7471

Исследование напряженно-деформированного состояния элементов составных балок

Дипломная

Архитектура, проектирование и строительство

Исследование напряженно-деформированного состояния элементов составных балок Введение Балки являются одним из самых употребляемых строительных элементов любых зданий и сооружений. По своей статической схеме балки представляют конструкцию, как правил...

Русский

2013-01-24

9.79 MB

111 чел.

Исследование напряженно-деформированного состояния элементов составных балок

Введение

Балки являются одним из самых употребляемых строительных элементов любых зданий и сооружений. По своей статической схеме балки представляют конструкцию, как правило, работающую на поперечный изгиб. По стальным балкам могут быть осуществлены междуэтажные перекрытия каменных зданий, балки используются в стальных рамных каркасах высотных гражданских и общественных зданий, стальные балки применяются в спортивных и зрелищных сооружениях, в промышленных зданиях, в металлических мостах под автомобильные и железнодорожные дороги, в различных башнях и т.д.

Металлические балки. Наиболее рациональными из стальных являются прокатные балки двутаврового сечения: прокатные двутавры с уклоном внутренних граней полок и широкополочные двутавры с параллельными полками.

При недостаточной несущей способности и жесткости прокатных балок изготавливают составные сварные балки. Простейшая составная балка из 3-х  листов: вертикального – стенки и 2-х горизонтальных поясов. Сечение балок может компоноваться из листа и 2х тавров. При больших нагрузках проектируют двустенные коробчатые балки.

В коснструкциях, подвергающихся динамическим нагрузкам, целесообразно составные балки проектировать на высокопрочных болтах или заклепках.

В строительстве находят  применение и другие виды балок. Сквозные балки с перфорированной стенкой применяют в том случае когда необходимо увеличить несущую способность прокатных двутавров. Их получают за счет увеличения высоты перфорированной стенкой, при этом увеличивается несущая способность и жесткость балок. Для уменьшения влияния поперечной силы в некоторых случаях прнменяют раскосы.

В балках с гофрированными стенками конструктивно увеличена жесткость стенки. В таких балках нет ребер жесткости, за счет этого уменьшается расход металла на стенку и длина сварных швов. Стенки выполняются волнистыми с соотношением высоты волны к длинне волны 1/5....1/20, при этом длина заготовки стенки увеличивается на 3...5%. Применение таких балок дешевле на 10... 15% по сравнению с обычными сварными.

Предварительно-напряженные балки, у которых задают начальные напряжения, обратные по знаку, тем, которые будут при эксплуатации. Предварительное напряжение осуществляется в основном тремя способами. затяжками, регулировкой уровня опор, предварительным выгибом. За счет предварительного , напряжения можно уменьшить расход стали на 10...20%, а стоимость на 5... 12%.

Бистальные балки выполняют из различных марок сталей. Наиболее нагруженные элементы балок - пояса балок, менее нагружены стенки. В бистальных балках для поясов применяют стали более высокой прочности (10Г2С1, 14Г2), для стенок - стали обычной прочности. Бистальные балки применяют широко при статическом действии нагрузок. Применение таких балок может дать экономию от 5 до 15% стоимости по сравнению с балками из стали одной марки.

Балки с тонкими стенками выполняются жесткими ребрами  (рис.6.2.б). В обычных балках мы имеем отношение tw/hw = 1/100    1/200; в балках с тонкой стенкой соотношение принимаеткс tw/hw = 1/350    1/700 (hw  – высота стенки; tw - толщина стенки). Концентрируя металл в ребрах и уменьшая толщину стенки, можно получить экономию стали до 10...20%.

Деревянные балки. Клееные цельнодеревянные конструкции или деревянные в сочетании с фанерой применяют в несущих и ограждающих частях зданий промышленного, гражданского, сельскохозяйственного назначения и в мостах.

Клееные балки применяют в несущих конструкциях покрытий, пе-рекрытий холодных и отапливаемых здаиий; их изготовляют прямоугольного и двутаврового сечений.

В междуэтажных и чердачных перекрытиях пролетом до 6,5 м рекомендуется применять дощатые балки двутаврового и рельсового сечений с полками и стенками из цельных досок; для несущих конструкций промышленных зданий балки с параллельными поясами применяют прямоугольного и двутаврового сечений пролетом от 6 до 12 м.

Клеефанерные двускатные или с параллельными поясами балки (рис. 2) применяют как несущие конструкции покрытий для пролетов 6-15 . В балках двутаврового сечения стенки выполняют из клееной или бакелизированной фанеры толщиной не менее 10 мм, а пояса — из двух слоев досок или брусков с каждой стороны стенки. Первый слой поясов, прикрепляемый к фанере, во избежание разрыва клеевого шва при различной усушке дерева и фанеры выполняют из двух узких досок шириной не более 8—10 см, располагаемых с горизонтальным зазором между ними не менее 1 —1,5 см.

Деревянные клееные балки с волнистой фанерной стенкой имеют двутавровую форму, полки выполняют из деревянных прямоугольных брусков с волнообразной фанерной стенкой из водостойкой фанеры. Бруски поясов рекомендуется применять цельного сечения при необходимости стыки выполнять зубчатым шипом, изготавливаемым специальной фрезой. Фанерную волнистую стенку на клею заделывают в пазы, выбранные в поясах балок. Односкатные и двускатные балки пролетом от 6 до 9 м применяют в качестве несущих конструкций одноэтажных промышленных и особенно сельскохозяйственных зданий. По торцам балок устраивают ребра жесткости, которые следует устанавливать после запрессовки фанерной стенки. Балки антисептируют обмазкой или опрыскиванием из краскопульта. Деревянные бруски не должны иметь влажность выше 15%. Толщину, высоту фанерной стенки, а также длину и высоту волны фанеры определяют расчетом.

Двутавровая балка со стенкой из плиты OSB.

Исключительные параметры таких балок являются результатом свойств характерных двутавровому сечению, а также высокого качества составных материалов - слоёв из клееного дерева и полотна из плиты OSB 3. Составные элементы балки подвергаются прессовке в специальных прессах с использованием водостойких клеев, благодаря чему они достигают высокую жесткость и гарантированную стабильность размеров. Благодаря точной разработке продукта исчезла проблема скрипа и скручивания деревянных балок. Перекрытия, изготовленные из таких двутавровых балок, отличаются более высокой термической изоляционной характеристикой по сравнению с традиционными бетонными перекрытиями. Двутавровая балка идеально подходит для каркаса крыш, перекрытий и стен. Грузоподъемность балок позволяет выдерживать более высокие нагрузки при больших пролетах. Благодаря малому собственному весу монтаж балок прост ( не требуется подъёмный кран) и не занимает много времени по сравнению с монтажом железобетонных балок или балок из цельной древесины.


1.Обзор информационных источников

1.1. Материалы для составных балок.

Металл - первый искусственный материал в строительстве и архитектуре.

Первые конструкции из металла появились еще до нашей эры. Так, в IV веке до н.э. были найдены колонны в Индии, в 125 г. до н.э. в Риме был обнаружен Пантеон с куполом диаметром 43 м.

В XVII веке кованые бруски сваривались кузнечной сваркой или соединялись на клиньях. В этот период появляются теоретические исследования в области сопротивления материалов, формулируется закон Гука (1678 г.), закон механики Ньютона (1687 г.).

В XVIII веке более всего применяются конструкции из чугуна. Россия выходит на первое место по производству чугуна. Первые чугунные конструкции перекрытий появились на Урале (перекрытие крыльца Невьянской башни). В 1720 году Вариньон формирует теорию 3-х моментов, в 1749 г. Эйлер разрабатывает теорию продольного изгиба.

В конце XVIII в. создается метод пудлингового получения железа, этот период можно считать началом применения металлических (железных) конструкций в зданиях и сооружениях.

Вначале XIX века в Англии были применены зетовые профили, позднее осуществили прокат двутавровых: балок. В России в 40х годах XIX века был освоен прокат профильного и листового металла. Во 2-й половине XIX века чугунные конструкции достигли совершенства: создано такое крупное сооружение, как арочный мост из чугунных двутавровых балок через реку Неву в Петербурге (автор С.В. Кербедз), который эксплуатировался до 40-х годов XX столетия. Важнейшим событием этого периода стало возведение Бруклинского моста пролетом 488 м. В 1856 г. открыт бессемеровский, в 1864 г. - мартеновский и в 1878 г. томасовский способы производства стали. Чугун уступает место новому материалу более технологичному и надежному в эксплуатации. Наступает переломный этап в развитии металлоконструкций.

Появление нового материала - стали стимулировало развитие методов расчета конструкций. Работы Л. Навье, Э. Винклера, О.Мора, Д.И. Журавского, Ф.С.Ясинского, Н.А. Белелюбского, В.Г.Шухова,  Н.С.Стрелецкого и многих других позволили создать стройную методику расчета.

В 20-м столетии построены уникальные сооружения: мосты в Японии пролетом 2500 м, высотные здания высотой 620 м в Канаде и др.

Материалами для металлических конструкций служат прокатная сталь, стальное литье и алюминиевые сплавы. Сталь - сплав железа с углеродом и незначительным количеством примеси и легирующих добавок. Стали, подразделяются на стали углеродистые и легированные. Наибольшее применение получила малоуглеродистая сталь. По способу выплавки стали, подразделяют на мартеновские и конверторные, при поставке их не различают по способу изготовления. В зависимости от степени раскисления различают спокойную, полуспокойную и кипящую стали.

В зависимости от механических свойств () стали условно делят на три группы - с обычной, повышенной и высокой прочностью. К сталям с обычной прочностью относят малоуглеродистые стали, с повышенной прочностью – низколегированные, и высокой прочности - среднелегированные стали.

Древесина - естественный старейший строительный материал. Первые конструкции и сооружения были выполнены из дерева: дома, мосты, оборонительные сооружения, корабли и т.д. Но как о произведениях инженерного искусства можно начинать с древнеримских мостов. Пролеты достигали 40 м. Проекты мостов были выполнены и опережали свое время. В XIX веке возведены: арочный мост пролетом 298 м через Неву И. П. Кулибина (17761 балочный мост пролетом 100 м через Рейн (1756-1758). Шпиль колокольни церкви Св. Петра в Риге высотой 130 м был возведен в 1666 г. Р. Бинденшу.

В ХУIII веке в России строят первые сооружения из дерева: башня Адмиралтейства (1738) высотой 72 м, шпиль колонны Петропавловского собора (1703-1710) высотой 118 м. Все сооружения выполнены без предварительных расчетов, т.е. интуитивно, и можно поражаться мастерству «самоучек». До середины прошлого века дерево было практически единственным универсальным материалом массового применения для перекрытий больших пролетов. Однако дерево постепенно стало уступать главенствующую роль железу (чугуну и стали) и к началу XX века было почти полностью вытеснено из сферы инженерных конструкций.

" Второе рождение " деревянных конструкций пришлось на 20 -е годы прошлого столетия, в связи с острым дефицитом металла. В этот период были построены 100 метровые тонкостенные и ребристые своды-оболочки и градирни на гвоздевых соединениях (своды Шухова-Брода, гиперболические шуховскне башни, купола цирков, железнодорожные мосты пролетов до 43 м. и другие). В послевоенные годы древесина как строительный материал во второй раз за свою историю было вытеснена железобетоном и сталью.

Современные средства защиты древесины от гниения (антисептики), и возгорания (антипирины) позволяют гарантировать сохранность древесины от гниения до 30 лет. Применение клееных пакетов позволяет древесине приобрести новые качества. В ряде случаев клееные деревянные конструкции оказываются более экономичными, чем железобетонные или стальные.

Древесина – это созданный природой материал с ярко выраженной анизотропией строения. Ее прочность при действие нагрузки вдоль волокон (растяжении) на порядок выше, чем при поперек (скалывании). Так, например, если предел прочности (Rвр) при испытании на растяжение чистой древесины (без пороков) составляет 100 МПа, то при скалывании вдоль волокон всего лишь 7 МПа. Поэтому полностью реализовать достоинство древесины, т.е. прочность при растяжении, практически невозможно, т.к. деревянным конструкциям обычно свойственно сложное напряженное состояние. Модуль упругости древесины при расчете по предельным состояниям второй группы принимают равным: вдоль волокон Е = 10 000 МПа (100 000 кгс/см2); поперек волокон Е90 = 400 МПа (4000 кгс/см2). Модуль сдвига древесины относительно осей, направленных вдоль и поперек волокон, принимают равным G90 = 500 МПа (5000 кгс/см2). Коэффициент Пуассона древесины поперек волокон при напряжениях, направленных вдоль волокон, принимают равным n90.0 = 0,5, а вдоль волокон при напряжениях, направленных поперек волокон, n0.90 = 0,02.

Фанера. Для клееных фанерных конструкций применяют фанеру марки ФСФ по ГОСТ 3916-69, а также фанеру бакелизированную марки ФБС по ГОСТ 11539-73*. Расчетные сопротивления строительной фанеры приведены в табл. 10 СНиП II-25-80. Величины модулей упругости строительной фанеры в плоскости листа Еф и Gф и коэффициенты Пуассона nф при расчете по второй группе предельных состояний следует принимать по табл. 11 СНиП II-25-80.

