По нажатию начнётся скачивание PDF

Стр. 1 из 7
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МОДЕЛЕЙ
ФУНДАМЕНТОВ
Валеев Денислам Наилевич, Болдырева Елена Геннадьевна,
Пензенский государственный университет архитектуры и строительства
07.08.2007
Код статьи: 1537
Испытания моделей фундаментов проводятся с целью определения напряженно-деформированного
состояния, как основания, так и самих конструкций фундаментов, как правило, в условиях плоской или
пространственной деформации.
Для
этой цели используются лотки,
в
которые укладывается
естественный или искусственный грунт, моделирующий основание и затем основание нагружается
моделью фундамента. В качестве модели фундамента применяются плоские, круглые или квадратные
металлические штампы, сваи различного вида, подпорные и шпунтовые стенки и т.д., которые
нагружаются внешней нагрузкой ступенями вплоть до потери устойчивости основания. В процессе опытов
измеряются перемещения модели фундамента, контактные напряжения, напряжения и деформация
основания в различных точках моделируемой толщи грунтового основания иногда и в конструкции модели
фундамента.
В большинстве случаев процесс нагружения моделей фундаментов и измерение напряжений и
деформаций выполняется исследователем «вручную» с записью результатов в журнал испытаний для
последующей их обработки. В зависимости от характера испытаний они могут продолжаться от
нескольких часов до нескольких суток или месяцев /1/.
С целью уменьшения трудоемкости испытаний для этой цели стали использовать автоматизированные
системы, одна из которых была разработана в Новочеркасском политехническим институте в 1971 году
под руководством профессора Мурзенко Ю.Н. /2/.
В данной работе представлены результаты разработки подобной автоматизированной системы, но с
использованием современных аппаратных и программных средств.
Объектом разработки являются механическое устройство – лоток и программа, осуществляющая
процесс автоматизированного управления стендом для исследования моделей фундаментов и анализа
проведенных опытов.
Цель работы – создание программного обеспечения для персональной ЭВМ, обеспечивающего
управление стендом для исследования моделей фундаментов и анализа проведенных опытов. В ходе
исследования определяются зависимости осадки поверхности основания от давления подошвы штампа,
значения модуля деформации грунтового основания (E, МПа), коэффициент постели (ks, кН/м3) , осадка
поверхности основания и предельное давление на основание (Pпред, МПа), в зависимости от типов
моделей фундаментов и грунтового основания.
Средства реализации – пакет Advantech GENIE 3.0, Borland Delphi 7.0.
20.06.2011 14:53
Стр. 2 из 7
В результате проектирования разработана программа, позволяющая проводить опыты и анализ
проведенных опытов с моделями фундаментов в автономном режиме без прямого участия человека.
Автоматизированный стенд для исследования моделей фундаментов представляет собой механическое
устройство, управляемое компьютером. Стенд предназначен для использования в учебных, учебноисследовательских и научных работах в рамках учебного курса «Механика грунтов, основания и
фундаменты».
В настоящее время, в процессах испытаний строительных конструкций и материалов все больше
применяется их автоматизация с использованием компьютерных технологий и программных средств для
хранения
и
обработки
полученных
результатов.
При
использовании
компьютерных
технологий
увеличивается производительность труда, уменьшается время, затрачиваемое на проведение испытаний
и на обработку полученных данных. При проведении опытов с использованием средств компьютерной
автоматизации не требуется от человека, проводящего испытание, углубленных знаний о методиках
расчета характеристик испытываемых материалов и конструкций. Также, большим плюсом является то,
что процессы испытания, порой, длящиеся до нескольких месяцев, могут проводиться без участия
человека, автоматически изменяя условия протекания опыта, в зависимости от смены этапов.
Благодаря особенностям конструкции лотка, пневмоцилиндр можно закреплять не только вертикально, но
и под углом, что позволяет создавать наклонные и горизонтальные нагрузки на модели. Также имеются
все необходимые средства для модификации стенда под испытание на выдергивание.
Автоматизация данного стенда оказывает большой эффект в плане его производительности и точности
испытаний. Благодаря автоматизации, исследователь, не обязан проводить опыты вручную, ошибаться
при считывании показаний датчиков на стрелочных индикаторах, следить за готовностью стенда к
следующему этапу нагружения или сутками следить за наступлением стабилизации вручную фиксируя все
изменения в журнале. Вместо этого достаточно запрограммировать весь процесс, задав схему
нагружения и параметры стабилизации. По завершении опыта, наглядный график покажет результаты
опыта и поможет рассчитать деформационные характеристики грунта при различных видах моделей
фундаментов.
