RU2654339C1 - Vibration stand for testing building constructions for seismic load - Google Patents

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to construction, namely, to test stands for testing building structures, models, fragments of buildings and structures, as well as self-supporting and non-load bearing elements and equipment in their composition in the form of walls, floors, suspended facades, engineering systems and other equipment for dynamic effects characteristic of natural, natural and man-made or man-made nature, including earthquakes, wind loads and loads from moving vehicles. Claimed vibration stand for testing building structures for seismic loading includes a frame-mounted system of interconnected pillars and girders, a floor, a source of vibration of inertial action rigidly fixed on it and brackets for fastening of simulated test samples, while the frame system is made in the form of lower and upper rigid metal frames, connected among themselves by vertical struts through damping rubber gaskets, the lower frame around the perimeter is rigidly mounted on the base, and the floor consists of mounted on the upper frame of transverse H-beams and removable plates attached to them, made with through holes, providing an independent attachment of the vibration source on one of the slabs with the possibility of applying a dynamic load in two horizontal mutually orthogonal directions, and modeling brackets for the test samples.

EFFECT: technical result consists in increasing reliability and simplifying operation and repair.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства, а именно к стендам для испытаний строительных конструкций, моделей, фрагментов зданий и сооружений, а также самонесущих и ненесущих элементов и оборудования в их составе в виде стен, перегородок, навесных фасадов, инженерных систем и другого оборудования на динамические воздействия, характерные для явлений природного, природно-техногенного и техногенного характера, включая землетрясения, ветровые нагрузки и нагрузки от движущегося транспорта.The invention relates to the field of construction, namely, stands for testing building structures, models, fragments of buildings and structures, as well as self-supporting and non-bearing elements and equipment in their composition in the form of walls, partitions, curtain walls, engineering systems and other equipment for dynamic effects typical for natural, man-made and man-made phenomena, including earthquakes, wind loads and loads from moving vehicles.

Известно устройство испытания углов сейсмостойких зданий со стенами и плитой перекрытия, содержащее тяги с траверсами и пригрузочными пружинами, силовозбудители и опоры. Устройство снабжено ударно-кулачковой виброплощадкой, размещенной в приямке, с четырьмя парами вертикально-установленных тяг, закрепленных к нижней раме виброплощадки, и качающимися траверсами сверху. Под траверсами расположены пригрузочные пружины на взаимно перпендикулярных стенах, снабженных силовозбудителями на опорных рамах, анкерами для закрепления краев плиты перекрытия. Под плитой перекрытия размещены шарнирные опоры, выполненные в виде качающихся стоек, с накладками для создания жестких связей между стенами и основанием (см. RU 2111471 С1, G01M 19/00, опубл. 20.05.1998).A device is known for testing angles of earthquake-resistant buildings with walls and a floor slab, containing traction with traverses and loading springs, exciters and supports. The device is equipped with a shock-cam vibroplate located in the pit, with four pairs of vertically mounted rods fixed to the bottom frame of the vibroplate, and swinging traverses from above. Under the traverses, loading springs are located on mutually perpendicular walls, equipped with power exciters on the supporting frames, anchors to fix the edges of the floor slab. Under the slab there are hinged supports made in the form of swinging posts with overlays for creating rigid bonds between the walls and the base (see RU 2111471 C1, G01M 19/00, publ. 05.20.1998).

Известен стенд для испытания моделей гидротехнических сооружений на сейсмическое воздействие, который содержит опорную пластину для жесткого крепления модели сооружения, гидроцилиндры для задания сейсмического воздействия на опорную пластину, гидродомкраты, которые посредством кронштейнов закреплены на ригеле и через нагрузочные штанги связаны с гидроцилиндрами, образуя единую систему для обеспечения динамического перемещения опорной пластины, а следовательно и основания модели в соответствии с моделируемым сейсмическим воздействием (SU 1838771 A3, G01M 10/00, Е02В 1/02, 30.08.1993).A well-known bench for testing models of hydraulic structures for seismic effects, which contains a base plate for rigidly mounting the model of the structure, hydraulic cylinders for specifying seismic effects on the base plate, hydraulic jacks, which are mounted on the crossbar via brackets and connected to hydraulic cylinders through load rods, form a single system for ensure dynamic movement of the base plate, and hence the base of the model in accordance with the simulated seismic impact Tweem (SU 1838771 A3, G01M 10/00, ЕВВ 1/02, 08/30/1993).

