Бызов В.Е., Миронова С.И., Григорьев К.С., Данилов Е.В., Коваль П.С.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к проведению лабораторных работ для студентов, обучающихся по специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство»

 

 

г. Санкт-Петербург

УДК 624.01: 674.028.9.63

Рецензент: канд. техн. наук, доцент Л.П. Каратеев (СПбГАСУ)

 

Бызов В.Е., Миронова С.И., Григорьев К.С., Данилов Е.В., Коваль П.С.

 

Методические указания к проведению цикла работ по дисциплине «Деревянные конструкции. Расчет и проектирование»/ Бызов В.Е., С.И.Миронова, Григорьев К.С., Данилов Е.В., Коваль П.С., 2013. - 87 с.

Составлены в соответствии с учебным планом по курсу «Конструкции из дерева и пластмасс» по специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство».

Методические указания предназначены для студентов 4-5 курсов дневной формы обучения и 5 курса заочной формы обучения. Дают возможность изучить физико-механические свойства древесины как конструктивного материала и знакомят студентов с особенностями работы соединений элементов конструкций под нагрузкой.

 

Табл. Ил. Библиогр.:

 

 

Рекомендовано Редакционно-издательским советом СПбГАСУ в качестве методических указаний.

 

Общие указания

Лабораторные работы являются важной составной частью курса конструкций из дерева и пластмасс.

Выполнение лабораторных работ способствует более глубокому пониманию прочностных свойств соединений и их зависимости от различных факторов. Цель работ состоит в том, чтобы познакомить студентов с методикой определения расчетной несущей способности соединений элементов конструкций, особенностями их работы под нагрузкой.

В большинстве работ содержаться элементы исследовательского характера, что позволяет приобщить студентов к ведению экспериментальных исследований и привить им соответствующие навыки.

Все работы выполняются под руководством преподавателя.

До выполнения лабораторных работ студент должен изучить настоящие методические указания и повторить соответствующий раздел лекционного курса, в том числе используя электронный курс «Конструкции из дерева и пластмасс» http: //lms.lan.spbgasu.ru/course/view.php? id=33.

По лабораторным работам каждый студент индивидуально составляет отчет. Выполненные и оформленные лабораторные работы подлежат защите до сдачи зачета и экзамена по курсу.

Техника безопасности

Проведение цикла работ разрешается только после проведения со студентами инструктажа по технике безопасности.

При выполнении лабораторных работ по испытанию материала в соединении следует иметь в виду, что работы производятся на мощных испытательных машинах Р5 и Instron 5982, и в процессе испытаний образцы разрушаются. В связи с этим на лабораторных работах следует быть особенно осторожным и внимательным. К работе на машинах Р5 и Instron 5982 студенты допускаются только по назначению, под ответственность и под наблюдением преподавателя, ведущего занятие или лаборанта. Ступени приложения нагрузки задаются и контролируются преподавателем. Индикаторы устанавливаются только снизу для избежания их повреждения при резком разрушении и таким образом, чтобы снимать показания с них можно было с безопасного расстояния.

При работе испытательной машины в рабочей зоне находится только необходимое число студентов и обязательно лаборант или преподаватель, ведущий занятие, который следит за поведением образца и предупреждает работающих о возможном характере разрушения и его характерных признаках (потрескивание, образовании площадки смятия, изгиб, предельные деформации). При нетипичном характере разрушения (перекос, растрескивание, ползучие деформации) испытания прекращаются, и образец заменяется.

Подготовку образцов проводит лаборант. Подготовкой соединений занимаются сами студенты во время занятий в специально отведенном месте, под руководством преподавателя с соблюдением мер безопасности при пользовании ацетоном, клеем, молотком, дрелью.

Образцы и инструменты выдаются преподавателем, разрушенные образцы сдаются в конце занятия.

