Условия эксплуатации. 10 page

На центральное сжатие испытания проводят на стандартных образцах, выполненных из чистой древесины (древесина не содержащая пороков).

Древесина до половины предела прочности на сжатие работает упруго, выше этого предела кроме упругих деформаций появляются пластические. Остаточные разрушения наступает на микроуровне в 70% реальных конструкций от потери устойчивости микрофибрил прозенхивных клеток, в 30% от потери прочности лигнина.

Характер разрушения не опасный, с большими деформациями, т.е. вязкий.

Пластичные свойства древесины при центральном сжатии проявляются значительно сильнее, чем при растяжении, поэтому при расчете на прочность ослабление учитывают только в рассчитываемом сечении, а при расчете на устойчивость, во-первых, особо учитывают зону работы древесины, в которой модуль упругости нельзя считать постоянным, и, во-вторых, принимают во внимание невозможность обеспечения при защемлении элемента угла поворота, равного нулю.

Расчет на прочность производят по формуле: где - действующее в элементе усилие, - площадь нетто в рассчитываемом сечении.

При определении для центрально сжатых элементов учитывается тип ослабления:

I тип. Ослабления, выходящие на кромку элементов

II тип. Ослабления, не выходящие на кромку элемента – если если

Расчет на прочность необходим главным образом для коротких стержней. Более длинные элементы, не закрепленные в поперечном направлении связями, следует рассчитывать на продольный изгиб, который состоит в потере гибким центрально сжатым прямым стержнем своей прямолинейной формы, что называется потерей устойчивости.

Расчет на продольный изгиб (устойчивость) выполняют по формуле: - коэффициент продольного изгиба, который зависит от гибкости где - коэффициент приведения длины, учитывающий схему прикрепления концов элемента.

В зависимости от определяют

1) если - формула Ясинского, где - коэффициент, учитывающий материал, равный соответственно для фанеры и дерева;

2) если где - коэффициент, учитывающий материал, равный соответственно для фанеры и дерева.

Потерей несущей способности изгибаемого элемента считается момент образования первой складки сжатой зоны элементов. Напряжения в сжатой зоне достигают своего предела прочности на сжатие. Характер работы (разрушения) до 2/3 работает упруго. Разрушение носит пластический вязкий не опасный характер. Разрушение носит пластичный, вязкий, не опасный характер.

Изгиб возникает в том случае, если нагрузка, действующая на элемент, не совпадает ни с одной из осей элемента. На изгиб работают прогоны, устроенные на скатной кровле.

Изгибаемые элементы рассчитывают по первому и второму предельным состояниям, иначе на прочность и жесткость. В расчете по первому предельному состоянию используют расчетную нагрузку, а при определении прогиба нормативную, т.е. без учета коэффициента перегрузки.

Расчет деревянных элементов на изгиб по нормальным напряжениям производят приближенно. При более точном методе потребовался бы учет различных значений модулей упругости в сжатой и растянутой зонах, поэтому введены 2 упрощения (гипотезы):

1) - при расчете; - в действительности.

2) эпюра нормальных напряжений по высоте поперечного сечения заменяется в расчете прямолинейной.

Расчет по I группе предельных состояний.

1) проверка прочности по нормальным напряжениям:

2) проверка прочности по касательным напряжениям где -статический момент сечения брутто, - ширина поперечного сечения элемента на уровне нейтральной оси.

3) проверка устойчивости плоской формы деформирования (устойчивость конструкции из плоскости – проверяется не сама несущая конструкция, а жесткость связевой системы, которая удерживает несущую изгибающую конструкцию в проектном положении от действия горизонтальной ветровой нагрузки): где - коэффициент устойчивости плоской формы деформирования, (раскрепляющая) – расстояние между опорными частями раскрепления конструкций (ширина плиты покрытия или шаг прогонов), - коэффициент, учитывающий форму эпюры изгибающих моментов.

Если проверка не выполняется, то не надо увеличивать и , а необходимо уменьшить

Расчет по II группе предельных состояний.

Проверка прогибов: где - нормативная нагрузка, - зависит от закрепления опор, учитывающий характер приложения нагрузки.