Известен вибростенд испытательный, который включает станину, рабочую горизонтальную платформу, опоры, возбудители виброперемещений, систему гидроприводов и электрическую систему управления и измерения с датчиками измерения перемещения и ускорения. Стенд снабжен жесткой рамой, параллельной рабочей платформе, и Г-образными жесткими рычагами, средние точки которых шарнирно закреплены на основании, горизонтальные плечи рычагов соединены жесткими опорами с рабочей платформой, а вертикальные плечи соединены шарнирно с жесткой рамой, связанной шарнирно с возбудителем виброперемещений (RU 2248548 С1, G01M 7/06, опубл. 20.03.2005).Known vibration test bench, which includes a bed, a working horizontal platform, supports, vibration displacement agents, a hydraulic drive system and an electrical control and measurement system with sensors for measuring displacement and acceleration. The stand is equipped with a rigid frame parallel to the working platform, and L-shaped rigid levers, the midpoints of which are pivotally mounted on the base, the horizontal shoulders of the levers are connected by rigid supports to the working platform, and the vertical shoulders are pivotally connected to a rigid frame, pivotally connected to the vibration displacement exciter (RU 2248548 C1, G01M 7/06, published March 20, 2005).

Наиболее близким является вибростенд для динамических испытаний, который включает каркасную конструкцию, выполненную в виде рамной пространственной конструкции из металлических прокатных элементов с жесткими и гибкими связями. Нижняя часть каркасной конструкции крепится к фундаментной плите или основанию. Один источник вибрации выполнен инерционным, съемным, с возможностью изменения частот генерируемых им динамических колебаний, который устанавливается на каркасной конструкции выше уровня фундамента или в пределах каркасной конструкции. (RU 1009258, G01M 7/06, опубл. 10.01.2011).The closest is a dynamic stand for dynamic testing, which includes a frame structure made in the form of a spatial frame structure of metal rolling elements with rigid and flexible connections. The lower part of the frame structure is attached to the foundation plate or base. One vibration source is inertial, removable, with the possibility of changing the frequencies of the dynamic oscillations generated by it, which is installed on the frame structure above the foundation level or within the frame structure. (RU 1009258, G01M 7/06, publ. 10.01.2011).

Недостатками всех известных конструкций являются сложность конструкции и отсутствие универсальности, устройство готовят для каждой конструкции отдельно, а также недолговечность, недостаточный срок службы, сложность их эксплуатации и ремонта.The disadvantages of all known designs are the complexity of the design and the lack of versatility, the device is prepared for each design separately, as well as the fragility, insufficient service life, the complexity of their operation and repair.

Задачей, на решение которой направлено техническое решение, является создание надежного, относительно простого в эксплуатации и ремонте, универсального вибростенда для испытания натурных конструкций зданий и сооружений, фрагментов и составляющих их конструкций, и оборудования в различных условиях сейсмического воздействия.The task to which the technical solution is directed is to create a reliable, relatively easy to operate and repair, universal vibration bench for testing full-scale structures of buildings and structures, fragments and their constituent structures, and equipment under various seismic conditions.

Проблема решается таким образом, что в вибростенде для испытаний строительных конструкций на сейсмическую нагрузку, включающем каркасную систему, перекрытие, жестко закрепленный на нем источник вибрации инерционного действия и кронштейны для крепления моделируемых испытуемых образцов, согласно изобретению, каркасная система в виде нижней и верхней жестких металлических рам, соединенных между собой вертикальными стойками через демпфирующие резиновые прокладки. При этом нижняя рама по периметру жестко смонтирована на основании, а перекрытие состоит из смонтированных на верхней раме поперечных двутавровых балок и прикрепленных к ним съемных плит, выполненных со сквозными отверстиями, обеспечивающими автономное крепление источника вибрации на одной из плит, и моделирующих кронштейнов для испытуемых образцов. Каркасная система может быть выполнена из железобетона. Перекрытие вибростенда также может быть выполнено в виде железобетонных плит с возможностью приложения динамической нагрузки в двух горизонтальных взаимно ортогональных направлениях.The problem is solved in such a way that in the vibration test bench for testing building structures for seismic load, including a frame system, an overlap, a source of inertial vibration vibration, and brackets for attaching simulated test samples, according to the invention, a frame system in the form of lower and upper hard metal frames interconnected by uprights through damping rubber gaskets. At the same time, the lower frame around the perimeter is rigidly mounted on the base, and the overlap consists of transverse I-beams mounted on the upper frame and removable plates attached to them, made with through holes that provide autonomous mounting of the vibration source on one of the plates, and modeling brackets for the test samples . The frame system can be made of reinforced concrete. The overlap of the vibration stand can also be made in the form of reinforced concrete slabs with the possibility of applying dynamic loads in two horizontal mutually orthogonal directions.

