Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований деревянных конструкций с соединениями на металлических зубчатых пластинах 12
1.1. Общая характеристика и опыт применения металлических зубчатых пластин в соединениях деревянных конструкций в строительной практике 12
1.2. Экспериментально-теоретические методы исследования соединений деревянных элементов на металлических зубчатых пластинах 21
1.3. Обоснование выбранного направления и задачи исследований 23
2. Напряженно-деформированное состояние узловых соединений деревянных элементов на МЗП и цилиндрических нагелях 30
2.1 .Напряженно-деформированное состояние узловых соединений деревянных элементов на цилиндрических нагелях 32
2.1.1. Напряженно-деформированное состояние узловых соединений деревянных элементов на стальных цилиндрических нагелях с металлическими накладками 32
2.1.2. Напряженно-деформированное состояние узловых соединений деревянных элементов на стальных цилиндрических нагелях с деревянными накладками 37
2.1.3. Напряженно-деформированное состояние древесины в зоне контакта с цилиндрическим стеклопластиковым нагелем по данным поверхностного зондирования 41
2.1.4. Особенности напряженно-деформированного состояния древесины в зоне контакта с гвоздем по данным поверхностного зондирования 47
2.2. Напряженно-деформированное состояние узловых соединений деревянных элементов на металлических зубчатых пластинах
2:2.1 Напряженно-деформированное состояние узловых соединений деревянных элементов наметаллических зубчатых пластинах при. сжатии : 55
2.2.Напряженно-деформированное состояние:узловых соединений; деревянных элементов на металлическихзубчатых пластинах при изгибе І ; 58?
2.3; Прочность и деформации древесины модифицированной статическим давлением. 66
ТА. Выводыпо второй главе 73І
3 Экспериментальные исследования треугольных деревянных ферм с соединениямшнаметаллических зубчатыхпластинах 74
3 Л .Методика проведения; экспериментальных исследований... 74
3.2. Напряженно-деф6рмированное состояние.треугольной деревянной фермы с консольными свесами на МЗП пролетом 7.6 м .83
3;3: Частотногвременной анализ треугольных ферм с консольными г свесамина МЗИ пролетом7.6 м в стадишупругопластического;деформирования:иразрушения: ; 89:
3.4.Выводы по третьейтлаве.. .- .97
4. Методика расчета взаимодействия зуба МЗП с древесиной . 98
4.1.Напряженно-деформированное состояние древесины в зоне контакта с зубом МЗП: 98
4.1. Г. Физико-механические свойства древесины ;...: 98
4.1.2. Диаграмма деформации стали.МЗПи древесины. 100
4.1.3. Расчет напряженно-деформированного состояния в зоне контакта древесины с зубом МЗП1 102
4.2.Расчёт коэффициента постели; при взаимодействии зуба МЗП сдревесиной с учетом направления действующей нагрузки по отношению к волокнам древесины. 113
4.3.Инженерный метод расчета узловых,соединений на МЗП 118
4.4.Выводы по четвертой главе 123
5. Расчет деревянных конструкций с узловыми соединениями на металлических зубчатых пластинах 124
5.1.Моделирование деревянных конструктивных элементов и металлической зубчатой пластины 124
5.2.Моделирование напряженно-деформированного состояния деревянного узлового соединения на МЗП при растяжении и изгибе... 126
5.2.1. Расчет деревянного узлового соединения на МЗП при растяжении 127
5.2.2. Расчет деревянного узлового соединения на МЗП при изгибе 131
5.3. Расчет треугольной деревянной фермы с консольными свесами пролетом 7.6 м с узловыми соединениями на МЗП 134
5.3.1. Результаты расчёта фермы на основе изотропной модели 138
5.3.2. Результаты расчёта фермы на основе ортотропной модели 143
5.3.3. Результаты расчёта фермы на основе ортотропной модели с учетом слоя древесины с повышенным значением прочности и модуля упругости на контактной поверхности 149
5.4.Сопоставление результатов расчетов с данными экспериментальных исследований 156 5.5.Выводы по пятой главе 159
Заключение 160
Список литературы 161
- Экспериментально-теоретические методы исследования соединений деревянных элементов на металлических зубчатых пластинах
- Напряженно-деформированное состояние узловых соединений деревянных элементов на стальных цилиндрических нагелях с деревянными накладками
- Напряженно-деф6рмированное состояние.треугольной деревянной фермы с консольными свесами на МЗП пролетом 7.6 м
- Расчет треугольной деревянной фермы с консольными свесами пролетом 7.6 м с узловыми соединениями на МЗП
Введение к работе
Актуальность работы. Строительство современных пространственных конструкций из древесины основано на применении новых технологий с максимальным использованием деталей и конструктивных элементов заводского изготовления.
