Образец №2 отчета по ЛР №2. Испытание соединения деревянных элементов на цилиндрических нагелях
 Скачать 0.88 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ Кафедра Строительных конструкций Лабораторная работа №2 На тему: «Испытание соединения деревянных элементов на цилиндрических нагелях» Выполнил: Студент гр. ПГСб – 17 – 3 Гач Евгений Анатольевич Проверил: Худышкина Наталья Юрьевна Тюмень, 2019 Содержание с. Цель работы ...................................................................................................... 3 Определение теоретического значения расчетной нагрузки ......................... 3 Обработка результатов испытаний ................................................................. 7 Сравнение результатов испытаний ............................................................... 10 Список литературы ........................................................................................ 12 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 2 Содержание Разраб. Ф.И.О. Провер. Ф.И.О. Реценз. Ф.И.О. Н. Контр. Ф.И.О. Утверд. Ф.И.О. Испытание соединения деревянных конструкций на цилиндрических нагелях Лит. Листов 12 ПГСб-17-3 Цель работы 1. Ознакомиться с работой и конструктивными требованиями к соединениям на цилиндрических нагелях. 2. Ознакомиться с расчетом соединения на цилиндрических нагелях, изложенным в СП 64.13330.2017. 3. Определить теоретическое значение расчетной нагрузки для проведения испытаний образца соединения на цилиндрических нагелях. 4. Провести испытание образца соединения на цилиндрических нагелях, доводя нагрузку до достижения величины взаимного сдвига 1,5÷2,0 см. 5. Сравнить теоретическое значение расчетной нагрузки с экспериментальным результатом. Сравнить экспериментальное значение деформации сдвига с допустимым СП 64.13330.2017. 6. Описать график зависимости деформаций сдвига элементов от приложенной нагрузки. Определение теоретического значения расчетной нагрузки для соединения на цилиндрических нагелях От правильного расположения нагелей зависит целостность древесины при их установке. На рисунке 1 видно, что расположения нагелей составляет 𝑆 1 , 𝑆 2 и 𝑆 3 - это минимальные расстояния между нагелями, чтобы не произошло раскола образца вдоль волокон, либо образования трещины между отверстиями нагелей поперек волокон. Эти расстояния зависят от диаметра нагеля d. 𝑆 1 = 7𝑑, 𝑆 2 = 3,5𝑑, 𝑆 3 = 3𝑑. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 3 Цель работы, Опред. теор. знач. расч. нагр. Рис. 1 – Теоретическое и фактическое расположение нагелей при испытании Определяем расчетную несущую способность среднего элемента образца на смятие: 𝑇 см ср = 0,75𝑐𝑑 Где: d – Диаметр стального нагеля, [см] с – Толщина среднего элемента, [см] 𝑇 см ср −Несущая способность среднего элемента на смятие, [кН] Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 4 Определение теоретического значения расч. нагр. 𝑇 см1 ср = 0,75 ∙ 2 ∙ 0,6 = 0,9 кН = 90 кг 𝑇 см2 ср = 0,75 ∙ 3 ∙ 0,8 = 1,8 кН = 180 кг Определяем расчетную несущую способность крайнего элемента образца на смятие: 𝑇 см кр = 1,2𝑎𝑑 Где: 𝑇 см кр − Несущая способность крайнего элемента на смятие, [кН] а – Толщина крайнего элемента, [см] 𝑇 см1 кр = 1,2 ∙ 2 ∙ 0,6 = 1,44 кН = 144 кг 𝑇 см2 кр = 1,2 ∙ 3 ∙ 0,8 = 2,88 кН = 288 кг Определяем несущую способность одного нагеля из стали С235 на изгиб: 𝑇 и = 2,2𝑑 2 + 0,025𝑎 2 𝑇 и − Несущая способность одного нагеля на изгиб, [кН] 𝑇 и1 = 2,2 ∙ 0,6 2 + 0,025 ∙ 2 2 = 0,892 кН = 89,2 кг 𝑇 и2 = 2,2 ∙ 0,8 2 + 0,025 ∙ 3 = 1,633 кН = 163,3 кг Таким