ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ
ПАНЕЛИ-ОБОЛОЧКИ КЖС
Методические указания к выполнению лабораторных работ
Йошкар-Ола
2010
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«МАРИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Исследование модели панели-оболочки КЖС
Методические указания
к выполнению лабораторных работ
Йошкар-Ола МарГТУ
2010
УДК 69.03:620.1 ББК 38.7-06
И 85
Рецензент: канд. техн. наук, доцент кафедры строительных конструкций и оснований МарГТУ В. Г. Котлов
Печатается по решению редакционно-издательского совета МарГТУ
Исследование модели панели-оболочки КЖС: методические
И85 указания к выполнению лабораторных работ / сост. В. М. Поздеев, Д. А. Великанов. – Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2010. – 24 с.
Приводится методика проведения экспериментального исследования пространственной конструкции панели-оболочки типа КЖС. Даны способы обработки, представления и анализа полученных при испытании данных. Работа включает в комплексе все составные части эксперимента по изучению напряженно-деформированного состояния строительной конструкции.
Содержание работы соответствует программе дисциплины «Обследование и испытание зданий и сооружений» для студентов направления 270100.68 и специальностей «Промышленное и гражданское строительство», «Проектирование зданий».
УДК 69.03:620.1 ББК 38.7-06
Марийский государственный технический университет, 2010
3
ВВЕДЕНИЕ
Основными целями и задачами дисциплины «Обследование и испытание зданий и сооружений» являются разработка методов и средств, предназначенных для качественной и количественной оценки показателей, характеризующих свойства и состояние строительных объектов, а также опытного изучения процессов, протекающих в них, выявление экспериментальным путем конструктивных и эксплуатационных свойств материалов, элементов конструкций, зданий и сооружений и установления их соответствия техническим требованиям.
Изучение напряженно-деформированного состояния конструкции на моделях является эффективным методом исследования строительных конструкций.
В настоящем издании различные вопросы, связанные с проведением эксперимента, сведены в одну комплексную работу. Студентам предлагается освоить методику эксперимента, способы определения перемещений и деформаций поверхности, получение и обработку экспериментальных данных и анализ результатов при исследовании модели пространственной панели-оболочки покрытий КЖС. Исследования проводятся на крупномасштабной модели из упругого материала, что дает возможность для многократного загружения*. Для усиления чувственного восприятия материала студентам предлагается выполнить реальное исследование с получением конкретного материала, направленного на накопление данных о напряженнодеформированном состоянии модели конструкции.
Лабораторная работа № 1
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
Цели работы: изучение объекта исследования и методики проведения эксперимента.
При испытании модели пространственной конструкции можно решить следующие задачи:
определить напряженно-деформированное состояние панелиоболочки при различных условиях опирания конструкции (свободном и с ограничением перемещения контура) и различных вариантов загру-
* В приложении приведены правила техники безопасности, которые необходимо соблюдать при выполнении работ.
4
жения: сплошной и частично распределенной нагрузкой, сосредоточенными силами;
сравнить полученные экспериментальные данные с результатами расчетов;
сравнить полученные экспериментальные данные с результатами испытания подобных моделей другихразмеров (масштабный фактор);
выявить влияние конструктивных факторов на напряженнодеформированное состояние конструкции.
Особенность работы заключается в том, что кроме указанных могут возникать новые задачи в процессе исследования конструкции.
Объект исследования
Модель панели-оболочки выполнена из органического стекла (полиметилметакрилата) в масштабе 1:12 к натурной конструкции. Сборка конструктивных элементов производилась с помощью клея на основе хлороформа, обеспечивающего монолитность конструкции. Размеры конструкции в плане - 250×1500 мм. Общий вид модели и размеры основных конструктивных элементов показаны на рис. 1. Поверхность оболочки образована цилиндрической поверхностью радиусом 3960 мм. Полная высота модели в среднем сечении - 87 мм. Поле оболочки имеет толщину 2,3 мм. Поле оболочки опирается на две продольные диафрагмы типа балок арочного очертания. Верхний пояс диафрагма имеет размеры 13×12,3 мм, стенка - толщину 3 мм. Диафрагма имеет затяжку, состоящую из стержня диаметром 6 мм из стекловолокнистой арматуры (ОСП), которая установлена без предварительного напряжения.
Деформативные характеристики материалов: модуль упругости оргстекла - 3000 МПа; модуль упругости стекловолокнистой арматуры - 50000 МПа.
Методика проведения эксперимента
Модель КЖС (I) испытывается как шарнирно-опертая по концам на металлическом стенде, представляющем собой жесткую пространственную раму (2). Общий вид испытательной установки показан на рис.2. Одна из опор шарнирно-подвижная, другая - неподвижная. Равномерно распределенная нагрузка на конструкцию создается при помощи распределительной системы, состоящей из стоек (3) и распределительных балок (4). Все элементы распределительной системы соединены через шарниры в виде резиновых прокладок, что позволяет
5
Сечение 1-1
Рис. 1. Общий вид модели: 1- цилиндрическая оболочка; 2- диафрагма; 3 – арматура стеклопластиковая диаметром 6 мм.
6
Рис. 2. Общий вид испытательной установки: 1- модель панели-оболочки; 2- испытательный стенд; 3 – стойки распределительной системы загружения; 4 – балки распределительной системы загружения; 5 – грузы; 6 – тяги; 7 – страховочный стол.
7
сохранять нагрузку без перераспределения при деформации конструкции. Непосредственно загружение модели производится штучными грузами (5), которые устанавливаются на подвески (6). В качестве грузов используются гири массой 4 кг. Подвески (6) соединены с верхней распределительной системой. Они пропущены через отверстия в модели. Для обеспечения техники безопасности под грузами установлены деревянные подмости. При загружении между грузами и подмостями сохраняется зазор, равный 3-5 см.
Загружение сосредоточенными силами осуществляется при помощи отдельных подвесок.
Напряженно-деформированное состояние исследуемой модели в процессе загружения раскрывается при помощи измерения вертикальных и горизонтальных перемещений, а также деформаций поверхности.
Горизонтальные и вертикальные перемещения элементов конструкции КЖС измеряют при помощи индикаторов часового типа ИЧ-10, позволяющих проводить измерения с точностью 0,01 мм. Схема расстановки индикаторов показана, на рис.3. Приборы расположены так, чтобы в сечении было размещено не менее пяти течек измерения. В основном индикаторы установлены в 1/2 части модели, на остальном поле имеются лишь контрольные приборы. По длине измерения производятся в сечениях, расположенных на расстоянии 1/8 длины конструкции. По ширине расстояние между точками измерения принято равным 1/4 ширины модели. Это позволяет получить достаточно четкую картину деформирования исследуемой модели как в продольном, так и поперечном направлении. На углах модели установлены индикаторы для измерения осадки опор.
Горизонтальные перемещения диафрагм измеряются индикаторами, установленными по верхнему и нижнему поясам, что позволяет установить не только смещение диафрагм, но и их поворот. Горизонтальные перемещения измеряются на половине модели. На другой половине установлены контрольные приборы. Для измерения общего удлинения затяжки установлены индикаторы по торцам.
Индикаторы ИЧ-10 крепятся при помощи держателей, установленных на испытательном стенде. Непосредственный контакт прибора с поверхностью модели осуществляется при помощи заостренных алюминиевых стержней диаметром 4 мм.
Деформации поверхности элементов конструкции измеряют при помощи тензометрического комплекса, состоящего из датчиков сопротивления базой 20 мм, системы коммутации (подсоединения),
8
Рис. 3. Схема расстановки приборов для измерения перемещений – индикаторов ИЧ-10