ввввввв. Лабораторная работа 2. Лабораторная работа испытание соединения на гвоздях
 Скачать 412.51 Kb.
|
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. ИСПЫТАНИЕ СОЕДИНЕНИЯ НА ГВОЗДЯХ Цель работы: теоретическое и экспериментальное изучение работы под нагрузкой образца соединения на гвоздях деревянных элементов. Задачи работы: 1. Определить расчетную несущую способность образца соединения на гвоздях - Nп, [кН]; 2. Определить максимальную несущую способность (разрушающую нагрузку) образца соединения на гвоздях - Nt, [кН]; 3. Определить нагрузку, соответствующую верхней границе области упругой работы образца соединения на гвоздях - N I-II , [кН]; 4. Определить деформацию соединения при нагрузке, соответствующей расчетной несущей способности образца - п, [мм]; 5. Выполнить оценку несущей способности и деформативности образца соединения на гвоздях по результатам испытаний. Конструкция образца гвоздевого соединения Образец симметричный, двухсрезный, предназначен для испытания по сжатой схеме. Конструкция образца и его проектные размеры показаны на рис.1. Рис.1. Конструкция образца соединения на гвоздях Фактические размеры образца устанавливают непосредственным измерением образца перед испытанием: Толщина крайних элементов а = ______5______ см . Толщина среднего элемента С = ______5______ см . Диаметр гвоздей d гв = _____0,5_______ см . Длина гвоздей L ГВ = ______15______ см . Расстояние вдоль волокон деревянных элементов от торцов элементов до оси гвоздей S 1 = _____7,5_______ см . Расстояние между осями гвоздей поперек волокон деревянных элементов S 2 = _____2_______ см . Расстояние от кромки доски до оси гвоздя поперек волокон S 3 = _____2____ см . Данные для расчета Материал деревянных элементов ___сосна II сорта_____________ . Влажность деревянных элементов W = __10 - 12___ % . Количество "срезов" гвоздя n ср = ____2_____ . Количество гвоздей n гв = ____4_____ . Определение расчетной несущей способности одного "среза" одного гвоздя Расчетную несущую способность одного среза одного гвоздя определяют по формулам табл. 20 /1/. 1. Из условия смятия крайних элементов: а). Для шва со стороны забивки гвоздя расчетная толщина крайнего деревянного элемента равна толщине доски: а расч = а = ___5___ см. Т а1 = 0,8*а расч *dгв = _0,8*5*0,5 = 2 кН. б). Для шва со стороны заострения гвоздя расчетная толщина крайнего деревянного элемента уменьшается на 1,5 d гв , так как гвоздь пробивает крайнюю доску насквозь и возможен отщеп волокон в крайнем элементе а расч = а - 1,5 * d гв = 5 – 1,5*0,5 = 4,25 см. Т а2 = 0,8* а расч *d гв = 0,8*4,25*0,5 = 1,7 кН. 2. Из условия смятия среднего элемента Т с = 0,5 * С *d гв = 0,5 * 5*0,5 = 1,25 кН. 3. Из условия изгиба гвоздя а). Для шва со стороны забивки гвоздя Ти 1 = 2,5* d гв 2 + 0,02 * а 2 = 2,5 * 0,5 2 + 0,02*5 2 = 1,125 кН. б). Для шва со стороны заострения гвоздя Ти 2 = 2,5* d гв 2 + 0,02 * а расч 2 = 2,5*0,5 2 + 0,02*4,25 2 = 0,986 кН. Но не более Ти’ = 4*d гв 2 = 4*0,5 2 = 1 кН. Определение расчетной несущей способности образца соединения на гвоздях Минимальная расчетная несущая способность одного "среза" одного гвоздя: а). Для шва со стороны забивки гвоздя Tmin 1 = 0,82 кН ; б). Для шва со стороны заострения гвоздя Tmin 2 = 0,76 кН . Минимальная расчетная несущая способность одного “среза” одного гвоздя Tmin = (Tmin 1 + Tmin 2 )/2 = --------------- = (0,82 + 0,76)/2 = 0,79 кН . Расчетная несущая способность образца соединения на гвоздях составит N п = Tmin * n cp * n гв = 0,79 * 2 * 4 = 6,32 кН. Теоретическую величину нагрузки N I-II , соответствующей верхней границе области упругой работы соединения определим, используя неравенство предназначенное для оценки несущей способности соединений на гвоздях (п. 6.6 /4/) 3 , 1 П II I N N , Откуда N I-II.