Оформление отчета

По результатам, полученным при проведении лабораторной работы необходимо оформить отчет. В отчете должны быть представлены:

- эс­кизы образцов с ука­занием размеров и установки приборов;

- журналы наблюдений с необходимыми вычисле­ниями;

- графики зависимости деформаций от нагрузки;

- графики зависимости разности деформаций от нагрузки;

- определена максимальная деформация от нагрузки;

- зарисовки, фотофиксации разрушенных образцов;

- ана­лиз результатов испытаний (сравнение прочностных показателей полученных расчетным и опытным путем с нормативными значениями по СП64.13330-2011, с учетом переводных коэффициентов).

Формы отчета представлены на сайте кафедры «Конструкции из дерева и пластмасс» (http: //lms.lan.spbgasu.ru/course/view.php? id=33).

 

Лабораторная работа №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ

Цель: изучение метода определения влажности по ГОСТ 16483.7-71*.

Оборудование и материалы

1. Электронные весы Ohaus pioneer (см. рис 1.1 в).

2. Сушильный шкаф Drying over (см. рис 1.1 а).

3. Образцы древесины в виде прямоугольной призмы основанием 20× 20 мм и высотой 30 мм.

4. Эксикатор.

5. Электровлагомер HM8-WS25 (см. рис 1.1 б).

 

Теоретические сведения

Содержащаяся в древесине влага бывает трех видов:

- свободная – заполняющая внутренние пусты;

- связанная или гигроскопическая – пропитывающая оболочку клеток;

- химическая – входящая в состав древесины.

Уменьшение количества свободной влаги изменяет плотность древесины, связанной влаги – изменяет не только плотность, но и прочность, а также размер и форму. Изменение количества химической влаги ведет к изменению самого вещества древесины.

Влажность свежесрубленной древесины составляет около 80%. При высыхании на открытом воздухе вначале с поверхности древесины удаляется свободная влага, затем и некоторая часть связанной. Одновременно и оставшаяся часть связанной влаги перемещается из внутренних слоев к наружным. Следствием этого процесса является постепенное выравнивание уровня влажности во всем объеме древесины. Такая влажность древесины, соответствующая температуре и влажности окружающего воздуха, называется равновесной.

Степень влажности сильно влияет на качество деревянных конструкций и строго ограничивается в зависимости от условий их эксплуатации [1].

Порядок проведения работы

Лабораторная работа №2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ

Цель: изучить метод определения плотности древесины и определить плотность древесины при влажности в момент испытаний, в абсолютно-сухом состоянии, при стандартной влажности и условной плотности в соответствии со стандартом ГОСТ 16483.1-73 и плотность способом вытеснения воды.

Оборудование и материалы

1. Электронные весы Ohaus pioneer.

2. Сушильный шкаф Drying over.

3. Образцы древесины в виде прямоугольной призмы основанием 20 × 20 мм и высотой 30 мм.

4. Штангенциркуль.

5. Устройство для определения плотности древесины методом вытеснения воды.

Порядок проведения работы

Плотность древесины характеризует отношение массы древесины к ее объему.

Плотность древесины при влажности в момент испытаний, в абсолютно сухом состоянии и при стандартной влажности и условная плотность определяется на одном и том же стандартном образце, имеющем форму прямоугольной призмы с размерами 20 × 20 × 30 мм.

Лабораторная работа №3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВНОГО ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ ПРИ СЖАТИИ ВДОЛЬ И ПОПЕРЕК ВОЛОКОН

Цель работы - изучение метода определения предела прочности древесины при сжатии вдоль и поперек волокон.

Оборудование и материалы

1. Испытательная машина Р-5.

2. Приспособление для испытания образов на сжатие.

3. Штангенциркуль с точностью измерения не менее 0, 1 мм.

4. Электронные весы Ohaus pioneer.

5. Образцы древесины в виде прямоугольной призмы основанием 20× 20

мм и высотой 30 мм.

Теоретические сведения

Особая структура молекул целлюлозы предопределяет высокие механические свойства древесины. При приложении нагрузки гибкие, цепочкообразные молекулы выпрямляются, а при снятии нагрузки вновь принимают изогнутую форму. Разрыв молекул происходит из-за преодоления сил главных валентностей, а течение материалов совершаются за счет смещения молекул одной по другой и преодоления сил сцепления.

