 |
III. Методика проведения испытаний
|
|
|
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ И ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ
ДРЕВЕСИНЫ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ ИЗГИБЕ
I. Цель работы – ознакомление с методикой определения механических характеристик древесины и с приборами, используемыми при испытаниях.
II. Методика проведения испытания
Для испытаний изготавливают образцы, которые имеют форму брусков размерами 20х20х300 мм, так, чтобы годовые кольца на торцах были параллельными паре граней. Перед испытанием на середине длины образца измеряют штангенциркулем по ГОСТ 166-80 с точностью до 0,1 мм его ширину и высоту.
При испытаниях образец помещают на неподвижные закругленные опоры радиусом 25 мм. К верхнему захвату испытательной машины прикреплена траверса с двумя валиками с таким же радиусом, как и опоры. Для измерения прогиба в зоне чистого изгиба устанавливают индикатор часового типа (рисунок 1).
Рисунок 1. Схема испытания образца
Нагрузку на образец прикладывают при постоянной скорости перемещения нагружающего элемента. Скорость должна быть такой, чтобы продолжительность нагружения образца до максимального значения нагрузки составляла не менее 2 и не более 5 минут.
Когда нагрузка достигнет 800 Н, плавно разгружают образец до 200 Н, после чего образец вновь нагружают до 800 Н и разгружают до 200 Н. При последующих трех нагружениях, в момент достижения нагрузки 300 и 800 Н, измеряют прогиб с точностью до 0,01 мм. Отсчеты по индикатору заносят в таблицу 1. По результатам полученных данных определяют модуль упругости.
После циклического нагружения прикладывают ступенчатую нагрузку через 200 Н для определения временного сопротивления и построения графика зависимости деформаций от напряжений fi - Du. В стадии разрушения фиксируют величину нагрузки.
|
|
|
После испытания с помощью электровлагомера определяют влажность образца по [6.9] и фиксируют температуру воздуха в лаборатории.
Результаты испытаний и вычислений заносят в таблицу 2.
Таблица 1. Показания индикатора при статическом изгибе
| № п/п | Ступени нагружения F, Н | Отсчеты по индикатору, мм | |
| u | Du | ||
| Циклическое нагружение | |||
| F1 = 300 | |||
| F2 = 800 | |||
| F1 = 300 | |||
| F2 = 800 | |||
| F1 = 300 | |||
| F2 = 800 | |||
| Duср = | |||
| Ступенчатое нагружение | |||
Таблица 2. Результаты испытаний
| Показатели | Расчеты |
| Порода древесины | |
| Размеры, мм | b= h= |
| Температура воздуха, 0С | T= |
| Влажность древесины, % | Wb= |
| Модуль упругости, МПа | 
|
| Модуль упругости по ТКП 45-5.05-146-2009, МПа | E0= |
| Разрушающая нагрузка, кН | Fmax= |
| Временное сопротивление, МПа | 
|
| Временное сопротивление при температуре 20 0С, МПа | 
|
| Временное сопротивление при влажности древесины 12%, МПа | 
|
| Нормативное сопротивление, МПа | 
|
| Нормативное сопротивление по ТКП 45-5.05-146-2009, МПа | 
|
где DF – приращение нагрузки при циклическом нагружении, кН;
ld – расстояние между центрами опор, см;
b - ширина образца, см;
h – высота образца, см;
Duср – среднее арифметическое значение приращения прогиба в зоне чистого изгиба, см;
Сv – коэффициент изменчивости, равный 0,175;
a - поправочный коэффициент, равный 0,04, таблица 1.2 [10];
b - поправочное число на температуру, равное для сосны 4,5 МПа, для ели 3,5 МПа,
таблица 1.3 [10].
|
|
|
Рисунок 2. Зависимость деформаций от нагрузки при статическом изгибе
Рисунок 3. Характер разрушения образца
Выводы:
Вопросы для самоподготовки
1. Что такое модуль упругости? Где он используется при расчёте конструкций?
2. Что такое нормативное и расчетное сопротивления древесины и как они определяются?
3. Что характеризует коэффициент изменчивости и от чего он зависит?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
ИСПЫТАНИЕ СОЕДИНЕНИЙ ДЕРЕВЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
НА МЕХАНИЧЕСКИХ СВЯЗЯХ
I. Общие сведения
Соединения элементов представляют собой важнейшую часть несущих деревянных конструкций, от прочности которых непосредственно зависит надежная служба конструкций. Одним из видов соединения элементов деревянных конструкций являются соединения на механических связях, к которым относятся болты, гвозди, шурупы, глухари, шайбы шпоночного типа, нагельные и металлические зубчатые пластины.