Плита OSB. Ориентированно-стружечная плита из плоской древесной щепы – OSB или Oriented Strand Board – изготавливается при высоком давлении и температуре путем прессования плоской древесной щепы. В качестве связующих материалов для OSB используются синтетические смолы. Таким образом, OSB имеет улучшенные водостойкие характеристики. Плита изготавливается методом прессования плоской древесной щепы при  высоком давлении и температуре с использованием в качестве связующих материалов водостойких синтетических смол.

Плита OSB -  плита древесного происхождения, разработанная  специально для строительства, вытесняет фанеру и ДСП. Главное отличие плит OSB от других материалов – в их особой прочности.

Технология изготовления. Плита OSB изготавливается преимущественно из хвойных пород деревьев. При нагружении длинная переплетенная щепа передает нагрузку друг другу, образуя единый конструкционный элемент, свободный от концентраторов напряжений и сочетающий в себе высокую прочность с высокой эластичностью, за счет чего в плите прочно удерживаются шурупы, гвозди, строительные скобы и другие крепежные элементы.

Плита OSB отличается стабильностью формы, устойчивостью к изменяющимся климатическим условиям, к механическим ударам, высоким звукопоглощением, хорошей обрабатываемостью. Микроструктура сцепленной щепы предохраняет края плиты от обламывания при соединении их гвоздями, придает жесткость и устойчивость к изгибу, что очень важно при скелетном строительстве.

Плита OSB содержит свыше 90% древесины хвойных пород и изготавливается из стволов деревьев небольшого диаметра, получаемых с санитарной прорубки лесов, которые подвергаются окорке, распиловке и лущению на плоскую щепу длиной 150 мм, толщиной 0,4-0,7 мм и шириной 5-50 мм. Уникальные физико-механические параметры плиты объясняются размерами и характером укладки щепы – длинные тонкие щепы (длина – до 140 мм, толщина – до 0,6 мм) укладываются в ковре тремя слоями. Внешние слои образуются щепой, ориентированной параллельно длине готовой плиты. Во внутреннем слое щепа укладывается перпендикулярно длине готовой плиты. Благодаря такой ориентации плоской щепы мы получаем конструкционный материал с изотропными свойствами – повышенной прочностью на изгиб и повышенной упругостью вдоль главной оси плиты. По сути, OSB – это "улучшенная древесина" – более прочная и эластичная за счёт сохранения в плоской щепе всех полезных свойств массива древесины, при отсутствии таких дефектов, как сучки, и изменение направления волокон в связи с естественными условиями роста дерева.

Рис. 1. Начало переработки древесины перед распиловкой на щепу

Высокие технические характеристики плиты OSB обеспечиваются волокнистостью древесины, выравниванием  плоской щепы в слоях и сцеплением слоев щепы между собой, связующей смолой, высокой температурой и давлением прессования, а пропитка парафинной эмульсией обеспечивает высокую устойчивость к изменяющимся погодным условиям.

Связующее и специальная обработка поверхности (ContiFinish) обеспечивают водо и огнестойкость плит, значительно превышающие сходные характеристики массива древесины. Плиты OSB устойчивы к изменению погодных условий (влажность, температура), легко пилятся и обрабатываются любым инструментом, предназначенным для работы с древесиной.

Рис. 1.2. Укладка щепы перед подачей в пресс.

Существенным отличием плит OSB от других плитных материалов является то, что прочностные свойства и способность удерживать крепёж обеспечиваются не связующим, а характером укладки щепы – при нагружении в процессе эксплуатации длинные щепы передают нагрузку друг через друга, образуя единый конструкционный элемент, свободный от концентраторов напряжений, и сочетающий в себе высокую прочность с высокой эластичностью. Крепёж (шурупы, кольцевые гвозди, строительные скобы и пр.) удерживаются не плотностью связующего, а многочисленными тонкими щепами, ориентированными в плоскости, перпендикулярной к оси крепёжных элементов.

Рис. 1.3. Укладка щепы перед подачей в пресс.

В 2007 году начато серийное производство OSB на заводе Kronostar (Россия, Костромская область). Основным материалом для производства плита OSB является сосна (главным образом тонкомер от санитарных прорубок). Плиты OSB содержат до 95% древесины – это одна из самых экологически чистых древесных плит – как в отношении производства, так и в отношении готовой продукции. Низкая доля связующего даёт не только экологическую безопасность, но и все прочие полезные эксплуатационные и производственные свойства древесины – лёгкость (плотность плиты – около 650 кг/м³), низкую теплопроводность, хорошее звукопоглощение, хорошую обрабатываемость и эстетичный внешний вид.

Преимущества ориентированной стружечной плиты OSB:

  •  Однородность структуры - ОСП лишена недостатков натуральной древесины и даже фанеры, таких как расслоение, покоробленность, гигроскопичность.
  •  Экологически безвредный материал - ОСП соответствует классу гигиены Е1.
  •  Легкость в обработке - достаточно легко режется, вследствие чего меньше изнашиваются инструменты, а благодаря своей большой износостойкости не вызывает проблем при креплении винтов и строительных скоб строгается, шлифуется и сверлится обычными инструментами. Склеивается и красится любыми красками по дереву; покрывается смолами, глазурью и защитными средствами (биоцидами, фунгицидами).
  •  Волокнистая структура фанеры имеет меньшее сопротивление выдергиванию шурупов или кровельных гвоздей по сравнению с ОСП, три слоя которой образует щепа, имеющая крестообразную ориентацию. Этот факт увеличивает надежность крепления. Удельное сопротивление выдергиванию шурупов в пласте равно 112,5 H/мм, для сравнения по требованиям ГОСТ эта величина должна составлять не менее 60 H/мм.
  •  Влагостойкость - влагостойкие свойства OSB-3 позволяют плите выполнять роль водонепроницаемого барьера, препятствуя проникновению влаги. Поэтому ОСП можно использовать для возведения опалубки. Стены из ОСП (OSB) выдерживают большие нагрузки во влажных условиях, не подвержены воздействию грибка и насекомых.
  •  В большинстве случаев OSB превосходит физико-механические характеристики фанеры. Щепа для OSB изготавливается путем строгания высококачественной древесины, что не разрушает структуру древесного волокна щепы в отличие от лущения для фанерного шпона, т.е. нарезания шпона по диаметру бревна. Процесс лущения необратимо приводит к изломам шпона и образованию микротрещин, влияющих на прочность всего листа фанеры. Для придания влагостойкости фанеру пропитывают фенолоформальдегидными смолами, что изменяет внешний вид плиты и ее экологичность. Такая фанера приобретает темный, местами бурый цвет и становится годной только для наружного применения.
  •  Заводское соединение шпунт-гребень - прочное соединение плит для всех типов полов, исключает возможный скрип.
  •  Плита OSB отличается стабильностью формы, большой устойчивостью к изменяющимся погодным условиям, к ударам, глушение звуков, податливостью к обработке и переработке. Микроструктура сцепленных щепов предохраняет края плиты от обламывания при соединении краев гвоздями и дает жесткость и устойчивость к изгибу и отрезанию - это очень важные характеристики в скелетном строительстве.
  •  OSB легко пилится, облегчая подгонку размеров на объекте, что значительно упрощает монтаж сложных кровель. В качестве сплошного настила ОСП имеет лучшую геометрию листа, жесткость, однородность и долговечность, что подтверждено нормативными строительными организациями ведущих стран мира.
  •  Дизайн. OSB занимает отдельное место в современном Европейском дизайне, привлекая теплотой и изысканностью фактуры. Новая мода на ламинированные полы из OSB тому подтверждение. может использоваться те только как конструктивный материал, скрытый от глаз под декоративной отделкой. Светлая, слегка золотистая поверхность и безупречное качество открывают новые возможности и порождают творческие идеи у дизайнеров и архитекторов. Интерьер с отделкой из OSB создает ощущение залитого солнцем пространства где-то на вилле Средиземноморья. Чистая шлифованная поверхность, покрытая лаком или воском, отдаленно напоминает пробковое дерево.
  •  Высокая прочность при небольшой толщине плиты - землетрясения в Калифорнии и Японии показали, что новые конструкции домов каркасного типа из ОСП оказались прочнее и выдержали колебания, в отличие от домов, стены которых были построены из кирпича и бетона.
  •  Долговечность - при правильном проектировании, строительстве и эксплуатации срок службы конструкции из OSB не ограничен.

Таблица 1.1.

Механические свойства OSB 3

Тип характеристики

Норма

Единица измерения

Толщина (номинальная толщина в мм)

6-10

>10 и <18

18-25

Сгиб главная ось

EN 310

N/mm 2

22

20

18

Сгиб малая ось

EN 310

N/mm 2

11

10

9

Модуль упругости

главная ось

EN 310

N/mm 2

3500

3500

3500

Модуль упругости

главная ось

EN 310

N/mm 2

1400

1400

1400

Прочность на расклеивание

EN 319

N/mm 2

0.34

0.32

0.30

Набухание после 24 часов

EN 317

N/mm 2

15

15

15

Свойства: Плотность kg/m³  580-640 (в зависимости от толщины)

Содержание влаги % 3, ±2

Прочность на изгиб (сухой)

продольная ось N/mm² п   поперечная ось  N/mm³     30-16       16-8

1.2. Теоретические предпосылки расчета составных балок.

Теоретические и графоаналитические расчеты балок.

Во второй половине XIX в. в разных странах уточнялись расчеты балок. Русские инженеры много сделали для развития теории их расчета и практического применения. Так, в 1844-1848 гг. Д. И. Журавский, занимаясь строительством деревянных мостов, заметил, что в прямоугольных балках по нейтральной оси появляются касательные напряжения, и дал формулу для их вычисления, которая применяется и в наше время. В составных деревянных балках он указал метод расчета соединительных шпонок и вычисления расстояния между шпонками. Для железных составных балок Журавский дал расчет шага соединительных заклепок.

Один из наиболее интересных случаев разработки теории балок был дан инженером Н. А. Беспаловым в 1855 г. Он предложил простой способ решения некоторых задач сопротивления материалов. Способ этот состоял в замене сил сопротивления частиц материала пропорциональными объемами тела конструкции. Например, момент изгибающих сил заменялся моментом объемов сопротивляющегося тела.

Н. А. Беспалов этим способом рассчитал консольную балку, балку на двух опорах, балку с защемленными концами при различных нагрузках и при различных поперечных сечениях балок (круглом, двутавровом и т. п.). Результаты при этом были получены те же, что и при обычном расчете.

Работа Н. А. Беспалова интересна в том отношении, что закон распределения нормальных напряжений в поперечном сечении балки и закон удлинения ее волокон при изгибе он представлял в виде треугольных эпюр. Так как удлинение любого волокна балки при изгибе можно выразить через напряжения, то Н. А. Беспалов соединил полученные эпюры в одну, отложив по оси абсцисс удлинение, а по оси ординат им соответствующие напряжения. Результирующая эпюра оказалась очерченной по параболе. Н. А. Беспалов обратил внимание на то, что каждая из треугольных эпюр представляет работу внутренних сил, и установил, что площадь параболической эпюры выражает полную работу всей балки при изгибе. Приравняв работу внешних и внутренних сил друг к другу, он, например, для консольной балки нашел ее прогиб, пользуясь площадью параболической эпюры как нагрузкой.

Исследования Н. А. Беспалова замечательны тем, что он намного раньше других применил к анализу балок эпюры напряжений и тем самым внес в теорию балок графоаналитический метод расчета. К сожалению, это осталось незамеченным его современниками.

Распределение нормальных и касательных напряжений в изгибаемых балках в течение всей второй половины XIX в. было предметом пристального изучения. Нормальные напряжения тогда вычислялись по приближенной формуле, подтвержденной в 1856 г. исследованиями Сен-Венана, который показал, что формула хорошо согласуется с методами теории упругости при условии, если нагрузка отдалена от исследуемого сечения хотя бы на высоту балки. Если же груз расположен вблизи изучаемого сечения балки, то распределение нормальных напряжений здесь уже не является простым. В 1893 г. А. Фламан дал точное решение этой задачи. Исследованием нормальных напряжений в балках при изгибе было установлено, что для точного решения задачи по распределению нормальных напряжений при изгибе балок необходимо применение методов теории упругости.

Ф. Е. Максименко в 1886 г. исследовал величину погрешности, которая возникает при замене точного расчета изгиба балок приближенным расчетом. Он занялся этим вопросом потому, что, как он заметил, в курсах и книгах по сопротивлению материалов этот вопрос не был исследован. Путем интегрирования точного и приближенного дифференциальных уравнений изгиба Ф. Е. Максименко установил пределы погрешностей, которые повышаются с уменьшением высоты балки. Вообще погрешности имеют незначительную величину и приближенный расчет балок на изгиб вполне удовлетворяет практику.

В 1887 г. Ф. Е. Максименко исследовал влияние касательных напряжений на искривление поперечных сечений балок и их влияние на изгиб балки. Опираясь на работы Б. Сен-Венана, доказавшего, что при изгибе балок их поперечные сечения не остаются плоскими и поворачиваются на некоторый угол и что касательные напряжения при изгибе балок вызывают дополнительные деформации балок, Максименко вывел уравнение поперечной поверхности балки, искривленной касательными напряжениями. Он показал, что касательная, проведенная к любой точке искривленной поверхности, составляет с осью балки угол, тангенс которого равен относительному сдвигу в данной точке. Ф. Е. Максименко показал, что никто еще не установил величину влияния касательных напряжений на изгиб балки. Он доказал, что касательные напряжения увеличивают прогиб балки на 3-8%.

Исследование касательных напряжений в балках после открытия их Д. И. Журавским имело целью уточнить их распределение по поперечному сечению. Поэтому во второй половине XIX в. изучались балки эллиптического, круглого, квадратного, прямоугольного и фасонного профилей.

Исследование касательных напряжений в изгибаемых балках точными методами показало, что если толщина балки мала сравнительно с ее высотой и длиной, то изгиб вызывает более сложное изменение формы поперечного сечения балки, чем простое искривление. При этом было доказано, что ошибка в определении нормальных напряжений по теории Бернулли - Эйлера сравнительно с точными решениями не превышает 0,1-0,2%.

Во второй половине XIX в. теория неразрезных балок получила значительное развитие. Почти все выдающиеся авторы занимались этой проблемой.

В России идеи расчета неразрезных балок находили широкое применение. В 1860 г. Э. Коллиньон дал расчеты неразрезных мостов. Опираясь на работу Бресса, он преобразовал уравнения Б. Клапейрона для расчета балок со смещающимися опорами. Э. Коллиньон отметил, что уравнения Бресса дают возможность получать расчетные моменты без вычисления опорных реакций неразрезных балок.

В 1868 г. И. А. Евневич вывел формулы реакций неразрезных балок от сплошной распределенной нагрузки.

В 1899 г. И. А. Ласкин сообщил о работе А. Холодецкого по неразрезным балкам. Он получал конструкции с переменным моментом инерции. И. А. Ласкин еще в 1894 г. привел фомулы изгибающих моментов, пригодные для расчета таких балок при любых нагружениях.

Работа составных балок.

Работу составных балок проиллюстрируем на простом примере трехслойной балки прямоугольного поперечного сечения. Если слои между собой не связаны и силы трения между ними отсутствуют, то каждый из них деформируется как отдельная балка, имеющая свой нейтральный слой (рис. 1, а). Нагрузка между этими балками распределяется пропорционально их жесткостям при изгибе (в данном примере поровну). Это означает, что моменты инерции и моменты сопротивления трех независимо друг от друга деформирующихся балок должны быть просуммированы

Если скрепить балки сваркой, болтами или другим способом (рис. 1, б), то с точностью до пренебрежения податливостью наложенных связей сечение балки будет работать как монолитное с моментом инерции и моментом сопротивления, равным

Как видно, при переходе к монолитному сечению жесткость балки возрастает в девять раз, а прочность - в три раза. В инженерной практике наиболее распространены составные двутавровые балки.

Особенности расчета клееных элементов из фанеры с древесиной

Расчет по первой группе предельных состояний. Расчет клееных элементов из фанеры с древесиной следует выполнять по методу приведенного поперечного сечения.

Расчет на прочность поясов изгибаемых элементов двутаврового и коробчатого сечений с фанерными стенками следует производить по нижеприведенной формуле, принимая Wрас = Wпр, при этом напряжения в растянутом поясе не должны превышать Rр, а в сжатом - jRс (j-коэффициент продольного изгиба из плоскости изгиба).

Расчет изгибаемых элементов, обеспеченных от потери устойчивости плоской формы деформирования, на прочность по нормальным напряжениям производим по формуле

,

где М -  расчетный изгибающий момент;

Rи -  расчетное сопротивление изгибу;

Wрасч - расчетный момент сопротивления поперечного сечения элемента.

Расчет изгибаемых элементов на прочность по скалыванию следует выполнять по формуле

,

где Q -  расчетная поперечная сила;

S¢бр -  статический момент брутто сдвигаемой части поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси;

Iбр - момент инерции брутто поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси;

bрас -  расчетная ширина сечения элемента;

Rск -  расчетное сопротивление скалыванию при изгибе.

При проверке стенки на срез по нейтральной оси в формуле  значение Rск принимается равным Rф. ср, а расчетная ширина bрас

bрас = ådст,

где ådст - суммарная толщина стенок.

При проверке скалывания по швам между поясами и стенкой в формуле Rск = Rф.ск, а расчетную ширину сечения следует принимать равной

bрас = nhп,

где hп - высота поясов;

n - число вертикальных швов.

Расчет по второй группе предельных состояний. Прогибы и перемещения элементов конструкций не должны превышать предельных, установленных СНиП 2.01.07-85 и таблицей 16 СНиП II-25-80.

1.3. Применение составных элементов с использованием OSB  в каркасных деревянных домах

Деревянный каркасный дом является одним из лучших изобретений архитектурной мысли человека. Деревянные и фахверковые дома были широко распространены в средневековой Западной Европе. Именно они создают неповторимый колорит маленьких городков Швейцарии, Германии, Бельгии, Нидерландов...

Старейшие дома столицы Франции, эксплуатируемые более 700 лет и до наших дней, могут рассказать не только о богатой истории Парижа, но и качестве такого строительства. Бурное историческое развитие, результатом которого стала смена деревянных стен на кирпичные, оставило неизменным материал перекрытий. Неудивительно, что, несмотря на две мировые войны, прошедшие по Европе, такие коттеджи стоят и сейчас.

Первые переселенцы из Европы привезли в Новый Свет лучшие технологии и замыслы, которые помогли им выжить в жёстких условиях. В их числе была и технология каркасного домостроения. Суровый климат Канады, частые землетрясения, изнуряющая жара Калифорнии превратили

европейскую фахверковую конструкцию в современный североамериканский деревянный каркасный дом: надёжный, тёплый, крепкий. Сегодня деревянный каркасный дом полностью отвечает потребностям человека, стремящегося обрести дом для себя и будущих поколений. Более 80% жителей Канады, Америки, Северной Европы живут именно в таких домах.

Для обогрева домов используется воздушная система отопления и кондиционирования, которая проводится внутри стеновых панелей и полов. Обогрев дома происходит за счёт циркуляции тёплого воздуха в воздуховоде. Котлы могут быть установлены как электрические, так и газовые.

Температура регулируется и в считанные минуты достигает необходимого уровня.

Конструкция пола . Плиты с прямыми краями нужно соединять на лагах соблюдая дилатационный зазор минимум 3 мм вокруг плиты. При монтаже плит между стенами или в случае "плавающих полов" следует оставить дилатационный зазор 12 мм между плитой и стеной. Плиты следует укладывать главной осью перпендикулярно к лагам. Соединение коротких краёв плиты всегда должно находиться на лагах. Длинные края, неопёртые на лаги, должны иметь профиль "гребень-паз", вспомогательную опору или соединяющую Н-образную скобу. Если перекрытие не имеет крыши, то во время атмосферных осадков следует сделать дренажные отверстия для водоотвода. При деревянном перекрытии первого этажа здания, прилегающего к грунту, следует создать защиту от ветра, с нижней стороны конструкции перекрытия, плюс дополнительно гидроизоляцию непосредственно на грунте.

Таблица предварительной оценки зависимости расстояний между лагами и толщиной применяемой плиты в жилищном строительстве:

Таблица 1.2.

Расстояния между лагами [мм]

400

500

600

Рекомендованная толщина плиты OSB-3 [мм]

15-18

18-22

22

Для крепления плит следует использовать гвозди длиной 51 мм (2”) спиральные, или от 45 мм (1 3/4”) до 75 мм кольцевые. Гвозди вбиваем каждые 30 см на промежуточных подпорах и каждые 15 см на соединениях плит. С целью повышения жёсткости пола можно приклеивать плиту к лагам применяя синтетический монтажный клей (клеи на водной основе не cмогут обеспечить надёжного соединения из-за восковой поверхности ContiFinish). Соединения "гребень-паз" следует склеивать (например клеем типа D3).

Конструкция стены. Плиты OSB на стенах могут быть монтированы в горизонтальном и вертикальном положении. Между плитами и вокруг дверных и оконных проёмов обязательно нужно оставить зазор минимум 3 мм. Рекомендованная толщина плиты для обшивки стен 12 мм при расстоянии между стеновыми опорами 400 мм и 600 мм. Для дополнительной теплоизоляции стен рекомендуется применение минеральной ваты с облицовкой в виде минеральной штукатурки.

Для крепления стеновых плит следует применять гвозди длиной 51 мм (2") спиральные или от 45 мм (1 3/4") до 75 мм кольцевые. Гвозди вбиваем каждые 30 см на промежуточных подпорах и каждые 15 см на соединениях плит. На наружных краях стен гвозди вбиваем каждые 10 см. Расстояние от гвоздя до края плиты не должно быть меньше, чем 1 см.

Конструкция крыши. Перед монтажом обшивки следует убедиться, что стропильные ноги или обрешётка образуют ровную поверхность. Искривленные или неровные стропильные ноги повлияют на окончательный вид крыши и затруднят монтаж (к примеру, при большой неровности может не получиться состыковать соединение "гребень-паз" по всей длине плиты). Плиты, которые промокли под дождём следует оставить до полного высыхания и предохранить от биологической коррозии перед тем, как будет положена черепица, кровельные листы, терморубероид или гонты. Необогреваемое пространство под полом или чердак должны быть хорошо вентилируемы. Вентиляционные отверстия должны составлять не менее 1/150 всей горизонтальной поверхности.

Наибольшая эксплуатационная нагрузка должна приходиться на длинную главную ось плиты. Соединение коротких краёв плиты всегда должно быть на подпорах крыши (стен или пола). Длинные края должны приходиться на вспомогательные опоры, иметь соединение "гребень-паз" или соединение Н-образными скобами. Между плитами с прямыми краями следует оставить дилатационный зазор минимум 3 мм, чтобы дать плите возможность менять размеры при изменении температурных условий. Плита должна быть уложена на не менее, чем двух опорах, при этом соединения плит также должны приходиться на опоры. Во время крепления плиты, рабочие должны стоять на стропильных балках или обрешётке, соблюдая правила безопасности.

Таблица предварительной оценки зависимости расстояний между стропильными ногами или обрешетками и толщиной применяемой плиты для крыш с наклоном более 14 градусов:

Таблица 1.3.

Расстояние между стропильными ногами или обрешетками [мм]

600

800

1000

Рекомендуемая толщина плиты OSB [мм]

12

15

18

Если в конструкции крыши есть проёмы для дымоходов, то обшивку крыши небходимо отодвинуть от дымохода на расстояние в соответствии с принятыми Строительными нормами. Для крепления плит OSB на крыше следует использовать гвозди длиной 51 мм спиральные или от 45 мм до 75 мм кольцевые. Гвозди вбиваем каждые 30 см на стропильных ногах или обрешётках и каждые 15 см на соединениях плит. Расстояние от гвоздя до края плиты не должно быть меньше, чем 1 см.

Как видно из приведенной выше информации о каркасных деревянных домах, составные элементы из дерева и  OSB нашли широкое применение при строительстве таких зданий.

Новаторским решением в современном каркасном строительстве является двутавровая балка Kronopol I-Beam.

Рис. 1.8. Двутавровая балка Kronopol I-BEAM

Исключительные параметры балок являются результатом свойств характерных двутавровому сечению, а также высокого качества составных материалов - слоёв из клееного дерева и полотна из плиты OSB 3. Составные элементы балки подвергаются прессовке в специальных прессах с использованием водостойких клеев, благодаря чему они достигают высокую жесткость и гарантированную стабильность размеров.

Благодаря точной разработке продукта исчезла проблема скрипа и скручивания деревянных балок. Перекрытия, изготовленные из двутавровых балок Kronopol, отличаются более высокой термической изоляционной характеристикой по сравнению с традиционными бетонными перекрытиями.

Двутавровая балка идеально подходит для каркаса крыш, перекрытий и стен. Грузоподъемность балок позволяет выдерживать более высокие нагрузки при больших пролетах. Благодаря малому собственному весу монтаж балок прост (не требуется подъёмный кран) и не занимает много времени по сравнению с монтажом железобетонных балок или балок из цельной древесины

Ширина полки двутавровой балки облегчает монтаж, а возможность выполнения отверстий в полотне балки облегчает проводку различных систем снабжения

Ширина полки двутавровой балки облегчает монтаж, а возможность выполнения отверстий в полотне балки облегчает проводку различных систем снабжения.

Двутавровая балка Kronopol I-Beam, плита Kronopol OSB и диффузионно-открытая плита MDF- являются основными конструктивными материалами системы KRONOPOL- системы современного каркасного строительства. Сведения о размерах составных балок приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4.

Рис. 1.9. Схема установки двутавровой балки Kronopol I-BEAM в перекрытии с генеральными размерами.

1.4. Обоснование цели и задач исследований:

Анализ конструктивных форм составных балок и местоположения их в каркасе малоэтажных зданий  и существующих методик расчета составных деревянных балок выявил следующее:

  •   Прослеживается устойчивая тенденция роста использования составных балок с элементами из листа OSB в каркасах малоэтажных зданий, а также для элементов покрытий и перекрытий в каменных зданиях.
  •   Наиболее распространенной конструктивной формой составной балки с элементами из листа OSB является балка со сплошными поясами из дерева, у которой стенка из листа OSB вклеена в паз, устроенный в поясе балки.
  •   К недостаткам данной конструктивной формы можно отнести необходимость специального оборудования для устройства пазов и прессов для выдержки конструкций балки на период высыхания клея.
  •  В литературе на данный момент отсутствуют данные о механических характеристиках листов OSB при растяжении и сжатии, которые необходимы при расчете составной балки с элементами из листа OSB.