Древесину в расчетах рассматривают, как ортотропный материал, обладающий разными механическими свойствами в направлении трех взаимно перпендикулярных осей (рис. 3.1) – продольной, радиальной и тангенциальной.

Рис. 3.1. Три главные оси древесины соответственно направлению волокон и годичных колец

Для описания упругих свойств древесины необходимо двенадцать постоянных, из которых девять являются независимыми: три модуля упругости Е, три модуля сдвига G и шесть коэффициентов Пуассона µ. Модули упругости и коэффициенты Пуассона связаны между собой следующими соотношениями:

; i = j; i, j = L, R, T

В число показателей прочности древесины, используемых для расчетов входят: пределы прочности при статическом изгибе, сжатии вдоль и поперек волокон, скалывании вдоль волокон, растяжении вдоль и поперек волокон. Кроме того, иногда определяют твердость древесины в направлении поперек волокон, прочность при ударном изгибе, прочность при кручении, вязкость и усталостную прочность.

Сопротивляемость древесины внешним силовым воздействиям определяется испытаниями стандартных образцов малого размера на испытательных машинах, и результаты этих испытаний, после соответствующей статической обработки, приводятся в нормах и справочниках по проектированию в виде нормативного сопротивления R^н .

 

 

Рис. 3. 2. Схема испытания древесины на сжатие вдоль волокон.

 

Порядок проведения работы

Определяют фактические поперечные размеры образца штангенциркулем на уровне половины высоты образца.

 

I. Прочность древесины при сжатии вдоль волокон (ГОСТ 16483.10-73*)

 

После измерения образец устанавливают на шаровую опору приспособления (рис. 3.3).

 

 

Рис. 3.3. Приспособление для испытания. 1 - пуансон; 2 - корпус; 3 - образец.

Приспособление вместе с образцом помещают на опорную платформу испытательной машины. Включают машину, нагружение происходит равномерно со скоростью приложения нагрузки 5кН/ мин. Разрушение образца устанавливают по началу возврата стрелки силоизмерителя. По шкале отсчитывают максимальную нагрузку Р, Н.

Сразу же после испытаний определяют влажность образцов древесины весовым методом в соответствии с ГОСТ 16483.7-71*.

Определение плотности производятся по ГОСТ 16483.1-73

 

Лабораторная работа № 4

Оборудование и материалы

1. Испытательная машина Р-5.

2. Две стальные пробки в форме цилиндров диаметром 9, 9 мм и высотой 18 мм.

3. Штангенциркуль с точностью измерения не менее 0, 1 мм.

4. Образец древесины с массивными головками и тонкой рабочей частью

(рис. 4.1).

I. Прочность древесины при растяжение вдоль волокон (ГОСТ16483.23-73*)

Рис. 4.1. Образец для испытания древесины на растяжение вдоль волокон

Порядок выполнения работы

Для испытаний применяют образцы древесины сложной формы с массивными головками, которые зажимают в клиновидных захватах испытательной машины. В отверстия головок вставляют стальные пробки диаметром 9, 9 мм и длиной на 2 мм меньше толщины головок образца. Пробки предотвращают чрезмерное смятие головок образца во время испытаний.

Заготовки для образцов получают путем выкалывания, чтобы не допустить перерезание волокон. Рабочая часть образца должна захватывать как можно больше годичных слоев, поэтому ее широкая грань совпадает с радиальным направлением. Перед испытанием измеряют толщину δ и ширину b рабочей части посередине его длины.

Головки образца зажимают в клиновидных захватах испытательной машины так, чтобы направление растягивающей нагрузки совпадаю с продольной осью образца. Образец нагружают равномерно со скоростью приложения нагрузки 5кН/ мин. Испытания проводят до разрушения образца и по шкале силоизмерителя машины отсчитывают максимальную нагрузку.

Разрушение образца наблюдается в виде разрыва тканей. После испытания фиксируют вид разрыва образца. Древесина высокой прочности дает защепистый, длинноволокнистый, а древесина низкой прочности - гладкий разрыв.

