Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Тенденции применения армированных деревянных конструкций в строительстве 12
Основы прикладных методов расчета армированных деревянных конструкций 32
ГЛАВА 2 Специфика расчета модели изгибаемых армированных деревянных конструкций с учетом длительного действия нагрузки 49
2.1 Основные положения расчета 49
2.2 Теоретические методы расчета изгибаемых армированных деревянных конструкций с учетом длительного действия нагрузки на основе теории упругой наследственности 54
2.3 Метод расчета изгибаемых армированных деревянных элементов с учетом длительного действия нагрузки на основе теории упруго-ползучего тела 66
2.4. Аналитическая оценка и инженерный расчет изгибаемых армирован ных деревянных конструкций с учетом ползучести 76
2.5 Расчет армированных деревянных конструкций по предельным состояниям 79
2.6 Расчет предельной прочности армированных деревянных конструкций изгибаемых конструкций при длительном действии нагрузки 86
2.7 Численные исследования напряженно-деформированного состояния изгибаемых армированных деревянных конструкций с учетом длительного действия нагрузки с использованием программных средств 90
2.8. Выводы по главе 2 102
ГЛАВА 3 Исследования напряженно- деформированного состояния и расчет сжато-изгибаемых армированных деревянных конструкций при длительном действии-нагрузки 103
3.1 Основные положения расчета изгибаемых армированных деревянных конструкций при длительном действии нагрузки 103
3.2 Метод расчета на основе теории упругой наследственности 106
3.3 Расчет сжато-изгибаемых армированных деревянных конструкций по предельным состояниям при длительном действии нагрузки 120
3.4 Численные исследования напряженно-деформированного состояния сжато-изгибаемых армированных деревянных конструкций с учетом длительного действия нагрузки с применением ЭВМ 130
3.5. Численные исследования напряженно-деформированного состояния армированных деревянных сжато-изгибаемых элементов при длительном действии нагрузки (укрупненный алгоритм расчета). 132
3.6. Численные исследования напряженно-деформированного состояния армированных деревянных арок на ЭВМ 135
ГЛАВА 4 Экспериментальньш исследования напряженно-деформированного состояния армированных деревянных балок при длительном действии нагрузки 150
4.1 Цель и задачи исследования 150
4.2 Методика экспериментальных исследований 150
4.2.1 Выбор моделей балок 150
4.2.2 Методика испытаний натурных балок 163
4.3 Результаты экспериментальных исследований моделей армированных балок длительно действующей нагрузкой 166
4.4 Результаты испытаний натурных балок длительно действующей нагрузкой 170
4.5 Анализ результатов экспериментальных исследований армированных деревянных балок длительно действующей нагрузкой 208
4.6 Выводы потлаве 4 215
ГЛАВА 5 Экспериментальные исследования треугольных арок с армированным верхним поясом при длительном действии нагрузки 222
5.1 Задачи и методика проведения исследований моделей треугольных арок 222
5.2 Изготовление армированных элементов верхнего пояса моделей арок 235
5.3 Результаты экспериментальных исследований и их анализ 238
5.4 Методика проведения испытаний натурных конструкций 258
5.5. Конструктивные решения треугольных арок 263
5.6 Изготовление опытных арок 268
5.7 Результаты экспериментальных исследований и их анализ 269
5.8 Выводы по главе 5 276
ГЛАВА 6 Экспериментальные исследования панелей покрытия с армированным деревянным каркасом при длительном действии нагрузки 279
6.1 Методика экспериментальных исследований 279
6.2 Экспериментальные исследования моделей армированных деревянных каркасов 280
6.3 Экспериментальные исследования панелей покрытий 282
6.4 Результаты испытаний моделей панелей и их анализ 290
6.5 Результаты испытаний панелей покрытия длительно действующей нагрузкой 292
6.6 Выводы по главе 6 303
Основные выводы 305
Библиографический список
- Метод расчета изгибаемых армированных деревянных элементов с учетом длительного действия нагрузки на основе теории упруго-ползучего тела
- Расчет сжато-изгибаемых армированных деревянных конструкций по предельным состояниям при длительном действии нагрузки
- Методика экспериментальных исследований
- Результаты экспериментальных исследований и их анализ
Введение к работе
Актуальность темы. Армированные деревянные конструкции являются относительно новым видом конструкций, которые в строительстве находят все большее применение. Вместе с тем в нормативных документах отсутствуют требования к расчету и проектированию таких конструкций.