Испытание образцов соединений деревянных конструкций необходимо для выяснения основных характеристик его работы под нагрузкой.
II. Цель работы:
1. Определить максимальную несущую способность соединения и характер деформации разрушения.
2. Определить величину деформаций соединения.
3. Построить график зависимости деформаций сдвига от нагрузки.
III. Методика проведения испытаний
Для испытаний изготавливаются образцы соединений на стальных стержнях (шпильках) и обычных гвоздях из стальной проволоки. Форма и размеры образцов приведены на рисунке 10 «а», «б».
Испытание образцов проводится на разрывной машине Р-10.
Испытание ведется непрерывно с постоянной скоростью равной примерно 300 Н/сек. Нагрузка увеличивается ступенями. Отсчеты по индикатору фиксируются в тот момент, когда нагрузка достигает соответствующей ступени, и заносятся в таблицу 7. Установка индикаторов часового типа показана на рисунке 10 «в». Величину разрушающей нагрузки устанавливают по силоизмерителю машины, когда при непрерывном росте деформаций нагрузка не увеличивается.
Таблица 7. Показания индикаторов при испытаниях соединений
| №№ п/п | На болтах | На гвоздях | ||||
| Ступени нагружения F, кН | Отсчеты по индикатору | Ступени нагружения F, кН | Отсчеты по индикатору | |||
| U, мм | DU, мм | U, мм | DU, мм | |||
|
|
|
Результаты испытаний элементов деревянных конструкций на гвоздях и болтах сводятся в таблицу 8.
а) соединение на стальных стержнях;
б) соединение на гвоздях;
в) схема установки индикаторов.
Рисунок 10. Схема испытания и эскизы образцов
Таблица 8. Результаты испытаний соединений
| Показатели | на болтах | на гвоздях |
| Порода древесины | ||
| Толщина соединяемых элементов, мм: - крайних - среднего | t1 = | t1 = |
| t2 = | t2 = |
Продолжение таблицы 8.
| Диаметр нагеля, мм | d = | d = |
| Коэффициент bn | 
|
|
| Коэффициент Кn | 0.105 | 0.063 |
| Коэффициент bn.max | 0.624 | 0.077 |
| Несущая способность одного среза нагеля, кН: - из условия смятия крайнего элемента - из условия смятия среднего элемента - из условия изгиба нагеля |
|
|
| Расчетная несущая способность соединения, кН | 
|
|
| Разрушающая нагрузка, кН | Fmax= | Fmax= |
| Нагрузка при деформации сдвига d = 2 мм, кН | F= | F= |
| Длительная нагрузка при деформации сдвига d = 2 мм, кН | Fдл=F·kдл= | Fmax= F·kдл= |
| Примечания | Размеры крайних и средних элементов, а также диаметр нагеля в формулы подставлять в см; расчетные сопротивления fh.1.d, fh.2.d, fh.d – из МПа перевести в кН/см2; значение коэффициента (bn) не должно превышать значение (bn.max). |
где fh.1.d и fh.2.d – расчетные сопротивления смятию древесины в глухом нагельном гнезде. Для симметричных соединений древесины на болтах и гвоздях fn.1.d = 8 МПа и fn.2.d = 5 МПа соответственно, таблица 9.2 и 9.3 [15];
|
|
|
fh.d – расчетное сопротивление изгибу нагеля. Для болтов fn.d = 18 МПа, для гвоздей fn.d = 25 МПа, таблица 9.4 [15];
nn – число нагелей в соединении;
ns – количество швов в соединении для одного нагеля;
bn – коэффициент, зависящий от отношения толщины более тонкого элемента к диаметру
нагеля;
Rl.d.min – минимальное значение несущей способности одного среза нагеля в соединении;
ka - коэффициент, учитывающий угол (a) между силой и направлением волокон,
таблица 9.5 [15];
Кдл = 0,67 – коэффициент, учитывающий снижение прочности древесины при длительном действии нагрузки.
а) - на болтах;
б) – на гвоздях.
Рисунок 11. Зависимость деформаций от нагрузки
а) – на болтах;
б) – на гвоздях.
Рисунок 12. Характер разрушения образцов
Выводы:
Вопросы для самопроверки
1. Как определяется расчетная несущая способность цилиндрического нагеля на один шов сплачивания в соединениях деревянных элементов?
2. Как располагаются нагели в соединениях деревянных элементов на гвоздях и болтах?
|
|
|
