Спосіб випробовування гвинтової палі та пристрій для його здійснення

Група винаходів відноситься до будівництва, зокрема, до випробовування будівельник конструкцій та матеріалів. Гвинтові палі використовуються при впровадженні фундаментів різного значення: щоглів, башен, опор ліній зв'язку, підпірних стін та ін. Відомий спосіб випробовування паль, включаючий операції по осьовому навантаженні (стиснення, розтягування), статичними зусиллями, визначення їх несучої спроможності та деформацій (осадок, переміщення). При удавлюванні та висмикуванні використовують довантажуючі платформи, упорну балку, домкрати, анкерні палі, манометри, прогиноміри, (ГОСТ 5686-69. Палі пробні. "Методи випробовування"). Недоліком способу є неможливість виконання операції по загвинчуванню (крутіння ствола) палі. Неможливість використання закручуючих машин при випробовуванні. Найбільш близьким до винаходу є спосіб випробовування гвинтових паль (конструкції), включаючий операції по: установці конструкції, застосування осьових статичних навантажень із зростаючими ступенями пульсуючих навантажень, моментів кручення, обмірюванню деформацій, обробка результатів випробувань, забезпеченню техніки безпеки при руйнуванні. Навантаження палі у процесі випробовування проводиться при допомозі гідравлічного домкрата (вантажопідіймальністю не менше 1000-2000кН), обіпертого у спеціальну балку (важіль Архімеда). Реактивний тиск передається на грунт: при удавлюванні (стисненні) - через анкерні гвинтові палі; при висмикуванні (розтягуванні) - через опори із шпальних кліток. Стискуючі або розтягуючі навантаження підвищуються ступенями. Переміщення палі визнається стабілізованим, якщо за 2 години спостережень воно не збільшилося не більше чим на 0,1мм. Переміщення палі вимірюються прогиноміром із ціною поділки 0,1-0,2мм. Пульсуюче утягуюче або утиснююче навантаження створюють домкратом із прямим і зворотнім ходом (пульсатором). Крутильний момент на палю створюють машиною типу МЗС-13, яка використовується для заглиблення у грунт вертикально і похило (скісно) розміщеної гвинтової палі з діаметром лопасті до 1,2м і довжиною до 8м. Максимальний крутильний момент, який передається машиною на палю - 150кНм, максимальне осьове навантаження - 45кН. При випробовуванні, насамперед визначають розрахункову величину опору (несуча спроможність) основи гвинтової палі та міцність матеріалу палі - прототип способу (1). Недоліком способу є неможливість імітації складних деформацій, одночасний вимірів, їх обрахування та застосування навантажень. Неможливість вивчення властивостей матеріалу (залізобетони) при заглибленні гвинтової палі. Неможливість створення параметрів режима навантажень при відношенні повздовжньої сили до величини крутильного моменту (або відношення нормальних напружень у бетоні sв до дотичних напружень tв). В основу способу випробовування гвинтової палі поставлено завдання - розширення функціональної можливості, підвищення ефективності випробовування, що дає можливість визначити їх реальні величини, а також граничні показники стану матеріалу гвинтової палі при одночасному впливу великої кількості зусиль. Поставлене завдання вирішується тим, що у способі випробовування гвинтової палі, включаючим операції по: установці конструкції, докладати статичні навантаження із зростаючими ступенями пульсуючих навантажень , крутильних моментів, обмірюванню деформацій, обробка результатів, забезпеченню техніки безпеки при руйнуванні, згідно винаходу, осьове навантаження утворюється статичним зусиллям, що діє уздовж осі, а крутильний момент створюють двома зусиллями, прикладеними перпендикулярно, причому одночасно створюють пульсуюче навантаження, змінюють амортизацію пружин. По довжині палі створюють складні умови напруженості стану, яке досягається зміною параметрів режиму навантаження при sв/tв=0,3-1,9. Створення одночасно взаємодіючих деформацій (стиснення, розтягування, зрізу, витривалості) дає можливість контролювати ступінь напруженості матеріалу палі при тріщиноутворенні, деформативності і міцності. Найбільш близьким до пропонуємого є пристрій для випробовування зразка будівельного матеріалу на зріз (крутіння) - прототип пристрою (2). Пристрій має домкрат (силовий збуджувач), установлений на прямокутній силовій рамі, верхню і нижню траверси, з яких, верхня траверса прикріплена до штоку домкрата, а нижня - до силової рами. Має систему гнучких тяг, блоки, пару двоплечих важелів. Зусилля, яке розвивається домкратом, передається верхній траверсі, через блоки гнучким тягам і двоплечим важелям. На кінцях важелів зусилля перпендикулярно осі зразка, рівних по величині і протилежні по напрямку, що створює крутильні моменти із двох кінців зразка з центром обертання відносно горизонтальної осі зразка, У матеріалі зразка виникають зусилля плоского напруженого стану (чистого зрізу). Недоліками пристрою є: - те, що він не забезпечує режим осьового стиску, розтягнення з пульсацією. Зразок випробовується у підвішеному стані в горизонтальному положенні, відсутність деталі по защемленню одного кінця палі. Рама не закріплена до фундаменту, відсутність знімаючих захватів, домкрата з кільцем, не має приладів для визначення деформації бетона і кутів закручування. В основу винаходу пристроя для реалізації способу поставлена задача - удосконалення пристрою для випробовування гвинтової палі, з використанням нових форм виконання елементів, забезпечуючих створення зон складного опору, що дає можливість визначити граничні можливості матеріалу і конструкції у цілому. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для реалізації способу випробовування гвинтової палі, має прямокутну силову раму, домкрат, двоплечі важелі, тяги, блоки, згідно винаходу, що для створення поздовжньої сили розтягування воно споряджено пристосуванням, виконаним у вигляді насосної станції, домкрата, розміщеного між ригелем рами і оголовком палі з шарніром, а для створення повздовжньої сили розтягування, воно оснащено пристосуванням, виконаним у вигляді знімаючих захватів, гнучких тросів і домкрата з кільцем, розміщенного на ригелі силової рами. Для створення крутильного моменту з пульсуючим навантаженням, воно оснащено пристосуванням, виконаним у вигляді двоплечного важеля, блоків, гнучких тяг із амортизаторами, підставок і вантажних платформ. Одночасне завантаження дозволяє створювати в матеріалі елемента палі різні складні деформації, виникаючі часто при випробовуванні натурних паль. На Фіг.1 зображена конструкція палі окремо з гвинтовою лопаттю (розміри приведені у мм.); на Фіг.2 показано пристрій в аксонометрії; на Фіг.3 показані фотографії грань паль С-3, ІС-4, С-5 після руйнування зразків. Пристрій розміщено на стенді і закріплено в ручьях при допомозі болтів. До нього входить: :елемент гвинтової палі 1 (Фіг.1) з одним жорстко закріпленим кінцем - оголовком квадратного січення в рамі 2, а другим розміщеним в обоймі 3, захват 4, гнучкі троси 5, домкрат 6, з кільцем 7, двоплечий важіль 8, підставку 9 із блоками 10, гнучкі тяги з амортизаторами II, вантажну площадку 12, Для визначення кутів закручування пристрій оснащено прогиноміром 13, а для заміру деформацій бетону і арматури - датчиками опору 14; грані мають тріщини 15. Для обмірювання повздовжніх і поперечних, а також по головним площадкам деформацій, датчики розміщені відповідно. На десяти залізобетонних моделях розміром 200´1200мм проведені випробовування способу і пристрою. Він працює таким чином: спочатку виготовляють пристрій зразка, розміщують прилади і пристосування. Центральне стиснення виконують при допомозі гідродомкрата, установленого на шарнірі (не перешкоджаючого вертінню) в розпір з силовою рамою 2 ( на Фіг.2 розміщення домкрата, працюючого на стиснення не показано). Центральне розтягування здійснюється при допомозі зйомних захватів 4 (приварених до поздовжніх стержнів арматури зразка). Домкрат 6 з кільцем 7 розміщують зверху на ригелі зварної прямокутної рами 2. Нижній захват з'єднується через отвір. Оголовник квадратного перетину закріплюється при допомозі троса до рами і фундаменту. Крутильний момент створюється при допомозі двоплечного важеля 8, підставок 9, гнучких тяг з амортизаторами ІІ, завантажених площадок та чавунних чушок. Навантаження проводиться ступенями: спочатку крутильним моментом, потім - поздовжньою силою з видержкою між етапами навантаження 10-12 хвилин (проявляються у матеріалі пластичні деформації). При розкачуванні вантажних площадок, амортизатор II дозволяє імітувати пульсуюче навантаження (при вдавлюванні - стиснення, при висмикуванні - розтягування ) з крутінням. При випробовуванні проводять заміри закручування прогиноміром (П1, П2), деформацій бетону і арматури датчиками опору (1-23). При допомозі переносного мікроскопа проводять спостереження за формуванням і виявленням тріщин 15. Зразок доводиться до руйнування, показ картин грань з тріщинами, кутами нахилу. Фотографуються грані зразків (необхідні вимоги ГОСТів - Фіг.3). Приведені пристосування пристрою (поки немає типових) без громіздких дорого коштуючих машин дає можливість споруджувати при складних деформаціях у палях експлуатаційні навантаження. При цьому змінювалися параметри режиму навантаження; напруження нормальні sв відповідно напруженням до дотичним tв по похилим площадкам проводилися заміри у співвідношенні sв/tв=0,3-1,9 (експлуатаційні параметри). Використання пропонуємого способу і пристрою в порівнянні з базовими, дозволяють розширити функціональні можливості пристрою, підвищити ефективність способу випробовування і тим самим знизити до 30% у цілому трудові витрата при проведенні роботи. Крім того, пропонуємий спосіб і пристрій в порівнянні з базовими і іншими технічними рішеннями дає можливість: - знизити (до 50%) витрати на проведення робіт; - знизити строки проектних робіт, будівництва, за рахунок зниження амортизаційних витрат, за рахунок індустріалізації процесів випробовувань. Джерела інформації: 1. Інструкція по проектуванню та упорядкуванню фундаментів щогл та веж ліній зв'язку із гвинтових паль. Будвидав. М - 1965. 2. Авторське свідоцтво СРСР №329440. М. кл. G01N3/24. 1972 . Бюл. №7.