Лабораторная работа по архитектуре и строительству для ТГУ

Лабораторная работа №1. Испытание двухсрезного соединения на стальных цилиндрических нагелях Цель и задачи работы Определить прочность и деформативность соединений на стальных цилиндрических нагелях. Общие положения (теоретические сведения) Нагелем называется гибкий стержень, который соединяет элементы деревянных конструкций, препятствует их взаимному сдвигу, а сам при этом работает на изгиб. Нагели изготавливают из стали, древесины твердых пород и пластмасс, в виде стержней круглого сечения. Их устанавливают в предварительно просверленные отверстия. Диаметр отверстий для нагеля делают равным диаметру самого нагеля, чем обеспечивается плотность соединения и уменьшается опасность раскалывания. Считается, что нагели работают на срез, хотя на самом деле среза по телу нагеля не происходит. Древесина мягче нагеля и происходит ее смятие, а сами нагели — изгибаются, тем не менее, по аналогии с заклепочными соединениями металла, нагели рассчитываются на срез, а место среза (которого фактически нет) называют «условным срезом». Расчетную несущую способность одного цилиндрического нагеля на один шов сплачивания в соединениях элементов из сосны и ели при направлении усилий, передаваемых нагелями вдоль волокон и гвоздями под любым углом, следует определять по таблице 18 СП 64.13330.2017 СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции». Объекты исследования, оборудование, материалы и наглядные пособия 1) Двухсрезное соединение на стальных цилиндрических нагелях 2) Разрывная машина Р-5 3) Индикаторы часового типа с ценой деления 0.01 мм 4) Миллиметровая бумага. Электронный влагомер ЭВ-2К. Задание на работу (рабочее задание) Установить разрушающую нагрузку и сравнить ее с расчетной несущей способностью соединения; построить зависимость деформаций сдвига в соединении от нагрузки и определить деформацию соединения, отвечающую расчетной несущей способности; установить нагрузку, соответствующую величине предельно допустимого сдвига. Ход работы (порядок выполнения работы) Испытание соединений проводится возрастающей нагрузкой с доведением образцов до разрушения на разрывной машине Р-5. Образцы соединений испытывают на сжатие по схеме, представленной на рис. 1.1. Нагрузка прикладывается ступенчато, на каждой ступени загружения записываются отсчёты по приборам в журнале-отчёте. Перед испытанием к образцам прикрепляют индикаторы часового типа для измерения перемещения (взаимных смещений соединяемых элементов). Два индикатора с ценой деления 0.01 мм устанавливаются с противоположных сторон образца. Прикрепляются индикаторы к крайним доскам, упоры для штифтов к средней доске, таким образом, чтобы под нагрузкой штифты выдвигались из корпусов индикаторов. При этом отсчёты по индикаторам идут по мере нагружения в сторону уменьшения, что должно учитываться при вычислении перемещения соединения. После исчерпания рабочего хода штифтов деформации определяются по смещению разрезанных полос предварительно наклеенной миллиметровой бумаги. Во время испытаний также фиксируются различные изменения в образце (треск, трещины, перекос), которые фиксируются в отчёте для соответствующей ступени нагружения. Если в конце испытания не отмечено разрушения с нарушением сплошности древесины элементов (разрыв, раскалывание и т.д.), то моментом разрушения является резкое падение усилия на рабочем табло силоизмерителя или непрерывный рост деформации без изменения прилагаемого усилия. Для анализа характера разрушения (остаточные изменения формы гнезда, выгиб нагеля) образец раскалывается вдоль волокон по оси нагелей. После испытания определяется влажность древесины образца с помощью электронного влагомера ЭВ-2К. Содержание отчета 1.1. Установление фактических размеров образца Согласно п. 8.20 СП 64.13330.2017 СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции» для стальных нагелей необходимо соблюдать следующие условия: ; ; . Если выполняется условие b=2a+c<10d, то эти значения можно взять следующими: S_1≥6d, S_2≥3d, S_3≥2,5d. Проверим вышеуказанные условия: b=2a+c=2∙24+24=72мм 10d=10∙10=100мм S_1=80мм≥7d=7∙10=70мм S_2=55мм≥3,5d=3,5∙10=35мм S_3=35мм≥2,5d=2,5∙10=25мм Исходные данные: H=350мм; а=24 мм; с=24 мм; b=75 мм; d=10 мм; S1min=80 мм; S2=55 мм; S3=35 мм. 1.2. Схема загружения образца и расстановка приборов Для измерения деформаций сдвига в швах на образце устанавливают два индикатора которые закрепляют на крайних досках таким образом, чтобы штифт индикатора упирался в уголок, прикрепленный к средней доске. Рисунок 1.2. Схема загружения образца и расстановки приборов: 1 – индикаторы; 2 – уголки; 3 – шурупы 1.3. Определение расчетной несущей способности образца Расчетную несущую способность нагельного соединения определяют по формуле: T_р=m∙n_ср∙T_мин, где m - количество нагелей; n_ср - количество "срезов" одного нагеля; n_ср=2; T_мин - наименьшая несущая способность одного "среза" нагеля, определяемая из трех условий: а) из условия смятия древесины крайнего элемента (a, d, с подставить в формулы в см) T_а=0,8∙a∙d=0,8∙2,4∙1,0=1,92 б) из условия смятия древесины среднего элемента T_c=0,5∙c∙d=0,5∙2,4∙1,0=1,2 в) из условия изгиба нагеля T_и=2,2∙d^2+0,025∙a^2=2,2∙〖1,0〗^2+0,025∙〖2,4〗^2=2,344 Но не более 3,5∙d^2=3,5∙〖1,0〗^2=3,5 T_мин=T_c=1,2 Расчетная несущая способность нагельного соединения равна: T_р=m∙n_ср∙T_мин=4∙2∙1,2=9,6 Поскольку испытание нагельного соединения проводят кратковременной нагрузкой, то фактическую несущую способность образца необходимо определять с учетом коэффициента Кдл: T_рфакт=T_р/0,67=9,6/0,67=14,33 Кдл=0,67 - усредненное значение коэффициента, учитывающего снижение прочности древесины при длительном действии нагрузки. 1.4. Испытание образца Таблица 1.1. 5. Обработка результатов испытаний После окончания испытания по данным табл. 1.1. строят зависимость перемещений нагельного соединения от нагрузки Рисунок 1.3. График зависимости деформаций сдвига нагельного соединения от нагрузки Результаты испытаний сопоставляют с теоретическими значениями. 1.6. Выводы P_max/T_расч=57/14,33=3,97 где P_max=57 кН P_∆2мм/T_расч=47/14,33=3,28 где P_∆2мм определяется по графику то значение P, которое соответствует допустимому перемещению соединения, равному 2 мм. Предельная нагрузка превышает расчетную в 3,97 раз. В соединении наблюдается запас прочности, равный 3,28. (Сюда подставляются значения, вычисленные выше в разделе Выводы).