Сквозные конструкции из древесины с узловыми соединениями на металлических зубчатых пластинах (МЗП) обладают малым собственным весом, надежностью соединений, отсутствием выступающих деталей и высокой технологичностью изготовления. Они экономически эффективны и нашли широкое применение в малоэтажном строительстве и при реконструкции зданий.
Современные методы расчета соединений на МЗП основаны на общих принципах расчета строительных конструкций по предельным состояниям и базируются на результатах обширных экспериментальных исследований. С развитием методов расчета выполнены исследования по оптимизации форм и размеров зубьев и пластин. Исследованы различные варианты узловых соединений сквозных конструкций, и получены практические зависимости для инженерных расчетов Экспериментально подтверждена высокая жесткость узловых соединений на МЗП, изучены факторы, влияющие на несущую способность и дефор-мативность в условиях эксплуатации. Показано, что податливость узлового соединения существенным образом влияет на общую деформативность конструкции. По результатам экспериментально-теоретических исследований предложены методики определения податливости узловых соединений. Разработаны рекомендации по проектированию и изготовлению пространственных конструкций с узловыми соединениями на МЗП.
Между тем, возможность повышения точности расчета конструкций с узловыми соединениями на МЗП исчерпана не в полной мере. Исследования напряженно-деформированного состояния конструкций узловых соединений в стадии упругопластического деформирования и разрушения проведены в ограниченном объеме. В проведенных исследованиях отсутствуют сведения о влиянии напряжений на изменение прочности и деформативности древесины. Дальнейшее развитие методов, направленных на уточнение решений и выявление резерва прочности может быть получено на основе уточненных моделей, учитывающих особенности поведения древесины и изменения ее физико-механических свойств зоне контакта с МЗП.
Перспектива использования сквозных деревянных конструкций с узловыми соединениями на МЗП предполагает совершенствование существующих методов расчета и технологии проектирования. Это определяет актуальность задачи, решение которой отвечает современным запросам строительства.
Работа выполнена в рамках госбюджетной темы 1.1.03 «Разработка новых направлений в теории синтеза сооружений, позволяющих расширить область создания конструкций пониженной материалоемкости и повышенной несущей способности. Фундаментальное исследование» (Г №01200315117), 2003-2007 г., входящей в тематический план НИР ТГАСУ.
Объект исследования - узловые соединения на металлических зубчатых пластинах в сквозных деревянных конструкциях.
Предмет исследования - напряженно-деформированное состояние узловых соединений на металлических зубчатых пластинах в сквозных деревянных конструкциях.
Цель работы - совершенствование метода расчета напряженно-деформированного состояния узловых соединений на МЗП в сквозных деревянных конструкциях при статическом нагружении с учетом изменения физико-механических свойств древесины в зоне контакта. Задачи исследования:
выполнить экспериментальные исследования узловых соединений деревянных элементов на МЗП, обеспечивающие возможность определения напряжений при использовании физических моделей и выявить степень упрочнения древесины в зоне контакта;
разработать метод расчета деревянных узловых соединений на МЗП с учетом упрочнения древесины в контактном слое и провести расчеты деревянной треугольной фермы с узловыми соединениями на МЗП на действие статической нагрузки;
выполнить экспериментальные исследования узловых деревянных соединений на МЗП и деревянных ферм с узловыми соединениями на МЗП в упругой стадии работы, при упругопластическом деформировании и разрушении при статическом нагружении;
разработать инженерный метод расчета узловых соединений на МЗП на действие статической нагрузки и получить совокупность научно обоснованных данных для их практического использования.
Методология работы основана на использовании классических положений теории расчета строительных конструкций. Физический эксперимент выполнялся с использованием современного измерительного оборудования в лаборатории кафедры металлических и деревянных конструкций Томского государственного архитектурно-строительного университета и в лаборатории КБ «Радар» Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. Это обеспечило необходимую достоверность полученных результатов. Расчеты проведены на основе программного расчетного комплекса АРМ Civil Engineering Prof. (Steel-Concrete-Wood St).
Научная новизна работы:
получены новые знания в определении уровня и характера напряжений в зоне контакта древесины и металлической зубчатой пластины;
поставлена и решена задача о влиянии физико-механических свойств древесины в зоне контакта на прочность и деформативность узловых соединений на металлической зубчатой пластине;
разработан метод расчета узловых соединений на МЗП из древесины на действие статической нагрузки с учетом упрочнения древесины в зоне контакта.
Практическая значимость работы:
разработан метод расчета напряженно-деформированного состояния узловых соединений на МЗП с учетом упрочнения древесины в зоне контакта;
определены значения коэффициентов постели в зависимости от направления действующей нагрузки к волокнам древесины и разработан инженерный
метод расчета для решения практических задач при проектировании деревянных конструкций с использованием МЗП.
Достоверность результатов работы обеспечена корректным использованием научных положений в области строительной механики и теории прочности, современных методов проведения экспериментальных исследований и применением прецизионного измерительного оборудования. О достоверности результатов свидетельствует удовлетворительное совпадение теоретических и экспериментальных данных.
Реализация работы. Результаты исследований использованы ООО «Зеленый дом» (г. Томск) в расчетах при разработке проектной документации и строительстве пространственных и плоских сквозных конструкций из древесины на МЗП. Результаты исследований использованы в Научно-техническом центре «АПМ» (НТЦ АПМ, г. Москва) при разработке версии v.9.6 программного продукта АРМ Civil Engineering Prof. (Steel-Concrete-Wood), предназначенного для расчета деревянных конструкций узловых соединений на металлических зубчатых пластинах. Материалы диссертационной работы используются в Томском государственном архитектурно-строительном университете при подготовке инженеров и магистров по направлению 270100 «Строительство».
Личный вклад диссертанта состоит:
в разработке программы экспериментальных исследований и проведении испытаний узловых соединений деревянных элементов на МЗП;
в обосновании использования методов поверхностного зондирования для определения напряжений в зоне контакта древесины и МЗП;
в проведении экспериментальных исследований деревянных треугольных ферм с узловыми соединениями на МЗП на действие статической нагрузки, и анализе полученных экспериментальных результатов;
в разработке метода расчета напряженно-деформированного состояния при взаимодействии древесины и МЗП с учетом упрочнения древесины в зоне контакта;
в разработке инженерного метода расчета прочности узловых соединений из древесины на МЗП на действие статической нагрузки.
На защиту выносятся:
методология проведения эксперимента по установлению свойств древесины в зоне контакта с внедренным стержнем и метод расчета узловых соединений на металлических зубчатых пластинах с учетом полученных данных;
совокупность экспериментальных и расчетных данных, характеризующих напряженно-деформированное состояние узловых соединений на МЗП при статическом нагружении;
результаты натурных испытаний треугольных деревянных ферм с консольными свесами пролетом 7,6 м;
инженерный метод расчета прочности узловых соединений из древесины на МЗП на действие статической нагрузки;
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них 6 в журнале, входящем в перечень ВАК. (4 статьи без соавторов, общим объемом 25 страниц журнального текста) и 2 статьи с соавторами (об-
6 щим объемом 13 страниц журнального текста) Остальные 5 работ, представлены в виде статей и докладов, из них без соавторов 3 работы и 2 работы с соавторами (общий объем 27 страниц журнального текста, вклад диссертанта составляет 30 до 50 процентов).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались и докладывались: на научных семинарах кафедры металлических и деревянных конструкций Томского государственного архитектурно-строительного университета (2004 - 2008 гг.); на научно-технических конференциях НГАСУ(Сибстрин), Новосибирск, 2005,2006,2008 г.; на региональной научно-технической конференции «Проблемы строительства и архитектуры» КрасГАСА, Красноярск, 2006 г.; на межрегиональной научно-технической конференции «Строительство: материалы, конструкции, технологии», БрГУ, Братск, 2007 г.; на международной научно-технической конференции молодых ученых (аспирантов, докторантов) «Актуальные проблемы современного строительства», СПбГАСУ, Санкт-Петербург 2007 г.; на Международной IEEE-Сибирской конференции по управлению и связи (SIBCON-2009), Томск, 2009 г.