Порядок выполнения работы

Скалывание производят в тангенциальной плоскости (рис. 4.2, а) и в радиальной плоскости (рис. 4.2, б).

Измеряют ширину b и длину l ожидаемой площадки скалывания. Образец древесины вставляют в приспособление так, чтобы его длинная часть плотно прилегала к опорной стенке, при этом вертикальная и горизонтальная плоскости нижнего выреза образца плотно прилегали к соответствующим поверхностям подвижной обоймы. Узкий выступ образца (шириной 18 мм) должен находиться вверху. Это необходимо для исключения погрешностей вследствие возможного наклона волокон (рис. 4.3).

а) б)

 

 

Рис. 4.2. Образцы для испытания древесины на скалывание вдоль волокон: а - в тангенциальной плоскости; б - в радиальной плоскости.

 

Опору винтом перемещают настолько, чтобы она плотно прилегала к вертикальной плоскости образца, и на нее опирался нижний торец короткой части образца.

Приспособление с образцом ставят на платформу испытательной машины так, чтобы верхняя торцевая поверхность длинной части образца древесины находилась точно под нажимным приспособлением машины. Продолжительность нагружения должна быть 0, 5-1, 5 мин.

 

Рис. 4.3. Схема испытания древесины на скалывание вдоль волокон: 1– корпус; 2– пружина; 3 – ролики; 4– подвижная планка; 5 – нажимная призма; 6– образец;

7- подвижная опора; 8 –прижимное устройство.

 

Нагружение происходит равномерно со скоростью приложения нагрузки 5кН/ мин. Испытание производят до скалывания выступающей части образца. По шкале силоизмерителя машины отсчитывают максимальную нагрузку. После испытания определяют влажность образцов.

 

Оборудование и материалы

1. Испытательная машина Р-5.

2. Приспособление для испытания.

3. Штангенциркуль с точностью измерения до 0, 1 мм.

4. Образец в форме прямоугольного бруска поперечным сечением 20x20 мм и длиной вдоль волокон 300 мм древесины и бруса LVL.

Порядок выполнения работы

Посередине длины образца измеряют ширину b - в радиальном направлении и высоту h - в тангенциальном направлении. Образец располагают на двух опорах, расстояние между которыми

l = 240 мм (рис. 5.1). Образец нагружают в одной точке посередине расстояния между опорами.

Нагружение образца проводят в статическом режиме равномерно со скоростью приложения нагрузки 5кН/мин. Испытания проводят до разрушения образца, то есть до начала движения стрелки силоизмерителя в обратную сторону.

При достижении значения нагрузки 800 Н, производится плавное разгружение до 200 Н, после чего цикл повторяют. При трех последующих нагружениях, в момент достижения нагрузки 300 Н и 800 Н, измеряется прогиб с точностью до 0, 01 мм. Отсчеты по индикатору заносятся в таблицу 8. По результатам полученных данных определяется модуль упругости.

 

Рис. 5.1. Схема испытания древесины на статический изгиб

 

После циклического загружения выполняется ступенчатая нагрузка с шагом 200 до разрушения образца для определения временного сопротивления и построения графика зависимости деформаций от напряжений. В стадии разрушения фиксируется величина нагрузки.

В образце при нагружении возникают сжимающие напряжения в верхней части образца и растягивающие в нижней. Поскольку прочность на сжатие вдоль волокон значительно меньше прочности на растяжение, разрушение начинается с образования почти невидимых складок в сжатой зоне образца. Окончательное разрушение происходит в растянутой зоне в виде разрыва или отслоения крайних волокон и полного излома образца.

После испытания определяют влажность образца с помощью влагомера.

 

Лабораторная работа №6

Оборудование и материалы

1. Испытательная машина Instron 5982.

2. Приспособление для испытания.

3. Штангенциркуль с точностью измерения до 0, 1 мм.

4. Линейка или рулетка.

5. Две обоймы для крепления индикатора.

6. Два опорных столика

7. Шаровая опора и призма для нагружения образца

8. Образцы c тремя элементами из цельной древесины.