Одним из направлений расчета инженерных сооружений является учет специфики материала, его влияния на несущую способность, напряженно- деформированное состояние и деформативность конструкций.
Для комплексных конструкций на основе древесины, к числу которых относятся армированные деревянные конструкции, учет влияния специфики древесины как строительного материала позволяет более точно оценить расчетную схему и обеспечить требуемую надежность и долговечность.
К специфическим свойствам древесины в большей мере влияющим на работу армированных деревянных конструкций относится ползучесть, которая вызывает развивающиеся во времени деформации древесины. Арматура, сопротивляясь развитию этих деформаций, является источником возникающих дополнительных усилий, приводящих к изменению напряженно-деформированного состояния.
В связи с этим современные нормы проектирования требуют выполнения расчетов конструкций с учетом влияния ползучести, что вызывает необходимость освоения теории и практики расчета армированных деревянных конструкций с учетом влияния длительных процессов.
Цель и задачи работы. Создание и реализация научно обоснованного подхода к оценке длительной прочности и деформативности клееных армированных деревянных конструкций с учетом влияния реологии материалов, и вида напряженно–деформированного состояния при длительных силовых воздействиях.
Для достижения поставленной цели были поставлены и решены задачи:
- провести теоретическую оценку прочности и деформативности армированных деревянных конструкций при длительном действии нагрузки с учетом ползучести;
- провести численные исследования напряженно-деформированного состояния армированных деревянных конструкций с учетом ползучести и проанализировать закономерности изменения напряженно-деформированного состояния;
- обосновать достоверность теоретических расчетов результатами экспериментальных исследований;
- провести комплексное экспериментальное исследование работы изгибаемых и сжато-изгибаемых армированных деревянных конструкций при длительном действии нагрузки;
- исследовать характер изменения напряженно-деформированного состояния армированных деревянных конструкций при длительном действии нагрузки;
- определить влияние армирования на характеристику ползучести армированных деревянных конструкций;
- оценить достоверность значений характеристики ползучести армированных деревянных конструкций на базе статистических данных испытаний и разработать практический метод расчета армированных деревянных конструкций с учетом ползучести древесины;
- разработать рекомендации по конструированию и расчету армированных деревянных конструкций с учетом длительного действия нагрузки.
Научная новизна работы:- на основе комплексных исследований установлены общие закономерности процессов сопротивления и деформирования армированных деревянных конструкций при длительном действии нагрузки. Для описания указанных процессов использованы классические уравнения теории ползучести. Разработан алгоритм и программа прогнозирования деформативности армированных деревянных конструкций при длительно действующей нагрузке;
- изучены особенности работы армированных деревянных конструкций в условиях длительного действия нагрузки при эксплуатации;
- выполнен анализ статистического распределения характеристики ползучести армированных деревянных конструкций при разных уровнях загружения и выявлены зависимости характеристики ползучести от коэффициента армирования;
- выполнена теоретическая оценка напряженно-деформированного состояния армированных деревянных конструкций при изгибе и сжатии с изгибом с учетом длительного действия нагрузки;
- разработан алгоритм и программа расчета армированных деревянных конструкций с учетом длительно действующей нагрузки;
- получены значения коэффициентов влияния, учитывающие перераспределение усилий в сечениях армированных деревянных конструкций при длительно действующей нагрузке;
- проведена статистическая оценка достоверности полученных значений коэффициента ползучести армированных деревянных конструкций.
- проведены экспериментальные исследования армированных деревянных конструкций при длительном действии нагрузки.
Достоверность теоретических положений, математических и физических моделей, обоснованность выводов обеспечивается: корректностью поставленных задач и использованием общепринятых в механике твердого тела и строительной механике гипотез и допущений. Сравнение численных результатов расчетов по предлагаемой теории подтверждается достаточной сходимостью данных о напряженно-деформированном состоянии опытных конструкций, полученных в ходе экспериментальных исследований, сопоставлением результатов с расчетами по программному комплексу «Лира», а также эксплутационной пригодностью возведенных армированных деревянных конструкций в покрытиях зданий и сооружений.