Структура и объем работы. Диссертация объемом 182 страниц машинописного текста состоит из пяти глав, заключения, списка литературы из 184 наименований, 16 таблиц, 139 рисунков.
Экспериментально-теоретические методы исследования соединений деревянных элементов на металлических зубчатых пластинах
В первой; главе приводится- обзор работ; посвященных различным: вопросам экспериментальных и теоретических исследований деревянных: конструкций с узловыми соединениями на нагелях и металлических зубчатых пластинах, воспринимающих статические: нагрузки; Рассмотрено развитие , методов, расчета и; методик проведения экспериментальных, исследований. Обсуждаются;общие характеристики и опыт применения металлических зубчатых. пластин в соединениях деревянных конструкции в строительной практике. Выявлены, основные аспекты исследований деревянных; конструкций на нагелях и проведено-обоснование выбранного направления:
Во второй главе представлены результаты. экспериментальных исследований: образцов узловых соединений: на металлических зубчатых пластинах и стальных цилиндрических нагелях с металлическими и деревянными накладками: на продольное сжатие и изгиб. Методом поверхностного зондирвания выявлен характер распределения напряжений в древесине, взаимодействующей с нагелем, и с заостренной частью гвоздя. Экспериментально исследованы прочностные и деформативные характеристики древесины, сосны, модифицированной высоким давлением.
В третьей главе приводится методика и результаты экспериментальных исследований двух деревянных натурных ферм с консольными свесами пролетом 7.6 м с узловыми соединениями на металлических зубчатых пластинах. Рассмотрено напряженно-деформированное состояние конструкций во всем диапазоне прочности материала. Переход от упругой стадии работы к пластическим деформациям и разрушению определен путем анализа частотно-временных параметров конструкций ферм.
В четвертой главе разработан метод и проведены расчеты напряженно-деформированного состояния в зоне контакта зуба МЗП с древесиной сосны. Определены, значения коэффициентов- постели для древесины, взаимодействующей с зубом МЗП в зависимости от направления действующей нагрузки по отношению к волокнам древесины, сосны. Значения коэффициентов постели определено как средняя величина для каждой точки площадки контакта. Разработан инженерный метод и проведены расчеты прочности узловых соединений на МЗП треугольной деревянной фермы.
В пятой главе проведен расчет узловых деревянных соединений на.МЗП на основе изотропной и ортотропной модели древесины. Выполнен анализ результатов расчета узлового соединения на МЗП при растяжении и изгибе. Рассмотрены результаты расчёта треугольной деревянной фермы с узловыми соединениями на МЗП на действие статической нагрузки. Сопоставление результатов расчетов с данными экспериментов- показало их удовлетворительную согласованность.
В заключении сформулированы основные результаты работы и выводы. В приложении приведены акты о результатах внедрения. Методология работы основана на использовании классических положений теории расчета строительных конструкций. Физический эксперимент выполнялся с использованием современного измерительного оборудования, в; лаборатории кафедры металлических и- деревянных конструкций Томского-государственного архитектурно-строительного университета и в лаборатории КБ «Радар»1 Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники: Это обеспечило, необходимую достоверность полученных результатов. Расчеты проведены на основе программного расчетного1 комплексаAPM Civil Engineering/Prof. (Steel-ConcreterWood:St)i Практическое значение работы: - разработан метод расчета напряженно-деформированнрго состояния узловых соединений на МЗП с учетом упрочнения .древесины1 в зоне контакта; - определены значения коэффициентов постели в зависимости от направления} действующей нагрузки к волокнам древесины и разработан инженерный метод расчета для решения; практических задач: при проектировании деревянных конструкций использованием:МЗП:.