9. Индикаторы часового типа.

 

Теоретические сведения

Нагельными называются соединения с помощью гибких связей, которые, сами работая на изгиб, препятствуют взаимному сдвигу соединяемых деталей. Нагели могут быть цилиндрическими, пластинчатыми, многоугольными, крестообразными и других форм, изготовленными из металла, твердых пород древесины, полимеров и других материалов.

Нагельные соединения выполняют с помощью специального инструмента, они сравнительно легко подлежат механизации и могут быть выполнены плотниками средней квалификации. Контроль качества соединений прост и достаточно надежен.

В нагельных соединениях действующее усилие распределяется между большим числом податливых, вязко работающих связей, что повышает надежность изделий, которые разрушаются в основном от смятия соединяемых элементов или от изгиба нагелей.

В соединениях нагели рекомендуется располагать четными рядами, исключая постановку их в середину элемента, так как именно здесь существует наибольшая вероятность появления трещин при усушке. Для исключения раскалывания древесины следует строго соблюдать правила расстановки нагелей в соединении [п. 7.18 СП 64.13330.2011]. Для обеспечения плотности нагельного соединения не менее 1/4 нагелей в стыке выполняется в виде болтов.

Испытание образцов проводят на испытательной машине непрерывно возрастающей нагрузкой. Под действием внешней нагрузки на соединение нагели, препятствуя взаимному сдвигу соединяемых элементов, изгибаются и сминают древесину нагельного гнезда. Разрушение стыка может происходить либо от смятия древесины нагельного гнезда, либо от изгиба нагелей с образованием одного или нескольких пластических шарниров.

 

Порядок выполнения работы

Вначале производится изготовление образцов. Студенты выбирают из имеющегося сортамента пиломатериалов доски из которых будут выполняться образцы. Необходимо определить необходимые длины элементов двусрезного соединения, с учетом расстановки соединителей и необходимого зазора для испытания 5 мм. Необходимые размеры досок отрезаются.

Карандашом размечается расстановка соединителей с учетом правил описанных в п. 7.18 СП 64.13330.

Деревянные элементы располагаются в проектное положение и закрепляются струбцинами с двух сторон. Затем выполняется установка соединителей.

 

Испытание:

1) соединение на шурупах;

2) соединение на стальных гладких цилиндрических нагелях;

3) соединение на гвоздях.

Все образцы имеют одинаковую форму и размеры и пред­ставляют собой двухсрезные симметричные нагельные соеди­нения.

Форма образцов и распределение связей — болтов, наге­лей, гвоздей — представлены на рис. 6.1.

Установка связей в образцах осуществляется с соблюде­нием нормативных требований (п. 7.18 СП 64.13330.2011), опреде­ляющих наименьшие допускаемые расстояния s₁, s₂ и s₃ для различных видов цилиндрических нагелей и схем их расста­новки.

 

 

а) б)

 

Рис. 6.1. Образцы соединений: а) на шурупах и цилиндрических нагелях; б) на гвоздях; s₁ – расстояние между осями нагелей вдоль волокон древесины; s₂ – то же, поперек волокон древесины; s₃ – расстояние от кромки элемента до оси нагеля.

 

Подготовка опыта

Для измерения сдвига в швах на каждый образец уста­навливают по два индикатора (рис. 6.2).

Затем производят обмер образцов и составляют эскизы с указанием всех необходимых размеров (см. рис. 6.1).

Определяют расчетную несущую способность Т каждою образца по формуле:

 

Т = Т_{и мин} × т × n, (6.1)

где Т_{и мин}— наименьшая расчетная несущая способность на­геля на один срез, Н;

т — количество нагелей;

п — число срезов одного нагеля.

