3.2. ИСПЫТАНИЕ ДВУХШАРНИРНЫХ РАМ

Нагрузка на раму передаётся через винтовое нагружающее устройство в трёх точках (рис. 3.8). При вращении гайки на болте 11 по часовой стрелке, пружина 9 сжимается, в ней возникает усилие, которое передаётся на арматурные шпильки. В свою очередь через шпильки нагружается и сама рама. Сосредоточенную нагрузку заменяем эквивалентной распределённой нагрузкой (200 кг/м3). При этом погрешность составит не более 10%.

В процессе испытания с помощью тензодатчиков, схема расположения которых показана на рис. 3.7 и 3.9, фиксируем изменение

Рис. 3.8. Нагружающее устройство:

1 – клеефанерная двутавровая балка; 2 – клеедеревянная колонна; 3 – нагружающее устройство; 6 – труба диаметром 42 мм и длиной 310 мм; 7 – арматурные шпильки диаметром 16 мм; 8 – металлическая пластина

размером 150×150 мм; 9 – пружина; 10 – швеллер № 14; 11 – болт диаметром 40 мм и длиной 500 мм; 4 – ж/б подушки; 5 – опорная балка

(из швеллера № 30) нагружающего устройства

48

деформации, полученные экспериментальные результаты представлены в табл. 3.1 и 3.2. Напряжения, возникающие непосредственно в конструкции, рассчитываем по формуле (2.17)) [2].

При сравнении экспериментальных и теоретических значений, представленных в таблицах, мы пришли к выводу, что напряжения, возникающие в реальных условиях имеют меньшие значения чем теоретические.

3.9. Схема расположения тензодатчиков на двухшарнирной раме (клеефанерная балка и дощатоклееная колонна

3.1. Изменение деформации для дощатогвоздевой балки

49

3.2. Изменение деформации в двухшарнирной раме

3.3. Значения прогибов, возникающие в дощатогвоздевой балке

3.3. ТРЁХШАРНИРНЫЕ РАМЫ

Трёхшарнирные рамы выполняются из клеедеревянных или цельнодеревянных элементов. Система статически определима, её преимуществом является независимость от осадки фундаментов. Однако в карнизных сечениях или узлах возникают большие изгибающие моменты. трёхшарнирные рамы могут быть как безраскосными, так и иметь от двух до четырёх подкосов [3, 6, 10, 12].

50

Расчёт трёхшарнирных рам так же как и двухшарнирных ведётся

вдва этапа [10, 16].

1этап. Статический расчёт рамы включает в себя определение вертикальных и горизонтальных опорных реакций, а также определение расчётных усилий в сечениях рамы.

2этап. Заключается в подборе сечений элементов рамы и проверки прочности и жёсткости принятых сечений. Для этого необходимо определить действующие в раме максимальные изгибающие моменты, продольные и поперечные усилия. Ширина сечений элементов рам принимается из конструктивных соображений одинаковой. Высота сечений в опорном и коньковом узлах рассчитывается из условия скалывания (формула 3.1). Сечение стоек может быть разной высоты при наличии. Стойки проверяют по прочности из условия их работы на сжатие с изгибом

где N – продольная сжимающая сила (кН); F – площадь сечения элемента с учётом ослаблений (м2); М – изгибающий момент (кН м); Wнт – момент сопротивления с учётом ослаблений (м3); Rс – расчётное сопротивление древесины сжатию (МПа); Rи – расчётное сопротивле-

щий дополнительный изгибающий момент от нормальной сжимающей силы; λ – гибкость элемента.

При наличии в рамах внешних раскосов стойки проверяют по прочности на сжатие с учётом устойчивости (формула 3.2). Сжатые подкосы проверяют на сжатие с учётом устойчивости, а внешние раскосы рассчитывают на растяжение (формула 2.10). Сечение ригелей, чаще всего, принимают переменным и проверяют на сжатие с изгибом.

Пример 3.4. Рассмотрим расчёт трёхшарнирной рамы из брёвен пролёт – 5 м, состоящей состоит из двух отдельных полурам (рис. 3.10). Полная высота такой рамы достигает 3,5 м. Стойки рамы имеют диаметром 14 мм, балки – 10 мм, а подкосы – 8 мм. На раму действует равномерно распределённая нагрузка величиной 0,66 кН/м.

Статический расчёт рамы выполняется от действия распределённой нагрузки. Из него вытекает, что опорные реакции, ввиду симмет-

51

Так как ∑M c = 0 , то распор рамы рассчитывается по формуле:

V =V ′ = −RA − Д cosβ = −1,88 +2,54 0,97 = 0,593 кН.

Продольные усилия в элементах рамы равны:

–в подкосе и стойке рамы: NД = sinHβ = 00,,22856 = 2,541 кН;

–в сечениях узлов Б и Б′ с наружней стороны:

NБH = NБэH = qаsin α = 0,66 0,35 0,2696 = 0,062 кН;

– в сечениях узлов Б и Б′ с внутренней стороны:

NБВ = NБН +V sin α = 0,062 +0,593 0,2696 = 0,222 кН;

– в сечениях узлов В и В′:

– в ригеле в сечениях у ключевого шарнира С:

NC = NС′ = NBC +ql1 sin α = −0,877 +0,66 1,8 0,2696 = −0,557 кН.

Изгибающие моменты в сечении стойки равны:

M Б = МБ′ = Hh1 = 0,49 2,8 =1,372 кН м.

52

Изгибающие моменты в сечениях ригеля равны

х1 = 0,175 м,

По полученным данным были построены эпюры изгибающих моментов и продольных сил, представленные на рис. 3.11.

Определяем нормальные напряжения в сжато-изгибаемом эле-

где N – продольная сжимающая сила (кН); F – площадь сечения элемента с учётом ослаблений (м2); М – изгибающий момент (кН м); Wнт – момент сопротивления с учётом ослаблений (м3); Rс – расчётное сопротивление древесины сжатию (МПа); Rи – расчётное сопротивление древесины изгибу; ξ – коэффициент, учитывающий дополнительный изгибающий момент от нормальной сжимающей силы; λ – гибкость элемента.

53

Эпюра «N»

0,59

2,54

Рис. 3.11. Эпюры продольных сил и изгибающих моментов

Геометрические характеристики рамы равны:

– площадь ригеля Fбр′ = Fв′ + Fн = π4 (0,12 +0,12 )= 0,0157 м2;

– при ширине горизонтальной двусторонней отёски бревна

b = d/2 и ослаблении сечения стяжным болтом диаметром dб = 16 мм

Fнт = Fбр −dб(dв +dн −4h)= 0,0157 −

−0,016(0,1+0,2 −4 0,0134)= 0,01176 м2;

– площадь раскоса F = π4 0,082 = 0,005 м2;

54

55