Экспериментальное исследование взаимосвязи податливости опорного закрепления деревянной стойки на вклеенных стержнях с частотой ее собственных колебаний

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оренбургский государственный университет

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ПОДАТЛИВОСТИ ОПОРНОГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ ДЕРЕВЯННОЙ СТОЙКИ НА ВКЛЕЕННЫХ СТЕРЖНЯХ С ЧАСТОТОЙ ЕЁ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ

Столповский Г.А., канд.техн.наук;

Романюк П.В., Романюк В.Н.

Оренбург

Для оценки влияния податливости на расчетные параметры какой-либо строительной конструкции наиболее подходят материалы из древесины, обладающей пониженным сопротивлением смятию и относительно низким модулем упругости.

В качестве объекта для исследований выбрана деревянная стойка, защемленная на опоре с применением наклонно вклеенных стальных нагелей по системе ЦНИИСК (см. рисунок 1).

Рисунок 1 Схема защемления деревянной стойки с применением наклонно вклеенных нагелей (лабораторная установка)

Лабораторная установка состоит из испытательного стенда, испытуемой конструкции, приспособлений для нагружения, а также измерительного оборудования и датчиков, снимающий показания.

Испытательный стенд представлен жесткой рамой с ригелями из парных прокатных двутавров 36У и стойками из парных швеллеров 20У. Для реализации жёсткого основания в пространство между нижним ригелем стенда из парных двутавров вваривается сварной двутавр из пластин толщиной 15 мм. К поясу ввариваемого двутавра с двух сторон и к поясам двутавров стенда привариваются ребра жесткости из полосовой стали толщиной 6 мм. Ребра жесткости ввариваемого двутавра и двутавров стенда объединяются дополнительной пластиной толщиной 6 мм (см. рисунок 3).

Рисунок 2 Схема испытательного стенда

Рисунок 3 Схема усиления рамы стенда

Для определения частоты собственных колебаний применялся следующий набор оборудования (см. рисунок 4):

- регистратор - «Байкал-8». Технические характеристики см. в приложении В;

- набор из двух пьезоэлектрических акселерометра ВС 1313. АЧХ см. в приложении Г.

- набор из трёх ёмкостных акселерометров ВС 201. АЧХ см. в приложении Д.

- датчик динамического давления PS 2001-50-01.

Рисунок 4 Набор оборудования для определения частоты собственных колебаний, применяемый при эксперименте

строительный конструкция податливость оборудование

Данная аппаратура для инженерно-сейсмометрических исследований обладает высокими показателями по чувствительности, частотному диапазону и простоте установке, что усложняет производство подобных приборов. Однако, среди отечественных и зарубежных производителей присутствуют подходящие решения для построения системы регистрации собственных колебаний зданий и сооружений и последующего корректного анализа их параметров.

Для оценки деформаций испытуемой стойки применяются прогибомеры Максимова с проволочной связью, установленные с помощью струбцины на вынесенной от основной конструкции деревянной стойке в количестве 3 шт. Прогибомеры установлены по высоте на расстоянии 600 мм, 1000 мм и 1400 мм от низа стойки соответственно.

Проведение эксперимента состояло из двух этапов:

- определение частот собственных колебаний стойки (см. рисунки 5, 6);

- определение податливости опорного закрепления по результатам статических испытаний (см. рисунок 7).

Протоколы проведения 1-го и 2-го этапов приведены соответственно в приложениях А и Б.

Рисунок 5 Набор из трёх ёмкостных акселерометров ВС 201, закрепленный на оголовке стойки через магнитный кубик

Рисунок 6 Проведение испытаний по определению частоты собственных колебаний стойки

Проведение испытаний по определению податливости опорного закрепления стойки проводились в виде статических испытаний. Нагрузка создавалась при помощи механической лебедки грузоподъемностью Q = 1 т. Перемещения определялись в трёх точках стойки при помощи прогибомеров Максимова. Фиксация параметров напряженного состояния стойки определялась при помощи тензометрической станции ММТС-64.01. