетонной конструкции и предотвратить ее от разрушения за счет различной степени энергопоглощения в местах опирания железобетонной конструкции на податливые опоры.
Проведенные испытания и исследования подтвердили то, что железобетонная конструкция, опирающаяся по контуру на податливые опоры, длина которых определена согласно заявляемому способу, обладает достаточной степенью живучести и позволяет повысить эффективность защиты строительных конструкций от сверхнормативных динамических воздействий.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена плита на податливых опорах, где
1 - испытываемая конструкция;
2 - податливые опоры, расположенные на длинной стороне плиты длиной b;
3 - податливые опоры, расположенные на короткой стороне плиты длиной а;
4 - эпюра опорных реакций, возникающая на короткой стороне плиты;
5 - эпюра опорных реакций, возникающая на длинной стороне плиты;
6 - опорная реакция, приходящаяся на каждую i опору, находящуюся на длинной стороне;
7 - опорная реакция, приходящаяся на каждую i опору, находящуюся на короткой стороне;
8 - общее начало координат х, у;
Qi - сосредоточенная сила на i опору, находящуюся на длинной стороне b;
Qj - сосредоточенная сила на j опору, находящуюся на короткой стороне а;
а - пролетный размер (длина) короткой стороны плиты с учетом мест опирания
b - пролетный размер (длина) длинной стороны плиты с учетом мест опирания.
На фиг. 1 показаны длины участков ai, в центре которых установлены i-е опоры и на которых производится интегрирование эпюры опорной реакции для получения сосредоточенной силы Qi; а также длины участков bj, в центре которых установлены j-е опоры, на которых производится интегрирование эпюр опорной реакции для получения сосредоточенной силы Qj;
х - координационная ось, на которой находятся координаты xi для i-х опор;
у - координационная ось, на которой находятся координаты yj для j-х опор.
на фиг. 2 - общий вид несминаемых вставок на жестком контуре;
на фиг. 3 - общий вид железобетонной плиты, опертой по контуру на несминаемые опоры, после сверхнормативного однократного динамического воздействия;
на фиг. 4 - общий вид податливых опор, расположенных по периметру жесткого контура;
на фиг. 5 - фрагмент железобетонной плиты, опертой по контуру на податливые опоры, перед сверхнормативным однократным динамическим воздействием;
на фиг. 6 - фрагмент железобетонной плиты, опертой по контуру на податливые опоры, после сверхнормативного однократного динамического воздействия;
на фиг. 7 - общий вид железобетонной плиты, опертой по контуру на податливые опоры, после сверхнормативного однократного динамического воздействия.
В качестве испытуемой железобетонной конструкции может быть использована прямоугольная или квадратная плита, или оболочка, опертая по контуру.
Для испытаний в качестве испытуемых железобетонных конструкций были использованы две одинаковые прямоугольные железобетонные плиты. Одну плиту опирали шарнирно на несминаемые опоры, находящиеся на жестком контуре, и производили сверхнормативное однократное кратковременное динамическое воздействие путем сбрасывания испытательного груза массой 420 кг с высоты 500 мм. Измеряли абсолютное вертикальное перемещение (прогиб) плиты в геометрическом центре конструкции. С помощью месдозы определяли реакцию системы в целом. При помощи датчиков, установленных в местах, выбранных для расположения податливых опор, измеряли максимальную опорную реакцию, возникающую как по короткой, так и по длинной стороне. После сверхнормативного однократного кратковременного динамического воздействия реакция системы составила 181,02 кН/м2 (нагрузка q, действующая на испытуемый образец в результате динамического воздействия и равномерно распределенная на нем), прогиб конструкции составил 60 мм, а опорные реакции по длинной и короткой сторонам были равны 10,5 и 6,6 кН соответственно.
В качестве податливых опор были использованы фрагменты металлической трубы диаметром 42,8 мм и с толщиной стенки 3,2 мм. Принимая во внимание то, что условия опирания плиты и число степеней свободы должны быть идентичными, что и при жестком опирании, по формулам [3] и [4] рассчитывались опорные реакции на податливые опоры Qi и Qj и по формулам [1] и [2] длины податливых опор для каждого конкретного места опирания плиты (фиг. 1). В экспериментальных исследованиях по корот
кой стороне располагали 3 опоры, а по длинной стороне - 5 опор.
Пример расчета показан для опоры, находящейся в середине длинной стороны плиты (i=3). Исходные данные.
Пролетный размер (длина) короткой стороны плиты а = 1 м; пролетный размер (длина) длинной стороны плиты b = 1,5 м; равномерно распределенная нагрузка q = 181,02 кН/м2; коэффициент Пуассона и = 0,167; координата начала интегрирования x3 = 0,6 м; координата окончания интегрирования x4 = 0,9 м.
Подставим значения в формулу для Qbi и получим значение сосредоточенной силы, действующей на 3-ю податливую опору
Л г0,9 181,02 , 1 , 2-0,167.
(=^5) dx.
После интегрирования и упрощения получим значение Qb3 = 11,9 кН. Далее найдем длину податливой опоры по формуле
Qb3 = 11,9 кН; R = 21,4 мм; [а] = 285 МПа; s = 3,2 мм.
Исходя из условия, что опора должна сработать в упругопластической стадии, получим длину третьей податливой опоры
1,98-11,9-21,4
L = -----Z = 17,3мм
3 285 • 3,22
Таким образом, можно посчитать длину любой податливой опоры.