Достоверность результатов обеспечена корректным использованием научных положений в области строительной механики и теории прочности, современных методов проведения экспериментальных исследований и применением прецизионного измерительного оборудования.. О достоверности результатов свидетельствует удовлетворительное совпадение теоретических и экспериментальных данных.
Работа выполнена на кафедре металлических и деревянных конструкций, Томского государственного архитектурно-строительного университета под руководством профессора, д.т.н. Копаницы Д.Г.
Напряженно-деформированное состояние узловых соединений деревянных элементов на стальных цилиндрических нагелях с деревянными накладками
Появление стыковых пластин, с последующим внедрением мощных средств компьютерного проектирования, позволило качественно изменить использование древесины в строительстве, сделав его максимально технологичным, и сведя перерасход древесины и трудозатрат до минимума.
Способ соединения деревянных элементов посредством стальной зубчатой полосы согнутой по продольной оси в С-образный профиль - коннектор "КгаШх", разработан и запатентован в Швейцарии [43]. По продольным краям полосы вырезаны чередующиеся треугольные зубья с наклоном в разные стороны. При внедрении в древесину зубья расходятся и заклиниваются в древесине. Коннекторы "КгаШх" используются при строительстве стропильных ферм малоэтажных зданий. Для монтажа деревянных элементов в США разработаны металлические зубчатые скобы "Strapnail" с w-образными зубьями. Рассмотренные зубчатые накладки применяются в основном при монтаже и построечном изготовлении сквозных деревянных конструкций.
Совместными усилиями ЦНИИСК им. Кучеренко и ЦНИИдрев разработаны МЗП с тремя выштампованными зубьями из каждой прямоугольной прорези [162]. Для повышения жесткости в конструкции пластины предусмотрены дополнительные короткие когти. В Марийском ГТИ, разработаны пластины с продольно и поперечно, расположенными рядами прорезей [163]. Из каждой прорези выходит два зуба с боковыми заостренными выступами. В-отличии от пластин Марийского ГТИ,зубья МЗП ВНИИдрев расположенные параллельными рядами несколько смещены относительно друг друга.
Для повышения несущей способности узловых соединений предлагаются и другие конструктивные решения с гвоздеобразными или дюбелеоб-разными нагелями [40, 43; 59, 112, 113; 118, 121, 132, 156].
Конструкции крепежного элемента в виде МЗП, предложенные рядом зарубежных фирм отличаются не только формой зуба, но и формой пластины [168-180]. Наиболее эффективным и перспективным крепежным элементом являются металлические зубчатые пластины, которые широко применяются зарубежной практике строительства более 40 лет (США, Канада, ФРГ, Норвегия и др.) [12, 15, 16, 24, 102, 107, 160, 161]. Соединения на МЗП имеют свои преимущества по отношению к конструкциям, выполненным на клеевых- соединениях. Так как технологический процесс осуществляется на относительно не дорогом и исключающем сложные технологические процессы, оборудовании. Для усиления узловых соединений деревянных элементов используют МЗП, расположенные с обеих сторон сопряжения.
В нашей стране впервые МЗП применены при строительстве животноводческих помещений Марийским строительным трестом и ВНИИдревом при строительстве экспериментальных малоэтажных домов для крепления, узлов деревянных ферм [34, 96].
Способ соединения деревянных элементов на МЗП позволяет изготавливать сквозные конструкции разных форм: фермы, рамы, арочные и другие. Эти конструкции могут быть объединены в пространственные блоки. Разработка сквозных конструкций на МЗП осуществляется и в научно-исследовательских, и в учебных институтах (Марийский ГТИ [104], Казанский ИСИ [143]). Ограниченная несущая способность соединений на МЗП, приводит к необходимости разработки конструктивных решений способствующих повышению прочности узловых соединений. Например, предлагает 18
ся использование клея, или тканей пропитанных клеем между пластиной и древесиной [165, 166]. Невысокая технологичность этих решений ограничивает их применение.
