Деревянные конструкции. Испытание клееной дощатой балки

1.

09/04/20
Лабораторная работа №2
«Испытание клееной дощатой балки»
1

2.

09/04/20
Литература
•СНиП II-25-80*. Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Деревянные
конструкции / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат. 1982. – 66 с.
•Проектирование и расчет деревянных конструкций: Справочник/ И.М. Гринь, В.В. Фурсов,
Д.М. Бабушкин и др.; г. Липецк – ООО изд-во «Интеграл», 2006 г – 237с.
•Вдовин В.М., Карпов В.Н. Сборник задач и практические методы их решения по курсу
«Конструкции из древесины и пластмасс»; Учебное пособие. – М.: ИАСВ, 1999 – 133с
•Калугин А.В. «Деревянные конструкции. Учебное пособие (конспект лекций). – М.: ИАСВ,
2003 – 224с
•Латыпов В.М., Хуснутдинов Р.Ф., Конструкции из дерева и пластмасс: Учебное пособие. –
Уфа: Изд-во «Монография», 2005 – 104с.
2

3.

09/04/20
1. Цели и задачи
Определение характера распределения нормальных напряжений по
сечению балки (т.е. построение фактической эпюры нормальных
напряжений эпюры σЭ и сопоставление ее с расчетной эпюрой σТ)
Определение прогибов балки (определение фактического прогиба fЭ и
сопоставление его с расчетным fТ )
3

4.

09/04/20
2. Термины и определения
Балка клееная деревянная – это строительная конструкция
требуемой высоты, которую получают путем склеивания пласти доски
по пласту с помощью синтетического водостойкого клея.
Клеевые соединения характеризуются жесткостью, стойкостью
против увлажнения и обеспечивают монолитность балок.
4

5.

09/04/20
3. Построение эпюры σЭ
Закон Гука: σЭ=Е*εотн
Относительная деформация
волокон сечения образца
Модуль упругости древесины
вдоль волокон
Измерение деформаций
Деформации волокон εотн
Метод
тензонометрирования
Замер по индикаторам
часового типа
5

6.

09/04/20
Замер по индикаторам часового типа
Индикатор часового типа - прибор,
предназначенный для измерений
линейных размеров деталей,
отклонений формы(перемещений) и
расположения поверхностей.
Принцип действия индикатора основан
на преобразовании линейного
перемещения измерительного стержня,
находящегося в контакте с объектом
измерений, в отклонение стрелки
отсчетного устройства с помощью
зубчатого механизма.
6

7.

09/04/20
3. Построение эпюры экспериментального
напряжения σЭ
Эп. σЭ
Эп. εЭ
хЕ (МПа)
(МПа)
7

8.

09/04/20
4. Определение прогибов балки
Прогиб балки fэ следует определять с учетом деформаций на опорах
Истинный
прогиб fэ
u1
u2
u3
8

9.

09/04/20
5. Лабораторная установка
Приборы и оборудование:
- Петлевые тензорезисторы «ПКБ-10-200ГВ (ТУ 25-01-100-88)
- Комплект тензонометрических приборов: индикатор
деформаций цифровой ИДЦ-1 (либо ЦТМ-3, ЦТМ-5 и др.)
- Коммутатор;
- Индикатор часового типа с ценой деления 0,01 мм
9

10.

09/04/20
Схема лабораторной
установки
10

11.

09/04/20
Схема установки тензодатчиков (тензорезисторов) в сечения 1-1 и
2-2 (а); общий вид и схема работы тензорезистора (б)
11

12.

09/04/20
Схема установки индикаторов часового типа в сечении (3-3)
12

13.

09/04/20
6. Предварительные расчеты
Корректное сопоставление экспериментальных значений параметров
(σЭ ,fэ) с расчетными (σТ ,fТ) возможно лишь в том случае, когда
загружающее усилие на домкрате Р не превышает расчетной несущей
способности балки N.
Обоснование: расчетные формулы в СНиП II-25-80 «Деревянные
конструкции. Нормы проектирования» соответствуют упругой стадии
работы древесины (т.е. когда Е=const и древесина рассматривается, как в
курсе сопротивления материалов, в качестве идеального упругого
материала). При Р>N N в древесине начнут развиваться упругопластические
деформации и, следовательно, условие E=const перестает соблюдаться.
В связи с этим, перед началом
испытаний необходимо определить
расчетную несущую способность балки N
Зависимость
«напряжения σ – деформаций ε»
13

14.

09/04/20
Для выполнения необходимых предварительных расчетов необходимо
уточнить или замерить следующие параметры:
14

15.

09/04/20
Расчетная схема балки
15

16.