Расчетная несущая способность цилиндрического нагеля на один срез соединяемых эле­ментов из сосны и ели при направлении уси­лий, передаваемых болтами и нагелями вдоль волокон элемен­тов и гвоздями под любым углом, при ра­счете защищенных от увлажнения и нагрева конструкций, подвер­гающихся одновремен­ному воздействию по­стоянной и временной нагрузки, определяется по следующим форму­лам (п. 7.18 СП 64.13330.2011);

а) для соединений на болтах и нагелях: из условия смятия в крайних элементах

Т_а=0, 8 ad (6.2)

из условия смятия в средних элементах

Т_c=0, 5cd (6.3)

из условия изгиба нагеля

Т_и=1, 8d²+0, 02а₁², но не более 2, 5 d²;

6) для соединения на гвоздях:

из условия смятия в крайних элементах T_a=0, 8a₁d,

из условия смятия в средних элементах T_c=0, 5cd,

из условия изгиба гвоздя Т_и=2, 5d² + а₁², но не более 4, 0 d²,

где а — толщина крайних элементов, см;

с — толщина средних элементов, см;

d — диаметр нагеля, см.

Рис. 6.2. Схема испытания образцов

 

При определении расчетной несущей способности гвоздя на один срез учитывают конструктивные особенности этого вида соединения, а именно:

1. В случае свободного выхода гвоздя из пакета расчет­ная толщина последнего элемента уменьшается на 1, 5 d_гв (рис. 6.3), этим учитывается возможность отщепления последней доски.

2. Если гвоздь не пробивает пакет, то расчетная длина защемления гвоздя опре­деляется с учётом возможных зазоров меж­ду соединенными элементами по 2 мм на каждый шов и, кроме того, исключается заостренная часть гвоздя, равная примерно 1, 5d_гв; расчетную длину защемления гвоз­дя а₁(см. рис. 6.4) для этого случая мож­но определить по формуле:

 

a₁ =l_гв-а- с - 0, 2 n_шв- 1, 5 d_гв, (6.4)

 

Рис. 6.3. Отщепле­ние доски при вы­ходе гвоздя из па­кета

 

где l_гв - длина гвоздя, см;

а, с — толщина пробиваемых элементов, см;

n_щв — количество швов между соединяемыми элементами;

d_гв — диаметр гвоздя, см.

Рис. 6.4. Определение расчетной длины защемления конца гвоздя.

В формулу (6.1) проставляется наименьшее значение не­сущей способности нагеля на один срез, полученное из ука­занных трех расчетных условий.

Следует иметь в виду, что вышеприведенные формулы п. 7.18 СП 64.13330.2011 предусматривают определение расчетной несущей способности нагеля на один срез в конструкциях с учетом длительности действия нагрузки и нормальной влажности древесины (12%). Поэтому для сравнения с ре­зультатами испытаний, проводимых при кратковременном действии нагрузки, расчетная несущая способность образцов, вычисленная по формуле (6.1), должна быть соответственно изменена согласно формулам

(6.5)

(6.6)

 

где K_дл — коэффициент, учитывающий снижение разрушаю­щих напряжений при длительном действии на­грузки; при одновременном воздействии постоянной и временной нагрузок К_длпринимается равным0, 67;

К_w — коэффициент, учитывающий влажность древесины образцов в момент испытаний, определяемый по формуле

(6.7)

Здесь — предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон при влажности 15%, принимаемый рав­ным для сосны и ели 4 кН/см²;

— то же, при данной влажности.

Предел прочности на сжатие при данной влажности мож­но определить по формуле

(6.8)

где w – влажность древесины образцов.

Формула (11) применяется в том случае, если минималь­ная расчетная несущая способность нагеля на один срез T_{н мин} в формуле (6.1) определилась, из условия смятия дре­весины в нагельном гнезде, формула (6.6, — когда T_{н мин} определилась из условия изгиба нагеля.

Оформление отчета

При анализе результатов испытаний следует обратить внимание на характер деформаций древесины в нагельном гнезде по длине – нагеля, обусловливающий отсутствие рас­пора в соединении, и зависимость деформаций сдвига (податливости) от диаметра связей (нагелей, гвоздей), а также изменение скорости деформирования с увеличением нагрузки.

Вопросы для самоподготовки

1. Максимальные допустимые перемещения в соединениях на механических связях.

2. Применение теории предельных состояний для соединений на механических связях.

3. Значение коэффициентов . , .

