Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Испытание клеефанерной балки

Стр 1 из 2Следующая ⇒

КОНСТРУКЦИИ

ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Выполнил:

Белых А. А. гр. С-13-з

Проверил:

к.т.н., доцент ___________ Горетый В.В.

Старый Оскол

Предисловие

В настоящее время перед строителями поставлены следующие важные задачи: увеличить выпуск облегченных конструкций заводского изготовления, шире применять в строительстве деревянные клееные конструкции, организовывать массовое производство пластмассовых строительных конструкций. Пластмасса и клееная древесина дают возможность создать новые конструктивные формы зданий и сооружений, отвечающих современным требованиям.

Настоящие лабораторные работы имеют цель ознакомить студентов с современными типами изгибаемых конструкций и их испытаниями. Перечень лабораторных работ следующий:

1. Испытание цельной балки.

2. Испытание клееной балки.

3. Испытание клеефанерной балки.

4. Испытание балки на пластинчатых нагелях (балке Деревягина).

5. Испытание клееной армированной балки.

Проведение лабораторных работ будет способствовать углублению и закреплению лекционного теоретического материала «Конструкции из дерева и пластмасс». Вместе с тем будут развиваться навыки студентов к исследовательской работе.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

В каждой лабораторной работе излагаются: цель работы, краткая технология изготовления образцов, методика и последовательность проведения испытаний. Кроме того, приводятся расчеты испытываемых конструкций по прочности и по деформативности.

Испытания деревянных балок проводятся на лабораторной рычажной установке с соответствием плеч рычага 1:10. Общая схема рычажной установки и испытания конструкций показана на рис. 1. Предусмотрено испытание статической нагрузкой приложенной в третях пролета балки. Нагрузка создается стандартными грузами, укладываемыми на платформы рычага. Перед испытаниями производятся натуральные замеры образцов-балок посредством мерных линеек с точностью до 1 мм и результаты записываются в журнал.

Следует отметить, что размеры балок в первых пяти лабораторных работах приняты одинаковыми, что позволит по окончанию испытаний дать общий анализ сравнения прочности и деформацтивности цельной деревянной балки с различными типами облегченных балок. Теоретические значения прочности и прогибов подсчитываются до начала испытания. Модуль упругости древесины для расчетов принимается равным Е=10000 Мпа.

Перед установкой на гранях балки намечаются риски рычажной установки (l =900 мм) и траверсы (l/3 =300 мм). Для замера деформации прогибов используют прогибомеры Максимова с ценой деления n =0,1 мм. Деформации сжатия или растяжения древесины на боковой грани балки определяют с помощью рычажных тензометров с базой l ₀ = 20 мм и n= 0,0001 мм. Сдвиг арматуры при испытаниях армированной балки измеряют индикаторами часового типа с n= 0,01 мм.

Нагружение образцов осуществляется ступенями. По окончанию каждого нагружения снимаются отчеты по приборам. Перед этапом разрушения балки следует снять приборы и установить среднюю опору рычажной установки для безопасного обрушения балки. Все результаты испытания заносятся в журнал.

Рисунок 1. Схема рычажной установки и испытания балок

1-рычаг; 2- металлическая траверса; 3- балка; 4- опоры траверсы;

5-опоры рычажной установки; 6- средняя опора рычажной установки;

7-платформа рычага с грузами.

В каждой работе необходимо произвести сравнение полученных теоретических и опытных значений прочности и прогибов балок, а также дать анализ результатов испытаний.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

Во время испытания балок необходимо соблюдать следующие требования техники безопасности:

- во избежание опрокидывания конструкции под нагрузкой, тщательно проверять перед загружением рычага вертикальность и центровку травером и балки на опорах;

- укладку грузов на платформу и их снятие производить медленно, не торопясь;

- в процессе снятия отсчетов по приборам стоять в непосредственной близости от платформы рычага не рекомендуется;

- при разрушении балки не допускать резкого увеличения прогибов, следить чтобы балка плавно легла на среднюю опору рычажной установки.

Лабораторная работа №1.

Испытание цельной балки.

Цель работы: Определить теоретические и опытные значения расчетной нагрузки и прогибов. Вычислить экспериментально модуль упругости. Построить эпюры нормальных напряжений по высоте сечения балки.

Изготовление, исходные данные для расчета и расчетные формулы.

Балки изготавливают из сосновых или еловых досок влажностью 10-15% желательно без сучков. Доски строгают с четырех сторон для получения необходимых размеров.

Замеряют мерным инструментом основные геометрические размеры сечения и ставят на рис.2

Рисунок 2.

Расчетную нагрузку находят из следующих условий:

1. По прочности поперечного сечения от действия нормальных напряжений

Ϭ= ≤ (1)

где

М = - расчётный изгибающий момент;

- момент сопротивления поперечного сечения;

= 13 МПа - расчётное сопротивления древесины изгибу.

Подставляя значения М и W в формулу (1), получим величину расчетной нагрузки

(2)

2. Предельному прогибу

(3)

где

- нормативная нагрузка ( =1,2 – усредненный коэффициент перегрузки);

У=10000 МПа – модуль упругости древесины;

- момент инерции поперечного сечения.

