Дослідження роботи з’єднань дерев’яних елементів на цвяхах за дії малоциклових навантажень

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОТИ З'ЄДНАНЬ ДЕРЕВ'ЯНИХ ЕЛЕМЕНТІВ НА ЦВЯХАХ ЗА ДІЇ МАЛОЦИКЛОВИХ НАВАНТАЖЕНЬ

Гомон С.С., к.т.н., доцент, Алексієвець В. І., аспірант (Національний

університет водного господарства та природокористування м. Рівне)

В статті наведено результати експериментальних досліджень роботи нагельного з'єднання за дії малоциклових навантажень.

При експлуатації будівель і споруд з'єднання елементів дерев'яних конструкцій зазнають дії короткочасних, малоциклових та тривалих навантажень змінних рівнів. Робота з'єднань елементів дерев'яних конструкцій на нагелях за короткочасних чи тривалих навантажень досліджувалася великою плеядою вітчизняних та зарубіжних вчених [1,2,3,4]. Існуючі методи розрахунків нагельних з'єднань не в повній мірі враховують дійсну їхню роботу. Тому все більше практичне значення мають питання дослідження розвитку деформативного стану та визначення несучої здатності нагельних з'єднань за малоциклових навантажень.

Діючі норми не враховують вплив малоциклових навантажень на зміну фізико-механічних властивостей нагельних з'єднань, а також не враховують реальну зміну напружено-деформованого стану та несучої здатності елементів після дії таких навантажень, оскільки дослідженням роботи деревини та роботи з'єднань з деревини за малоциклових навантажень різних режимів та рівнів вздовж волокон та поперек волокон не займався донині за нашими даними ніхто. Тому настав час вивчити роботу деревини та різних з'єднання елементів дерев'яних конструкцій на дію таких навантажень.

На кафедрі інженерних конструкцій НУГВП розроблена програма досліджень та були проведені дослідження зразків симетричних з'єднань (рис. 1) за їх роботи на стиск вздовж волокон, які досліджувалися при вологості деревини 12 %. З'єднання виготовлено із соснових дощок першого сорту на цвяхах. Метою даних досліджень було встановити вплив малоциклових навантажень на роботу нагельних (цвяхових) з'єднань дерев'яних конструкцій, розробити методику їхнього розрахунку з врахуванням встановлених впливів.

Навантаження на першому, другому, п'ятому, десятому, двадцятому, п'ятдесятому та в подальшому через кожних сорок дев'ять циклів прикладалося ступенями не більшими 10% від несучої здатності з'єднання за короткочасної дії навантажень. На даний час несуча здатність симетричного нагельного з'єднання визначається за існуючими формулами [5]:

T=0,8аd; (1)

T=0,5сd; (2)

T=2,5d²+0,01a²4 d², (3)

В той же час несуча здатність з'єднання дерев'яних елементів на цвяхах вздовж волокон обмежувалася за граничними деформаціями , які для такого з'єднання становлять мм [5].

Для реалізації поставленої мети вирішувались такі задачі:

ь експериментально дослідити вплив мало циклового навантаження на роботу та витривалість нагельного з'єднання ;

ь експериментально дослідити залежність між початковими деформаціями нагельного з'єднання та його витривалістю;

ь встановити залежність між початковими деформаціями, несучою здатністю та витривалістю з'єднання;

ь розробити методику визначення несучої здатності нагельного з'єднання в залежності від початкових деформацій;

ь визначити коефіцієнт податливості з'єднання.

Опис досліджених зразків. Випробування міцності нагельних з'єднань на малоциклові навантаження проводились на зразках виготовлених із соснових дошок з 8-ма, 6-ма та 5-ма нагелями (схема та опис зразків показані на рис. 1 і табл.1). Забивання цвяхів проводилось молотком без попереднього розсвердлювання отворів.

Таблиця 1. Номенклатура та режим завантаження дослідних зразків

Методика проведення експериментальних досліджень. Випробування зразків мало цикловими навантаженнями проводилось при стиску на машині Р-5. Для вимірювання деформацій взаємного зсуву елементів примінили індикатори годинникового типу ИЧ-10 з ціною поділки 0,01 мм, які були прикріпленні з протилежних сторін зразка за допомогою циліндричних шурупів. Для упору вимірювальних стержнів індикаторів використовувались накладні пристосування - столики (рис.3).