теор = 1.3 * N п = 1,3 * 6,32 = 8,22 кН. Указания по выполнению работы Во время испытания образца определяют разрушающую нагрузку Nt, а также деформации соединения. Испытание проводят на машине типа Р-5 при шкале силоизмерителя не более 20 кН. В ходе испытания измеряют и записывают в журнал (табл.2) деформации соединения по данным двух индикаторов часового типа с ценой деления 0.01 мм. Индикаторы устанавливают симметрично с противоположных сторон образца. Каждый индикатор закрепляют на планке, соединяющей крайние элементы образца. Упор для штифта индикатора устанавливают на среднем элементе. Схема приложения усилий при испытании образца и схема расстановка приборов показана на рис. 2. Рис. 2. Схема испытания образца соединения на гвоздях. Схема расстановки приборов на образце. Для ликвидации рыхлых деформаций образец предварительно загружают нагрузкой N O = 1 кН, которая при дальнейших испытаниях принимается за условную нулевую нагрузку. Испытание образца ведется непрерывно, нагружением ступенями, с периодической разгрузкой, с постоянной скоростью нагружения и разгрузки. Режим испытания нагружением ступенями с периодической разгрузкой представлен на рис. 3 на графике в координатах «Нагрузка на образец N – время испытания t ». Интервал испытания, включающий нагружение образца до очередной ступени и его последующую разгрузку до условной нулевой нагрузки N O называют циклом. Номер цикла обозначают индексом « i ». Рис. 3. Режим испытания с периодической нагрузкой (Нагрузка на образец N – время испытания t ) Скорость нагружения и разгрузки должна оставаться постоянной на протяжении всего испытания и составлять 0,30 кН/сек. Нагрузка, передаваемая на образец, увеличивается ступенями в 2 кН с разгрузкой в каждом цикле до условной нулевой нагрузки N O (рис. 4). Перед началом испытания фиксируют отсчеты по индикаторам до приложения нагрузки на образец (при N=0). Затем фиксируют отсчеты по приборам при первом нагружении образца нарузкой N O =1 кН. Далее в процессе испытания отсчеты по индикаторам фиксируют в каждом цикле нагружения: в момент, когда нагрузка на образец, увеличиваясь, достигает очередной ступени; в момент, когда при последующей разгрузке образца нагрузка уменьшается до значения N O Рис.4. Деформации образца соединения на гвоздях при испытании нагружением с периодической разгрузкой Величину разрушающей нагрузки Nt устанавливают по силоизмерителю машины, когда при непрерывном росте деформаций соединения нагрузка на образец не увеличивается. При обработке показаний индикаторов вычисляют для каждого цикла нагружения осевые (средние по двум индикаторам) деформации образца соединения на гвоздях: деформации полные Dп, остаточные Dо, упругие Dу и остаточные за цикл dо. Вычисления производят в соответствии со схемой, представленной на рис.4 в табличной форме (см. табл. 2). Деформации Dп и Dо вычисляют как средние по двум индикаторам, предварительно определив полные и остаточные деформации образца по каждому прибору. Обозначив индексом « i » номер цикла нагружения, определяют упругие и остаточные за цикл деформации по формулам: i o D D Dу i П i - упругие деформации; 1 - i o D Do do i i - остаточные за цикл деформации. Нагрузка на образец, после которой резко возрастают остаточные за цикл деформации соединения, называется верхней границей области упругой работы соединения N I-II . Величину нагрузки N I-II для образца соединения на гвоздях определяют по результатам испытаний в следующей последовательности: 1. По форме табл. 2 вычисляют деформации образца на всех циклах нагружения. 