Принимая во внимание вышеизложенные выводы, определяем цель магистерской работы.

Цель работы:

Усовершенствовать конструкцию составной деревянной балки со стенкой из листа OSB.

Задачи исследований.

  •  Определить несущую способность при работе в упругой стадии составных деревянных балок различной конструкции, использующихся в каркасном домостроении по методике СНиП II-25-80. Разработать конструктивную форму составной балки с элементами из листа OSB для построечных условий.
  •  Провести экспериментальные исследования составных деревянных балок различной конструкции (клеефанерная балка с плоской стенкой вклеенной в паз осуществленный в полках из цельной древесины; клеефанерная балка с плоской стенкой с поясами из деревянных брусков, приклеенных по бокам стенки; клеефанерная балка с волнистой стенкой, вклеенной в паз осуществленный в полках из цельной древесины; составная балка с поясами из деревянных брусков соединенных со стенкой из OSB на шурупах).
  •  Экспериментальным путем определить механические характеристики листа OSB толщиной 8 мм, который используется в качестве неущей стеки составной балки.
  •  Разработать компьютерные модели составной балки с поясами из деревянных брусков соединенных со стенкой из OSB на основе МКЭ с применением ПК «ЛИРА» и провести численные исследования по определению напряженно-деформированного состояния элементов модели.
  •  Создать натуральные модели составных балок с поясами из деревянных брусков, соединенных со стенкой из OSB на металлических нагелях-шурупах, и экспериментальные исследования по определению напряженно-деформированного состояния элементов балок.
  •  Выполнить сравнительный анализ результатов теоретических, численных и экспериментальных исследований.
  •  Разработать рекомендации по проектированию составных балок с поясами из деревянных брусков, соединенных со стенкой из OSB на металлических нагелях-шурупах.

Основные гипотезы и предпосылки, на которых базируются исследования напряженного деформированного состояния составных деревянных балок:

  1.  Поперечные сечения в процессе деформирования составных деревянных балок могут перемещаться поступательно, оставаясь плоскими.
  2.  Поперечные нормальные напряжения относительно малы по сравнению с продольными нормальными напряжениями в элементах составных деревянных балок.
  3.  В результате совместной работы элементов составных деревянных балок выполняется равенство деформаций поясов и стенки балки по границам контактов в предельном состоянии.
  4.  При деформировании материалы, составляющие комплексное сечение, обладают упругопластическими свойствами.


2. Работа составных деревянных балок в упругой стадии.

2.1. Определение несущей способности составных деревянных балок различной конструкции

В лаборатории деревянных конструкций НАПКС были проведены испытания составных деревянных балок пролетом 2 метра следующего конструктивного решения:

  •  Клеефанерная балка с плоской стенкой, вклеенной в паз, осуществленный в полках из цельной древесины;
  •  Клеефанерная балка с плоской стенкой с поясами из деревянных брусков, приклеенных по бокам стенки;
  •  Клеефанерная балка с волнистой стенкой, вклеенной в паз, осуществленный в полках из цельной древесины;
  •  Составная балка с поясами из деревянных брусков соединенных со стенкой из OSB на шурупах.

Для данных составных деревянных балок были рассчитаны теоретические прогибы и максимальная несущая нагрузка с использованием существующей нормативной методики расчета по СНиП, которая приведена выше.

Проверка принятого сечения. Характеристики приведенных сечений. При определении приведенных к древесине геометрических   характеристик   расчетных   сечений   балки  площади элементов OSB умножаем на отношение,   а  рабочую высоту стенки из OSB принимаем равной полной высоте стенки. В поперечном сечении балки приняты следующие обозначения:- полная высота сечения; - расстояние между центрами поясов; - рабочая   высота  стенки  балки.

Моменты инерции брутто приведенного поперечного двутаврового сечения балки высотой h=200 мм относительно нейтральной оси в середине пролета балки :

Определение расчетной нагрузки на балку:

Из условия прочности балки по нормальным сечениям:

;

из условия достижения предельного прогиба:

;

прогиб при

Моменты инерции брутто приведенного поперечного двутаврового сечения балки высотой h=250 мм относительно нейтральной оси в середине пролета балки :

Определение расчетной нагрузки на балку:

Из условия прочности балки по нормальным сечениям:

;

из условия достижения предельного прогиба:

;

прогиб при

Моменты инерции брутто приведенного поперечного коробчатого сечения балки высотой h=250 мм относительно нейтральной оси в середине пролета балки :

Определение расчетной нагрузки на балку:

Из условия прочности балки по нормальным сечениям:

;

из условия достижения предельного прогиба:

;

прогиб при

2.2. Изготовление составной балки с поясами из деревянных брусков соединенных со стенкой из OSB на шурупах высотой 200 мм.

Для изготовления балки были использованы следующие материалы:

  •   четыре сосновых деревянных бруска сечением 40 х 30 мм;
  •   полотно из плиты OSB 3 толщиной 8 мм и размерами поперечного сечения 200 х 2000 мм;
  •   Металлические шурупы - саморезы диаметром 6 мм.

Рис. 2.1. Момент изготовления составной балки с поясами из деревянных брусков соединенных со стенкой из OSB на шурупах

Деревянные элементы перед сборкой балки подвергались острожке. Далее предварительно бруски поясов соединялись со стенкой с помощью струбцин.

После чего производилась разметка под металлические шурупы - саморезы  с шагом 50 мм. Перед установкой саморезов высверливались отверстия диаметром 2 мм для предотвращения раскалывания деревянных брусков и растрескивания плиты OSB-3.

Далее устанавливались ребра жесткости из сосновых деревянных брусков в опорных сечениях и местах передачи нагрузки на балку на расстоянии 350 мм от середины пролета.

2.3. Экспериментальные исследования работы составных деревянных балок.

В лаборатории деревянных конструкций НАПКС были проведены испытания составных деревянных балок пролетом 2 метра следующего конструктивного решения:

  •  Клеефанерная балка с плоской стенкой, вклеенной в паз, осуществленный в полках из цельной древесины;
  •  Клеефанерная балка с плоской стенкой с поясами из деревянных брусков, приклеенных по бокам стенки;
  •  Клеефанерная балка с волнистой стенкой, вклеенной в паз, осуществленный в полках из цельной древесины;
  •  Составная балка с поясами из деревянных брусков соединенных со стенкой из OSB на шурупах. Изготавливалась по технологии приведенной в разделе 2.2.

Для данных составных деревянных балок были рассчитаны теоретические прогибы и максимальная несущая нагрузка с использованием существующей нормативной методики расчета:

Расчет по первой группе предельных состояний. Расчет составных клееных балок из фанеры либо другого материала с древесиной следует выполнять по методу приведенного поперечного сечения.

Расчет по второй группе предельных состояний. Прогибы и перемещения элементов конструкций не должны превышать предельных, установленных СНиП 2.01.07-85 и таблицей 16 СНиП II-25-80.

Нагрузка прикладывалась ступенями по 100 кг. По результатам испытаний для данных составных деревянных балок были построены графики деформирования балок под нагрузкой.



Рис.2.7. Клеефанерная балка с плоской стенкой, вклеенной в паз, осуществленный в полках из цельной древесины

Рис.2.8. Клеефанерная балка с волнистой стенкой, вклеенной в паз, осуществленный в полках из цельной древесины


Рис.2.9. Клеефанерная балка с плоской стенкой с поясами из деревянных брусков, приклеенных по бокам стенки

Рис.2.10. Составная балка с поясами из деревянных брусков соединенных со стенкой из OSB на шурупах

2.4. Выводы по разделу.

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

  •  Наиболее жестокой из испытанных составных балок явилась составная балка с поясами из деревянных брусков соединенных со стенкой из OSB на шурупах (максимальный прогиб составил – 6,95 мм при нагрузке 1000 кг), наименее жесткой  - клеефанерная балка с плоской стенкой с поясами из деревянных брусков, приклеенных по бокам стенки (максимальный прогиб составил – 7,47 мм при нагрузке 700 кг);
  •  Наибольшие остаточные деформации при разгрузке получены в клеефанерной балке с плоской стенкой с поясами из деревянных брусков, приклеенных по бокам стенки, наименьшие остаточные деформации при разгрузке получены в 2-х балках – в клеефанерной балке с плоской стенкой, вклеенной в паз осуществленный в полках из цельной древесины и в клеефанерной балке с волнистой стенкой, вклеенной в паз осуществленный в полках из цельной древесины, что объясняется конструкцией полок.

На основе анализа результатов исследований была предложена новая конструктивная форма составной деревянной балки со стенкой из OSB, соединенной с поясами металлическими нагелями-шурупами. Разработаны материалы на изобретение и поданы в виде заявки на полезную модель «Балка составная». В апреле 2009 года было получено положительное решение на изобретение «Балка составная», представленное на рис. 2.11.


Рис.2.11. Положительное решение на полезную модель «Балка составная»


3. Определение механических характеристик OSB  толщиной 8 мм.

В связи с отсутствием нормативных документов на проведение испытаний по определению механических характеристик ориентированно-стружечных плит (OSB) при растяжении за основу принимался ГОСТ 9622-87 «Древесина слоистая клеенная» Методы определения предела прочности и модуля упругости при растяжении.

Подготовка образцов.

Вырезку заготовок для образцов проводили из листа OSB  толщиной 8 мм, который использовался при изготовлении составных деревянных балок.

Испытания проводили на трех образцах в трех партиях:

  •  1-я партия – образцы, вырезанные из листа вдоль продольных внешних волокон;
  •  2-я партия – образцы, вырезанные из листа поперек продольным внешним волокнам;
  •  3-я партия – образцы, вырезанные из листа под углом 450 к продольным внешним волокнам.

Для плоских образцов выдерживалось соотношение между шириной и толщиной в рабочей части образца не менее 8:1 – длина образца 500 мм, ширина образца 60 мм.

На образцах наклеивались четыре тензодатчика на бумажной основе – по два продольных и два поперечных тензометра.

Аппаратура.

Для испытания на растяжение использована разрывная испытательная машины Р-20, которая соответствует  требованиям ГОСТ 28840.

Для снятия размеров образцов использовался штангенциркуль,  соответствующий требованиям ГОСТ 166.

Для определений деформаций в образцах использованы бумажные тензометры, которые соответствуют требованиям ГОСТ 18957.

Для снятия показаний с тензодатчиков использовался цифровой тензометрический мост ЦТМ-3 с переключателей каналов ПДК и образцом с компенсационными тензодатчиами.

Подготовка к испытанию.

Измерение размеров образцов до испытания проводились в трех местах - в средней части и на границах рабочей длины.

За начальную площадь поперечного сечения образца в его рабочей части А0 принималось наименьшее из полученных значений на основании произведенных измерений с округлением до 0,01 мм2 .

Образцы устанавливались в захват машины так, чтобы его продольная ось совпадала с осями головок машины, а клиновидные захваты захватывали образец вплотную.

Проведение испытаний.

При определении предела прочности проводят нагружение образца равными ступенями до усилия, соответствующего напряжению, равному 5-25% от предполагаемого предела прочности.

Число ступеней усилия должно быть не менее 4.

Время выдержки на каждой ступени до 8-10 с. Время действия нагрузки (90±30) с.

Рис. 3.1. Момент испытаний образца.

Рис. 3.2. Образец после разрушения.

Обработка результатов.

Предел прочности при растяжении  в мПа для каждого образца вычисляют по формуле

,       (3.1)

где  - максимальная нагрузка, Н;

 - ширина рабочей части образца, мм;

 - толщина рабочей части образца, мм.

Модуль упругости при растяжении  в мПа для каждого образца вычисляют по формуле:

      (3.2)

где    - максимальное напряжение на участке кривой зависимости  в мПа;

 - относительные деформации на этом же участке кривой зависимости ;

Коэффициент Пуассона  при растяжении  для каждого образца на участке кривой зависимости  вычисляют по формуле:

      (3.3)

где    - продольные относительные деформации на участке кривой зависимости  в мПа;

 - относительные деформации на этом же участке кривой зависимости ;

Обработанные результаты испытаний образцов.

Результаты испытаний образцов обрабатывались по приведенной выше методике и представлены ниже в виде графиков и физических значений.

Вдоль продольных внешних волокон. Для 1-й партии – образцов, вырезанных из листа вдоль продольных внешних волокон, механические характеристики составили:

Модуль упругости:

Коэффициент Пуассона:

Предел прочности при растяжении . График зависимости σ - ε образцов с наружными волокнами вдоль листа приведен на рис.3.3.

Поперек продольных внешних волокон. Для 2-й партии – образцов, вырезанных из листа поперек продольным внешним волокнам, механические характеристики составили:

Модуль упругости:

Коэффициент Пуассона:

Предел прочности при растяжении: . График зависимости σ - ε образцов с наружными волокнами поперек листа приведен на рис.3.4.