35 Расчет элементов цельного сечения на внецентренное сжатие, внецентренное растяжение деревянных

Существует 4 способа создания внецентренного сжатия в элементах реальных конструкций:

1 способ

2 способ

3 способ

4 способ

Самый обобщенный способ – второй, из него вытекают 1, 3 и 4 способы, поэтому он положен в основу разработанной расчетной схемы.

Сначала элемент начинает деформироваться от действия поперечной нагрузки в нем возникает - изгибающий момент и элемент приобретает первый прогиб Продольная сила в работе не участвует, т.е. плечо равно нулю. Как только в элементе появиться он будет служить эксцентриситетом для продольной силы которая включается в работу, от действия силы будет возникать

- основной момент, - дополнительный момент, при определении возникают сложности с определением поэтому в расчете было принято где - коэффициент, учитывающий дополнительный изгибающий момент, возникающей от продольной силы

Внецентренно сжатые элементы рассчитывают по первому и второму предельным состояниям, иначе на прочность и жесткость.

Расчет по I группе предельных состояний.

1) проверка прочности по нормальным напряжениям: первая часть формулы сжатие, вторая напряжения, возникающие при изгибе.

2) проверка прочности по касательным напряжениям где -статический момент сечения брутто, - ширина поперечного сечения элемента на уровне нейтральной оси.

3) проверка устойчивости плоской формы деформирования

- справедлива для элементов, имеющих раскрепление только сжатой кромки (балки и фермы пролетом не более 30м)

- справедлива для элементов, имеющих раскрепление и сжатой и растянутых кромок:

Расчет по II группе предельных состояний. Проверка деформаций (прогиба): где - коэффициент, учитывающий схему закрепления или опирания концов; схему нагрузки, т.е. характер распределения.

На внецентренное сжатие работают колонны, стойки рам, верхние пояса ферм.

Все четыре способа создания внецентренного сжатия, которые мы только что рассмотрели, годятся для создания внецентренного растяжения только продольную силу можно направить в обратную сторону.

Сначала элемент начинает деформироваться от действия поперечной нагрузки в нем возникает - изгибающий момент и элемент приобретает первый прогиб который будет служить эксцентриситетом для продольной силы и от действия силы будет возникать дополнительный момент При определении в расчете пренебрегаем величиной разгружающего момента и в расчет подставляем потому что растяжение является самым не выгодным видом НДС работы древесины в конструкции и таким образом создают своеобразный запас прочности.

Внецентренно растянутые элементы, как и внецентренно сжатые рассчитывают по первому и второму предельным состояниям.

Расчет по I группе предельных состояний.

1) проверка прочности по нормальным напряжениям: первая часть формулы растяжение, вторая напряжения, возникающие при изгибе.

2) проверка прочности по касательным напряжениям гдп

Расчет по II группе предельных состояний. Проверка деформаций (прогиба): где - коэффициент, учитывающий схему закрепления или опирания концов; схему нагрузки, т.е. характер распределения.

36 Расчет деревянных элементов на смятие и скалывание

Различают смятие вдоль волокон, поперек волокон и под углом к ним. Прочность древесины на смятие вдоль волокон, например, в стыках сжатых элементов, мало отличается от прочности на сжатие вдоль волокон, и действующие нормы не делают различия между ними. Смятию поперек волокон древесина сопротивляется слабо. Смятие поперек волокон характеризуется в соответствии с трубчатой формой волокон значительными деформациями сминаемого элемента. После сплющивания и разрушения стенок происходит уплотнение древесины, уменьшение деформаций и роста сопротивления сминаемого образца.

Существующие в настоящее время методы расчета элементов деревянных конструкций, работающих на скалывание и раскалывание, имеют существенные недостатки: не установлен стандартный метод экспериментальной проверки предельной прочности древесины при сложном напряженном состоянии; не внедрена теория раскрывающая зависимость прочности древесины от соотношений касательных и нормальных напряжений, увязанная с данными об анатомическом строении древесины.

37 Расчет деревянных элементов составного сечения на центральное и внецентренное сжатие

Все механические связи бывают двух типов: жесткие (в деревянных конструкциях только клей, пластмассе – клей и сварка); податливые (шпонки, нагели, колодки)деформируясь смещаются друг относительно друга.

