Файл: В.П. Силенко Металлические конструкции.pdf

12

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ЖЕСТКОСТИ УЗЛОВ НА РАБОТУ ЭЛЕМЕНТОВ СТАЛЬНЫХ ФЕРМ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью лабораторной работы является знакомство с действительной работой стальной фермы, с влиянием жесткости узлов на напряженное состояние элементов конструкции и ее общие деформации.

В процессе выполнения работы изучаются приемы определения продольных сил и изгибающих моментов, напряжений и деформаций.

2. СВЕДЕНИЯ О РАБОТЕ СТАЛЬНЫХ ФЕРМ

Ферма представляет собой конструкцию, в которой стержни соединяются между собой с помощью фасонок.

Вследствие этого идеальные шарниры в узлах отсутствуют и в стержнях фермы возникают не только продольные силы, но и изгибающие моменты. Величины последних зависят от конструкции узлов и жесткостей примыкающих элементов. Напряжение от изгибающих моментов в реальных конструкциях обычно не велико вследствие малой жесткости элементов в плоскости фермы и поэтому в большинстве случаев расчетом не учитывается.

Возникающие продольные силы, как правило, меньше теоретически вычисленных величин.

Изгибающие моменты оказывают влияние и на общую деформацию фермы.

Величина прогиба может быть определена по формуле Мора:

грузки F и от единичной силы, приложенной в направлении искомого прогиба;

13

lC, А, Е – соответственно длина, площадь сечения и модуль упругости стержня фермы.

3.ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ФЕРМЫ

Усилия в элементах фермы (рис.3.1) определяются любым методом строительной механики (вырезанием узлов, построением диаграммы Максвелла-Кремоны и т.п.).

По полученным ксилиям определяются теоретические значения на-

где N – усилие в рассматриваемом элементе;

А– площадь сечения элемента фермы;

А= 6,16 см2, сечение трубчатое dтр = 40 мм, сталь.

Данные об усилиях в стержнях фермы и перемещениях от сил F = 1, полученные в результате расчета, заносятся в табл. 3.1.

Величина прогиба fтеор. равна сумме графы 7.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Ферма пролетом 3 метра нагружается в среднем узле верхнего пояса с помощью гидродомкрата (рис.3.1).

Напряжения в сечениях замеряют с помощью тензорезисторов, которые наклеены в 4-х сечениях (1-1, 2-2, 3-3, 4-4) согласно схеме (см. рис.3.1). Данные о деформации тензорезисторов устанавливают с помощью ЦТМ-5.

Испытание проводятся в 3 этапа:

1 этап – нагрузка на ферме отсутствует, снимают отсчеты по прибо-

ру;

2 этап – ферма нагружается до 3 т и снимают отсчеты по прибору; 3 этап – ферма разгружается, и снимают отсчеты по прибору.

Прогибы фермы определяют с помощью прогибомеров системы Максимова, которые устанавливают в середине пролета и опорных узлах фермы.

Показания приборов заносят в табл. 3.2 и 3.3.

15

16

6.СРАВНЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ЗНАЧЕНИЙ

ИЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

Теоретические значения (σ то, Nто, ƒ т), полученные по формулам (3.1), (3.2), и экспериментальные данные (σ эксо, σ эксизг, Nэксо) сравнивают между собой (табл. 3.4) и делают выводы по результатам испытаний.

Таблица 3.4

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Цель лабораторной работы.

2.Как работает ферма под нагрузкой?

3.Какие напряжения возникают в элементах фермы?

4.Как определить теоретически и экспериментально усилие в элементе фермы?

5.Как определить теоретически и экспериментально прогиб фермы?

6.Какие приборы установлены на ферме?

7.Методика испытания фермы.

8.Что дает анализ результатов испытания?

18

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

СРАВНЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО И ФАКТИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ

РАМНОГО УЗЛА ПОРТАЛЬНОЙ РАМЫ

1. ЦЕЛЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Сплошностенчатые элементы ригеля и стойки портальной однопролетной рамы, сопрягаясь под углом, образуют жесткий рамный узел. Вне зоны рамного узла напряжения определяются по обычным формулам сопротивления материалов. Однако в пределах рассматриваемого узла напряженное состояние элементов резко отличается от вне узлового и расчет элементов по традиционным формулам σ = N / A ± M /W становится недопустимым.

В зоне рамного узла имеет место сложное напряженное состояние, которое может вызвать раннее разрушение (отказ конструкции) в связи с потерей устойчивости стенки или полки, а также из-за развития значительных локальных пластических деформаций.

Отличие напряженного состояния в зоне рамного узла заключается в следующем:

-в зоне рамного узла в сечении элемента (и ригеля, и стойки) дейст-

вуют не только напряжения sx , направленные вдоль оси стержня, но и напряжения sy , направленные перпендикулярно ей;

-величина и характер изменения напряжений по сечению отличаются от случая, описываемого в формуле 50 [1];

-полки ригеля и стойки работают не только на сжатие в их серединной плоскости, но и на изгиб.

Приближенные методы расчета, например по теории кривого бруса [3], во многих случаях не отражают действительное напряженное состояние элемента и дают значительную погрешность.

Цель настоящей работы – моделирование реальной работы рамного узла с помощью метода конечных элементов, оценка теоретического напряженного состояния рамного узла по принятой расчетной модели, качественная оценка распределения напряжений по сечению элемента в зоне рамного узла, сопоставление полученных теоретических значений с фактическими напряжениями, полученными в результате эксперимента.