4. Л а б о р а т о р н а я р а б о т а №7

Оборудование и материалы

1. Испытательная машина Instron 5982.

2. Приспособление для испытания.

3. Штангенциркуль с точностью измерения до 0, 1 мм.

4. Линейка или рулетка.

5. Две обоймы для крепления индикатора.

6. Два опорных столика

7. Шаровая опора и призма для нагружения образца

8. Образцы c тремя элементами из цельной древесины.

Порядок выполнения работы

Испытывают на скалывание при сжатии образец, состоящий из трех элементов, соединенных между собой однокомпонентным полиуретановым клеем.

Форма образца и схема загружения при испытании представлена на рис. 7.1. Для удобства сравнения результатов испытаний различных видов соединения форма образца принята одинаковой с образцами сопряжений на цилиндрических нагелях (см. лабораторную работу №6).

5.

Рис. 7.1. Конструкция и схема испытания образца соединения на клею.

 

Подготовка опыта

Составляют эскиз образца с указанием необходимых размеров. Определяют расчетную несущую способность соединения Т_ск из условия прочности древесины на скалывание по формуле:

6. Т_ск = R_ск^cp × F_ск,

где F_ск - расчетная площадь скалывания в см², равная 2b × l_ск;

R_ск^cp – расчетное среднее по длине площадки скалывания сопртивление древесины скалыванию, определяемое по формуле:

7. (7.1)

Здесь R_ск – расчетное максимальное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон;

l_ск – расчетная длина плоскости скалывания, равная длине клеевого шва;

е – плечо сил скалывания, равное 0, 25Н;

β – коэффициент, принимаемый равным 0, 125 при расчете на скалывание элементов с промежуточным (по отношению к местам приложения сил скалывания) расположением площадки скалывания.

Кратковременная расчетная несущая способность соединения Т_{вр w}, соответствующая продолжительности действия нагрузки при испытании образцов с учетом фактической влажности древесины, будет равна:

(7.2)

 

где К_дл – коэффициент длительного сопротивления древесине, принимаемый равным 0, 67, при одновременном воздействии постоянной и временной нагрузок;

К_w- коэффициент учитывающий влажность древесины образцов в момент испытаний, определяемый по формуле 6.7 (см. лабораторную работу №6).

 

Изготовление образца

Из существующего в лаборатории пиломатериала выбираются доски необходимой толщины. Принимается длина элементов с учетом выступа среднего элемента над боковыми на 5 мм (как правило, принимается 25 см). Определяется площадь на которую будет наноситься клей и помечается карандашом. Наносится клей с необходимым рассчитанным расходом на все соединяемые поверхности. Выполняется центрирование элементов друг относительно друга и производится прессование образца с необходимым давлением. Образец под прессом находится согласно рекомендациям к клею.

 

Оформление отчета

При анализе результатов испытаний следует обратить внимание на характер клеевого соединения.

Вопросы для самоподготовки:

1. Какие виды клеев используются при изготовлении строительных элементов.

Лабораторная работа №8

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ ИЗГИБЕ LVL ПРИ РАЗНЫХ УГЛАХ ПРИЛОЖЕНИЯ НАГРУЗКИ ОТНОСИТЕЛЬНО ВОЛОКОН И ПЛОСКОСТИ СЛОЕВ

 

Цели работы:

– определить модуль упругости LVL при статическом изгибе с учетом приложения нагрузки под различными углами к направлению волокон и к плоскости слоев шпона;

– построить графики зависимости модуля упругости LVL от угла приложения нагрузки относительно волокон и относительно плоскости слоев шпона;

– сделать выводы о влиянии анизотропии древесины на упругие свойства LVL.

Оборудование и материалы

1. Испытательная машина Р-5.

2. Приспособление для испытания.

3. Штангенциркуль с точностью измерения до 0, 1 мм.

4. Индикатор перемещений.

 

Методика проведения испытаний:

1. На каждый вид испытаний изготавливается не менее 10 образцов с гладкими параллельными и взаимно перпендикулярными кромками и не должны иметь в наружных слоях пороков древесины и дефектов обработки.