Определяя значение Р из формулы (3), получим:

(4)

Порядок проведения испытания

На гранях балки намечают риски под опоры гравером и рычажной установки, а также для крепления тензометров и прогибометра (см,рис. 1). В местах опирания тензометров крепят металлические пластинки или стальные канцелярские кнопки. Затем балку ставят на опоры рычажной установки, центрируют и опускают на неё рычаг с платформой.

1. Определение модуля упругости древесины

Для определения модуля упругости устанавливают на балку прогибомер П-1 (см,рис. 1). выбирают верхний и нижний пределы нагрузки –

Далее балку нагружают ступенями по кгс в нить этапов. При достижении нагрузки Р=300 кгс балку плавно разгружают до 60 кгс. При последующих трёх подобных нагружения в момент достижения нагрузки Рн=600Н и Рb=3000Н снимают отсчёты по прогибометру П-1 () и заносят в журнал (таблица 1).

Таблица 1.

№	Нагрузка	Прогиб	Усредненный прогиб	Теоретический прогиб
f₁мм	f₂ мм	f₃мм

Примечание к таблице 1.

Значение и принимать по абсолютной величине n=0,01см – цена деления прогибометра. Нагрузки Рн=600Н и Рb=3000Н соответствуют грузу по платформе рычага соответственно 60Н и 300Н.

(5)

где

-нагрузка равная разности верхнего и нижнего пределов нагружения –

;

и - прогиб балки, равный разности между

среднеарифметическими измерениями прогиба при нижнем и верхнем пределах нагружения.

Вычисления модуля упругости производят с округлением до 100 МПа.

Испытание цельной балки

Расчетную нагрузку находят из следующих условий:

1. По прочности поперечного сечения от действия нормальных напряжений

Ϭ=M/W≤Ry

W=вh2=4*7,82/6=40,56 см2 -момент сопротивления сечения

Ry=13 MПа расчетная сопротивления древесины на приборе

P=вh*Ry/ℓ=0,04*0,0782*12*106/0,79=4,005 кH

2. По предельному прогибу

f=23P4 ℓ3/2*548EY

Y=вh3/12=0.04*0.0783/12=1.582*10-6 м4

Е=1*105кг/см2=1*104 МПа

MA=P(65+270)-RВТ=0

R=P*(65+270)/65=5.15

№	Нагрузка	Прогиб	Усредненный прогиб	Теоретический прогиб
f 1 мм	f 2 мм	f 3 мм
1	2х5,15=10,3	0,08	0,081	0,085	0,082	0,0569
2	4х5,15=20,6	0,195	0,182	0,170	0,182	0,144
3	6х5,15=30,9	0,20	0,262	0,255	0,289	0,171
4	41,2	0,401	0,348	0,340	0,363	0,228
5	51,5	0,482	0,445	0,420	0,449	0,285

F1теор=(23*P* ℓ)/(2*648*EY)=(23*10.3*793)(2*648*1*103*158.2)=0,0569мм

F2теор = (23*20.6*793)/(2*648*1*105*158.2=0,144 мм

F3теор = (23*30,9*793)/(2*648*1*105*158,2)=0,1709 мм

F4теор = (23*41,2*793)/(2*648*1*105*158,2)=0,228 мм

F5теор = (23*51,5*793)/(2*648*1*105*158,2)=0,285 мм

Вывод: расхождения между практическими и теоретическими значениями прогиба вызваны неточностью измерений.

Лабораторная работа №2.

Испытание клееной балки.

Цель работы: определить теоретические значения разрушающей нагрузки и прогибов. Полученные результаты сравнить с опытом, построить графики прогибов.

Изготовление, исходные данные для расчета и расчётные формулы.

Для изготовления балки выбирают сосновые или еловые доски с влажность древесины не более 15%. Доски для склеивания строгают с четырех сторон, причём доски нижнего слоя в растянутой зоне балки должны быть более высокого качества, чем верхнего слоя. Склеивание балки из досок производят карбамидными или фенолформальдегидными клеями под прессом давлением по плоскости склеивания 0,3 МПа.

Замеряют основные геометрические размеры балки и зарисовывают сечение (рис. 3).

Рисунок 3. Сечение клееной балки.

Расчётные нагрузки определяет аналогично цельной деревянной балки от действия нормальных напряжений по формуле (2) и по предельному прогибу – формула (4). Так как балка клееная и имеют место клеевые швы, то дополнительно расчётную нагрузку вычисляют, исходя из условия прочности клеевого шва на скалывание т.е.

(8)

где

Q – поперечная сила;

- статический момент поперечного сечения;

- момент инерции поперечного сечения;

;

расчётное сопротивление древесины скалыванию.

Подставим значение значение в формулу (8), получим:

(9)

Теоретическое значение разрушающей нагрузки и прогибов определяют по формулам.

Порядок проведения испытаний

На балке намечают риски под места опор траверсы, рычажной установки и крепления прогибомера (см.рис.1). Затем ставят балку на опоры, центрируют и опускают на неё рычаг с платформой. Далее крепят прогибомер П-1.