2. Строят график зависимости между упругими деформациями D у и остаточными за цикл деформациями d о . Каждой ступени нагружения образца соответствует определенная точка на этом графике. Нагрузка на образец, начиная с которой наблюдается резкое возрастание остаточных за цикл деформаций d о , является верхней границей области упругой работы соединения N I-II 3. По графику «D y – d o » находят нагрузку N I-II , при которой резко возрастают остаточные деформации. По экспериментальным данным определяют полную деформацию образца соединения на гвоздях δ п при расчетной нагрузке на образец N п Деформацию δ п определяют, считая от начала испытания, т.е. от нагрузки N=0. Полная деформация δ п соединения на гвоздях при расчетной нагрузке равна среднему арифметическому разностей, вычисленных по каждому индикатору, между отсчетом по каждому прибору при расчетной нагрузке и отсчетом по каждому прибору до начала испытания. Таблица 1. Журнал испытаний. Определение деформаций соединения на гвоздях. Нагрузка на образец, кН Индикатор 1 Индикатор 2 Средние деформации образца, мм Отсчет по прибо- ру Дефор- мации полные D п , мм Дефор- мации остаточ- ные D о , мм Дефор- мации упругие D у , мм Деф-ции остаточ- ные за цикл d o , мм Отсчет по прибо- ру Дефор- мации полные D п , мм Дефор- мации остаточ- ные D о , мм Дефор- мации упругие D у , мм Деф-ции остаточ- ные за цикл d o , мм Дефор- мации полные D п , мм Дефор- мации остаточ- ные D о , мм Дефор- мации упругие D у , мм Деф-ции остаточ- ные за цикл d o , мм 0 0 0 1 0.04 0.16 3 0.1 0.1 0.07 0.03 0.49 0.49 0.35 0.14 0.295 0.21 0.085 1 0.07 0.03 0.35 0.19 0.11 5 0.24 0.24 0.16 0.08 0.82 0.82 0.49 0.33 0.53 0.325 0.205 1 0.16 0.09 0.49 0.14 0.115 7 0.39 0.39 0.26 0.13 1.16 1.16 0.63 0.53 0.775 0.445 0.33 1 0.26 0.1 0.63 0.14 0.12 9 0.52 0.52 0.38 0.14 1.53 1.53 0.81 0.72 1.025 0.595 0.43 1 0.38 0.12 0.81 0.18 0.15 11 0.88 0.88 0.56 0.32 1.97 1.97 1.1 0.87 1.425 0.83 0.595 1 0.56 0.18 1.1 0.29 0.235 13 1.24 1.24 0.81 0.43 2.51 2.51 1.42 1.09 1.875 1.115 0.76 1 0.81 0.25 1.42 0.32 0.285 15 1.74 1.74 1.24 0.5 3.19 3.19 1.93 1.26 2.465 1.585 0.88 1 1.24 0.43 1.93 0.51 0.47 Таблица 2. Журнал испытаний. Определение деформаций соединения на гвоздях. Нагрузка на образец, кН Индикатор 1 Индикатор 2 Средние деформации образца, мм Отсчет по прибо- ру Дефор- мации полные D п , мм Дефор- мации остаточ- ные D о , мм Дефор- мации упругие D у , мм Деф-ции остаточ- ные за цикл d o , мм Отсчет по прибо- ру Дефор- мации полные D п , мм Дефор- мации остаточ- ные D о , мм Дефор- мации упругие D у , мм Деф-ции остаточ- ные за цикл d o , мм Дефор- мации полные D п , мм Дефор- мации остаточ- ные D о , мм Дефор- мации упругие D у , мм Деф-ции остаточ- ные за цикл d o , мм 0 0 0 1 0.06 0.07 3 0.22 0.22 0.19 0.03 0.25 0.25 0.17 0.08 0.235 0.18 0.055 1 0.19 0.13 0.17 0.1 0.115 5 0.47 0.47 0.29 0.18 0.4 0.4 0.32 0.08 0.435 0.305 0.13 1 0.29 0.1 0.32 0.15 0.125 7 0.79 0.79 0.48 0.31 0.5 0.5 0.39 0.11 0.645 0.435 0.21 