На защиту выносятся: - новые результаты и зависимости напряженно-деформированного состояния армированных деревянных конструкций при длительном действии нагрузки;
- реологические параметры деформирования армированных деревянных конструкций при изгибе и сжатии с изгибом, представленные на основе моделей упругой наследственности и упруго-ползучего тела, учитывающие перераспределение усилий в сечениях армированных деревянных конструкций вследствие ползучести древесины под нагрузкой;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований опытных конструкций, подтверждающие изменение напряженно-деформированного состояния и деформативности вследствие перераспределения усилий из-за ползучести древесины;
- результаты численных исследований напряженно-деформированного состояния армированных деревянных конструкций при изгибе и сжатии с изгибом позволяющие учитывать влияние длительно действующей нагрузки на эксплуатационные свойства армированных деревянных конструкций.
Практическая значимость и внедрение результатов работы. Разработаны расчетные модели современных армированных деревянных конструкций учитывающие влияние длительного действия нагрузки. Доказана необходимость учета влияния перераспределения усилий в армированных деревянных конструкциях из-за ползучести древесины при длительно действующей нагрузке.
Разработаны методы практических расчетов армированных деревянных конструкций с учетом ползучести древесины и рекомендации по проектированию армированных деревянных конструкций, что позволяет повысить их надежность и долговечность на стадии проектирования и эксплуатации при полном и рациональном использовании свойств таких конструкций.
Результаты диссертационной работы внедрены при строительстве складского здания в г. Владимир, цехов деревообрабатывающих заводов в г. Чебоксары, г. Уфе, г. Абакане.
При разработке рекомендаций по проектированию ДК выполненных в рамках программы «Стройпрогресс-2000».
При проектировании деревянных несущих конструкций институтами «Владимирагропромпроект», «Владимирпромстройпроект», ЦНИИСК имени В. А. Кучеренко, ЦНИИ Промзданий.
Предложения по совершенствованию главы СНиП «Деревянные конструкции», и СТО «Деревянные и цельнодеревянные конструкции».
Внедрены в учебный процесс Владимирского государственного университета.
Апробация работы. Основные положения и полученные результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах и научно-технических конференциях ВлГУ (г. Владимир) (1990-2009 гг.); кафедры конструкций из дерева и пластмасс СПбГАСУ (г. Санкт-Петербург) (1996-2009 гг.); ННГАСУ (г. Нижний Новгород) (1996…2008 гг.); на Научно-техническом Совете по ДК Российской Академии Архитектуры и Строительных Наук; научно-техническом совете лаборатории ДК ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко; на международном симпозиуме Московского государственного университета леса (1996 г.); на конференциях в МИКХИС (МГАКХИС) (Москва) (2006-2009 гг.); на международных конференциях МАИЭС (Москва) (2000…2008 гг.); на международных симпозиумах «Современные строительные конструкции из металла и древесины» ОГАСА (г. Одесса) (1995-2008 гг.); на международных и региональных конференциях в г. Самаре, г. Волгограде, г. Харькове, г. Йошкар-Оле, г. Москве, г. Пензе, г. Владимире, г. Архангельске, г. Белгороде, г. Ростове-на-Дону, г. Бресте и др.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 75 печатных работ, в том числе 7 статей в изданиях рекомендованных ВАК.
Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, библиографии и двух приложений. Список литературы содержит 210 наименований, в том числе 27 зарубежных. Работа изложена на 324 страницах, включая 130 рисунков, 18 таблиц.
Метод расчета изгибаемых армированных деревянных элементов с учетом длительного действия нагрузки на основе теории упруго-ползучего тела
Учитывая, что предельные деформации волокон древесины при механических испытаниях на растяжение и сжатие в среднем составляют 1.15 и 0.84%, а у арматуры 6.. .16% ( при деформациях, соответствующих пределу текучести, равных 0.15-0.35% для арматуры класса A300 и А400) (рис. 1.1), приходим к выводу, что во всех случаях при совместной работе арматуры с древесиной прочность арматуры будет использована, т.е. напряжения в арматуре достигнут предела текучести прежде, чем будет исчерпана прочность древесины. В то же время арматура предотвращает обрушение конструкции вследствие того, что даже после полного разрушения древесины в растянутой зоне арматура частично сохраняет несущую способность, хотя и будет работать за пределом текучести. Экспериментальные исследования полностью подтверждают этот вывод и показывают, что после разрушения древесины растянутой зоны конструкции выдерживают нагрузку составляющую 0.65..0.75 от величины разрушающей нагрузки. В целом, для армирования деревянных конструкций рационально использование сталей, прочностные и упругие свойства которых наиболее полно соответствуют свойствам древесины — это арматура класса A300, А400.
