Строительство и архитектура /1. Архитектурные решения объектов строительства и реконструкции

д.т.н. Рощина С.И., к.т.н. Смирнов Е. А., Шохин П.Б.

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия

Методика и планирование экспериментального

исследования композитных балок

На сегодняшний момент известно множество вариантов композитных балок. Основными элементами предлагаемой балки являются: древесина, мягкая внешняя арматура в виде стеклоткани, пропитанная и приклеенная к древесине компаундом с включением углеродистых нанотрубок. Целью работы является создание новых видов композитных конструкций с использованием клеев на основе углеродных нанотрубок. Благодаря своим уникальным свойствам (высокая прочность (63 ГПа), сверхпроводимость, капиллярные, оптические, магнитные свойства и т.д.) углеродные нанотрубки могут использоваться как заполнители в композитных конструкциях.

Расчетные сечения балок подобраны исходя из расчетов натурных конструкций междуэтажных деревянных перекрытий пролетом 6 м. Принимая масштабный множитель ml = 0,4 получаем сечение моделей балок 250х0,4=100 мм, 175х0,4=70 мм. Т.о. принимаем сечение моделей балок равным 100х70 мм и длиной 2,25 м

На основании этого следует, что условия полного геометрического подобия при проектировании моделей могут быть выполнены. Отсюда, по результатам эксперимента можно судить о прочности и деформативности натурных конструкций любых пролетов, поскольку метод полного геометрического подобия позволяет применять различные величины коэффициента масштабности.

Для изучения напряженно-деформированного состояния балок расчетным пролетом 2,25 м нагрузка прикладывалась в четвертях пролета. Такое решение принято для того, чтобы увеличить величину касательных напряжений в приопорных сечениях, тем самым преднамеренно усугубив ситуацию влияния сдвигающих усилий на прочность указанных выше участков балки на скалывание. Экспериментальные исследования конструкций пролетом 2,25 м проводились на испытательном стенде (рис.1.). Распределительная траверса в полной мере обеспечивала корректное разделение нагрузки пополам и передачу ее на испытуемую конструкцию.

Нагружение испытываемого образца происходит с помощью гидравлического пресса. Нагрузка от пресса передается на балку через металлическую распределительную траверсу, что обеспечивает приложение нагрузки в четвертях пролета балки.

Рис.1. Схема экспериментальной установки для испытания балок пролетом 2,25 м: 1 – армированная деревянная балка; 2 – реактивная балка [ №14; 3 – распределительная траверса I №10; 4 – гидравлический пресс.

На основании рекомендаций по испытанию деревянных конструкций ступень нагружения может быть назначена от 0,2 до 0,25 расчетной нагрузки и, следовательно, напряжения при изгибе в древесине будут возрастать на каждой ступени по 2,6…3,25 МПа, что соответствует относительным деформациям 26´10-5 и 32,5´10-5 [2]. Отсюда следует, что относительные деформации в 1,5-1,9 раза меньше нижнего предела измерения большинства приборов, поэтому регистрирующие приборы с точностью ±1´10-5 применяться не могут, так как дают большую относительную погрешность, которая может снижена, приблизительно, в 2 раза за счет применения цифрового тензометрического комплекса СИИТ-3М, цена одной единицы дискретности которого равна 5´10-6. Применение его позволяет выполнить регистрацию краевых деформаций материалов посредством тензорезисторов с базой 20 мм. Именно поэтому для проведения экспериментальных исследований композитных балок выбран метод тензометрии, поскольку из всех методов он один дает количественную картину перемещений и напряжений, а не качественную. Этот метод апробирован, проведено большое количество испытаний с применением тензометрической аппаратуры.

Схема расположения измерительных приборов приведена на рис.2.

Рис.2. Схема расположения измерительных приборов

П-1 – прогибомер марки 6-ПАО; Т-1, Т-2 – тензометры Гукенбергера;

И-1, И-2 – индикаторы часового типа.

Испытание балок на вышеописанной установке с применением измерительных приборов, позволяет наиболее точно приблизить работу балки к реальным условиям эксплуатации. Таким образом, правильное планирование эксперимента и четкое соблюдение методики экспериментального исследования позволяют наиболее полно выявить особенности напряженно-деформированного состояния композитных балок и перехода в предельное состояние, а также характер разрушения балок и определение величины разрушающей нагрузки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Иванов Ю.М. Инструкция по испытанию деревянных конструкций с определением несущей способности. М., ЦНИИСК, 1972.

2. Рекомендации по испытанию деревянных конструкций. –М.: Стройиздат, 1976, с.32.

3. Рощина С.И. Материалы докторской диссертации 2009 г.