ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ - ЧАСТЬ 6

руется регистрирующим прибором 5 (рис. 2.8). Величины зарегистрированной деформации опреде-
ляются с помощью тарировочного устройства 6 [14, 15].

Рис. 2.8 Тензометр АИД-4:

а – схема тензодатчика; б – схема измерений и регистрации деформации;

1 – тензодатчик; 2 – конструкция; 3 – усилитель;

4 – регистрирующий прибор; 5 – тарировочное устройство

Деформации определяются по формуле

Тm

∆

(2.18)

где m = 10

–5

– коэффициент чувствительности (цена деления прибора), l = 10 мм – база прибора.

Для определения расчетной нагрузки от действия нормальных напряжений рассчитываем изги-

бающий момент из условия прочности (2.1) и (2.5).

Рассчитанная нагрузка передается на балку, и с помощью тензодатчиков фиксируется измене-

ние деформации. Полученные результаты сведены в табл. 2.1 – 2.3.

2.1 Испытание цельнодеревянной балки

Номер датчика

418

212

169

283

172

323

327

305

294

280

308

363

100

405

188

164

280

174

328

337

320

313

265

355

150

393

165

160

278

176

335

347

333

330

245

272

, кг

200

380

146

156

275

178

342

357

347

348

230

257

339

∆(150…50)

–25

–47

–9

–5

–35

–36

–15

∆(200…100)

–25

–42

–8

–5

–35

–38

–16

∆Т

ср

–

,5 –

–5

–

2.2 Испытание двухсоставной балки на податливых связях

Номер датчика

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

50 282265424333294304421341425326415354432398411346401291355403

100 264253420337309292420345436346397342430406427330395293366421
150 254243410347319282410355446356387332420416437320385303376431

, кг

200 237232405351334270404355457377 366320417422453302377305386450

а)

б)

∆(150…50) –28–22–1414 25 –22–1114 21 30 –28–22–1218 26–26–1612 21 28

∆(200…100)–27–21–1514 25 –22–1610 21 31 –31–22–1316 26–28–1812 20 29

∆Т

ср

–27,5

–21,5

–14,5

–22

–13,5

30,5

–29,5

–22

–12,5

–27

–17

20,5

28,5

2.3 Испытание четырехсоставной балки на податливых связях

Номер датчика

172 271 289 284 300 271 173 199 333 197 301 256 236 216 293 306

100

153 285 271 298 280 286 160 220 320 206 285 275 215 233 282 331

150

141 290 263 307 274 295 155 232 306 207

276 282 204 243 280 344

, кг

200

121 301 247 314 258 311 144 253 284 216

261 296 188 259 270 366

∆(150…50) –31 19 –26 23 –26 24 –18 33 –27 10 –25 26 –32 27 –13 32

∆(200…100) –32 16 –24 16 –22 25 –16 33 –36 10 –24 21 –27 26 –12 35

∆Т

ср

–31,5

17,5

–25

19,5

–24

24,5

–17

–31,5

–24,5

22,5

–29,5

26,5

–12,5

33,5

2.4 Определение напряжений

Номер датчика

Балка

∆Т

об

мм

–30 –41,75

–12

–4,5

32,5

8,5

16,5 21,75 28,25

–

Цельнодере-
вянная

σ, МПа

–3

–4,2

–1,2 –0,45

3,2

0,85

1,6

2,2

2,8

–

∆Т

об

мм

–28,5 –21,75 –13,5

15,5

25,5 –24,5 –15,25

20,75

29,5

Двухсостав-
ная

σ, МПа –2,9

–2,2 –1,35

1,55

2,55

–2,4 –1,52

1,2

2,1

∆Т

об

мм

–31,5 13,75 –24,75

–26,75 25,5 –14,75 33,25

–

Четырехсо-
ставная

σ, МПа –3,2

1,4

–2,5

2,1

–2,7

2,6

–1,5

3,3

–

Для учета изгиба конструкции из плоскости нагружения складываем показания датчиков сим-

метрично расположенных относительно плоскости сечения (например

об

). После чего оп-

ределяем напряжения по формуле (2.17) (см. табл. 2.4).

Сравним теоретические и экспериментальные значения напряжений, возникающие в балках при

изгибе в середине пролета.

Из табл. 2.5 видно, что цельнодеревянная балка прочнее балки на податливых связях. На осно-

вании экспериментально полученных данных определим коэффициент податливости для составных
балок: двухсоставных

цд

, четырехсоставной

2 =

2.5 Сравнение теоретических и экспериментальных напряжений

Цельнодере-

вянная балка

Двухсоставная

балка на податли-

вых связях

Четырехсоставная

балка на податливых

связях

, МПа

2,85

00087

⋅

−

00087

⋅

−

, МПа

2,8

3,3

Ошибка

(

–

σ, %

15,6

Расчетные значения напряжений сильно отличаются от полученных экспериментально. Такая

высокая погрешность вызвана несколькими причинами: при расчете экспериментальных напряже-
ний пользовались табличным значением модуля упругости; погрешностью приборов; древесина яв-
ляется неоднородным материалом, в котором содержится большое количество пор и дефектов, что,
в свою очередь, приводит к разбросу ее прочности.