Армирование деревянных конструкций может выполняться как отдельными стержнями, так и полукаркасами, представляющими собой продольные стержни рабочей арматуры с приваренными к ним под углом стержнями поперечной арматуры, диаметр которых не превышает 0.4..0.6 диаметра рабочей арматуры. Поперечные стержни ( не менее 2-3 с каждой стороны) в полукаркасах располагаются на концевых участках рабочей арматуры с шагом, равным 12-15 диаметрам на длине не менее 25-30 диаметров рабочей арматуры. Поперечные стержни повышают надежность сцепления арматуры с древесиной, исключают возможность хрупкого разрушения конструкции от скалывания клеевого шва или древесины в зоне расположения арматуры. Длина поперечных стержней не должна быть менее 0.25 h или 12-15d. В целом поперечное армирование приводит к усложнению технологии производства армированных деревянных конструкций. Более эффективным.является рациональное армирование. є%
Диаграммы растяжения арматурных сталей и диаграммы работы древесины Прочность, надежность и долговечность армированных деревянных конструкций в значительной мере зависит от клеевых соединений, используемых для склеивания древесины с арматурой. При склеивании арматуры с древесиной клей переходит в твердое состояние с последующим увеличением механической прочности клеевого слоя и сцепления его со склеиваемыми материалами. При этом качество склеивания определяет прочность и долговечность соединения. Клеевой шов принято рассматривать как единую композицию из клеевого слоя и двух прилегающих материалов. При этом прочность соединения зависит от механических свойств как клея, так и наиболее слабого из склеиваемых материалов, в данном случае - древесины. Необходимо, чтобы при склеивании древесины с арматурой прочность соединения превышала прочность основного материала конст рукции — древесины. Тогда разрушение такого соединения будет происходить от скалывания древесины вдоль волокон. Клеевое соединение арматуры с древесиной должно отвечать требованиям прочности, жесткости, стойкости к циклическим температурно-влажностным воздействиям, долговечности, технологичности и т.д.
Одним из первых примеров эффективного применения металла и древесины можно считать деревянное колесо, «одетое» в металлический обод. Идея использования в конструкциях совместной работы древесины и металла нашла развитие в армированных деревянных конструкциях и элементах. Так, в 1921 г. А. Клайтила (США) предложил использовать в конструкциях аэропланов и дирижаблей несущий деревянный элемент коробчатого сечения стрингера с запрессованной в полки стальной проволокой (рис. 1.2) [30]. Этот элемент можно считать прообразом современных армированных деревянных конструкций. Однако трудности, связанные с изготовлением таким конструкций, и отсутствие надежных средств соединения стальной проволоки с древесиной не позволили реализовать это предложение.
В 1926 г.А. Фишер ( Германия ) предложил армировать стальными прутками деревянные брусчатые балки и колонны несущих строительных конструкциях. [84, 129]. Стальные прутки должны были укладываться в пазы квадратного сечения и заливаться специальной мастикой, состав которой автор не приводил (рис. 1.3).
Балка коробчатого сечения, армированная стальной проволокой Первые проекты армированных деревянных конструкций не были осуществлены из-за отсутствия надежных средств соединения арматуры с древесиной. Поиски простого и эффективного способа соединения арматуры с древесиной привели к использованию различных механических средств. Русский инженер А.Л. Монасевич изготовил и испытал серию брусчатых балок, армированных в растянутой зоне стальной полосой, которая соединялась с древесиной при помощи специально выштампованных зубьев или анкерных башмаков (рис. 1.4) [100]. Испытания таких балок показали их более высокую прочность и надежность по сравнению с обычными, особенно при действии ударных нагрузок, поскольку арматура предотвращала возможность хрупкого разрушения балок. В дальнейшем это решение нашло применение при усилении деревянных конструкций. Однако рассмотренный способ соединения арматуры с древесиной позволял армировать только растянутую зону конструкций, в то время как расчеты показали, что наиболее эффективно двойное армирование. Для решения этой проблемы в 1944 г. X. Гранхольм (Швеция) предложил применять специальные стержни с кольцевыми выступами по длине (рис. 1.5) [191]. В этом случае совместная работа арматуры с древесиной обеспечивалось зацеплением кольцевых выступов, которые врезались в стенки паза при запрессовке стержня.