Нижній рівень прикладання малоциклових навантажень становив _н = 0 тобто . Верхній рівень малоциклових навантажень встановлювався на першому рівні навантажень для кожної групи зразків (не менше трьох) при деформаціях зсуву:

1 - ; 2 - ; 3 - ;

4 - ; 5 - ; 6 - ;

7 - .

Малоциклові навантаження прикладалися таку кількість N циклів доки на якомусь з циклів не досягалися граничні деформації зсуву нагельного з'єднання мм. Навантаження на кожному ступені завантаження-розвантаження прикладалася з тривалістю t = 30...100 с для імітації тривалості дії вітрового навантаження [6].

За даними, одержаними при випробуваннях були побудовані діаграми деформування нагельного з'єднання в залежності від навантаження на першому, другому, п'ятому, десятому, двадцятому, п'ятдесятому та в подальшому через кожних сорок дев'ять циклів (рис.2).

Статистична обробка дослідних даних, отриманих авторами, свідчить про те, що залежність “навантаження (T) - умовний січний модуль ()” податливості з'єднання () при стисканні (розтягу} нагельних з'єднань, завантажених з постійною швидкістю зростання напружень, можна описати лінійною прямою регресії до моменту руйнування нагельного з'єднання при нелінійній гіперболічного виду залежності “”.

У випадку підтвердження лінійної залежності, з рівняння отриманої прямої визначаємо:

в - коефіцієнт податливості з'єднання;

Е₀ - умовний початковий приведений модуль пружності з'єднання.

Дані величини визначаються з рівняння приведеного до вигляду [3]:

. (4)

Результати досліджень. Провівши статистично-математичну обробку результатів на кожному з циклів завантаження та отримавши рівняння виду E=a+bT, приведемо його до виду .

Дані рівняння обчислювались для 1, 2, 5, 10, 20,50,100,200 циклів навантаження, коефіцієнт в визначався для кожного зразка на першому циклі завантаження. Результати статистично-математичної обробки дослідних даних наведені в таблиці 2.

З отриманих даних можна побачити, що роботу всіх зразків можна описати рівнянням з якого можна отримати необхідні для подальших розрахунків в та Е₀.

Несучу здатність з'єднання за другою групою граничних станів визначаємо за формулою, визначену з умови

нагельний конструкція дерев'яний деформація

(див. узагальнений графік деформування з'єднання на цвяхах);

Таким чином отримаємо формулу для визначення несучої здатності за другою групою граничних станів:

(5)

в - коефіцієнт податливості з'єднання;

Е₀ - умовний початковий приведений модуль пружності;

Е' - приведений січний модуль податливості;

- гранична деформація з'єднання [5];

Висновки. Одержано нові результати роботи нагельних з'єднань на цвяхах при статичному та мало цикловому навантаженні. Запропоновано методику і формулу для визначення несучої здатності нагельного з'єднання за другою групою граничних станів. Таким чином показано, що при застосуванні даної формули більш повно використовується несуча здатність нагельного з'єднання, при цьому деформації зсуву при мало циклових навантаженнях не перевищують граничних, які рівні 2мм.

Результати проведених розрахунків наведені в табл. 2.

Таблиця 2. Дослідні значення коефіцієнта податливості нагельних з'єднань

Література

1.Дмитриев П.А. Исследование работы и расчет сопражений деревяных элементов под углом на нагелях из круглой стали // Исследования по деревяным конструкциям: Сб. тр. /МИСИ.№13 - М. 1958 - С.140-168.

2.Коченов В.М. Несущая способность элементов и соединений деревянных конструкций, Госстройиздат, 1953. - 423 с.

3. Дмитриев П.А., Стрижаков Ю.Д., Комиссаров С.Г. К расчету нагельных соединений деревяных элементов со стальными накладками и прокладками // Изв. вузов. Строительство и архитектура.-1990.-№2-С.15-20.

4. Гомон С.С., Глогов'як В.Ц., Мацьоха Л.Є., Стасюк І.О. Процес деформування нагельного з'єднання з деталей сухої та вологої деревини //Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди.- Зб. наук. праць. Вип.5. С. 152-157.- Рівне - 2000.

5. СниП ІІ-25-80*. Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Деревяные конструкции.-М.,1982.- С.66.

6. Пособие по проектированию деревяних конструкций (к СниП ІІ-25-80*, ЦНИИСК им. Кучеренко).-М.: Стройиздат,1986.-216 с.

Размещено на Allbest.ru