1 0.48 0.19 0.39 0.07 0.13 9 1.12 1.12 0.7 0.42 0.74 0.74 0.48 0.26 0.93 0.59 0.34 1 0.7 0.22 0.48 0.09 0.155 11 1.53 1.53 0.94 0.59 0.99 0.99 0.59 0.4 1.26 0.765 0.495 1 0.94 0.24 0.59 0.11 0.175 13 1.99 1.99 1.27 0.72 1.32 1.32 0.76 0.56 1.655 1.015 0.64 1 1.27 0.33 0.76 0.17 0.25 15 2.58 2.58 1.74 0.84 1.82 1.82 1.09 0.73 2.2 1.415 0.785 1 1.74 0.47 1.09 0.33 0.4 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 d 0 , мм D y , мм 15 13 11 9 7 5 3 а 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 d 0 , мм D y , мм 15 13 11 9 7 5 3 б Рис. 1. Графики зависимости между упругой деформацией D у и остаточной за цикл деформацией d о , построенные на основании данных: а – таблицы 1; б – таблицы 2. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 2.7 D п , мм P, кН а 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 D п , мм P, кН б Рис. 2. Графики зависимости между нагрузкой на образец Р и полной деформацией D п , построенные на основании данных: а – таблицы 1; б – таблицы 2. Заключительным этапом работы является сравнение фактических (полученных экспериментально) и соответствующих им теоретических (определенных расчетом или по действующим нормам /1/) величин, характеризующих несущую способность и деформативность гвоздевого соединения, в т.ч. : Нагрузки N I-II , соответствующей верхней границе области упругой работы соединения; деформаций δ п соединения на гвоздях при нагрузке N п , соответствующей расчетной несущей способности образца. Сравнение экспериментальных данных с теоретическими 1. Максимальная несущая способность образца соединения на гвоздях составила Таблица 1: N t = 23,28 кН. Таблица 2: N t = 19,88 кН. 2. Коэффициент надежности фактический к величине разрушающего усилия составил П t ФАКТ N N K Таблица 1: 68 3 32 6 28 23 , , , K ФАКТ Таблица 2: 15 3 32 6 88 19 , , , K ФАКТ 3. Экспериментальное значение нагрузки, соответствующей верхней границе области упругой работы образца соединения на гвоздях составило: Таблица 1: N I-II = 8 кН. Таблица 2: N I-II = 11,5 кН. Теоретическое значение нагрузки, соответствующей верхней границе области упругой работы образца соединения на гвоздях составило N I-II.теор. = 8,22 кН. % * N N N . Теор . II I . Теор . II I II I 100 Таблица 1: % , % * , , 7 2 100 22 8 22 8 8 Таблица 2: % , % * , , , 9 39 100 22 8 22 8 5 11 4. Экспериментальное значение полной деформации δ п соединения на гвоздях при расчетной нагрузке составило: Таблица 1: δ п = 0,94 мм. Таблица 2: δ п = 0,82 мм. Теоретическое значение полной деформации δ п_теор соединения при расчетной нагрузке составило δп теор = 2 мм. % * . Теор . П . Теор . П П 100 Таблица 1: % % * , 53 100 2 2 94 0 Таблица 2: % % * , 59 100 2 2 82 0 Выводы: 1. Определена расчетная несущая способность образца соединения на гвоздях - N п , [кН]: 6,32 кН. 2. Определена максимальная несущая способность (разрушающая нагрузка) образца соединения на гвоздях - N t , [кН]: таблица 1: N t = 23,28 кН; таблица 2: N t = 19,88 кН. 3. Определена нагрузка, соответствующая верхней границе области упругой работы образца соединения на гвоздях - N I-II , [кН]: таблица 1: N I-II = 8 кН, таблица 2: N I-II = 11,5 кН. 4. Определена деформация соединения при нагрузке, соответствующей расчетной несущей способности образца - п , [мм]: таблица 1: δ п = 0,94 мм; таблица 2: δ п = 0,82 мм. 5. Выполнена оценка несущей способности и деформативности образца соединения на гвоздях по результатам испытаний. |