образом, мы посчитали три несущих способности для трех элементов в двух образцах для испытания. Для каждого образца выбираем одну наименьшую несущую способность, именно она и будет расчетной. Для первого образца выбираем: 𝑇 р1 = 𝑇 и1 = 0,892 кН = 89,2 кг Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 5 Определение теоретического значения расч. нагр. Для второго образца выбираем: 𝑇 р2 = 𝑇 и2 = 1,633 кН = 163,3 кг Определяем расчетную нагрузку для испытания нагельного соединения с учетом фактического количества нагелей и фактического количества расчетных швов сплачивания (плоскостей сдвига между элементами): 𝑃 расч = 𝑛 н 𝑛 ш 𝑇 Где: 𝑃 расч −Расчетная нагрузка для испытания нагельного соединения, [кН] 𝑛 н − Фактическое количество нагелей в образце, [шт] = 2 шт. 𝑛 ш − Фактическое количество швов в образце, [шт] = 2 шт. 𝑇 − Расчетная несущая способность нагельного соединения на один нагель, [кН] 𝑃 расч1 = 2 ∙ 2 ∙ 0,892 = 3,568 кН = 356,8 кг 𝑃 расч2 = 2 ∙ 2 ∙ 1,633 = 6,532 кН = 653,2 кг Скорректируем расчетную нагрузку для испытания нагельного соединения с учетом угла между направлениями волокон и передаваемого усилия и режима нагружения: 𝑃 расч = 𝑛 н 𝑛 ш 𝑇𝑘 𝛼 𝑚 дл Данная формула применяется, если расчетная несущая способность соединения определена по условиям смятия древесины. 𝑃 расч = 𝑛 н 𝑛 ш 𝑇√𝑘 𝛼 √𝑚 дл Данная формула применяется, в том случае, если расчетная несущая способность определена по условию изгиба нагеля. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 6 Определение теоретического значения расч. нагр. При данных расчетах, мы получили, что расчетная несущая способность определена по условию изгиба нагеля, соответственно для корректировки будем использовать второй вариант формулы: 𝑃 расч = 𝑛 н 𝑛 ш 𝑇√𝑘 𝛼 √𝑚 дл Где: 𝑘 𝛼 − Коэффициент, зависящий от угла между направлениями волокон и передаваемого усилия. В случае для 𝛼 = 0° коэффициент 𝑘 𝛼 принимается равным 1. 𝑚 дл − Коэффициент длительности загружения, зависит от режима загружения. В лабораторных условиях при линейно возрастающей нагрузке и стандартных машинных испытаниях 𝑚 дл принимается равным 1 𝑃 расч1 = 2 ∙ 2 ∙ 0,892√1√1 = 3,568 кН = 356,8 кг 𝑃 расч2 = 2 ∙ 2 ∙ 1,633√1√1 = 6,532 кН = 653,2 кг Обработка результатов испытаний Испытание нагельного соединения проводилось на двух образцах разных размеров, с разным расположением и диаметром нагелей, поэтому результаты испытаний будут отличаться. Так же в одном из образцов образовалась трещина во время забивки стального нагеля. При испытании образцов мы получили два характерных графика загружения, на которых видно переход из рыхлых деформаций в абсолютные (переход из горизонтальной линии в наклонную на начальном этапе). И из прямолинейного участка абсолютных деформаций в криволинейный. На графиках видно, что фактическая нагрузка первого образца (с толщиной досок 2 см и диаметром нагеля 6 мм), ниже, чем у второго образца (с толщиной досок 3 см и диаметром нагеля 8 мм), даже не смотря на то, что у него была трещина в продольном направлении. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 7 Обработка результатов испытаний Рис. 2 – Испытание нагельного соединения образца с толщиной досок 2 см и диаметром стержней = 6 мм На графике видно, что величина рыхлых деформаций 𝑙 0 = 9 мм , Величина абсолютных значений деформаций 𝑙 1 = 12 мм , Значение нагрузки, на этапе перехода прямолинейного участка абсолютных деформаций в криволинейный, 𝑃 1 = 9 кН Величина упругих деформаций ∆𝑙 1 = 𝑙 1 − 𝑙 0 – величина сдвига, который ограничивает несущую способность соединения. ∆𝑙 