Конструкции, в которых арматура с древесиной соединялась механическим способом, не нашли применения именно как армированные вследствие того, что даже при значительном расходе стали из-за податливости соединения прочность и жесткость конструкции повышалась незначительно.
Разработка и освоение промышленностью выпуска эффективных синтетических клеев, способных обеспечить прочное и долговечное соединение разнородных материалов, позволили реально подойти к созданию клееных армированных деревянных конструкций
Расчет сжато-изгибаемых армированных деревянных конструкций по предельным состояниям при длительном действии нагрузки
Степени свободы U, V отвечают мембранным, a W,UX,UY -изгибным деформациям. Угол поворота UZ не входит в число узловых параметров, определяющих деформации элемента и в местной системе координат равен нулю. Эта степень свободы появляется при стыковке элементов, не лежащих в одной плоскости, и необходима для учета пространственной работы конструкции.
Исторически МКЭ появился как метод решения инженерных проблем и обобщение метода перемещений. Дальнейшее развитие МКЭ было связано с конечно-элементной формулировкой известных вариационных принципов Лагранжа, Кастильяно, Рейснера и др.
Выбор функции формы для элемента, как и выбор самого элемента, могут быть осуществлены по-разному и являются определяющим шагом в МКЭ. От этого зависит число узлов элемента и его порядок, общее число уравнений системы и успех реализации численного метода на ЭВМ. Таким образом, МКЭ является систематическим способом аппроксимации непрерывной функции дискретной моделью, представляющей собой множество значений функции в некотором числе точек области в совокупности с кусочными аппроксимациями этой функции на некотором конечном числе подобластей.
В последнее время появились работы, посвященные определению напряженного состояния в элементах по известным узловым перемещениям, полученным в результате решения уравнений МКЭ в перемещениях.
Помимо вопросов построения функций формы и конечно-элементной аппроксимации функций и их производных большое значение имеют приемы реализации. Реализация программ, использующих элементы построенного семейства, невозможна без автоматического построения функций формы и выполнения всех дальнейших операций на ЭВМ.
В настоящее время имеется определенное число программ для решения плоской задачи теории упругости. Существующие программы, как правило, написаны для моделей с постоянным модулем упругости всей системы. Программа ПК «ЛИРА 9.2» в полной мере отвечает поставленной задаче. ПК «ЛИРА 9.2» - это высококачественный лицензионный продукт, точность и надежность которого постоянно контролируются технической службой фирмы-разработчика.
Программа конечно-элементного анализа ПК «ЛИРА 9.2» выполняет линейный и нелинейный статический и динамический анализ, позволяет решать задачи устойчивости. В программе ПК «ЛИРА 9.2» матрица упругих характеристик была введена в цикл по элементам. Программа позволяет вычислить матрицу упругих характеристик для каждого элемента с различным модулем упругости. Рассмотрим алгоритм работы программного комплекса ПК «ЛИРА 9.2» на примере расчета деревянной балки с рациональным армированием. 3.6.2. Укрупненный алгоритм расчета армированной деревянной арки Весь процесс решения задачи происходит поэтапно. На первом этапе производится построение геометрического очертания конструкции с помощью элементарных геометрических объектов -точек и линий. На втором этапе описываются группы конечных элементов по жест-костям, т.е. по типу и материалу. Для каждой группы элементов задаются соответствующие ему характеристики: для пластин модуль упругости Е, коэффициент Пуассона V, толщина элемента; для стержневых элементов — форма и габариты сечения, модуль упругости Е, коэффициент Пуассона V. Определение группы элементов: - ссылочный номер группы элементов 1 — стальная арматура. - ссылочный номер группы элементов 2 - древесина; 141 КЭ 10 — тип элемента группы 1 — стержень круглого сечения, эквивалентного площади арматуры в зоне растяжения или сжатия (при симметричном армировании); КЭ 41 — тип элемента группы 2 — пластина, имеющая толщину, равную ширине арки; Задание механических констант для каждой группы элементов: Для элементов группы 1 (арматура): Е = 210000 МПа; V=0,3. Для элементов группы 2 (древесина сосны): Е= 10000 МПа; V=0,5. Приведенные выше значения механических констант определены с учетом реологических свойств древесины. 1 этап. Построение геометрии объекта с одновременной разбивкой на конечные элементы - задание узловой точки по левой оси опирання арки; - генерация стержневых элементов путем «выдавливания» заданного узла в вертикальном направлении на расстояние, равное высоте арки; - генерация элементов-пластин путем «выдавливания» стержневых элементов в горизонтальном направлении на расстояние, равное длине полуарки; - генерация элементов-стержней путем «выдавливания» в горизонтальном направлении двух точек в уровне размещения арматуры на расстояние, равное длине полуарки;
Методика экспериментальных исследований
Полученные результаты испытаний балок длительно действующей нагрузкой показали, что при нагрузке не превышающей значения двойной расчетной, деформации армированных деревянных балок носят затухающий характер. При этом модуль упругости древесины в результате ползучести снижается на 20-27% и составляет Ed(t) = 0,73...0,8 Ед при 0,3...0,35 Мвр и 0,6-0,65 при М = 0,5 Мвр значения характеристик ползучести изменяются в пределах от 0,140 до 0,203 при М = 0,3...0,35 Мвр при нагрузках близких к расчетным, что в среднем на 36% ниже чем у контрольных клееных балок без арматуры (табл. 4.3.), и значений ср, = 0,241...0,364 при М = 0,5 Мвр.