Податливые опоры после определения их длины размещали по контуру (фиг. 4) и на них укладывали вторую испытуемую плиту (фиг. 5), которую подвергали сверхнормативному кратковременному динамическому воздействию, идентичному воздействию на первый испытуемый образец и измеряли те же параметры, что и у плиты на несминаемых опорах. После воздействия определяли k по формуле [5]. После сверхнормативного однократного кратковременного динамического воздействия реакция системы составила 121,77 кН/м2, прогиб конструкции составил 25 мм. Коэффициент нагрузочного резерва
ке = 2 = 2,4.
е 25
Величина коэффициента нагрузочного резерва kg показывает, во сколько раз произошло снижение прогиба конструкции при воздействии сверхнормативного однократного динамического воздействия за счет применения податливых опор вместо жестких, и его величина характеризует эффективность достигнутой защиты от применения податливых опор.
Сравнивая результаты экспериментальных данных, можно сделать вывод, что использование податливых опор положительно влияет на живучесть железобетонной плиты, опертой по контуру при сверхнормативном кратковременном динамическом воздействии, так как коэффициент нагрузочного резерва kg больше 1;
при одинаковом сверхнормативном кратковременном динамическом воздействии реакция системы уменьшается на 32,7%;
интенсивность распространения трещин и ширина их раскрытия уменьшаются (фиг. 3 и 7). Варьируя физико-механическими характеристиками материала и геометрическими размерами податливых опор, а также их количеством и степенью их податливости, используя формулы заявляемого способа, можно выбрать самый эффективный метод защиты от разрушения строительной конструкции и повысить ее живучесть.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ испытания и определения степени живучести железобетонной конструкции при сверхнормативном однократном динамическом воздействии, согласно которому два одинаковых образца железобетонной конструкции подвергают кратковременному динамическому воздействию путем сброса одинакового испытательного груза с одной и той же высоты, при этом предварительно один из испытуемых образцов устанавливают на жесткие опоры, а второй - на податливые опоры, выполненные в виде сминаемых вставок с поперечным кольцевым сечением, длину которых выбирают с учетом наружного радиуса податливой опоры, толщины ее стенки, величины сопротивления материала и действующей нагрузки, сравнивая полученные результаты испытаний, судят о степени живучести образца, установленного на податливых опорах, отличающийся тем, что испытанию подвергают железобетонные конструкции, опертые по контуру, для этого сначала один из испытуемых образцов железобетонной конструкции шарнирно опирают на несминаемые опоры, установленные на жестком контуре, подвергают этот испы
туемый образец сверхнормативному кратковременному динамическому воздействию, с помощью силоизмерительного устройства определяют нагрузку q, действующую на испытуемый образец в результате динамического воздействия и равномерно распределенную на нем, и определяют в геометрическом центре испытуемого образца абсолютное вертикальное перемещение, затем на тот же жесткий контур устанавливают податливые опоры, обеспечивая координаты их центров соответственно координатам центров несминаемых опор для первого испытуемого образца и такое же количество степеней свободы, как для несминаемых опор первого испытуемого образца железобетонной конструкции, при этом до установки податливых опор предварительно рассчитывают длины li и lj каждой i и j податливых опор, устанавливаемых на взаимно перпендикулярных сторонах контура, соответствующих условно осям х и у, по формулам
где Qi - сосредоточенная сила, действующая на i опору; Qj - сосредоточенная сила, действующая на j опору; R - наружный радиус податливой опоры; [а] - сопротивление материала податливой опоры; s - толщина стенки опоры,
причем сосредоточенные силы Qx и Qj, действующие на i и j опоры, рассчитывают по формулам
где а - длина одной из сторон контура для опирания испытуемого образца железобетонной конструкции, расположенная вдоль оси у;
b - длина смежной стороны контура для опирания испытуемого образца железобетонной конструкции, расположенная вдоль оси х;
xi - для первой опоры, расположенной на стороне контура длиной b, - это начало координат, а для каждой последующей установленной i-й опоры - координата средней точки, расположенной между геометрическим центром i-й опоры и геометрическим центром предыдущей опоры;
xi+1 - координата средней точки, расположенной между геометрическим центром i-й опоры и геометрическим центром последующей i+1 опоры;
yj - для первой опоры, расположенной на стороне контура длиной а, - это начало координат, а для каждой последующей j-й опоры - координата средней точки, расположенной между геометрическим центром j-й опоры и геометрическим центром предыдущей опоры;
yj+1 - координата средней точки, расположенной между геометрическим центром j-й опоры и геометрическим центром последующей j+1 опоры;
q - равномерно распределенная нагрузка по показаниям силомера для испытуемого образца железобетонной конструкции, опертой на несминаемые опоры;
v - коэффициент Пуассона;
после установки шарнирно на податливые опоры второй испытуемый образец тоже подвергают сверхнормативному однократному динамическому воздействию, идентичному как на первый испытуемый образец, и измеряют абсолютное вертикальное перемещение в его геометрическом центре, после чего определяют коэффициент нагрузочного резерва ке по формуле
где Ahd1 - абсолютное вертикальное перемещение в геометрическом центре испытуемого образца, установленного на несминаемых опорах;
Ahd2 - абсолютное вертикальное перемещение в геометрическом центре испытуемого образца, установленного на податливых опорах,
и по коэффициенту нагрузочного резерва судят о степени живучести железобетонной конструкции.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что испытанию подвергают железобетонную плиту.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что испытанию подвергают железобетонную оболочку.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно сравнивают интенсивность распространения и ширину раскрытия трещин у обоих испытуемых образцов и по изменению интенсивности распространения и ширине раскрытия трещин испытуемых образцов тоже судят о степени живучести железобетонной конструкции.
2.
2.
2.
Фиг. 7
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
030362
- 1 -
030362
- 1 -
030362
- 1 -
030362
- 1 -
030362
- 4 -
030362
- 3 -
030362
- 3 -
030362
030362
030362
- 9 -