Основными типами ферм, изготовляемых с узловыми соединениями на МЗП, являются треугольные односкатные и двухскатные, а также с параллельными поясами. Фермы имеют пролеты 7.5...20 м до 35 м. Треугольные двухскатные фермы предназначаются для покрытий с уклоном 15...38, а односкатные - с уклоном 6... 15. Для плоских покрытий зданий применяются фермы с параллельными поясами высотой 1/10 - 1/20 пролета, или же из таких ферм могут быть выполнены пространственные конструкции. Очертания поясов ферм могут быть практически любыми, в соответствии с архитектурным решением здания. Уникальность технологии дает возможность перекрывать пролеты до 24 метров на двух опорах и тем самым решать самые сложные инженерные задачи (рис. 1.7).
Быстровозводимые деревянные конструкции, применяемые в строительстве самых разнообразных крыш и мансард, не имеют равных себе по технологичности проектирования, заводского изготовления и монтажа. Конструкции изготавливаются с применением металлических зубчатых пластин и имеют сертификаты качества. Наиболее часто используемые деревянные стропильные конструкции приведены на рис. 1.8.
За рубежом широко используется заводское изготовление сквозных конструкций с узловыми конструкциями на МЗП. Например, на предприятиях фирмы Seiler and К(Германия) выпускает более 50 типов ферм для зданий различного назначения [5, 65]. В основном, это треугольные двускатные и односкатные фермы, а также фермы с параллельными поясами с пролетом от 7.5 до 20 м. В Швеции дощатые фермы на МЗП получили распространение в основном в малоэтажном домостроении. Пролет ферм не превышает 20 м.
Напряженно-деф6рмированное состояние.треугольной деревянной фермы с консольными свесами на МЗП пролетом 7.6 м
Для измерения деформаций использован измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) MIC-400, заводской №40104, который имеет сертификат об утверждении типа средств измерений RU.C.34.010.A №9569 Госстандарта России и сертификат соответствия № РОСС RU. АЯ 46. В37195 ГЦИ СИ РОСТЕСТ-МОСКВА. ИВК MIC-400 обеспечивает измерение по всем каналам с частотой 1536 Гц, (рис. 3.5).
Расстановка тензорезисторов на деревянных элементах и металлической пластине конькового узла, центрального нижнего и промежуточных узлов фермы показана на рис. 3.6.
Нагрузка прикладывалась к верхнему поясу ступенчато продолжительностью этапа 10-15 минут. Разгрузка конструкции проводилась обратным порядком. Сначала было проведено пробное нагружение в упругой стадии (3 ступени). После проверки работы регистрирующих приборов, фермы были испытаны за десять этапов во всем диапазоне прочности материалов. Испытание ферм проведено в соответствии с рекомендациями по испытанию деревянных конструкций [65]. Нагрузка на фермы изменялась в пределах от 0.46 кН/м до 5.0 кН/м (табл. 3.2). Обе фермы доведены до разрушения.
К началу разрушения на предпоследнем этапе значения продольных и поперечных относительных деформаций были близкими между собой. С увеличением нагрузки тензорезистор Т-9 вышел из строя, поперечные деформации (Т-8) увеличились до 1.0 700. В средней стойке наблюдались растягивающие деформации, изменяющиеся в пределах упругой работы древесины. В процессе разрушения фермы, растягивающие деформации средней стойки увеличились и тензорезисторы вышли из строя. Деформации МЗП в упругой стадии работы фермы изменялись при растяжении до 0.25 700, при сжатии -до 0.3 700. С увеличением нагрузки до 5 кН/м деформации пластины линейно увеличивались. В процессе разрушения фермы деформации сжатия (5Б, 6Б) и растяжения (4Б) увеличились до 1.2 700 86
Рассмотрим деформации элементов нижнего центрального узла, диаграммы которых показаны на рис. 3.11.