2. Образцы изготавливаются в форме прямоугольной призмы размерами*:

толщина h – 20 мм;

ширина b – 20 мм;

длина l₁ –12h + 60 мм.

3. Средства испытания:

Испытательная машина с погрешностью измерения нагрузки не более 1% либо иное нагружающее устройство, совмещенное с динамометром с точностью до 0, 01.

Опорное приспособление, состоящее из двух параллельных опор с цилиндрическими поверхностями, которые возможно перемещать в горизонтальной плоскости, и нагружающего ножа с цилиндрической поверхностью, расположенного параллельно опорам на равном расстоянии от них и имеющего возможность перемещения в вертикальной плоскости. При этом длина опор и ножа должны быть больше ширины образца, а диаметр их цилиндрической части должен быть не менее 30±5 мм.

Штангенциркуль с погрешностью измерения не более 0, 1 мм.

4. Подготовка к испытаниям:

Измеряют поперечные размеры образцов в двух точках на расстоянии 25-30 мм от кромок. За поперечный размер принимают среднее арифметическое двух измерений.

Опоры выставляют таким образом, чтобы расстояние между ними l было равно 12h.

5. Проведение испытаний:

Схема испытаний приведена на рис. 7.1.

Изгибающее усилие должно быть направлено посередине длины образца. Каждый образец подвергают шестикратной равномерной нагрузке 5–25% от величины разрушающей нагрузки P_max. После каждого снижения нагрузки до 5% от P_max и замера стрелы прогиба нагрузку снижают до 1–2% от P_max, затем повторяют очередной цикл нагружения. Образец нагружают равномерно с постоянной скоростью нагружения от нижнего до верхнего пределов нагружения (один цикл). При достижении нагрузкой верхнего и нижнего пределов производятся замеры стрелы прогиба.

Рис. 8.1. Схема испытания.

 

Рис. 8.2. Образцы для испытания: а) с учетом приложения нагрузки под различными углами α к направлению волокон б) с учетом приложения нагрузки под различными углами α к плоскости слоев шпона.

 

6. Обработка результатов:

Модуль упругости Е (МПа) вычисляют по формуле:

 

где:

P – нагрузка, равная разнице между верхним (5% P_max) и нижним (25% P_max) пределами нагружения, Н;

l – расстояние между опорами, мм;

b – ширина образца, мм;

h – толщина образца, мм;

f – стрела прогиба, соответствующая нагрузке Р, мм.

При подсчете величины из последних трех показаний вычисляют среднее арифметическое отдельно для верхнего и нижнего пределов нагружения. Разность между этими значениями является величиной прогиба в принятом интервале нагружения.

7. P_max определяется в ходе поисковых опытов, как среднее арифметическое между значениями разрушающей нагрузки трех образцов.

8. Результаты испытаний заносятся в таблицу.

Таблица 11

Протокол определения модуля упругости

Порода____________	Температура воздуха, ОС ___________
	Скорость нагружения (кН/мин)__________	Влажность воздуха, % ___________

 

№ п/п	Обозначение/ эскиз	Размеры поперечного сечения, мм	Расстояние между опорами l, мм	Нагрузка Pmax, Н	Стрела прогиба, мм	Модуль упругости Е, МПа
Ширина b	Толщина h	5% Pmax	25% Pmax

Оформление отчета

В отчете должны быть представлены эс­кизы образцов с ука­занием размеров и установки приборов, произведено определе­ние модуля упругости образцов, представлены:

- графики зависимостей зависимость модуля упругости LVL от угла приложения нагрузки относительно волокон;

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. А.А. Григорьев – литературный и театральный критик и публицист.
2. Авторы: к.т.н., доц. Данилов ВячеславСеменович, асп. Лукьянов КонстантинСергеевич.
3. Гидроэкология: курс лекций / Логинова, Е.В., Лопух П.С. – Минск: БГУ, 2011.– 300 с.
4. Тема: Ю. Коваль. Глава «Усы и поросята» из книги «Приключения Васи Куролесова»