CC BY
21
D.G. GRISHANOV
DESIGN OF UNFASHION FARMS WITH PENTAHEDRON BY SECTION BELT
In article looking the design an unfashion farms. The Design feature looking farms in that that in change from earlier designed design (1, 2) pentahedron section is used not on the whole length of the designs, but in places of the node join only. Looking designs belt farms, executed from shveller and curved welded profile (cwp). it Is shown that considered a design unfashion farms answers the modern requirements to economy used material and minimum expenses on its montage.
УДК 624.078.416+669.14:62-41+621.88.086
Д.В. ЛОСКУТОВА, аспирант,
ТГАСУ, Томск
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УЗЛОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДЕРЕВЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ ПЛАСТИНАХ ПРИ ИЗГИБЕ
В статье рассмотрены результаты экспериментальных исследований узловых соединений на металлических зубчатых пластинах (МЗП) при действии изгиба. Представлено сопоставление жесткости рассматриваемых узловых соединений с различной высотой сжатой зоны, имитируемой жесткими вставками. Показано, что на податливость узловых соединений при изгибе конструкции оказывают влияние деформации МЗП в сжатой зоне. Учет работы МЗП в сжатой зоне позволяет снизить податливость соединения в 1,4 раза.
В деревянных фермах на металлических зубчатых пластинах наиболее ответственными и одновременно уязвимыми являются узлы нижнего пояса. В узлах, испытывающих растяжение, нагрузку воспринимает МЗП. Как правило, расчет узловых соединений нижнего пояса фермы на МЗП осуществляется только на действие расчётного растягивающего усилия, т. е. расчет ведется без учета деформированной схемы конструкции. Под нагрузкой в сечении элемента нижнего пояса наряду с растянутой зоной появляется сжатая зона [1].
Для изучения работы металлической зубчатой пластины, расположенной в сжатой зоне изгибаемого элемента нижнего пояса фермы, и влияния ее работы на податливость узлового соединения, были проведены экспериментальные исследования.
Изготовлено 14 опытных образцов. Для изготовления деревянных элементов узловых соединений использовался пиломатериал (сосна) размером поперечного сечения 50x150 мм. Это соответствует размерам соединений элементов в реальных конструкциях на МЗП. Использованы металлические зубчатые пластины GNA 20 фирмы Mitek Industries, изготовленные из оцинкованной тонколистовой стали (05кп, ГОСТ 1050-88*) толщиной 1,2 мм, которые были запрессо-
© Д.В. Лоскутова, 2008
ваны в деревянные элементы с двух сторон. Соединение элементов по длине выполнено с зазором 12 мм. Эксперименты проведены на действие изгибающих сил [2]. Испытания опытных образцов проводились по балочной схеме. В зазор между деревянными элементами образцов в сжатой зоне установлена вставка из оргстекла. Ширина МЗП и ее положение по высоте сжатой зоны изгибаемого элемента принята переменной. В образцах I типа (С-1...С-6) выполнен поперечный разрез МЗП на глубину 75 мм, в результате этого рабочая ширина пластины в растянутой зоне составила / высоты сечения. В образцах II типа (С-7. С-12) в результате разреза на большую глубину рабочая ширина пластины в растянутой зоне составила 1/3 высоты сечения (рис. 1, а, б).
1|| Л
<$2 г*
\ Зу>е&т& / ЗШЯР ' г ЦоИчВ 03 7 щтк
£г а
б
а
в
[, ^1 >■ ^ 5351 ®| —Ч
\ ЕЗ
\ Иеребтй ЖМЯ71 ™ ПрвНтш ■ , щтт
Рис. 1. Общий вид узловых соединений:
а - образцы I типа; б - образцы II типа; в - образцы Сд-1, Сд-2
Дополнительно было изготовлено два образца Сд-1, Сд-2, в которых МЗП в виде полосы шириной 50 мм установлены только в предполагаемой растянутой зоне (рис. 1, в). Общий вид испытания узловых соединений показан на рис. 2.
Рис. 2. Общий вид испытания узловых соединений на МЗП
Образцы устанавливались в стенде посредством специальных металлических захватов. Исследуемая пластина располагалась в зоне чистого изгиба.
Перед началом испытаний каждый образец центрировался. Нагрузка создавалась гидравлическим домкратом и увеличивалась с шагом 3,2 кН. Все образцы доведены до разрушения. В процессе нагружения проведены измерения зазора в растянутой зоне между торцами соосных деревянных элементов узлов на МЗП. Измерение перемещений осуществлялось прогибоме-рами системы Аистова, с ценой деления 0,01 мм. Схема испытаний образца и расстановки приборов показана на рис. 3, где П - прогибомеры.
Рис. 3. Схема нагрузки образца и расстановки приборов: а - для I типа; б - для II типа
Относительные деформации деревянных элементов и металлической пластины определялись посредством тензометрических преобразователей с базой 5 мм, наклеенных на металлической пластине, и с базой 20 мм -на деревянные элементы.
Тензометрические преобразователи были подключены к 64-канальному приемно-измерительному комплексу. Определение и обработка экспериментальных результатов осуществлялись посредством сертифицированного программного комплекса автоматизации экспериментальных измерений - ЛСТеБ1. Управление работой комплекса и обработка экспериментальных результатов проведены в реальном масштабе времени. Схемы расстановки тензометрических преобразователей показаны на рис. 4, где Т - тензометрические преобразователи.
а 7
Р/2
р/2
б
М нзп
V Ь2\ ! 1=^1 1 23
ыГ~ м к
йереіїятй зтенш / ~\ Р/2
V , ж С
г #-
1-3 .