09/04/20
1. По первой группе предельных состояний
Прочность по нормальным напряжениям : формула (17) СНиП – N1
M max
P
N
P*a
Rи M * a * a
Rи
Wрасч
2
2
2Wрасч
Fнт b * h b * h1
Fнт Fбрутто b * h
16

17.

09/04/20
1. По первой группе предельных состояний
Устойчивость: формула (22)…………………………………………. – N2
M max
Rи
m * Wбр
N2
b2
m 140
* kф
lp * h
Ru * 2 *Wбр. * m
а
Коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих
моментов на участке lр, табл.2 прил.4 СНиП «ДК»
Расстояние между опорами
сечения элемента, м;
Наиболее
оптимальный вариант
17

18.

09/04/20
1. По первой группе предельных состояний
Прочность по касательным напряжениям: формула (18)………. – N3
b * h2
Sбр
8
Q * S бр
I бр * b расч
I бр
Rск
4bhRск
N3
3
b * h3
12
18

19.

09/04/20
1. По первой группе предельных состояний
Прочность из условия смятия древесины на опоре балки: ….…. – N4
N4
90
R
см
Fсм90
90
N 4 Fсм90 * Rсм
Площадь смятия
19

20.

09/04/20
2. По второй группе предельных состояний
Прогиб: формула (50)………………………………………………….–
2
f0
h
f
Где
N5
1 c
k
l
- для расчетной схемы с двумя
сосредоточенными силами
рн=р/1,2;; здесь 1,2 – усредненный коэффициент перегрузки (поскольку
расчеты по 2 группе предельных состояний выполняются на нормативные
нагрузки).
h - наибольшая высота сечения;
l -пролет балки;
k-коэффициент,
учитывающий
влияние
переменности
высоты
сечения,
принимаемый равным 1 для балок постоянного сечения;
с - коэффициент, учитывающий влияние деформаций сдвига от поперечной силы.
Значения коэффициентов k и с для основных расчетных схем балок приведены в
табл. 3 прил. 4. СНиП «ДК»
N5 – вычислить самостоятельно 20

21.

09/04/20
После этого, по согласованию с преподавателем,
принимается значение загружающего усилия Р<NN
21

22.

09/04/20
8. Проведение испытаний
Перед началом испытаний необходимо:
Задать домкратом минимальное по величине усилие на балку с тем, чтобы
устранить люфты и неплотности на опорах
Установить индикаторы часового типа «на нуль»
Затем осуществляется загружение балки заданной нагрузкой, обеспечивая
при этом по возможности постоянную скорость увеличивая нагрузки (оптимальная
скорость – 20…30 кгс/с). По достижении значения Р осуществляют замеры по
индикаторам (u1, u2, u3) и (u4, u5, u6, u7), контролируя при этом на домкрате
значение Р=const.
22

23.

09/04/20
8. Обработка результатов
* Построение эп. σЭ
На основе замеренных значений u4…u7 строится эпюра εЭ (мм) и определяются максимальные
значения деформаций εЭРАСТ и εЭСЖ
Для расчета напряжений σЭ по закону Гука σЭ=Е*εЭ необходимо перевести
абсолютные значения деформаций εЭ (мм) в общественные в относительные (мм/мм)
по формуле εЭ отн=εЭ абс/L, где L=(30+65)/2=47.5 мм – средневзвешенное расстояние
между винтами, закрепляющими упоры уголков.
Схема установки
индикаторов
Далее рассчитываются наибольшие сжимающие σЭ min и растягивающие σЭ max
напряжения по формуле: σ =Е*εотн
23

24.

09/04/20
* Определение прогиба fэ
Расчет значения фактического прогиба балки fэ осуществляется по
формуле:
24

25.

09/04/20
9. Расчет коэффициента запаса
На основе полученных экспериментальных и теоретических данных
рассчитываются коэффициенты запаса:
- По максимальным нормальным напряжениям ……………….. Кзσ = σТ/σЭ
- По максимальному прогибу ……………………. ……………….. Кзf = fТ/fЭ
25

26.

09/04/20
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Вариант
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Цифры варианта
Первая
Вторая
Третья
Материал
Сорт
Температур
Условие
а
эксплуатаци
помещения
и
Сосна
1
Береза
1
Лиственница
1
Пихта
2
Ель
2
Береза
2
Лиственница
1
Сосна
2
Ель
1
Кедр
2
сибирский
Линией обозначены исходные данные,
соответствующие варианту №123
40
35
50
20
0
15
42
34
23
10
А1
А2
Б3
В2
Г1
Б1
А3
А1
Б2
В1
Геометрические размеры балки согласно методическому указанию к
проведению лабораторной работы №2.
Балка подвергнута глубокой пропитке антипиреном
26