1 = 12 − 9 = 3 мм Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 8 Обработка результатов испытаний Рис. 3 – Испытание нагельного соединения образца с толщиной досок 3 см и диаметром стержней = 8 мм На графике видно, что величина рыхлых деформаций 𝑙 0 = 13 мм , Величина абсолютных значений деформаций 𝑙 1 = 25 мм , Значение нагрузки, на этапе перехода прямолинейного участка абсолютных деформаций в криволинейный, 𝑃 1 = 12 кН Величина упругих деформаций ∆𝑙 1 = 𝑙 1 − 𝑙 0 – величина сдвига, который ограничивает несущую способность соединения. ∆𝑙 1 = 25 − 13 = 12 мм Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 9 Обработка результатов испытаний Сравнение результатов испытаний Таким образом, проведя испытание, мы можем сравнить теоретические – расчетные значения нагрузки 𝑃 расч и экспериментальные 𝑃 1 , по первому и второму образцу. А так же сравнить предельное значение деформации при полном использовании несущей способности соединения [𝑓] из СП64.13330.2017, с практическими значениями ∆𝑙 1 Первый образец: 𝑃 расч1 = 3,568 кН < 𝑃 1 = 9 кН 𝑓 = 2 мм < ∆𝑙 1 = 3 мм Соответственно, проанализировав данные, мы получаем, что фактическая нагрузка, которую можно приложить к образцу, превышает расчетную в 2,5 раза, что является хорошим показателем по запасу прочности, но при этом видим, что эксперементальное значение упругих деформаций практически не отличается от теоретических, к тому же после этой отметки соединение, буквально, перестало воспринимать действующую на нее нагрузку. На графике видно, что после линейного наклонного участка абсолютных деформаций начинается горизонтальный, что свидетельствует о хрупком разрушении. Именно этого и не должно происходить в строительных конструкциях, особенно в деревянных. Поскольку одна из характерных черт древесины – это пластическое разрушение. Второй образец: 𝑃 расч2 = 6,532 кН < 𝑃 1 = 12 кН 𝑓 = 2 мм < ∆𝑙 1 = 12 мм При испытании данного образца мы получили, что экспериментальная, приложенная, нагрузка превышает расчетную в два раза, это свидетельствует о хорошем запасе прочности. Так же из графика видно, что экспериментальное значение упругих деформаций превышает Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 2 Сравнение результатов испытаний теоретическое в 6 раз, что свидетельствует о позднем начале пластического разрушения и дает нам необходимое время для принятия мер по усилению конструкции, либо ее замене. Важно отметить, что сводом правил регламентировано именно предельно допустимая деформация = 2 мм, при нагельном соединении, но это не означает, что после достижения такого значения конструкция сразу разрушится. Это свидетельствует о том, что соединяемые элементы сдвинулись друг относительно друга на такую величину, которая может быть опасна и в ходе дальнейшей эксплуатации привести к более серьезным последствиям. Таким образом, можно прийти к выводу, что фактом потери несущей способности при соединении деревянных элементов, является сдвиг этих элементов относительно друг друга. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 2 Сравнение результатов испытаний Список литературы 1. СП 64.13330.2017. Деревянные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-25-80. – М.: Минстрой России, 2017. – 102 с. 2. Методические указания по выполнению лабораторной работы №2 «Испытание стандартных образцов древесины на прочность при сжатии вдоль и поперек волокон, при местном смятии» для студентов направления 08.03.01 «Строительство», 2018. – 25 с. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 2 Список литературы |