И МЗП
і /Т~^
зтенш [
Р/2
Р/2
в
Рис. 4. Схемы расстановки тензометрических преобразователей на опытных соединениях: а - образцы С-1, С-2; б - образцы С-7, С-8; в - образец Сд-1; г - образец Сд-2
Диаграммы изменения зазора между торцами соосных элементов от нагрузки показаны на рис. З. Обработка экспериментальных результатов проведена в программах Table Curve и Origin. Аппроксимация экспериментальных данных выполнена методом наименьших квадратов полиномом y = a + bx + ex0,5.
б
Перемещения, \У, мм
Рис. 5. Изменение зазора в элементах образцов: а - I типа; б -II типа; в - Сд-1, Сд-2
а
в
На рис. 6 представлены диаграммы прогибов опытных образцов в плоскости действующей нагрузки. Анализ поперечных деформаций свидетельствует
о том, что элементы I типа менее деформативны, чем элементы II типа.
Прогиб, мм Прогиб, мм
Рис. б. Диаграмма прогибов образцов: а - I типа; б - II типа
По результатам испытаний для каждого образца построены диаграммы относительных деформаций, представленные на рис. 7. Измерения проведены в упругой стадии работы конструкций. Наибольших деформаций крайние растянутые волокна древесины достигли у образцов I и II типов 0,45 0/00 (Т6). Соответствующие деформации сжатых волокон древесины не превысили 0,8 0/00 (Т5). Деформации стальной пластины в растянутой зоне изменялись в пределах 0,65. 1,6 0/00 (Т1). В дополнительных образцах (Сд-1, Сд-2) МЗП работали на растяжение с изгибом. На начальном этапе деформирования в упругой стадии работы тензометрические преобразователи (Т4) испытывали сжатие. После увеличения нагрузки и появления упругопластических деформаций произошло перераспределение усилий, и в сечении МЗП наблюдались только растягивающие деформации. Максимальные растягивающие деформации наблюдались в верхней части растянутой пластины 2,2 0/00 (Т3). При этом деформации тензометрического преобразователя (Т4) не превысили 0,4 0/00.
а б
Относительные деформации, [х I О'3]
Относительные деформации, [х 10' ]
Рис. 7. Диаграммы относительных деформаций образцов: а - образцы С-1; б - образцы С-7; в - образец Сд-1
в
В образцах Ьго типа величина податливости при расчетной нагрузке составляет 0,65 мм, в образцах П-го типа - 1,15 мм. Это не превышает величины 2 мм для податливых соединений, определенных СНиП П-25-80.
Градиент роста деформаций при уровне нагрузки выше расчетной для соединений I типа составляет 0,095, для II типа - 0,145, а для образцов Сд-1, Сд-2 - 0,207. Эти результаты свидетельствуют о повышении податливости образцов II типа.
Из диаграммы деформирования соединений, построенных по осреднен-ным экспериментальным значениям податливости связей шести образцов каждой серии, видно, что для соединений I типа диаграммы имеют прямолинейные участки (упругая стадия) в интервале до 15 кН, при дальнейшем увеличении нагрузки зависимость между деформациями и нагрузками приобретает нелинейный характер. Податливость соединений возрастает. Для соединений II типа диаграмма относительных деформаций сохраняет прямолинейность до 10 кН. Увеличение податливости в образцах II типа при увеличении нагрузки происходит в большей степени за счет меньшего влияния площади сжатой зоны пластины.
Результаты испытаний показали, что разрушение образцов I и II типов происходило по пластине (рис. 8), характерным предвестником разрушения было образование шейки в растянутой зоне (рис. 9).
Рис. 8. Характер разрушения опытного образца
Рис. 9. Образование шейки в растянутой зоне пластины
Основные результаты экспериментальных исследований для образцов
I и II типа приведены в таблице, из которой видно, что отношение Тразр/Трасч > &зап, где &зап = 1,3. Это свидетельствует о запасе прочности соединений, обеспечивающих надежную работу деревянной конструкции на МЗП при эксплуатационных нагрузках.
Основные результаты экспериментальных исследований
Тип соединения Кол-во образцов Т A расч Т Аразр Т /Т Аразр' Арасч
I 6 18,9 32 1,69
II 6 16,8 24 1,43
Исходя из полученных результатов испытаний узловых соединений изгибаемых балочных элементов, можно сделать следующие выводы:
На податливость узловых соединений нижнего растянутого пояса ферм на МЗП при деформированной схеме работы конструкции оказывает влияние сжатая зона узлового соединения. Включение в работу пластины сжатой зоны позволяет уменьшить податливость в 1,4 раза.
Податливость узловых соединений в фермах с учетом их реальной работы может быть уменьшена по сравнению с рекомендациями СНиП II-25-80.
Библиографический список
1. Лоскутова, Д.В. Анализ разрушения деревянной фермы с соединением на металличе-
ских зубчатых пластинах / Д.В. Лоскутова // Строительство: материалы, конструкции, технологии: материалы V Межрегиональной научно-технической конференции. -Братск : ГОУ ВПО «БрГУ», 2007. - 203 с.
2. Рекомендации по испытанию соединений деревянных конструкций / ЦНИИСК
им. В.А. Кучеренко. - М. : Стройиздат, 1981. - 40 с.
D.V. LOSKUTOVA
EXPERIMENTAL RESEARCHES OF NODAL CONNECTIONS OF WOODEN ELEMENTS ON METAL TOOTHED PLATES AT A BEND
The results of experimental researches of nodal connections on metal toothed plates at bending are considered in the paper. Comparison of rigidity of considered nodal connections to various heights of the compressed zone simulated by rigid inserts is presented. It is shown, that the flexibility of nodal connections at bending of a design is influenced by the deformations of a metal toothed plate in the compressed zone. The account of work of a metal toothed plate in compressed zones allows to decrease a flexibility of connection in 1.4 times.