Конструктивно стенд представляет из себя металлический ящик – лоток и устройство статического
нагружения в виде пневматического цилиндра (рис. 1).
Внешняя нагрузка прикладывается к модели фундамента через шток пневмоцилиндра (рис. 3),
поворачивая пневмоцилиндр можно прикладывать
20.06.2011 14:53
Стр. 3 из 7
Рис. 1. Конструкция лотка
наклонную нагрузку. Передняя стенка лотка выполнена съемной, прозрачной из оргстекла. Лоток может из
вертикального положения поворачиваться в горизонтальное. Для того чтобы грунт не высыпался из лотка
на его поверхность устанавливается съемная крышка. При горизонтальном положении лотка прозрачная
стенка снимается, в поверхность грунта по шаблону вдавливаются марки, посредством которых методом
фотограмметрии проводятся наблюдения за деформацией массива основания.
Метод параметрической фотометрии позволит фиксировать деформации грунта не на поверхности грунта,
а в его толще, в плоскости прозрачной стенки лотка. В России данный метод практически не применяется,
но активно используется учеными за рубежом.
Рис. 2. Компьютер и блок нормирующих преобразователей
Рис 3. Схема взаимодействия технических средств управления стендом
20.06.2011 14:53
Стр. 4 из 7
На рис. 3 показано взаимодействие технических средств управления стендом и измерения проходящих
процессов во время испытаний.
Управление автоматизированным стендом ведется с помощью персонального компьютера (ПЭВМ).
Информация о состояниях датчиков давления и перемещений поступает в ПЭВМ от блока нормирующих
преобразователей, задачей которого, так же является и управление состоянием электромагнитных
клапанов в зависимости от поступающих команд с ПЭВМ.
Рис 4. Пневмоцилиндр двойного действия
а) камера со сжатым воздухом;
б) камера со свободно выходящим воздухом;
в) поршень;
г) давление воздуха в верхней камере,кПа;
д) шток, передающий нагрузку. кгс
Для создания управляемой компьютером нагрузки на модель фундамента, в стенде используется
пневмоцилиндр (рис. 4). Создаваемая пневмоцилиндром нагрузка, зависит от подаваемого на его
поршень давления воздуха. Компьютер контролирует давление, с помощью блока электромагнитных
клапанов, определяя датчиком давления необходимость сброса или подачи с компрессора воздуха для
создания заданного уровня внешней нагрузки в кгс. Для перевода давления в силу используется
градуировочная кривая, которая определяется с использованием динамометра с классом не ниже 0,5.
Данный подход является оптимальным, если учесть тот факт, что модель фундамента во время
испытания получает осадку, что способствует снижению заданного давления в пневмоцилиндре.
Благодаря непрерывному отслеживанию уровня давления в пневмоцилиндре программой управления,
возникающие потери давления (нагрузки) автоматически компенсируются.
На рис. 5 показан алгоритм работы программы управления стендом в общем виде.
Работа программы управения опытом начинается с предложения задать схему нагружения. Схема
нагружения представляет собой последовательность задаваемых на модель фундамента нагрузок в
20.06.2011 14:53
Стр. 5 из 7
возрастающем или убывающем (цикл) порядке. Далее пользователь, предварительно подготовив стенд к
испытанию, запускает опыт. Программа последовательно меняет ступени нагружения при достижении
стабилизации осадки модели фундамента.
В моменты стабилизации осадки показания приборов заносятся в журнал испытаний, по которым строятся
кривые зависимости осадки поверхности основания и осадки модели фундамента от давления под
подошвой модели.
Программа позволяет пользователю выделить линейный участок зависимости осадка – давление для
определения модуля деформации (круглая, прямоугольная, квадратная в плане модель фундамента) и
коэффициент постели для ленточного (плоского) фундамента. Далее программой аппроксимируется
данный участок методом наименьших квадратов до кривой первого порядка, затем по нему
определяются значения модуля деформации грунтового основания (E, МПа) и коэффициент постели (ks,
3
кН/м ) в зависимости от типов моделей фундамента и грунтового основания. Предельное давление на
основание (Pпред, МПа) определяется в момент разрушения основания.
20.06.2011 14:53
Стр. 6 из 7
Рис 5. Алгоритм программы управления стендом.
20.06.2011 14:53
Стр. 7 из 7
Рис. 6. Обработка результатов испытаний
Литература
1. Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов. – М.: Высш. школа, 1978. – 447 с.
2. Мурзенко Ю.Н. Расчет оснований зданий и сооружений в упруго-пластической стадии работы с
применением ЭВМ. Л.: Стройиздат, Ленингр. отделение. 1989. – 135 с.
20.06.2011 14:53