При увеличении коэффициента армирования отмечено снижение характеристики ползучести, что говорит о более высоких эксплуатацион 208 ных свойствах армирования балок по сравнению с контрольными, т.к. арматура оказывает сдерживающее влияние на ползучесть древесины в конструкциях.
Как уже отмечалось при длительном действии нагрузки в армированных балках происходит ощутимое изменение напряженно-деформированного состояния. Вследствие ползучести древесины под нагрузкой происходит перераспределение усилий в сечениях армированной балки в результате чего напряжения в арматуре увеличиваются, а в древесине соответственно снижаются. Перераспределение усилий приводит к увеличению доли участия арматуры в работе балки, разгружает древесину и в целом приводит к уменьшению деформативности во времени. Однако, рост напряжений в арматуре может привести к потери конструкцией несущей способности в случае если напряжения в арматуре достигнут предела текучести.
Считая, что модуль упругости арматурной стали во времени при нормальной температуре не меняется, то приращение напряжений в арматуре определяем непосредственно по измеренным значениям относительных деформаций Aas(t) [ss(t)-sso]Es; (4.1) где Es— модуль упругости арматуры; ss (0 — полная относительная деформация за время нагружения; sso - начальная (упруго-мгновенная) деформация арматуры. Изменение напряжений в волокнах древесины определяем из условия, что действующая нагрузка во времени постоянна, т.е. Мтг= const. Из условия равновесия внутренних усилий внешним имеем: М11зг = Мд ( + Мд (0 = ag (0 Wd + as (t) А,Ьз-. (4.2) Знаем, что деформации арматуры равны и совместны, т.е. zs(t)=sd(t). Тогда при величине напряжений в арматуре равной a5 (t) = G + Аа5 (і) найдем значение напряжений в древесине из выражений (4.1) и (4.2): 209 стд(0= -2а-а,(0 3лц (4.3) fro Ha рис. 4.31, 4.34, 4.39 приведена зависимость изменения напряжений в арматуре и древесине балок пролетом 6, 12 и 18 м, а в балках пролетом 4,5 м на рис. 4.40. Вследствие перераспределения усилий, повышается надежность конструкций в целом, поскольку разгружается более «слабый» материал -древесина. При этом, если в начальный момент, арматура воспринимает 50-60% от действующих усилий, т.е. Ма= (0,5...,Є)Мшг, то в результате перераспределения усилий доля арматуры в работе конструкции возрастает до 70-80%. Отмечено, что с увеличением высоты сечения краевые относительные деформации растут медленнее, чем у балок с малой высоты сечения. Так, у балок пролетом 4,5 такая зависимость проявляется довольно четко и разница в среднем составляет 11% для балок с — = и — = — (табл. 4.3). Армирование повышает надежность конструкций, поскольку предотвращается возможность хрупкого обрушения.
Сопоставление результатов эксперимента с теоретическими значениями, полученными расчетным путем по методикам, изложенным в гл. 2 показало, что отклонения составляют — 8,6 + 17,0 %, что говорит о достаточности выбранных предпосылках расчета (табл. 4.4).
Теоретические результаты и результаты эксперимента достаточно хорошо совпадают с результатами численных исследований, проведенных с помощью ПК «Cosmos/M», «ЛИРА9.2». В этом случае разница в определении перемещений, прогибов составила + 8 - 14%, а напряжений в древесине 11 %, и арматуре 7 %.