Предлагаемая конструкция вибростенда отличается от известной тем, что каркасная система вибростенда выполнена в виде нижней и верхней жестких металлических рам, соединенных между собой вертикальными стойками через демпфирующие резиновые прокладки. При этом нижняя рама по периметру жестко смонтирована на основании. Перекрытие состоит из смонтированных на верхней раме поперечных двутавровых балок и прикрепленных к ним съемных плит, выполненных со сквозными отверстиями с шагом и размером, обеспечивающими автономное крепление источника вибрации на одной из плит с возможностью приложения динамической нагрузки в двух горизонтальных взаимно ортогональных направлениях, и моделирующих кронштейнов для испытуемых образцов.The proposed design of the vibration stand differs from the known one in that the frame system of the vibration stand is made in the form of lower and upper rigid metal frames interconnected by vertical struts through damping rubber gaskets. In this case, the lower frame around the perimeter is rigidly mounted on the base. The overlap consists of transverse I-beams mounted on the upper frame and removable plates attached to them, made with through holes with a pitch and size, providing an autonomous mounting of the vibration source on one of the plates with the possibility of applying a dynamic load in two horizontal mutually orthogonal directions, and modeling brackets for test samples.

Предлагаемая конструкция вибростенда не имеет связей в своей системе, не требует устройства фундамента, может крепиться/опираться на ровную горизонтальную поверхность, дает возможность моделировать особое предельное состояние. Наличие полного каркаса позволяет проводить испытания как навесных, так и встраиваемых в каркас конструкций.The proposed design of the vibration bench does not have connections in its system, does not require a foundation, can be mounted / supported on a flat horizontal surface, makes it possible to simulate a special limit state. The presence of a full frame allows testing of both mounted and built-in structures.

Техническое решение относится к испытаниям конструкций на динамические воздействия, характерные для явлений природного характера, включая землетрясения, посредством генерации искусственных колебаний с использованием специальных источников вибраций и передачи этих колебаний на испытуемые конструкции, оборудование и их крепления через элементы вибростенда, с последующим сбором, обработкой, анализом и публикацией данных, содержащих количественные и качественные оценки интегрированных показателей работы системы «здание - конструкция - оборудование» в виде частот, амплитуд колебаний, смещений элементов и узлов их соединений, а также таблиц с описанием характерных повреждений в зависимости от предельного состояния конструкции.The technical solution relates to tests of structures for dynamic effects characteristic of natural phenomena, including earthquakes, by generating artificial vibrations using special vibration sources and transferring these vibrations to the tested structures, equipment and their fastenings through the elements of the vibrating stand, with subsequent collection, processing, analysis and publication of data containing quantitative and qualitative estimates of the integrated performance indicators of the building-construction system - equipment "in the form of frequencies, amplitudes, vibration displacement elements and their compounds nodes, and tables describing the characteristic lesions depending on the limit state design.

Железобетонный каркас с жестким и/или дискретным армированием, выполнен в виде верхней и нижней жестких рам, соединенных между собой стойками через демпфирующие резиновые прокладки. Это дает возможность регулировать податливость конструкции, увеличивая или уменьшая амплитуду колебаний верхнего пояса относительно нижнего, приближая тем самым испытания строительных конструкций на сейсмическое воздействие к соответствующим требованиям существующих нормативных документов.The reinforced concrete frame with rigid and / or discrete reinforcement is made in the form of upper and lower rigid frames interconnected by struts through damping rubber gaskets. This makes it possible to control the compliance of the structure, increasing or decreasing the amplitude of oscillations of the upper belt relative to the lower, thereby bringing seismic testing of building structures closer to the relevant requirements of existing regulatory documents.

Вибростенд представляет собой рамную конструкцию на фигуре, состоящую из верхнего 1 и нижнего 2 поясов, соединенных между собой стойками 3. При этом жесткость узлов соединения верхнего и нижнего поясов со стойками регулируется с помощью изменения характеристик резиновых прокладок 4. Нижний пояс крепится к силовому полу и остается неподвижным при работе вибростенда. К верхнему поясу крепятся плиты 5. Соединения плит с верхним поясом и между собой выполняется абсолютно жестким. В плитах предусмотрены технологические отверстия диаметром 20 мм с шагом 300 мм, предназначенные для монтажа испытуемых образцов 6.The vibration stand is a frame structure in the figure, consisting of upper 1 and lower 2 belts connected by struts 3. At the same time, the stiffness of the nodes connecting the upper and lower belts to the struts is adjusted by changing the characteristics of the rubber gaskets 4. The lower belt is attached to the power floor and remains motionless during the work of the vibrostand. Plates are attached to the upper belt 5. The connections of the plates to the upper belt and to each other are absolutely rigid. The plates provide technological holes with a diameter of 20 mm with a pitch of 300 mm, designed for mounting test samples 6.