2.6 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДОЩАТОГВОЗДЕВЫХ БАЛОК

Дощатогвоздевые балки состоят из поясов парного сечения, в зазоры между которыми вводится

перекрестная стенка и соединяется с ними гвоздями. Пояса изготавливают из толстых досок. Стык
нижнего пояса устроен в середине пролета на деревянных накладках и прокладке, соединенных на-
гелями (рис. 2.9). Для того чтобы поместить между досками поясов прокладку, стенку вырезают на
высоту пояса. Это не повлияет на несущую способность стенки, поскольку сдвигающее усилие в
середине пролета равно нулю. Стенка дощатогвоздевой балки выполнена из двух слоев досок, на-
клоненных под углом 45

° к горизонту. Следует отметить, что ширина досок стенки должна быть не

менее 150 мм, так как при узких досках в щели между ними будет попадать большое количество
поясных гвоздей.

Для крепления досок стенок к поясам над стыком поставлены бруски, прибитые гвоздями и к

стенке и к поясу. Пролет балок не превышает 12 м [3, 7, 11, 16].

Дощатогвоздевая балка работает на поперечный изгиб от равномерно распределенной нагрузки.

Расчетная схема конструкции приведена на рис. 2.1, б.

Проектирование балки осуществляется в следующей последовательности [11, 16].

Подбирается сечение балки.

Полная высота балки h принимается равной 1/6 ее пролета l, тогда высота на опоре определяет-

ся по формуле

оп

−

. Для предварительного расчета задаются шириной доски поясов (h

17,5 см). Затем подбирается площадь сечения нижнего пояса из условия его прочности при растя-
жении

осл

бр

N <

(2.19)

где

– расчетное усилие в нижнем поясе, F

бр

– площадь нижнего пояса, R

– расчетное сопро-

тивление древесины растяжению, k

осл

– коэффициент ослабления растянутых элементов болтами и

гвоздями, M – изгибающий момент в наиболее опасном сечении балки, h – расстояние между цен-
трами тяжести поясов.
Наиболее опасное сечение в балке расположено от опоры на расстоянии















−

′

оп

(2.20)

где i – уклон;

оп

h′

– расстояние между центрами поясов на опоре; l – пролет балки.

Сечение верхнего пояса проектируется таким же, как и сечение нижнего пояса. Стенку балки

проектируют из двух перекрестных слоев досок сечением 25

×150 мм, расположенных под углом 45°

к нижнему поясу. Ребра жесткости, сечением 60

×75 мм, ставят конструктивно с шагом 1/10 проле-

та. Кроме того, их шаг должен совпадать с шагом прогонов.

Рассчитывается стык нижнего пояса и производится расчет гвоздей для крепления поясов.

Стык нижнего пояса выполняется в середине пролета на болтах диаметром 12 мм. Соединение

осуществляется деревянными накладками сечением 6

×175 мм и прокладкой сечением 6×175 мм.

Необходимое количество болтов определяется по формуле

(2.21)

где N – растягивающее усилие в середине пролета; m – количество поверхностей среза; Т

– несущая

способность болта на один срез, определяется как минимальное из трех условий: 1) смятия в среднем
элементе

сd

; 2) смятия в крайнем элементе

; 3) изгиба

2 d

(а – толщина накладки;

с – толщина прокладки; d – диаметр болта (см. [9]).

Расстояния между болтами и от кромки накладки определяются по [9]. Длина накладки равна

⋅











 +

– расстояние между болтами вдоль волокон; n – количество болтов).

Количество гвоздей, необходимое для крепления поясов, определяется по следующей формуле

ТS

(2.22)

где Т – сдвигающее усилие в середине пролета; S

– шаг ребер жесткости, m – количество поверхно-

стей среза; Т

– несущая способность гвоздя на один срез, определяется как минимальное из трех

условий: 1) смятия в среднем элементе

сd

⋅

; 2) смятия в крайнем элементе

⋅

; 3)

изгиба

⋅

(а – толщина поясных досок; с – толщина досок перекрестной стенки; d

– диаметр гвоздя) по [9].

оп

1/10l

×5

140

×4

90 140

×4

140

×6

100

×5

50 50

180

гвозди

∅ 5 мм

и l 160 мм

140

×6

140

×7

100

×5

250

×2

×5

180

250

×2

180

1110

×5

250

ст

Рис. 2.9:

а – дощатогвоздевая балка;

узлы балки: б– опорный;

в – промежуточный;

г – коньковый; д – разрез

а)

б)

в)

д)

г)

содержание .. 4 5 6 7 ..