Работа элементов составного сечения изменяется по сравнению с цельными следующим образом: в элементах составного сечения снижается несущая способность; увеличивается деформативность, т.е. снижается жесткость; изменяется характер распределения сдвигающегося усилий, т.е. характер распределения касательных напряжений и поперечных сил по длине элемента.

Элементы составного сечения на центральное сжатие рассчитывают также как элементы цельного сечения. Вся разница в их работе учитывается трижды:

- снижение несущей способности или прочности учитывается коэффициентом податливости

- увеличение деформативности, т.е. снижение жесткости учитывают коэффициентом податливости

- определение количества связей, с учетом изменения распределения сдвигающих усилий, а значит касательных напряжений.

Составные элементы на центральное сжатие рассчитывают как элементы цельного сечения, все отличия в работе, возникающие из-за податливости связей учитывается при определении гибкости по оси у (с учетом перемещений).

- прочность

- устойчивость - коэффициент продольного изгиба для составных колонн - определяется с учетом податливости связи; - коэффициент приведения гибкости; - гибкость отдельной самой тонкой ветви относительно своей оси, ввиду небольшого расстояния между связями .

Расчет элементов на внецентренное сжатие производится как для элементов цельного сечения, податливость связей учитывается 3 раза:

- снижение несущей способности

- увеличение деформации

- при определении - определяется с учетом податливости связей.

I группа предельных состояний

- проверка прочности по нормальному напряжению

- проверка прочности по касательному напряжению

- проверка устойчивости

II группа предельных состояний – прогиб

38 Расчет деревянных элементов составного сечения на поперечный изгиб. Определение требуемого количества механических связей

Элементы составного сечения на поперечный изгиб рассчитываются также как элементы цельного сечения, но в расчете надо учитывать 2 коэффициента податливости и просчитать количество связей.

I группа предельных состояний

- проверка прочности по нормальному напряжению

- проверка прочности по касательному напряжению

- проверка устойчивости

II группа предельных состояний – прогиб

Рассмотрим три деревянные балки, у которых нагрузки, пролеты и поперечные сечения одинаковы. Пусть нагрузка этих балок равномерно распределенная. Первая балка цельного сечения, т.е. состоит из одного бруса, назовем эту балку Ц. момент инерции поперечного сечения балки момент сопротивления прогиб

Вторая балка П составного сечения состоит из двух брусьев, соединенных с помощью податливых связей, например болтов. Моменты инерции и сопротивления ее собственно будут и прогиб

Третья балка О составного сечения состоит из таких же двух брусьев, как вторая балка, но здесь связей не поставлено и поэтому оба бруса будут работать самостоятельно. Момент инерции третьей балки что в 4 раза меньше, чем балки цельного сечения. Момент сопротивления что в 2 раза меньше, чем балки цельного сечения. Прогиб что в 4 раза больше, чем прогиб балки цельного сечения.

Рассмотрим, что будет происходить на левой опоре балки при деформировании ее под нагрузкой. Левая опора балки цельного сечения повернется на угол а у балки составного сечения без связей кроме поворота на левой опоре произойдет сдвиг верхнего бруса относительно нижнего.

В составной балке на податливых связях сдвигу брусьев будут препятствовать болты, поэтому он здесь меньше, чем в балке без связей. Следовательно, составная балка на податливых связях занимает промежуточное положение между балкой цельного сечения и составной балки без связей. Поэтому можно записать

Из этих неравенств следует, что геометрические характеристики составной балки на податливых связях можно выразить через геометрические характеристики составной балки на податливых связях можно выразить через геометрические характеристики балки цельного сечения, умноженные на коэффициенты меньше единицы, которые учитывают податливость связей: прогиб балки увеличивается соответственно уменьшению момента инерции:

Количество связей определяют расчетом на сдвигающие усилия. Сдвигающее усилие по всей ширине балки, вычисляют по формуле

Распределение сдвигающих усилий по длине аналогично распределению касательных напряжений в виде прямой, проходящей под углом к горизонтали. Усилия на эпюре являются ординатами. Полное сдвигающее усилие балки на участке от опоры до точки, будет геометрически равно площади треугольника в нашем случае