На плиты перекрытия устанавливается инерционно-резонансная машина (вибромашина) 7, предназначенная для натурных исследований инженерных сооружений. Инерционная сила генерируется вращением дебалансов двух механически синхронизированных друг с другом блоков вибромашины, и направлена в горизонтальной плоскости. Инерциальная сила вибромашины на определенной частоте регулируется изменением количества дебалансов в блоках. Максимальное значение инерционной силы 1000 кН, диапазон регулирования частоты колебаний 0,5-20 Гц. Для изменения направления динамического воздействия на испытуемый объект, крепежные отверстия на плитах перекрытия предусматривают возможность изменения места установки вибромашины.An inertial-resonance machine (vibrator) 7 is installed on the floor slabs, designed for full-scale studies of engineering structures. The inertial force is generated by rotating the unbalances of two blocks of the vibrator machine mechanically synchronized with each other, and is directed in the horizontal plane. The inertial force of the vibrator at a certain frequency is controlled by changing the number of unbalances in the blocks. The maximum value of the inertial force is 1000 kN, the range of regulation of the oscillation frequency is 0.5-20 Hz. To change the direction of the dynamic impact on the test object, mounting holes on the floor slabs provide the ability to change the installation location of the vibrator.

Динамическое воздействие, генерируемое вибромашиной, передается через плиты на верхний пояс. При этом происходит перемещение верхнего пояса относительно нижнего. Испытуемые объекты 8 крепятся на силовые элементы вибростенда, таким образом, чтобы условия эксперимента были подобны условиям работы конструкции (оборудования) во время ее эксплуатации при сейсмическом воздействии. Условия, которые немоделируются в процессе проведения эксперимента, необходимо учитывать при анализе полученных результатов.The dynamic effect generated by the vibrator is transmitted through the plates to the upper belt. In this case, the upper belt moves relative to the lower. The test objects 8 are mounted on the power elements of the vibrating stand, so that the experimental conditions are similar to the operating conditions of the structure (equipment) during its operation under seismic effects. Conditions that are not modeled during the experiment must be taken into account when analyzing the results.

Claims (3)

1. Вибростенд для испытаний строительных конструкций на сейсмическую нагрузку, включающий смонтированную на основании каркасную систему из соединенных между собой стоек и ригелей, перекрытие, жестко закрепленный на нем источник вибрации инерционного действия и кронштейны для крепления моделируемых испытуемых образцов, отличающийся тем, что каркасная система выполнена в виде нижней и верхней жестких металлических рам, соединенных между собой вертикальными стойками через демпфирующие резиновые прокладки, при этом нижняя рама по периметру жестко смонтирована на основании, а перекрытие состоит из смонтированных на верхней раме поперечных двутавровых балок и прикрепленных к ним съемных плит, выполненных со сквозными отверстиями, обеспечивающими автономное крепление источника вибрации на одной из плит с возможностью приложения динамической нагрузки в двух горизонтальных взаимно ортогональных направлениях, и моделирующих кронштейнов для испытуемых образцов.1. Vibration test bench for testing building structures for seismic load, including a frame system mounted on the base of interconnected racks and crossbars, a ceiling, an inertial vibration source rigidly fixed to it and brackets for attaching simulated test samples, characterized in that the frame system is made in the form of lower and upper rigid metal frames interconnected by vertical posts through damping rubber gaskets, with the lower frame along the perimeter the pipe is rigidly mounted on the base, and the overlap consists of transverse I-beams mounted on the upper frame and removable plates attached to them, made with through holes providing autonomous mounting of the vibration source on one of the plates with the possibility of applying a dynamic load in two horizontal mutually orthogonal directions, and modeling brackets for test specimens. 2. Вибростенд по п. 1, отличающийся тем, что каркасная система выполнена железобетонной.2. The vibration bench according to claim 1, characterized in that the frame system is made of reinforced concrete. 3. Вибростенд по п. 1, отличающийся тем, что перекрытие выполнено в виде железобетонных плит.3. The vibration bench under item 1, characterized in that the overlap is made in the form of reinforced concrete slabs.

Images