Под углом 450 к продольным внешним волокнам. Для 3-й партии – образцов, вырезанных из листа под углом 450 к продольным внешним волокнам, механические характеристики составили:

Модуль упругости:

Коэффициент Пуассона:

Предел прочности при растяжении: . График зависимости σ - ε образцов с наружными волокнами под углом 450 приведен на рис. 3.5





4. Моделирование работы составной деревянной балки со стенкой из OSB

4.1. Создание компьютерных моделей составных  балок  ПК «Лира».

Программный комплекс ЛИРА (ПК ЛИРА) – это многофункциональный программный комплекс для расчета, исследования и проектирования конструкций различного назначения.

ПК ЛИРА с успехом применяется в расчетах объектов строительства, машиностроения, мостостроения, атомной энергетики, нефтедобывающей промышленности и во многих других сферах, где актуальны методы строительной механики.

Программные комплексы семейства ЛИРА имеют более чем 40-летнюю историю создания, развития и применения в научных исследованиях и практике проектирования конструкций. Программные комплексы семейства ЛИРА непрерывно совершенствуются и приспосабливаются к новым операционным системам и графическим средам. Новейшим представителем семейства ЛИРА является ПК ЛИРА версии 9.4.

Кроме общего расчета модели объекта на все возможные виды статических нагрузок, температурных, деформационных и динамических воздействий (ветер с учетом пульсации, сейсмические воздействия и т.п.) ПК ЛИРА автоматизирует ряд процессов проектирования: определение расчетных сочетаний нагрузок и усилий, назначение конструктивных элементов, подбор и проверка сечений стальных и железобетонных конструкций с формированием эскизов рабочих чертежей колонн и балок.

ПК ЛИРА позволяет исследовать общую устойчивость рассчитываемой модели, проверить прочность сечений элементов по различным теориям разрушений. ПК ЛИРА предоставляет возможность производить расчеты объектов с учетом физической и геометрической нелинейностей, моделировать процесс возведения сооружения с учетом монтажа и демонтажа элементов.

ПК ЛИРА состоит из нескольких взаимосвязанных информационных систем.

Система ЛИР-ВИЗОР

Система ЛИР-КС (Конструктор сечений)

Расчетный процессор

Библиотека конечных элементов

Система УСТОЙЧИВОСТЬ

Система ЛИТЕРА

Система ФРАГМЕНТ

Система ЛИР-АРМ (Железобетонные конструкции)

Система ЛИР-СТК (Стальные конструкции)

Система ЛИР-РС (Редактируемый сортамент)

Система ДОКУМЕНТАТОР

Система ЛИР-ВИЗОР – это единая графическая среда, которая располагает обширным набором возможностей и функций для формирования адекватных конечно-элементных и супер-элементных моделей рассчитываемых объектов, их подробного визуального обследования и корректировки. Для задания физико-механических свойств материалов, связей, разнообразных нагрузок, характеристик различных динамических воздействий, а также взаимосвязей между загружениями для определения их наиболее опасных сочетаний.

Возможности, предоставляемые по результатам расчета при отображении напряженно-деформированного состояния объекта, позволяют произвести детальный анализ полученных данных по полям перемещений и напряжений, по эпюрам усилий и прогибов, по мозаикам разрушения элементов, по главным и эквивалентным напряжениям и по многим другим параметрам. ЛИР-ВИЗОР предоставляет исчерпывающую информацию по всему объекту и по его элементам.

РАСЧЕТНЫЙ ПРОЦЕССОР реализует современные усовершенствованные методы решения систем уравнений, обладающие высоким быстродействием и позволяющие решать системы с очень большим числом неизвестных.

В расчетном процессоре содержится обширная БИБЛИОТЕКА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, которая позволяет создавать адекватные расчетные модели практически без ограничений на описание реальных свойств рассчитываемых объектов. При этом возможны задание линейных и нелинейных законов деформирования материалов, учет геометрической нелинейности с нахождением формы изначально изменяемых систем, а также учет конструктивной нелинейности. Реализованы законы деформирования различных классов железобетона. При расчетах нелинейных задач производится автоматический выбор шага нагружения с учетом его истории. Возможности процессора позволяют смоделировать поведение сооружения в процессе возведения при многократном изменении расчетной схемы. Полный состав библиотеки конечных элементов

Система ЛИТЕРА реализует вычисление главных и эквивалентных напряжений по различным теориям прочности.

Система ФРАГМЕНТ позволяет определить силы воздействия одного фрагмента рассчитываемого сооружения на другой как нагрузку. В частности, могут быть определены нагрузки, передаваемые наземной частью расчетной схемы на фундаменты.

Система ДОКУМЕНТАТОР предназначена для формирования отчетов по результатам работы с комплексом. При этом вся информация может быть представлена как в табличном, так и в графическом виде. Табличный и графический разделы необходимой для отчета информации могут быть размещены совместно на специально организуемых для этой цели листах и снабжены комментариями и надписями. Кроме того, табличная информация может быть передана в Microsoft Excel, а графическая – в Microsoft Word. Реализован вывод таблиц в формате HTML.

Создание расчетной схемы

Меню СХЕМА включает в себя операции, позволяющие формировать геометрию расчетной схемы, корректировать ее, задавать ей имя и признак схемы.

Отменить - операция отмены результатов выполненных команд и действий. Для вывода списка выполненных команд и действий необходимо нажать стрелку рядом с кнопкой Отменить, затем щелкнуть действие, которое следует отменить. Возможно, для поиска требуемого действия понадобится пролистать список. При отмене действия отменяются также все действия, расположенные выше него в списке.

Вернуть - операция возврата результатов выполненных команд и действий. Для вывода списка отмененных команд и действий необходимо нажать стрелку рядом с кнопкой Вернуть, затем щелкнуть действие, которое следует вернуть. При возврате действия возвращаются также все действия, расположенные выше него в списке.

Признак схемы - В диалоговом окне укажите признак системы по степеням свободы, а также задайте (для новой задачи) или измените (для существующей задачи) имя и шифр задачи, используемые расчетным процессором для формирования имен файлов результатов. В соответствующем поле ввода можно дать описание задачи, которое не должно превышать 80 символов.

Внимание! В зависимости от выбранного признака схемы, те или иные операции по созданию схемы могут быть недоступны.

Создание - Операции формирования геометрии расчетной схемы:

Регулярные фрагменты сети - диалоговое окно содержит пять закладок для задания регулярных фрагментов - рам, ростверков, балок-стенок, плит и плоских оболочек, сетей. Окно содержит радио-кнопку для задания плоскости расположения фрагмента сети (XOY или YOZ), поля ввода координат привязки в пространстве первого узла фрагмента и угла поворота его вокруг оси Z и таблицу для ввода значений и количества шагов вдоль первой (горизонтальной, Х) и второй (вертикальной, Y или Z) осей координат. При установленном флажке. Указать курсором фрагмент будет привязан к узлу, указанному курсором на уже созданном фрагменте схемы.

Связи - В диалоговом окне указываются направления, по которым требуется запретить перемещения узлов - X, Y, Z, UX, UY, UZ. Наличие необходимых связей фиксируется с помощью установки соответствующих флажков. Затем следует выполнить команду Применить для отмеченных узлов схемы. Удаление связей производится аналогично.

Если в каком-либо узле задана локальная система координат узла, то связи будут наложены по направлениям осей локальной системы координат.

Объединение перемещений - диалоговое окно содержит поле списка для накопления групп объединения перемещений и поле ввода текущей группы. При работе с полем списка задействованы следующие команды:

- Добавить – вызов диалогового окна, содержащего перечень направлений (X, Y, Z, UX, UY, UZ), по которым будет произведено объединение. Против соответствующего направления требуется установить флажок и выполнить команду Применить. При этом в поле списка будет занесена строка с номером и характеристикой группы;

- Изменить – вызов диалогового окна с перечнем направлений для внесения изменений в отмеченную в поле списка группу. После выполнения команды Применить в поле списка вносятся откорректированные характеристики группы;

- Удалить – удаление группы из списка.

Для установления требуемой группы как текущей необходимо выбрать эту группу в поле списка. Команда Добавить узлы в группу производит присвоение текущей группы отмеченным узлам.

Команда Удалить узлы из группы производит удаление отмеченных узлов из группы.

Установленный флажок Показывать окрашивает в серый цвет узлы, которые вошли в текущую группу объединения.

Шарниры - Диалоговое окно предназначено для задания шарниров в начале (1-й узел) и/или в конце (2-ой узел) стержня. Под шарниром подразумевается снятие связи в начале и/или в конце стержня по какой-либо степени свободы в местной системе координат этого стержня. Начало и конец стержня определяются направлением местной оси Х1. Допускается вводить как угловые (вокруг осей X1, Y1, Z1), так и линейные (вдоль осей X1, Y1, Z1) шарниры.

В диалоговом окне для концов стержня указываются направления, по которым требуется ввести шарниры. Введение необходимых шарниров фиксируется с помощью установки соответствующих флажков. Затем следует выполнить команду Применить для отмеченных элементов схемы. Удаление шарниров производится аналогично.

Суперузлы - Диалоговое окно предназначено для назначения суперузлов схеме суперэлемента и имеет три закладки:

- присвоение статуса суперузлов отмеченным узлам схемы;

- снятие статуса суперузлов с отмеченных узлов схемы;

- назначение трех базисных суперузлов при установленном флажке Указать узлы курсором. Базисные суперузлы помечаются в следующем порядке: розовый (1), желтый (2), зеленый (3).

Внимание! Предусмотрена возможность работы со схемой непосредственно в процессе выполнения текущей операции. Если флажок Указать узлы курсором не установлен, то имеется возможность отметки узлов и элементов. При установленном флажке с помощью курсора мыши на схеме отмечаются лишь базовые точки, необходимые для выполнения текущей операции.

Меню ЖЕСТКОСТИ включает в себя операции, позволяющие производить различные действия по выбору и назначению жесткостных характеристик для элементов конструкции.

Жесткости элементов

Конструктор сечений (ЛИР-КС)

Жесткие вставки

Угол вращения местных осей

Меню НАГРУЗКИ содержит операции, позволяющие задавать различные нагрузки на узлы и элементы конструкции и формировать расчетные сочетания усилий и динамические воздействия.

Выбор загружения

Нагрузка на узлы и элементы

Моделирование нелинейных загружений

Задание монтажных таблиц

При создании компьютерных моделей были использованы конечные  элементы - КЭ 41 – «Элемент оболочки» при расчете в линейной постановке загружения.

КЭ 41 –представляет собой универсальный прямоугольный КЭ оболочки. Данный КЭ предназначен для прочностного расчета тонких пологих оболочек (плит, балок-стенок). На рисунке представлены схематическое изображение КЭ и последовательность нумерации его узлов.

В каждом из узлов КЭ имеется по шесть степеней свободы:

U - горизонтальное перемещение, положительное направление которого совпадает с направлением Х1;

Рис. 4.1. Конечный  элемент - КЭ 41 – «Элемент оболочки».

V - горизонтальное перемещение, положительное направление которого совпадает с направлением Y1;

W (w) - вертикальное перемещение (прогиб), положительное направление которого совпадает с направлением оси Z1;

UX - угол поворота относительно оси Х1, положительное направление которого противоположно направлению вращения часовой стрелки, если смотреть с конца оси Х1;

UY - угол поворота относительно оси YI, положительное направление которого противоположно направлению вращения часовой стрелки, если смотреть с конца оси YI;

UZ - угол поворота относительно оси Z общей системы координат.

Степени свободы U, V отвечают мембранным, а W, UX, UY -изгибным деформациям. Угол поворота UZ не входит в число узловых параметров, определяющих деформации элемента и в местной системе координат равен нулю. Эта степень свободы появляется при стыковке элементов, не лежащих в одной плоскости, и необходима для учета пространственной работы конструкции.

При расчете компьютерных моделей в нелинейной постановке загружения конечные  элементы  были заменены на КЭ 241 - физически нелинейный универсальный прямоугольный КЭ оболочки

Конечный элемент предназначен для определения напряженно-деформированного состояния тонких пологих оболочек. Оболочка рассматривается как биматериальная система с изотропными физически нелинейными материалами.

На рисунке 4.2. представлены схематическое изображение КЭ и последовательность нумерации его узлов

Рис. 4.2. Конечный элемент КЭ 241 - физически нелинейный универсальный прямоугольный КЭ оболочки

Узел конечного элемента имеет шесть степеней свободы:

U - линейное перемещение по оси X1;

V - линейное перемещение по оси Y1;

W - линейное перемещение по оси Z1;

UX - угол поворота относительно оси Х1;

UY - угол поворота относительно оси Y1;

UZ - угол поворота относительно оси Z1.

Координаты узлов и нагрузки описаны в правой декартовой системе координат.

Расчетная модель (рис.4.3) составной балки с поясами из деревянных брусков соединенных со стенкой из OSB на шурупах составлялась из пластинчатых элементов с жесткостными характеристиками соответствующими для поясов – дереву сосна 2-го сорта (рис.4.4), для стенки – плита OSB (рис.4.5). Размеры элементов расчётной модели приняты по осям конструктивных элементов.

Рис. 4.3. Пространственная расчётная модель двутавровой балки высотой 200 мм.

Рис. 4.4. Жесткостные характеристики деревянных поясов балок.

Рис. 4.5. Жесткостные характеристики стенки из OSB.

Все нагрузки прикладываются в глобальной системе координат расчётной модели.

В качестве основных неизвестных приняты следующие перемещения узлов:

X   линейное по оси X ; Y   линейное по оси Y; Z   линейное по оси Z

UX  угловое вокруг оси X; UY  угловое вокруг оси Y; UZ  угловое вокруг оси Z

4.2. Результаты расчета модели двутавровой балки высотой 250 мм.

Результаты численного эксперимента представлены в виде в виде изополей распределения напряжений в элементах и перемещений узлов расчетной модели балки  представлены на рис.4.6 – 4.10.

По виду распределения напряжений в элементах балки можно сказать следующее:

  •  уровень продольных напряжений в элементах стенки имеет максимальное значение в 1/3 пролета в районе поперечных ребер жесткости и близок к расчетному сопротивлению на растяжение –сжатие плиты OSB толщиной 8 мм  и далее снижается в середине пролета балки, и незначительно увеличивается к опорам;
  •  уровень поперечных напряжений в элементах стенки в 4-5 раз ниже уровня продольных напряжений, и имеет максимальное значение на опорах и в местах приложения нагрузки.

Рис. 4.6. Изополя продольных напряжений в элементах модели балки.

Рис. 4.7. Изополя поперечных напряжений в элементах модели балки.

Рис. 4.8. Изополя касательных напряжений в элементах модели балки.

Рис. 4.9. Изополя перемещений узлов  модели балки.

  •  уровень касательных напряжений в элементах стенки достигает максимального значения в опорных отсеках балок и ниже уровня продольных напряжений в элементах стенки в 3-4 раза и далее снижается в среднем отсеке балки;
  •  уровень перемещений достигает экстремума в середине пролета на участке чистого изгиба.
  •  информация, приведенная на рис.4.10 показывает, что разрушение балки возможно по элементам стенки. При этом наибольшая вероятность разрушения от растягивающих усилий в в 1/3 пролета в районе нижнего пояса у поперечных ребер и далее в этих же сечениях от сжимающих усилий у верхнего пояса.

Рис. 4.10. Картина возможного разрушения модели балки.

4.3. Результаты расчета модели коробчатой балки высотой 250 мм.

Результаты численного эксперимента представлены в виде в виде изополей распределения напряжений в элементах и перемещений узлов расчетной модели балки  представлены на рис.4.11 – 4.15.

По виду распределения напряжений в элементах балки можно сказать следующее:

  •  уровень продольных напряжений в элементах стенки имеет максимальное значение в 1/3 пролета в районе поперечных ребер жесткости  и далее снижается в середине пролета балки, и незначительно увеличивается к опорам;
  •  уровень поперечных напряжений в элементах стенки на порядок ниже уровня продольных напряжений, и имеет максимальное значение в местах приложения нагрузки по уровню близкое к максимальным продольным напряжениям;
  •  уровень касательных напряжений в элементах стенок достигает максимального значения в опорных отсеках балок и ниже уровня продольных напряжений в элементах стенки в 3-4 раза и далее снижается в среднем отсеке балки;
  •  уровень перемещений достигает экстремума в середине пролета на участке чистого изгиба.

Рис. 4.11. Изополя продольных напряжений в элементах модели балки при нагрузке 1080 кг.

Рис. 4.12. Изополя продольных напряжений в элементах модели балки при нагрузке 1240 кг.

Рис. 4.13. Изополя продольных напряжений в элементах модели балки при нагрузке 1440 кг.

Рис. 4.14. Изополя поперечных напряжений в элементах модели балки при нагрузке 1440 кг .

Рис. 4.15. Изополя касательных напряжений в элементах модели балки при нагрузке 1440 кг.

Рис. 4.16. Изополя перемещений узлов  модели балки при нагрузке 1440 кг .

  •  информация, приведенная на рис.4.17 показывает, что разрушение балки возможно по элементам стенки. При этом наибольшая вероятность разрушения от сжимающих усилий у верхнего пояса в 1/3 пролета в районе поперечных ребер.

Рис. 4.17. Картина возможного разрушения модели балки коробчатого сечения.

4.4. Результаты расчета модели двутавровой балки высотой 200 мм.

4.4.1.Нелинейная постановка задачи.

Результаты численного эксперимента представлены в виде в виде изополей распределения напряжений в элементах и перемещений узлов расчетной модели балки  представлены на рис.4.18– 4.21.

По виду распределения напряжений в элементах балки можно сказать следующее:

  •  уровень продольных напряжений имеет максимальное значение в поясах балки в среднем отсеке и близок к расчетному сопротивлению на растяжение – сжатие плиты OSB толщиной 8 мм  и далее снижается в приопорных отсеках;
  •  уровень поперечных напряжений в элементах балки на порядок ниже уровня продольных напряжений, и имеет максимальное значение на опорах и в местах приложения нагрузки.

Рис. 4.18. Изополя продольных напряжений в элементах модели балки при нагрузке 1000 кг.

Рис. 4.19. Изополя поперечных напряжений в элементах модели балки при нагрузке 1000 кг.

Рис. 4.20. Изополя касательных напряжений в элементах модели балки при нагрузке 1000 кг.

Рис. 4.21. Изополя перемещений узлов  модели балки при нагрузке 1000 кг.

  •  уровень касательных напряжений в элементах стенки достигает максимального значения в опорных отсеках балок и приближается к уровню продольных напряжений в элементах балки;
  •  уровень перемещений достигает экстремума в середине пролета на участке чистого изгиба.
  •  информация, приведенная на рис.4.21 показывает, что разрушение балки возможно по элементам стенки. При этом наибольшая вероятность разрушения от растягивающих усилий в 1/3 пролета в районе нижнего пояса у поперечных ребер и далее в этих же сечениях от сжимающих усилий у верхнего пояса.

Рис. 4.21. Картина возможного разрушения модели балки.

4.4.2. Линейная постановка задачи.

Результаты численного эксперимента представлены в виде в виде изополей распределения напряжений в элементах и перемещений узлов расчетной модели балки  представлены на рис.4.22– 4.24.

По виду распределения напряжений в элементах балки можно сказать следующее:

  •  уровень продольных напряжений имеет максимальное значение в поясах балки в среднем отсеке и близок к расчетному сопротивлению на растяжение плиты OSB толщиной 8 мм  при нагрузке 15 кН, и далее снижается в приопорных отсеках;
  •  уровень поперечных напряжений в элементах балки на порядок ниже уровня продольных напряжений, и имеет максимальное значение на опорах и в местах приложения нагрузки.

Рис. 4.22. Мозаика перемещений узлов по Z .

Рис. 4.23. Мозаика продольных напряжений в элементах составной балки с поясами из деревянных брусков соединенных со стенкой из OSB.


Рис. 4.24. Мозаика касательных напряжений в элементах стенки из OSB.

На рис.4.22 представлена мозаика перемещений узлов соединения отдельных элементов балки между собой и максимальное значение при внешней нагрузке в 1000 кг составило 7,75 мм, что имеет достаточное сходство с результатами экспериментального исследования, представленными в разделе 5 на аналогичную нагрузку – 6,95 мм. Расхождение результатов составило 10%.

На рис. 4.23 изображено распределение продольных напряжений в элементах составной балки с поясами из деревянных брусков соединенных со стенкой из OSB от РСН, на которой видна зона растягивающих и сжимающих напряжений в поясах балки. Уровень напряжений в элементах модели близок с напряжениями, рассчитанными для данной балки по существующим теориям расчета изгибаемых элементов. Расхождение результатов составило порядка 30%. Уровень расхождений говорит о необходимости проведения дополнительных исследований, в том числе экспериментальных с определением напряжений в элементах балки.

Вывод по разделу

  •  Разработаны компьютерные модели составных балок на основе МКЭ, позволяющие получать пространственное распределение напряжений в элементах.
  •  Получены изополя распределения напряжений в элементах балок, а также картины возможного разрушения балок при нелинейной постановке загружения моделей.


5. Экспериментальные исследования работы составных деревянных балок.

5.1. Изготовление и подготовка к испытаниям.

Изготовление

Для изготовления балки были использованы следующие материалы:

  •   четыре сосновых деревянных бруска сечением 40 х 30 мм (40х40, 40х100);
  •   полотно из плиты OSB 3 толщиной 8 мм и размерами поперечного сечения 200 х 2000, 250 х 2000 мм;
  •   Металлические шурупы - саморезы диаметром 6 мм.

Рис. 5.1. Момент изготовления составной балки с поясами из деревянных брусков соединенных со стенкой из OSB на шурупах

Деревянные элементы перед сборкой балки подвергались острожке. Далее предварительно бруски поясов соединялись со стенкой с помощью струбцин.

После чего производилась разметка под металлические шурупы - саморезы  с шагом 50 - 90мм. Перед установкой саморезов высверливались отверстия диаметром 2 мм для предотвращения раскалывания деревянных брусков и растрескивания плиты OSB-3.

Далее устанавливались ребра жесткости из сосновых деревянных брусков в опорных сечениях и местах передачи нагрузки на балку на расстоянии 350 мм от середины пролета.

В результате изготовлены три составные деревянные балки:

  •  Первая балка двутаврового сечения размерами высотой 200 мм, пояса 40х30 мм;
  •  Вторая балка двутаврового сечения размерами высотой 250 мм, пояса 40х40 мм;
  •  Третья балка коробчатого сечения высотой 250 мм, пояса 40х100 мм;.


Подготовка балок к испытаниям.
 

Наклейка датчиков на балку осуществлялась поэтапно:

  •  Первым этапом до наклейки датчиков необходимо зачистить места наклейки, для этого использовалась специальная шкурка по дереву марки «150» и «100».
  •  Второй этап очистка балки от мелких опилок.
  •  Третий этап обезжиривание участка наклейки датчиков, для этого использовался этиловый спирт.
  •  Четвертый этап – непосредственно наклейка датчика. Датчики клеились на специальный клей «Глобус». Клей наносился тонким слоем на сам датчик и на балку в местах по клейки, выдерживался некоторое время и потом соединялись друг с другом. Результат приведен на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Составная балка коробчатого сечения со стенками из OSB на шурупах с наклеенными датчиками

После наклейки датчиков балка выдерживалась двое суток для полной полимеризации клея. Далее балка устанавливалась в установку для испытания. После установки балки в испытательный стенд датчики подключались к переключателю ПД-100 цифрового тензометрического моста ЦТМ-3 (рис. 5.3.) с помощью специально для этой цели системы проводов (рис. 5.4).

После подключения датчиков составлялась схема подключения с нумерацией каждого датчика и привязкой его на схеме к опорным сечениям. Такая схема необходима для выполнения работ по обработке экспериментальных данных.

Рис. 5.3. Цифровой тензометрический мост ЦТМ-3 для работы с тензорезисторами

Рис. 5.4. Составная двутавровая балка со стенкой из OSB на шурупах с подключенными датчиками в испытательном стенде.

5.2. Приборы и тензометры.

В настоящее время для измерения деформаций при испытаниях сооружений, строительных конструкций и деталей наиболее широко используются тензорезисторные тензометры, в основу которых положены тензорезисторы различной конструкции.

Тензорезисторы предназначены для дистанционных измерений деформаций.

Принцип действия тензорезисторов основан на изменении омического сопротивления R проводников и полупроводников при деформации.

Основной характеристикой тензорезистора является его коэффициент тензочувствительности

,

т.е. отношение относительного изменения электросопротивления  тензорезистора к вызывающей это изменение деформации  исследуемого материала, где  - длина базы тензорезистора.

Для изготовления тензорезисторов используются обычно сплавы меди и никеля (константан, элинвар и др.), характеризующиеся высоким коэффициентом тензочувствительности, постоянством значений в требуемом диапазоне деформаций, большим удельным омическим сопротивлением (где А - поперечное сечения проводника, которое может быть взято достаточно малым) и практически постоянством значений при колебаниях температуры, возможных в условиях пользования тензорезисторами при испытаниях строительных конструкций.

Следует отметить, что с помощью тензорезисторов измеряется относительное удлинение , а не изменение длины базы (как у механических тензометров).

Однако длина базы имеет существенное значение и для тензорезисторов, поскольку при исследованиях материалов с неоднородной структурой для получения усредненных значений деформаций в рассматриваемой зоне длина базы должна в несколько раз превосходить размеры наиболее крупных составляющих материала. Однако при исследовании деформаций в зонах концентрации напряжений длину базы следует брать по возможности наименьшей.

При испытаниях строительных конструкций используют проволочные, фольговые и полупроводниковые тензорезисторы.

Петлевые проволочные тензорезисторы из тонкой проволоки (диаметром 12...30 мк), приклеенной к бумажной или пленочной подложке, были еще сравнительно недавно основным типом приборов, применявшихся при испытании сооружений. Эти тензорезисторы (с базой обычно от 5 до 100 мм) удобны в работе и несложны в изготовлении.

В нашем случае использованы тензорезисторы с базой 20 мм на бумажной основе.

Тензорезисторы, применяемые при испытаниях конструкций, должны давать возможность измерения деформаций в диапазоне до: при исследовании упругой стадии работы материала - до (5...7)* и упругопластической до  и более. Необходимым условием является также стабильность показаний тензорезисторов, их влагостойкость т.п.

Влияние температурных погрешностей, обусловленных температурным коэффициентом изменения сопротивления тензонитей  и разностью температурного коэффициента расширения материала тензорезистора  и исследуемого материала , исключают установкой компенсационных тензорезисторов.

Рис. 5.4. Типы тензорезисторов:

а – проволочный петлевой; б – проволочный беспетлевой; в – фольговый; г – полупроводниковый; 1 – тензочувствитель-ные элементы; 2 - низкоомные перемычки; 3 - выводные контакты; 4 - подложка («основа») и наклеенный над тензорешеткой защитный слой тонкой бумаги; - база тензорезистора

Изменения сопротивления тензорезисторов в процессе испытаний весьма малы (тысячные доли Ома). Для измерения столь малых колебаний сопротивления применяют в большинстве случаев мостовые измерительные схемы (Рис. 5.5.).

Рис. 5.5. Измерительные мосты:

а схема моста Уитсона;

б – мост с реохордом.

Во внешние плечи моста включены «рабочий» тензорезистор с сопротивлением, воспринимающий наблюдаемые деформации, и «компенсационный» тензорезистор с сопротивлением, помещаемый в одинаковых с ним температурных условиях в непосредственной близости от рабочего, но не подверженный воздействию измеряемых деформаций. Во внутренние плечи включены тензорезисторы с сопротивлениями и, помещаемые в регистрирующем приборе и связанные с рабочим и компенсационным тензорезисторами электропроводами. Как известно, мост будет сбалансирован (т.е. ток в его измерительной диагонали b-d будет равен нулю) при условии

Возможны два метода измерений:

метод отклонений (называемый также «методом непосредственных отсчетов»), когда изменение сопротивления рабочего тензорезистора определяется по силе тока, возникающего в измерительной диагонали ранее сбалансированного моста,

нулевой метод (более совершенный), при котором относительные изменения сопротивления  определяют балансировкой моста с помощью включенного в цепь (рис.5.5, б) реохорда изменением отношения сопротивлений. Этот метод является основным при статических испытаниях.

В нашем случае использованы тензорезисторы на бумажной основе с базой 20 мм с подключением к цифровому сбалансированному тензометрическому мосту ЦТМ-3 с переключателем ПД-100 для подключения 100 тензодатчиков.

Для измерения прогибов использованы индикаторы часового типа ИЧ 10 и ИЧ 50 с ценой деления 0.01 мм.

Наклейку тензодатчиков и установку индикаторов смотри на рис. 5.4.

5.3. Методика обработки измеренных фибровых деформаций.

Измерение фибровых деформаций материалов конструкций определяет изменения их напряженного состояния для линейной, плоской и объемной задач.

При линейном напряженном состоянии материалов конструкций зависимость между напряжениями и относительными деформациями описывается известным выражением:

Наибольшие касательные напряжения в этом случае направлены под углом к направлению действия сил:

Плоское напряженное состояние уже не может описываться в функции деформаций одного волокна и предполагает наличие информации о деформациях  и  в направлении главных напряжений. Тогда значения  и  находятся из выражений:

где  - коэффициент Пуассона.

Напряжения на двух произвольно выбранных взаимно перпендикулярных площадках  и  определяются через  и  по следующим формулам:

а наибольшие касательные напряжения - аналогично выражению:

Из приведенных зависимостей следует, что задача оценки напряженного состояния материалов конструкций может быть решена в том случае, если найдены деформации в двух взаимно перпендикулярных направлениях, расположенных под углом  и к направлению главных напряжений, причем это направление испытателю известно. В этом случае по формулам

определяют значения  и , а затем и величину главных напряжений.

В тех случаях, когда направления главных напряжений неизвестны, при испытаниях необходимо получить информацию о фибровых деформациях в трех направлениях. Одно из этих направлений выбирается произвольно, а два других - под углами 45 и 90° или 60 и 120°. Деформации в этом случае обозначаются соответственно , а во втором случае .

Тогда главные деформации находятся соответственно из следующих выражений:

где  - угол наклона главных осей к произвольно выбранным осям XY.

Далее по уравнениям находят величины главных напряжений.

В случае объемного напряженного состояния составляющие напряжений по трем осям координат определяются в функции измеренных главных деформаций

Если при испытаниях площадки выбраны произвольно, т. е.  не являются главными деформациями, то значения  и  определяются из уравнения

причем относительные сдвиги в свою очередь вычисляются из уравнений:

где  - деформации по биссектрисам углов между осями координат X, Y, Z.

Направления главных деформаций определяются уравнениями:

При вычислениях в эти уравнения последовательно подставляют значения , что дает возможность определить направления главных деформаций.

Таким образом, измерив при испытаниях , с помощью уравнений и определяют  и их направления.

Наибольшее касательное напряжение для этого случая определяется по формуле

где  и  - максимальное и минимальное значения напряжений, выбранные из трех главных напряжений .

Рассмотренные в настоящей главе задачи являются наиболее распространенными в практике экспериментальных исследований работы инженерных конструкций. Однако они далеко не исчерпывают всего многообразия существующих практических и инженерных задач, а являются лишь только основной базой для их   решения.

5.4. Испытания составной двутавровой балки высотой 250 мм. 

Образец номер один – составная двутавровая балка с соединением деревянных поясов со стенкой из OSB на металлических нагелях-шурупах диаметром 6 мм, установленных с шагом 90 мм.

Для создания нагрузки использовалась насосная станция с домкратом грузоподъемностью 10 тонн. В качестве прибора для отсчета нагрузки применялся манометр с ценой деления 80 кг (рис. 5.6).

Нагрузка прикладывалась ступенями по 160 кг, ориентировочно 10% от разрушающей нагрузки

Для определения напряженно-деформированного состояния элементов  на стенку и пояса наклеивались тензодатчики.

Общее количество тензодатчиков составило 80 штук. В сечении устанавливались по два тензодатчика на каждый пояс и три розетки из двух датчиков в трех сечениях по высоте балки.

Установка балки в испытательный стенд представлена на рис. 5.7.

Схема расстановки датчиков представлена на рис.5.8.

Рис. 5.6. Насосная станция с манометром.

Рис. 5.7. Испытательный стенд с испытуемой балкой

Р

Рис. 5.8. Схема расстановки тензодатчиков на испытуемой балкой

Загружение выполнялось ступенями по 1,60 кН. При росте нагрузки до 10 кН индикатор, фиксировавший смещение нижний точки в середине пролета балки фиксировал пропорциональный прирост деформаций.

На каждом этапе загружения снимались показания тензодатчиков. После обработки полученных результатов были построены эпюры продольных напряжений в сечениях, где были установлены тензодатчики. Результаты по определению нормальных напряжений в сечениях балки представлены на рис. 5.9.

Далее прирост перемещений срединного сечения на каждой ступени нагрузки увеличился в полтора раза. При нагрузке в 18 кН максимальное перемещение составило 25 мм. График прогибов представлен на рис. 5.10.

При нагрузке 18,0 кН в районе левого ребра жесткости произошло образование трещины в стенке балки из OSB. При  дальнейшем нагружении трещина развивается от нижнего пояса по направлению к центру поперечного сечения балки (рис. 5.11).

При перемещениях, превышающих 40 мм наступило разрушение с раскрытием трещины до 7 мм в нижним сечении у пояса балки. При нагрузке 22,4 кН произошел разрыв левого бруска нижнего пояса в районе ребра жесткости (рис. 5.12).

При снятии нагрузки балка частично вернулась в первоначальное положение. Остаточный прогиб составил 15 мм.


Рис. 5.9. Эпюры нормальных  продольных напряжений в сечениях испытуемой балкой

Рис. 5.10. График прогибов срединного сечения балки под нагрузкой .

А- экспериментальный; Б – по результатам численных исследований.

Рис. 5.11. Трещина у нижнего пояса в районе ребра жесткости

(вид с обратной стороны).

Рис. 5.12. Окончание приложения нагрузки. Трещина у левого ребра жесткости.


5.5. Испытания составной двутавровой балки высотой 200 мм. 

Образец номер один – составная двутавровая балка с соединением деревянных поясов со стенкой из OSB на металлических нагелях-шурупах диаметром 6 мм, установленных с шагом 45 мм.

Для создания нагрузки использовалась ручной винтовой домкрат с ДОСМ с возможностью приложения нагрузки до 2,0 тонн. В качестве прибора для отсчета нагрузки применялся индикатор часового типа ИЧ-10 (рис. 5.13).

Нагрузка прикладывалась ступенями по 100 кг, ориентировочно 10% от разрушающей нагрузки.

Для определения напряженно-деформированного состояния элементов  на стенку и пояса наклеивались тензодатчики.

Общее количество тензодатчиков составило 40 штук. В сечении устанавливались по два тензодатчика на каждый пояс и три розетки из двух датчиков в трех сечениях по высоте балки.

Установка балки в испытательный стенд представлена на рис. 5.14.

Схема расстановки датчиков в наиболее опасных сечениях представлена на рис.5.15.

Рис. 5.14. Испытательный стенд с испытуемой балкой

Рис. 5.15. Схема расстановки тензодатчиков на испытуемой балкой в наиболее опасных сечениях

Загружение выполнялось ступенями по 1,00 кН. При росте нагрузки до 10 кН индикатор, фиксировавший смещение нижний точки в середине пролета балки фиксировал пропорциональный прирост деформаций.

На каждом этапе загружения снимались показания тензодатчиков. После обработки полученных результатов были построены эпюры продольных напряжений в сечениях, где были установлены тензодатчики. Результаты по определению нормальных напряжений в сечениях балки представлены на рис. 5.16.

Далее прирост перемещений срединного сечения на каждой ступени нагрузки увеличивался. При нагрузке в 14 кН максимальное перемещение составило 25 мм. График прогибов представлен на рис. 5.17.

При нагрузке 18,0 кН в районе левого ребра жесткости произошел разрыв левого бруска нижнего пояса в районе ребра жесткости (рис. 5.18).

При снятии нагрузки балка частично вернулась в первоначальное положение. Остаточный прогиб составил 3.6 мм.

Рис. 5.16. Эпюры нормальных  продольных напряжений в сечениях испытуемой балкой

Рис. 5.17. График прогибов срединного сечения балки под нагрузкой .

А- экспериментальный; Б – по результатам численных исследований.

Рис. 5.18. Трещина у нижнего пояса в районе ребра жесткости

(вид с обратной стороны).


5.6. Испытания составной коробчатой балки высотой 250 мм. 

Образец номер три – составная коробчатая балка с соединением деревянных поясов со стенкой из OSB на металлических нагелях-шурупах диаметром 6 мм, установленных с переменным шагом 90 мм в среднем отсеке и 45 в приопорных ртсеках.

Для создания нагрузки использовалась насосная станция с домкратом грузоподъемностью 10 тонн. В качестве прибора для отсчета нагрузки применялся манометр с ценой деления 80 кг (рис. 5.19).

Нагрузка прикладывалась ступенями по 160 кг, ориентировочно 10% от разрушающей нагрузки

Для определения напряженно-деформированного состояния элементов  на стенку и пояса наклеивались тензодатчики.

Общее количество тензодатчиков составило 45 штук. В сечении устанавливались по два тензодатчика на каждый пояс и три розетки из двух датчиков в трех сечениях по высоте балки.

Установка балки в испытательный стенд представлена на рис. 5.20, 5.21.

Схема расстановки датчиков представлена на рис.5.21.

Рис. 5.19. Насосная станция с манометром.

Рис. 5.20. Испытательный стенд с испытуемой балкой

Рис. 5.21. Расстановка датчиков на испытуемой балкой

Рис. 5.22. Схема расстановки тензодатчиков на испытуемой балкой, которые учитывались при обработке результатов

Загружение выполнялось ступенями по 1,60 кН. При росте нагрузки до 10 кН индикатор, фиксировавший смещение нижний точки в середине пролета балки фиксировал пропорциональный прирост деформаций.

На каждом этапе загружения снимались показания тензодатчиков. После обработки полученных результатов были построены эпюры продольных напряжений в сечениях, где были установлены тензодатчики. Результаты по определению нормальных напряжений в сечениях балки представлены на рис. 5.23.

До нагрузки 15 кН прирост перемещений составлял 2-3 мм на каждую ступень. Далее до нагрузки 20 кН перемещения увеличиваются в 1.5 раза. График прогибов представлен на рис. 5.24.

При нагрузке 22.4 кН в районе левого ребра жесткости произошло образование трещины в стенке балки из OSB. При  дальнейшем нагружении трещина развивается от нижнего пояса по направлению к центру поперечного сечения балки  и происходит смятие стенки в сжатой зоне от сжимающих усилий при нагрузке 25.6 кН (рис. 5.25…5.26).

При перемещениях, превышающих 45 мм наступило разрушение с нижнего пояса с отслоением участка стенки от пояса в нижним сечении у пояса балки. При нагрузке 27 кН произошел разрушение нижнего пояса нижнего пояса в районе ребра жесткости с разрушением соединения стенки с поясом (рис. 5.28…5.30).

При снятии нагрузки балка частично вернулась в первоначальное положение. Остаточный прогиб составил 20 мм.

Рис. 5.23. Эпюры нормальных  продольных напряжений в сечениях испытуемой балкой

Рис. 5.24. График прогибов срединного сечения балки под нагрузкой .

А- экспериментальный; Б – по результатам численных исследований.

Рис. 5.25. Трещина у нижнего пояса в районе ребра жесткости

(вид с обратной стороны).

Рис. 5.26. развитие трещина у нижнего пояса в районе ребра жесткости

Рис. 5.27. Смятие стенки в сжатой зоне.

Рис. 5.28. Отслоение стенки в сжатой зоне.

Рис. 5.29. Обрыв металлического нагеля-шурупа с отслоение стенки в растянутой зоне.

Рис. 5.30. Вырыв металлического нагеля-шурупа из стенки в растянутой зоне.


Рис. 5.31. Окончание испытаний.

Рис. 5.32. Окончание испытаний. Разгрузка балки.

Выводы

Получены картины разрушения составных балок со стенкой из OSB.

Разрушение происходит в результате появления трещин в растянутой зоне стенки либо от сжимающих усилий в результате смятия волокон стенки в верхней зоне.

Разрушение балок начинается с разрушения стенки из OSB и далее распространяется на деревянные пояса.

Разрушение поясов наступает при напряжениях превышающих расчетные значения в 2…2.5 раза.


6. Сравнительный анализ результатов исследований работы составных деревянных балок со стенкой из OSB.

Проведены экспериментальные исследования составных балок различного конструктивного решения:

  •  клеефанерная балка с плоской стенкой, вклеенной в паз, осуществленный в полках из цельной древесины;
  •  клеефанерная балка с плоской стенкой с поясами из деревянных брусков, приклеенных по бокам стенки;
  •  клеефанерная балка с волнистой стенкой, вклеенной в паз, осуществленный в полках из цельной древесины;
  •  составные балки с поясами из деревянных брусков соединенных со стенкой из OSB на шурупах двутаврового и коробчатого сечений.

Разработаны компьютерные модели составных балок с поясами из деревянных брусков соединенных со стенкой из OSB на шурупах двутаврового и коробчатого сечений. Проведены численные исследования составных балок различного конструктивного решения:

Анализ результатов проведенных исследований позволил выявить следующие закономерности в работе составных балок с поясами из деревянных брусков соединенных со стенкой из OSB на шурупах двутаврового и коробчатого сечений:

  •  Картины разрушения составных балок со стенкой из OSB полученные в результате численных исследований подтверждаются натурными экспериментами.
  •  Развитие разрушения происходит в результате появления трещин в растянутой зоне стенки либо от сжимающих усилий в результате смятия волокон стенки в верхней зоне.
  •  Разрушение балок начинается с разрушения стенки из OSB и далее распространяется на деревянные пояса.
  •  Разрушение поясов наступает при напряжениях превышающих расчетные значения в 2…2.5 раза


Список литературы

  1.  СНиП II-25-80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования. М.: Стройиздат 1996.
  2.  СНиП III-19-75. Деревянные конструкции. Правила производства   и приемки монтажных работ,— М.: Стройиздат,   1976.
  3.  . Справочник проектировщика - М.: Госетройиздат,   1960.
  4.  Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП II-25-80) / ЦНИИСК им. Кучеренко. - М.: Стройиздат, 1986.
  5.  Конструкции из дерева и пластмасс. Учебное пособие для вузов /Под редакцией проф. Иванова В.А./ –К: В. Школа,1981-392 с.
  6.  ДБН В.1.2-2:2006 Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. / Минстрой Украины.- К 2006.
  7.  СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат, 1990.
  8.  СНиП III-18-75. Металлические конструкции. Правила производства и приемки работ. - М.: Стройиздат, 1979.
  9.  Беленя Е.И., Балдин В.А., Ведеников Г.С. Металлические конструкции. – М.: Стройиздат, 1986. – 560 с.
  10.  Бондин В.Ф., Бойтемиров Ф.А. Расчет прочности на выдергивание стальных стержней, вклеенных в древесину // Изв. вузов. Сер. Стр-во и архитектура. – 1974. - №7. – С. 32-37.
  11.  Бондин В.Ф., Вылегжанин Ю.Б. О прочности на сдвиг клеевых соединений стальных стержней с древесиной //Изв. вузов. Сер. Стр-во и архитектура. – 1976. - №11. – С. 20-24.
  12.  Воронович А.П. Устойчивость обшивки с заполнителем при сжатии и сдвиге: Дис… канд. техн. наук: 01.02.03. - М., 1958. – 220 с.
  13.  EN 300. Плиты ориентированно-стружечные. Технические условия.
  14.  ТУ УВ 2.7-22794685-001.2005. Двутавровые деревянные балки. Технические условия. ООО «ПОЛ и К».
  15.  Стоянов В.В. «Экспериментальные исследования двутавровых деревянных балок». Сб. научных трудов «Современные строительные конструкции из металла и древесины». Ч.1. – Одесса, 2005, стр. 208-213.
  16.  Балка складена. Заявка U 2008 15149 от 29.12.2008. Положительное решение №3751/1 от 12.04.2009.
  17.  ГОСТ 9622-87. Древесина слоистая клееная. Методы  определения предела прочности и модуля упругости при растяжении. – М.: ИПК, 1988.
  18.  Пакет прикладных программ «Лира W. 9.4». К., НИИАС, 2004.
  19.  Лисенко Л.М. Дерево в архитектуре. М.: Стройиздат, 1984. 176 с.
  20.  Леденев В.В. Ярцев В.П., Однолько В.Г. Проектирование конструкций специальных инженерных сооружений: Учеб. пособие. Тамбов: ТИХМ, 1991. 99 с.
  21.  Иванов В.А., Клименко В.З. Конструкции из дерева и пластмасс: Учебник для вузов. Киев: Вищашкола, 1983.279 с.
  22.  Турковский СБ., Погорельцев А.А. Особенности и перспективы развития большепролетных клееных деревянных конструкций / Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века: Матер, конф. М., 2004. № 6. С. 20-21.
  23.  Хрулев В.М., Мартынов К.Я., Лукачев СВ., Шутов Г.М. Деревянные конструкции и детали. М. Строительство, 1995. 384 с.
  24.  Зуборев Г.Н. Конструкции из дерева и пластмасс. М.: Стройиздат, 1990. 287 с.
  25.  Гринь И.М. Проектирование и расчет деревянных конструкций: Справочник / И.М. Гринь. Киев, 1988.263 с.
  26.  Конструкции из дерева и пластмасс / Под ред. Г.Г. Карлсена и Ю.В. Слицкоухова. М.: Стройиздат, 1986. 543 с.  .
  27.  Прокофьев А.С. Конструкции из дерева и пластмасс: Учебник для вузов. М.: Стройиздат, 1996.218 с.
  28.  Индустриальные деревянные конструкции. Примеры проектирования: Учеб. пособие для вузов Ю.В. Слицкоухов и др. М.: Стройиздат, 1991. 256 с.
  29.  Лужин О.В. Обследование и испытание сооружений: Учебник для вузов / О.В. Лужин, А.Б. Злочевский, И.А. Горбунов, В.А. Волохов; Под ред. О.В. Лужина. М.: Стройиздат, 1987. 263 с.
  30.  Леденев В.В., Ярцев В.П. Испытание материалов и конструкций зданий и сооружений: Учеб. пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 1994. 220 с.
  31.  Ярцев В.П. Построечные деревянные конструкции: Учеб. пособие. М.: МИХМ, ТИХМ. 1988.88 с.
  32.  Рекомендации по применению деревянных клееных куполов для покрытий залов общественных зданий. М.: ЦНИИЭП им. Б.С. Мезенцева, 1989. 132 с.
  33.  Ратнер СБ., Ярцев В.П. Физическая механика пластмасс. Как прогнозируют работоспособность. М.: Химия, 1992. 320 с.
  34.  Иванов Ю.М., Лобанов Ю.А. О методе оценки длительной прочности древесины и фанеры ИВУЗ: Строительство. Новосибирск. 1977. № 9. С 25 - 30.
  35.  Иванов Ю.М., Славин Ю.Ю. Длительная прочность древесины при растяжении поперек волокон //ИВУЗ: Строительство. Новосибирск. 1986. № 10.
  36.  Киселева О.А. Прогнозирование работоспособности древесностружечных и древесноволокнистых композитов в строительных изделиях // Дис... канд. техн. наук: 05.23.05. Воронеж, 2003. 205 с.
  37.  Руководство по проектированию клееных деревянных конcтрукций ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР - М. : Стройиздат, 1977.
  38.  Руководство по индустриальному изготовлению деревянных клееных конструкций для строительства - М. : Стройиздат, 1975.
  39.  Рекомендации по проектированию и расчету строительных конструкций с применением пластмасс - М.: Стройиздат, 1969.
  40.  Рекомендации по расчетным сопротивлениям и модулям упругости фанеры из древесины лиственницы.- М.: Стройиздат, 1977.
  41.  Пособие по расчетным характеристикам клееных соединений для строительных конструкций.- М.: Стройиздат, 1977.
  42.  Иванов В. А. Соединение с листовым шарниром на–нагелях. Сборник научных трудов КИСИ.- Киев: Гостехиздат УССР, 1951.
  43.  Иванов А. М., Алгазинов Л. Д., Мартинец Д. В. Строительные конструкции из полимерных материалов.- M.: Высшая школа, 1978.
  44.  Землянский А.А. Обследование и испытание зданий и сооружений: Учебное пособие М.: Из-во АСВ.2004-240с.
  45.  Питлюк Д.А. Испытание строительных конструкций на моделях: Л.: Стройиздат, 1971.
  46.  Крылов Н.А., Глуховский К.А. Испытание конструкций сооружений: Л.: Стройиздат, 1971.


Рис.1.3.

Рис.1.4. Каркасный деревянный дом в разрезе

Рис.1.5. Устройство стены и перекрытия этажа каркасного деревянного дома

Рис.1.6. Устройство стены каркасного деревянного дома

Рис.1.7. Устройство крыши каркасного деревянного дома

Рис. 2.2. Клеефанерная балка с плоской стенкой вклеенной в паз осуществленный в полках из цельной древесины в испытательном стенде.

а – главный вид; б – торец балки на опоре.

а

б

Рис. 2.3. Клеефанерная балка с плоской стенкой с поясами из деревянных брусков, приклеенных по бокам стенки в испытательном стенде.

а – главный вид; б – торец балки на опоре; в – установка приборов на балке

б

в

а

Рис. 2.4. Клеефанерная балка с волнистой стенкой вклеенной в паз осуществленный в полках из цельной древесины в испытательном стенде.

а – главный вид; б – торец балки на опоре.

б

а

Рис.2.5. Клеефанерная балка балка с волнистой стенкой, вклеенной в паз, осуществленный в полках из цельной древесины в испытательном стенде.

а – фрагмент балки с участком волны стенки;

б – установка приборов на балке.

а

б

Рис. 2.6. Составная балка с поясами из деревянных брусков соединенных со стенкой из OSB на шурупах в испытательном стенде.

а – главный вид; б – торец балки на опоре.

в – установка приборов на балке

а

б

а

в

Рис.3.3. График зависимости σ - ε образцов с наружными волокнами вдоль листа

1

1

2

2

3

3

1

3

1

2

2

3

Рис.3.4. График зависимости σ - ε образцов с наружными волокнами поперек листа

1

3

2

1

2

2

Рис.3.5. График зависимости σ - ε образцов с наружными волокнами под углом450

Рис.4.7.2. Перемещения по Z от технологической нагрузки.

Рис. 7.1. Перемещения по Z от собственного веса.

7. Результаты расчета.

Схема расстановки тензодатчиков

А

Б

Рис. 5.13. Схема нагружения балки высотой 200 мм

Схема расстановки тензодатчиков

А

Б

Схема расстановки тензодатчиков

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

59243. Свято Миколая-Чудотворця 39.5 KB
  Біля входу на сцену сидить на стільчику дід Панас і дрімає. Дійові особи: Святий Миколай дід Панас 1й ангел Софія 2й ангел Ірена Жид Чорт Візник Ведучий Ведучий: Майже у всіх народів є звичай давати дітям вночі на Святого Миколая всякі дарунки.
59245. СЦЕНАРІЙ РАНКУ: КОТИЛАСЯ ПИСАНОЧКА... 39 KB
  Мета: Формувати уявлення дітей про виготовлення писанок: ознайомити з традиційними елементами та кольоровою гамою писанок Гуцульщини; виховувати інтерес до декоративноприкладного мистецтва...
59246. Загадкове поле Див 35.5 KB
  Хід заняття: Вихователь –Малятка що найголовніше для людини гроші чи здоров’я Діти Здоров’я. Вихователь –Так Ми з вами знаємо що В здоровому тілі здорова душа другу половину прислів’я діти домовляють самі.
59250. Сценарій вечора-конкурса: В імя кохання 28.5 KB
  Якийсь хлопець Валентин був несправедливо засуджений і посаджений в тюрму. За рішенням суду його повинні були стратити 14 лютого. Ведучий ІІ: Але в нього закохалася дочка начальника тюрми. Істота велична, добра і ніжна, яка, на жаль, була сліпа.