Спосіб випробування сейсмостійких будинків та пристрій для його здійснення

Изобретение относится к строительству, а именно к защите зданий от сейсмических, нагрузок. Известен способ испытаний сейсмических зданий [1], включающий создание деформаций и ускорений, их измерение, определение коэффициентов сейсмостойкости материалов (основных параметров зданий при землетрясениях). Приложение инерционных нагрузок на образцыпризмы производилось при помощи виброплощадки. Образцы размером 25 ´ 51 ´ 200 38 ´ 51 ´ 200см были испытаны при трех положениях: свободно размещались на площадке, погружались в грунт; жестко закреплялись одним концом к площадке. Недостатками данного способа гашения колебаний образцов являются невозможность изменения параметров режима испытаний, невозможность рассеивания потенциальной энергии, невозможность приложения одновременно вертикально, горизонтально-пульсирующих нагрузок, невозможность определения сопротивляемости углов зданий (основных концентраторов напряжений) к сейсмическим нагрузкам. В основу изобретения способа испытаний сейсмических зданий поставлена задача, путем создания и регулирования величинами различных силовых импульсов, изменения параметров режимов испытаний, что обеспечивает нахождение разрушающих величин ускорений и деформаций, и основных прочностно-деформативных характеристик материалов стен. Поставленная задача достигается тем, что способ испытания сейсмостойких зданий, включающий создание расчлененных и совместноналоженных ускорений и деформаций в стенах зданий, их измерение, увеличение величин ускорений и деформаций при сжатии, и растяжении, согласно изобретению, в процессе определения разрушающих величин ускорений и деформаций дополнительно изменяют параметры режимов испытаний, путем регулирования величинами амплитуд и числа циклов колебаний в секунду в диапазоне, величин предусмотренных нормами, в заданных промежутках времени. Путем регулирования параметрами режимов испытаний, определяют разрушающие величины совместно-наложенных ускорений и деформаций, определяют необходимые при проектировании величины коэффициентов сейсмостойкости материалов стен в заданный промежуток времени, следовательно, достигают реализации способа. Известен стенд для испытания строительных конструкций [2], включающий раму с нижней и верхней балками, качающиеся на шарнирах тяги, с пружинами и резьбовыми соединениями на концах, силовозбудители размещенные на столиках опорных стоек рам, кронштейны, приспособления для зажима торца образца, лебедки. Верхняя балка выполнена в виде распределительной плиты с шаровыми опорами. Недостатками устройства являются: оно не обеспечивает испытание углов зданий, не снабжено взаимно перпендикулярно расположенными силовозбудителями, не снабжено ударнокулачковой виброплощадкой, оно не снабжено демпфирующим узлом, позволяющим возможность изучения степени взаимодействия стен здания с основанием. В основу изобретения устройства поставлена задача усовершенствования устройства для реализации способа, путем использования новых форм выполнения и размещения в плане элементов, и узлов во взаимодействии с ударно-кулачковой виброплощадкой, обеспечивающих создание расчлененных и совместно-наложенных ускорений и деформаций, что позволяет в заданный промежуток времени определить максимальные величины деформаций, и довести конструкцию до разрушения. Поставленная задача достигается тем, что устройство для реализации способа испытаний сейсмостойких зданий, содержащее раму с верхней и нижней балками, качающиеся на шарнирах тяги с пружинами и резьбовыми соединениями на концах, силовозбудители размещенные на столиках опорных рам, согласно изобретения, оно выполнено в виде размещенной в приямке ударно-кулачковой виброплощадки, с четырьмя парами вертикально установленных стоек, закрепленных снизу и траверсами сверху, под которыми размещены пригрузочные пружины на взаимно перпендикулярно расположенных стенах, снабженных анкерами и силовозбудителями, причем между виброплощадкой и бортом приямка размещены связи, выполненные в виде клиньев, с возможностью их удаления. Устройство дополнительно снабжено узлом, выполненным в виде двух соприкасающихся между собой полусфер, между которыми размещены слой песка и накладок, размещенных поперек линий соприкасания полусфер. Размещенные в плане узлы устройства и элементы, расположенные взаимно перпендикулярно вдоль действия ударных волн совместно с ударно-кулачковой виброплощадкой обеспечивают создание вертикально ударновибрационных и горизонтально-пульсирующи х сейсмических нагрузок в различных диапазонах частот, следовательно, обеспечивают реализацию способа испытаний и изучения степени взаимодействия углов стен здания с основанием. На фиг.1 изображено устройство в плане; на фиг.2 - вид по стрелке А; - на фиг.3 - вид по стрелке Б (сечению). Устройство размещено в бетонном приямке, состоящем из днища, бортов 1, резонансной виброплощадки 2 с приводом, продольной стены 3, стойки 4 с траверсой и пригрузочной пружиной, силовозбудителя 5 с опорной рамой, поперечной стены 6, стойки 7 с траверсой и пружиной, силовозбудителя 8 с опорной стойкой, плиты 9 перекрытия, заделанной в стены 3, 6 по краям анкерами 10, шарнирными опорами 11. Устройство содержит полезную нагрузку 12, уплотнители 13 (клинья) для создания жестких связей между виброплощадкой и бортом приямка, энергопоглотители 14, расположенные в оконных проемах (для контроля деформаций), накладки 15 для создания жестких связей между основанием (площадкой) и стенами песчаный демпфер 16, расположенный между основанием и стенами 3. Для создания горизонтально-пульсирующи х нагрузок использовались пульсаторы 5, 8, работающие в пределах частот 5, 11, 17Гц. Как известно, спектр частот сейсмических колебаний простирается в пределах от 0,1 до 100Гц, при 9-ти бальном землетрясении расчетное ускорение принимается равным 1000мм/сек 2. Проведены расчеты и испытания моделей углов зданий при следующи х данных: B 10, Rb = 10, Rbt = 1МПа, размеры стен: 50 ´ 200 ´ 250см, то шина перекрытия - 10см, масса образца - 10т. На высоте 20см от верха площадки выполнен корытообразной формы демпфер, на ложбине которого размещен речной песок толщиной 5см. В таблице представлены величины предельных и разрушающи х ускорений, деформаций, записанных вдоль стен, коэффициенты сейсмостойкости при сжатии и растяжении, а также опасные деформации растяжения материала. Условно действующую на образец совместноналоженную нагрузку, критическое ускорение при статическом действии сил инерции, можно представить соответственно Коэффициенты сейсмостойкости Kb, Kbt можно представить в виде В этих формула х: I - момент инерции сечения отколовшейся части; V - ее объем; a x - ускорение возмущающей силы вдоль оси x; Rb, Rbt - расчетные сопротивления материала на сжатие, растяжение. Остальные обозначения - общеизвестные. Данные показывают, что при наличии демпфера коэффициенты сейсмостойкости Kb, Kbt в 5 - 6 раз ниже разрушающих коэффициентов. Относительные деформации, растяжения, вызвавшие разрушения отмечены при совместноналоженных видах импульсов. Устройство работает следующим образом. При помощи стоек 4, 7 и гаек стены к основанию и к виброплощадке крепятся жестко. Пружины нагружают стены, имитируя нагрузку на них от вышележащих этажей и разложение усилий по направлениям продольных, и поперечных стен. В основу испытаний был принят сравнительный метод - эталоны образцов из кирпичной кладки. При отсутствии связей на демпфере сначала устанавливали клинья между рамой виброплощадки и бортом приямка 1. Вдоль продольной стены 3 при помощи пульсатора 5 создавали возвратнопоступательное усилие в частота х 5, 11, 17Гц. Затем сбрасывали нагрузку с одной стороны, создавали нагрузку при помощи домкрата 8 вдоль стены 6. Далее освобождали виброплощадку от зажимов 13. Отдельно включали виброплощадку 9, вызывая вертикальные колебания. Упругие связи масс виброплощадки выполнены из условия возбуждения резонансных колебаний соответственно с ускорениями равными (137 - 126); (393 - 589)см/сек 2. Этап нагружения со свободным демпфером заканчивался передачей совместноналоженных импульсов на образец в течение 30сек. Второй этап начинали с наложения связей 15 на основания и стены. Виброплощадка вновь закреплялась жесткой связью с бортом приямка при помощи клиньев 13. Очередность загружения образца повторялась. Разрушения образцов достигали при совместно-наложенных импульсах: горизонтально пульсирующи х в двух плоскостях и ударно-вибрационных при асимметричном режиме колебаний, при этом амплитуды изменялись от 6 до 12мм. Образец №1 разрушился при 120, №2 - при действии 150 секунд. Предлагаемый способ и устройство по сравнению с базовыми позволяют: снизить общую трудоемкость на 50% на проведение подобного рода работ; снизить затраты до 50% на возведение (экспериментальных) домов и громоздкость постановки эксперимента в целом. Основным преимуществом способа и устройства является доказательство применения песчаного демпфера как меры, значительно снижающего разрушающего воздействия сейсмических колебаний на здания. Работа приоритетная для многих стран.