В составной балке на податливых связях значение полного сдвигающего усилия остается постоянным. Однако из-за податливости связей измениться характер распределения сдвигающих усилий по длине балки. В результате сдвига брусьев треугольная эпюра превратится в криволинейную, близкую к синусоиде. Если связи размещать по длине балки равномерно, то каждая связь может воспринять сдвигающее усилие, равное ее несущей способности а все они должны воспринять полное сдвигающее усилие. Таким образом

Работа такого количества связей будет затруднена, связи, находящиеся около опор, будут перегружены. Следовательно, при расчете количества связей должны быть соблюдены два условия:

- число равномерно поставленных связей на участке балки от опоры до сечения с максимальным моментом должно воспринять полное сдвигающее усилие

- связи, поставленные около опор, не должны быть перегружены.

Таким образом, требуемое количество связей на участке балки от опор до сечения с максимальным моментом будет

39 Пластмассы. Состав пластмасс. Виды пластмасс, применяемых для изготовления строительных конструкций. Свойства пластмасс

Пластмассы – материал, который состоит хотя бы из одной компоненты - из связующей.

Состав (компоненты)

1. связующие вещества – смолы. Для конструкций и изделий строительного назначения в основном применяют полиэфирные, фенолоформальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические смолы.
2. наполнители – уменьшают расход связующего, что снижает стоимость готового изделия, предотвращают усадку при отверждении, придают высокую механическую прочность. В качестве твердых наполнителей применяют непрерывное и рубленное стекловолокно, стеклоткань, асбестовое волокно, древесную стружку, опилки.
3. ингибиторы – вещества, влияющие на скорость химической реакции получения полимера, разновидностью является отвердитель
4. пластификаторы – снижают хрупкость пластмасс, увеличивают гибкость, эластичность и относительное удлинение, а также повышают морозостойкость материала. Кроме того, они улучшают условия переработки пластмасс.
5. стабилизаторы – способствуют сохранению физико-механических свойств пластмасс во времени и снижают скорость процессов разложения материалов под влиянием атмосферных условий, повышенных температур, света. По характеру действия стабилизаторы делятся на актиоксиданты или термостабилизаторы (против термоокислительного разложения) и светостабилизаторы.
6. антистатики – уменьшают электризацию полимерных материалов в процессе их переработки и эксплуатации изделий в них. Способность полимерных материалов накапливать заряды статического электрического объясняется тем, что по своим свойствам многие из этих материалов являются диэлектриками, т.е. обладают знаительным удельным поверхностным и объемным электрическим сопротивлением, а следовательно, и ничтожно малой проводимостью.
7. пигменты (красители)
8. пено и порообразователи.

Связующие бывают термореактивное – необратимые смолы и термопластические – обратимые.

Обратимые означают, что смола в вязко-текучем состоянии может находиться в момент ее получения, а так же будучи отвержденной она может перейти в вязко-текучее состояние если разогреется до температуры размягчения.

Необратимые – смолы, которые в вязко-текучем состоянии могут находиться один раз в процессе получения. Будучи отвержденной она никогда не переходит в вязко-текучее состояние.

В строительстве наибольшее применение нашли стеклопластики и древесные пластики. Стеклопластики представляют собой пластмассы, состоящие из стеклянного наполнителя и связующего.

Древесные пластики – это материалы, полученные соединением синтетическими смолами продуктов переработки натуральной древесины. К ним относятся древесно-слоистые пластики, древесно-волокнистые и древесно-стружечные плиты, бумажный слоистый пластик.

Расчетные сопротивления пластмасс при нормальных температурно-влажностных условиях принимают равным произведению кратковременного расчетного сопротивления на коэффициент длительного сопротивления

Длительный предел прочности т.е. длительное нормативное сопротивление материалов определяют по формуле

Коэффициент длительного сопротивления материала для различных предельных состояний устанавливают при испытаниях до разрушения серии специальных образцов, находящихся под длительной нагрузкой, при напряжениях, составляющих определенную часть предела прочности материала.