В процессе упругой работы при нагрузке 1.24 кН/м соответствующие-растягивающие деформации нижнего пояса 0.12 700. После появления в от- дельных сечениях пластических деформаций в элементах опорной зоны.фермы градиент деформаций древесины нижнего пояса увеличился и. при действии нагрузки 5 кН/м деформации увеличились с 0.3 до 0.65 700. Помимо деформаций растяжения и сжатия, в точке измерения были определены деформации сдвига, изменяющиеся до 0.45 /00. Сдвиговые усилия в окрестности узла возникали в результате его расцентровки. Центр пересечения продольных осей стержневых элементов смещен вниз. При нагрузке 5 кН/м в процессе разрушения ферм деформации растянутого пояса возросли до предельных, в результате тензометрические преобразователи вышли из строя. Деформации МЗП.происходили в упругой стадии и изменялись в пределах 0.1.. .0.2/оо до-нагрузки 4.29 кН/м. С увеличением нагрузки, деформации заметно выросли и к моменту разрушения фермы значение сжимающих деформаций достигли 1.0 700 (тензорезистор 1Б), а растянутые тенезорезисторы 2Б и ЗБ, соответственно 1.25 700 и 1.4 700. По сравнению с нижним-поясом, деформации в раскосе развивались с меньшим градиентом. Скорость нарастания сжимающих деформаций в раскосе в 3.5 раза ниже скорости нарастания деформаций в растянутом нижнем поясе: При нагрузке 3.03 кН/м деформации сжатия.достигли 0.51 /00. С появлением неупругих деформаций в элементах фермы, при. нагрузке превышающей 3.03 кН/м, рост деформаций в раскосе снизился и в процессе разрушения фермы эти значения составили 0.25/оо. Поперечные деформации основания. раскоса в стадии упругой работы развивались линейно до нагрузки 2.53 кН/м и достигли 0.32/оо. С увеличением нагрузки скорость поперечных деформаций увеличилась, и к моменту разрушения фермы составили 0.24/оо- Соответствующие деформации сдвига изменялись в пределах 0.21/оо.
Деформации элементов нижнего промежуточного узла»№18 изменялись в упругой стадии работы древесины до.нагрузки 4.29 кН/м. Соответствующие диаграммы деформаций показаны на рис. 3.12.
Значения деформаций увеличивались пропорционально растущим нагрузкам. Предельные значения растягивающих деформаций, в нижнем поясе (Т-19) при нагрузке 4.29 кН/м (рис. 3.13) составили 0.24 /00. С увеличением нагрузки в результате перераспределении усилий деформации снизились до 0.22 /00. Скорость деформаций в стойке и раскосе увеличилась. Однако значения деформаций не выходили за пределы упругих. Действие нагрузки 5 кН/м привело к значительному росту деформаций элементов узла и выходу из строя тензометрических преобразователей.
Диаграммы деформаций приопорного промежуточного нижнего узла №19 качественно отличались от деформаций промежуточного узла (рис. 3.13). Градиент растягивающих деформаций в раскосе (Т-21) в 3.5 раза превысил соответствующие значения в стойке (Т-20) и в 2.5 раза нижнем поясе (Т-22).
Расчет треугольной деревянной фермы с консольными свесами пролетом 7.6 м с узловыми соединениями на МЗП
Сопоставление результатов-расчетов, с данными, экспериментов проведено для?двух типов конструкций; включая:узловыё соединения Є-l и Сд-1 и . треугольные1 фермы. Сравнение" данных экспериментов и результатов расчетов по. прогибам для; элементов=С-Г; показало .что при нагрузке 22.4 кН;экс-периментальные перемещения s равны 3:5: мм, соответствующие/расчетные перемещениях4: :мм превышают экспериментальные на 12.5%. Для элементов Сд-1 экспериментальные:прогибы равньг3.2 мм, в то время как по результа-тамрасчетов получено 3;75 мм.,Превышение составляет 17.2%.
. Для узлового соединения С-1, - при- нагрузке 22.4 кН; деформации. верх-ней растянутошфибрьіі.МЗП (Т-1) равны 0.53І /00, что соответствует напряжет ниям 106:0гМПа. Расчеты показали, что напряжения пластины Bv этой;точке равны 110:5 МПа и выше экспериментальных наїЗ.6%..Деформации древесины в; крайних растянутых волокнах (Т-б)фавньъ 0:32 700, с соответствующими напряжениями 3.96 МПа. Расчетом, получены напряжения- 31375 МПа.. Они ниже экспериментальных на 17.4%. Экспериментальные деформации древесины в крайних сжатых волокнах (Т-5) равны;0.62 /00, с соответствующими напряжениями 7.81 МПа ниже расчетных напряжений 8:44 МПа на .7.46%;.