Результаты испытаний армированных балок проведенные различными авторами приведены в таблице 4.6.
Сопоставление полученных результатов испытаний армированных балок длительно действующей нагрузкой с результатами, полученными ранее другими исследованиями, показало, что имеющиеся различия не выходят за пределы вероятностных отклонений (табл. 4.6), вызванных различными условиями испытаний, механическими и упругими характеристиками древесины и уровнем нагружения в зависимости от Мвр
Результаты экспериментальных исследований и их анализ
В главе приведена методика проведения испытаний моделей и полноразмерных панелей с армированным деревянным каркасом при длительном действии нагрузки. Выполнен анализ результатов исследований, позволивший сделать выводы о прочности и деформативности плит во времени. Проведено сравнение экспериментальных результатов с теоретическими.
Достоверные сведения о поведении конструкции в процессе эксплуатации можно получить, максимально приблизив испытания к реальным условиям, учитывая, что при длительном действии нагрузок происходят значительные изменения в характере работы конструкции в целом.
Проведенные ранее испытания армированных деревянных конструкций при длительном действии нагрузок (эксплуатационных или близких к ним) показали, что изменения напряженно-деформированного состояния. происходят весьма значительно. При этом практически не изучен вопрос о работе «низких» балок с относительной высотой сечения 1 / 25 — 1/40 пролета, которые, по сути, являются основными несущими элементами каркаса плит покрытия, а также могут применяться в виде второстепенных балок - прогонов.
С этой целью в задачи исследования входило исследование работы как.элементовкаркаса, так и полноразмерных плит при длительном действии нагрузок,.по своим значениям близкимкэксплуатационным:
Учитывая реальные возможности постановки эксперимента, на первом этапе экспериментальных исследований испытывались модели каркаса плит, запроектированные по принципу полного геометрического подобия реальным конструкциям. При этом соблюдался принцип полного физического подобия материалов каркаса моделей и реальных конструкций, что позволяло получить подобия по жесткостям и-сохранить в модели физические явления, происходящие в натурных конструкциях при нагружении.
Для эксперимента были выбраны крупномасштабные модели в соответствии с требованиями теории подобия и условиями моделирования.
В качестве аналога выбраны плиты покрытия размером 1,5 х 6 м с высотой армированных ребер каркаса 150... 180 мм.
Исходя из условий проведения эксперимента, масштабный множитель при моделировании был принят равным 0,45. При этом пролет модели составил 2,7 м при высоте сечения, ребер 100 мм, или 1/27 пролета. Ширина сечения принята равной-30 мм:
Ребра каркаса моделей изготавливались из древесины сосны 3-го сорта. Армирование осуществлял ось-при помощи двух стержней периодического профиля 0 8 мм класса А-Ш, размещенных в сжатой и растянутой
Вклеивание стержней периодического профиля производилось в пазы полукруглого сечения шириной 10 мм при помощи эпоксидно-песчаного компаунда. При этом влажность древесины составляла 13,5... 14 %.
Всего изготовлено два каркаса моделей плит, составленных из двух продольных ребер: К-1, К-2 и К-3. К-1 имел армирование по всей длине ребер.
Испытание моделей проводили в горизонтальном положении на специальном стенде (рис. 6.2) (фото).
Нагрузка создавалась при помощи штучных грузов массой 40 кг, которые равномерно распределялись по длине каркаса. Загружение производилось ступенями, равными 1 / 10 от величины испытательной нагрузки, которая была равной нормативной нагрузке и составляла 400 кгс / м.
Под каждой ступенью нагрузки давалась выдержка 10—12 мин. — времени, необходимого для стабилизации деформаций и снятия отсчетов с приборов. Расстановка приборов при испытании каркасов приведена на рис. 6.3.
При испытании определялись прогибы элементов каркаса с помощью стальной нити, натянутой с помощью отвеса между опорными сечениями в уровне нейтральной оси и зеркальной шкалы с ценой деления 1,0 мм, краевые деформации арматуры и древесины измерялись с помощью индикаторов часового типа с удлинителем на базе 200 мм в зоне чистого изгиба.
Под нагрузкой модели находились 380 суток, при этом деформации полностью стабилизировались, после чего проводилось разгружение с целью определения характера редеформирования элементов-каркаса панелей в течение 60 суток.
