Деревянные конструкции. Лабораторные работы. Задачи. / Методички / 6

5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6.

Испытание клееной фанерной балки коробчатого сечения.

Цель работы: Определение расчётной несущей способности клееной фанерной балки коробчатого сечения с параллельными поясами на статический изгиб; измерение прогибов балки; сравнение экспериментальных данных с расчётно-теоретическими.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ.

Клеефанерные балки с плоской стенкой могут быть двутаврового поперечного сечения ( с одной или двумя стенками) и коробчатого сечения. Для стенок используется водостойкая фанера марки ФСФ или бакелизированная марки ФБС и ФБВ толщиной не менее 8÷10 мм. Пояса балок выполняются из вертикально поставленных досок толщиной не более 33 мм (после острожки), верхний пояс может быть криволинейного очертания. При высоте поясов более 100 мм в наружных досках делаются прорези шириной не менее 5 мм, это необходимо для уменьшения внутренних напряжений от усушечных деформаций по плоскости контакта разномодульных материалов (древесины и фанеры).

Высота балок в середине пролета назначается равной . Волокна рубашек фанеры располагают, как правило, в продольном направлении, стыкуя листы фанеры на “ус”. В этом случае стенки работают на восприятие нормальных напряжений. При значительных поперечных нагрузках волокна рубашек направляют перпендикулярно поясам ( для восприятия касательных напряжений), при этом стыки фанерных листов выполняются впритык с боковыми накладками на клею.

Устойчивость фанерной стенки из плоскости обеспечивается ребрами жесткости, располагаемыми по длине балки на расстоянии , совпадающими со стыками фанерных листов. Крайние панели для увеличения устойчивости стенки устраиваются с наклонными рёбрами жёсткости или усиливаются дополнительными листами фанеры. Ширина опорного ребра принимается равной высоте пояса , поперечные рёбра жёсткости – шириной, равной половине высоты пояса.

Балки, составленные из двух разномодульных материалов, рассчитывают по геометрическим характеристикам, приведённым к тому материалу, проверка которого выполняется.

При приведении к древесине:

; ; ,

а при приведении к фанере:

; ; , где

F_д ;J_д ;S_д ;F_ф ;J_ф ;S_ф – площадь, момент инерции, статический момент соответственно древесины и фанеры; Е_д ;Е_ф – модули упругости соответственно древесины и фанеры.

Принимаем следующие обозначения (см. рисунок):

h – полная высота сечения;

h¹- расстояние между центрами поясов;

h_o – рабочая высота стенки балки;

b_п и h_п – ширина и высота поясов;

 - толщина фанерной стенки.

Определяем приведённые статические моменты брутто относительно нейтральной оси половины сечения S и площади сечения пояса S_п ;

;

.

Приведённый момент инерции и момент сопротивления:

Расчётная нагрузка определяется по расчётной несущей способности из всех проверок прочности и жёсткости клеефанерной балки.

1. Проверка нижнего пояса:

, где

R_p- расчетное сопротивление древесины пояса на растяжение.

2. Проверка верхнего сжатого пояса:

, где

φ – коэффициент продольного изгиба пояса относительно оси Υ-Υ

при λ  70 ; при λ > 70,

,

l_o- расстояние между закреплёнными точками из плоскости балки (в лабораторной работе равно расстоянию между опорами балки).

3.Проверка фанерной стенки на растяжение:

, где

m_ф=0.8 – коэффициент, учитывающий снижение расчётного сопротивления фанеры в стыке ( в лабораторной работе в испытываемой балке стыков нет).

R_p.ф – расчётное сопротивление фанеры растяжению в плоскости листа вдоль волокон рубашек в зависимости от вида и толщины фанеры, по табл. 10 СНиП II-25-80.

W_np.ф – приведённый момент сопротивления к фанере поперечного сечения балки (составить формулу и подсчитать самостоятельно).

4. Проверка фанерной стенки на срез ( обычно делается в опорном сечении для максимальной поперечной силы):

, суммарная толщина фанерных стенок в сечении;

R_ф.cp – расчётное сопротивление фанеры срезу (для пятислойной ФСФ вдоль волокон рубашек – 50 кгс/см², для семислойной ФСФ – 60 кгс/см², для трехслойной – 35 кгс/см²);

5. Проверка клеевого шва между поясами и стенкой:

, общая длина клеевых швов;

R_ф.ск – расчётное сопротивление фанеры скалыванию (8 кгс/см² - для пятислойной ФСФ).

S_n – приведённый к фанере статический момент пояса относительно нейтральной оси.

6. Расчёт фанерной стенки по главным растягивающим напряжениям в опасном сечении в растянутой зоне, п.4.30 СНиП:

R_ф.рα – расчётное сопротивление фанеры растяжению под углом α, определяемое по графику рис.17 прил.5 СНиП.

 – угол определяемый по зависимости , физически это угол между главными растягивающими напряжениями и волокнами рубашек фанеры.

σ_ст – нормальные напряжения в стенке от изгиба на уровне внутренней кромки пояса:

τ_ст – касательные напряжения в стенке на уровне внутренней кромки растянутого пояса: ;

7. Расчёт фанерной стенки на устойчивость:

(*)

h_расч = h_ст при ah_ст

h_расч=a при а<h_ст, а – расстояние между поперечными ребрами в балке.

k_u, k_τ – коэффициенты, характеризующие критические напряжения при потере устойчивости стенки заданных геометрических размеров, определяемые по графикам рис.18, 19 прил.5 СНиП.

Устойчивость стенки с продольным расположением наружных шпонов к оси балки следует проверять по формуле (*) при . При поперечном расположении шпона, устойчивость проверяется только при действии касательных напряжений, вторая часть формулы (*), при .

8. Проверка прогиба в середине пролета балки.

EJ_np – жёсткость балки приведённая к древесине.

k, c – коэффициенты по табл.3 прил.4, п.4.33. СНиП.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.

Экспериментальные исследования работы клеефанерной балки проводится по методике, принятой в лабораторной работе по испытанию цельной балки. Материал балок, размеры поперечного сечения, пролёт, схема нагружения, измерительные приборы принимаются по рисунку.

СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА.

Работа оформляется по прилагаемому журналу-отчёту, содержащему результаты механических испытаний и расчёта клеефанерной балки. Определяется несущая способность балки из условий прочности и жёсткости. Строятся графики теоретических и экспериментальных прогибов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Конструкция и виды клеефанерных балок с плоской стенкой.

2. Приведённые геометрические характеристики поперечного сечения клеефанерных балок коробчатой конструкции.

3. Расчёт клеефанерных балок с плоской стенкой коробчатого сечения.

4. Проверка прогиба клеефанерных балок.

5. Проверка устойчивости фанерной стенки от выпучивания (в зависимости от расположения волокон рубашки).