Для узлового соединения- Сд -1 при нагрузке 22.4 кН, экспериментальные деформации верхней растянутой- фибрьг МЗП (Т-3) равны 1.10 /00- Соответствующие напряжения 220.0 МПа;, Это на 15:6% превышает напряжения полученные в расчетах 190.0 МПа. Деформации крайнего растянутого волокна древесины, (Т-5) составили в экспериментах 0.356 /00. Соответствующие напряжения 4:48: МПа.. Расчетные значения напряжений в этой точке .3:75 МПа: Экспериментальные значения напряжений: превышают расчетные.на, 16.4%. Деформации.нижней фибры пластины:(Т-4) равны 0:23 /00. Соответствующие напряжения составили 46.0 МПа. Расчетные напряжения равны 35.78 МПа; этона 3:56% ниже экспериментальных..
Проведем сравнение результатов расчетов с данными экспериментов для треугольных ферм с консольными свесами. Рассмотрим две стадии напряженно-деформированного состояния, включая упругое и упругопластическое деформирование. Стадия упругого деформирования соответствует третьему этапу нагружения с нагрузкой на ферму 1.24 кН/м. Данные об упругопласти-ческом деформировании соответствуют восьмому экспериментальному этапу с нагрузкой на ферму 3.63 кН/м.
Сравнение проведено по значениям прогибов и напряжений. В табл. 5.3. приведены величины вертикального перемещения средней точки пролета фермы в упругой и упругопластической стадии работы, а также величины напряжений в древесине конькового узла и напряжения в МЗП.
Перемещения, W и напряжения, оэкв W, мм упругие деформации W, мм неупругие деформации Стэкв, МПа, упругие деформ. аэкв, МПа,неупругиедеформ. аэкв, МПа, упругие деформ. аэкв, МПа,неупругиедеформ.
Сравнение расчетных величин перемещений в стадии упругой работы показывает, что наиболее близкие к экспериментальным, получены на основе ортотропной модели с учетом слоя уплотненной древесины, сформированного в процессе вдавливания зубьев МЗП. Разница значений составила 17.6%. В стадии упругопластического деформирования, на 8-м этапе нагружения, лучшее:совпадение с экспериментом, также получилось для. ортотропной модели. с. учетом слоя уплотненной древесины.. Разница значений составила 18.7%..
Расчетные значения напряжений,, в.стадии;упругой работы древесины, получены; на основе изотропной и- ортотропной моделей: По сравнению с данными? экспериментов, эквивалентные: (по Мизесу) напряжения для изотропной модели в два раза: ниже. Различие данных по ортотропной модели в пределах. 33%.: Для ортотропной модели? с учетом лоя-уплотненной древесины. 6Ї5%; В стадии-упругопластического деформирования получено следующее расхождение расчетных и экспериментальных данных. Для изотропной модели--- напряжения; ниже экспериментальных на 59il%; Для ортотропной, модели-с: учетом ушютненного слоя, напряжения, вщревесине? ниже; экспериментальных на- 15.6%. Соответствующие напряжёниябез учета; уплотненного слоя{ выше: экспериментальных, на- 27.6%. Таким? образом; сравнение по; напряжениям показало; что наиболее близкие результаты полученьг для ортотропной модели с учетом уплотненного слоя:
Расчетные значения. напряжений в МЗП для; изотропной;модели; в стадии упругой работы ниже экспериментальных на 37%, а приупругопластичег ских деформациях на; 37.6%. Напряжения; полученные на основе- ортотропной модели при упругих деформациях ниже экспериментальных на 22.7%;. При упругопластическом деформировании . на 81 этапе нагружения значения напряжений выше экспериментальных на 15.8%..Расчет по ортотропной модели с учетом уплотненного слоя!древесины, показал, что в упругой стадии работы напряжениям пластине отличаются в меньшую сторону от экспериментальных на 21 .4%i С развитием пластических деформаций на 8 этапе нат грузки напряжения в .пластине превысили соответствующие экспериментальные на 13.5%.