Работу прибора проверяет пробной нагрузкой на балку Р=600Н и разгружают. При Р=0 снимают отсчёт по прогибомеру П-1 и записывают в журнал (таблица 2). Нагружение балки производят ступенями, равными 600Н. на каждой ступени определяют нагрузки деформации прогиба. Полученные результаты заносят в таблицу 2. При испытании необходимо обратить внимание на нагрузки, соответствующие минимальной расчётной из формул (2), (4) и (9), и - момент появления складок в верхней сжатой зоне балки. При нагрузке регистрируют последние отсчёты по прогибомеру и последний снимают. Далее среднюю опору рычажной установки и продолжают нагружение до разрушения балки. Разрушающую нагрузку записывают в журнал. После испытаний вычисляют отношения

, где соответствует определенным расчетным нагрузкам –формулы (2), (4) и (9) в координатах P-f строят графики прогибов (рис. 3). По окончании работы даётся анализ результатов испытаний.

Испытание клееной балки

Y= =162,133 см4

Е=105 кг/см2

ℓ=696

таблица 2.

P	Прогибы	fср.	FТ
f 1мм	f 2 мм	f 3 мм
11,23	8	8	8	8	0,041
22,67	18,5	18	17	13,83	0,082
34,00	30	29	29,5	29,5	0,122
56,67	55	54	56	55	0,204
68,00	67	67	69	67,07	0,245

Вывод: погрешность вызвана пороками древесины некачественными клеевыми швами.

Лабораторная работа №3

Испытание клеефанерной балки

Цель работы: Вычислить теоретическую разрушающую нагрузку балки и сравнить с опытной. Построить графики теоретического и экспериментального прогибов.

Изготовление, исходные данные для расчета и расчетные формулы.

Клеефанерная балка представляет собой балку, состоящую из поясов (верхнего и нижнего) в двух стенок. Пояса балки изготовляют из строганных сосновых или еловых досок, а для стенок применяют березовую фанеру ФК или ФСФ. При сгибании листы фанеры не должны расслаиваться. Балку собирают в кондукторе, при этом ребра (стенки) склеивают к поясам карбамидным клеем и выдерживают под прессом.

Замеряем основные теоретические размеры и зарисовываем сечение (рис. 6)

Рисунок 6.Сечение клеефанерной балки

1-верхний пояс; 2-стенки из фанеры; 3-нижний пояс.

(10)

(11)

(12)

где Е_фи Е – модули упругости фанеры и древесины;

J_пр, S_пр, W_пр – соответственно приведённые к древесине значения момента инерции, статического момента и момента сопротивления. Подставив в формулы (10), (11), (12) значение модулей упругости и перейдя к сечению балки (рис.6), получим

(13)

(14)

(15)

(16)

где:

S_n – статический момент поясов относительно центра тяжести балки. Расчетную нагрузку для клеефанерной балки определяют из следующих условий.

1. По прочности поперечного сечения от действия нормальных напряжений.

где:

М = расчетный изгибающий момент;

W_пр – приведенный момент поперечного сечения, определяемый по формуле (16);

R_р = 10 МПа – расчетное сопротивление древесины полос на растяжение.

Поставив значение составляющих формулы (17), получаем:

(18)

2. По прочности клеевого шва, крепящего фанеру к поясам на скалывание.

(19)

где

Q_max = P/2;

∑h_n = 2∙h∙n;

R^ф_ск = 8 кг/см² = 0,8 МПа – расчетное сопротивление клеевых швов фанеры на скалывание (срез).

После преобразований формулы (19), имеем:

(20)

3. По предельному прогибу:

(21)

где

f_n – полный прогиб балки с учетом нормальных и касательных напряжений;

f_m = -прогиб балки без учета касательных напряжений;

р^н = = (n – усиленный коэффициент перегрузки);

α = 90⁰ при =

Расчетная нагрузка Р из формулы (21) будет иметь вид:

(22)

С учетом кратковременного действия нагрузки, теоретическую разрушающую нагрузку вычисляют по формулам (5) или (6), где Р – расчетная несущая способность балки, определяемая по формулам (18), (20) и (22).

Теоретический прогиб оцениваем по формуле (5), где только вместо обычного момента инерции подставляем приведенный момент инерции

Порядок проведения испытаний.

Порядок проведения испытаний для клеефанерной балки полностью аналогичен порядку проведения испытаний для клееной балки (см. лабораторная работа №2).

В конечном итоге для сравнения вычислим отношение , соответствует определенным расчетным нагрузкам, определенным по формулам (18), (20) и (22). Далее строят графики теоретических и опытных прогибов (см. рис.4).

Балка на пластичных нагелях

Коэффициент податливости нагелей

= =142,366 см⁴;

=0,75; f=

P	Прогибы	f ср.	f_Т
f₁мм	f₂мм	f₃мм
11,33	34	35	34,5	34,5	0,072
22,67	70	67	68	68,5	0,146
34	110	108	109	109	0,22
56,67	180	178	180	179,3	0,366
68	210	207	210	209	0,439

Вывод: Погрешность измерений вызвана пороками древесины.

Лабораторная работа №4.

12 Следующая ⇒

Воспользуйтесь поиском по сайту: