Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет»

(КубГТУ)

Институт строительства и транспортной инфрастуктуры

Кафедра строительных конструкций

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К лабораторным работам по дисциплине «Металлические конструкции, включая сварку» для студентов всех форм обучения направления бакалавров, 08.03.01 Строительство

Краснодар

2017г

Составитель: канд. техн. наук, доцент Леонова А.Н., канд. техн. наук, доцент Тамов М.М., ст. преподаватель Поддубный В. Т.

УДК 624.014

Металлические конструкции. Метод, указания к лабораторным работам по дисциплине "Металлические конструкции, включая сварку" для студентов всех форм обучения направления бакалавров 08.03.01 Строительство / Кубан. гос. технол. ун-т; Сост. канд. техн. наук, доцент Леонова А.Н., канд. техн. наук, доцент Тамов М.М., ст. преподаватель Поддубный Вю Т.- Краснодар, 2017, 24 с.

Приведены указания для выполнения лабораторных работ по дисциплине "Металлические конструкции, включая сварку" в лаборатории кафедры строи­тельных конструкций.

Ил. 4. Табл. 7. Библиогр.: 3 назв.

Печатается по решению Редакционно-издательского совета университета

Рецензенты:	канд. техн. наук, главный специалист НОУ УПК «Строитель» И.В. Слепнев;
	канд. техн. наук, доцент А.А. Хорошев

СОДЕРЖАНИЕ

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 4

2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 5

3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 11

4 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 16

5 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 21

ЛИТЕРАТУРА 25

1 Общие положения

Предлагаемые методические указания предназначены для использования студентами при выполнении лабораторных работ по дисциплине «Металлические конструкции, включая сварку». Занятия в лаборатории кафедры проводятся под руководством преподавателя и лаборанта.

Цель лабораторных работ – углубленно ознакомить студентов с особенностями работы металлических конструкций, дать навыки работы по испытанию строительных конструкций.

К лабораторным работам следует приступать только после изучения соответствующих разделов курса по учебнику и данным указаниям, а также после ознакомления с правилами работы в лаборатории, требованиями охраны труда и техники безопасности.

2 Лабораторная работа № 1 Анализ форм потери устойчивости и критических сил упругих центрально-сжатых стержней (на моделях)

2.1 Цель работы

Целью лабораторной работы является определение критической силы для стержня и сравнение результатов эксперимента с теоретическими расчетами несущей способности и с расчетным усилием по действующим нормам.

2.2 Задачи испытания

1. Ознакомиться с геометрическими и физическими характеристиками стержня.

2. Определить критические силы и расчетную несущую способность стержня.

3. Произвести испытание стержня на силовой раме с помощью гидравлического домкрата.

4. Произвести анализ полученных результатов, сопоставить с теоретическими данными, сделать выводы.

2.3 Техническое обеспечение:

1. Исследуемая модель стержня;

2. Силовая рама;

3. Гидравлический домкрат;

4. Прогибомер (тип ПМ Максимова);

5. Рабочие тетради, учебные плакаты.

2.4 Теоретические расчеты

2.4.1 Расчетные геометрические и физические характеристики стержня

Испытываемый стержень - из парных равнополочных уголков, объединенных в единое сечение двумя прокладками (см. рис. 1.).

Рисунок 1 - Образец для испытания на устойчивость и схема испытания

Геометрические характеристики сечения относительно его оси наименьшей жесткости Х-Х:

I_x = 2 ∙ I_x1 ; i_х = i_х1 ; А = 2 ∙ А₁ ,

здесь I_x1, i_х1, А₁ – геометрические характеристики одного уголка, определенные по сортаменту. А₁ = 1,86 см² ; А = 3,72 см²; I_x1 = 1,03 см⁴; I_x = 2,06 см⁴; i_х1 = 0,744 см; i_у1 = 1,21 см. Z₀ = 0,76 см.

Модуль упругости стали - Е = 2,0610⁵ МПа.

Гибкость стержня относительно оси X: λ_х = l_efx/i_x,

где расчетная длина стержня l_efx равна геометрической 1=100 см, так как защемляющее влияние опорных пластин фактически отсутствует. λ_хfx = 100/0,744 = 134,41

Гибкость отдельного уголка относительно собственной оси наименьшей жесткости: λ_уо = l_efуо /i_уо, = 30/1,21 = 24,8

где расчетная длина l_efуо равна расстоянию в свету между планками а.

Расчетное сопротивление стали по пределу текучести R_y выби­рают из таблицы 1.

Т а б л и ц а 1 - Расчетное и нормативное сопротивление стали

Марка стали	Толщина проката, мм	Вид проката	Нормативные, МПа			Расчетные, МПа
			Ryn		Run	Ry		Ru
С 235	свыше 2 до 20	лист	235		360	230		350

2.4.2 Теоретическое определение критической силы и расчетной несущей способности стержня

Испытываемый стержень сконструирован таким образом, что гиб­кость его превышает 130, то есть предполагается потеря устойчи­вости при упругой работе материала. В этом случае критическая си­ла может быть определена по формуле Эйлера:

N_cr = π² ∙ E∙ I/1² = π²∙ E∙ А/λ² , (1) N_cr = 3,14²∙ 2,06 ∙ 10⁴ ∙ 3,72 / 134,41² = 41,82 kH

Нормативные и расчетные сопротивления стального проката толщиной до 10 мм (из табл.B5 СП 16.13330.2011)

Сравнивая величины гибкостей λ _х и λ _уо, следует определить, что произойдет раньше: потеря устойчивости стержня в целом или потеря устойчивости отдельных уголков относительно собственных осей у_о.

Определяется коэффициент продольного изгиба φ_э как соотноше­ние критических напряжений и расчетного сопротивления.

φ_э = N_cr/(R_y ∙A) = π² ∙ E /(λ² ∙ R_y) = π² / ² , (2) φ_э = π² / ² = 3,14² /4,49² = 0,489

где = λ ∙ - условная гибкость стержня. = 134,41 ∙ = 4,49

Расчетное значение продольного усилия определяется по формуле:

N =φ ∙ А ∙ R_y, (3)

где φ = 332/ [ ∙(51 – )] при ≥4,5 согласно п. 5.3. СП 16.13330.2011. φ = 332/ [ ∙(51 – )] = 0,354 при ≥4,5 N =φ ∙ А ∙ R_y = 0,354 ∙ 3,72 ∙ 23 = 30,29 kH, что меньше N_cr/1/1,3 = =41,84/1,3 = 32,12 kH Известно, что при нормировании коэффициентов φ окончательные значения принимались наименьшими из двух: вычисленных с учетом начальных несовершенств (случайных эксцентриситетов), или по ме­тоду Эйлера с введением коэффициента надежности γ_е = 1,3. По от­ношению коэффициентов φ_э и φ можно сделать вывод относительно ме­тода вычисления коэффициента φ для стержней данной гибкости в СП 16.13330.2011, а также найти тот диапазон гибкостей, для которых нормирование коэффициента φ производится по эйлеровой критической силе:

≥ 51 - 332∙γ_е /π^{2 (4)} ≥ 51 - 332∙1,3 / 3,14²∙= 7,23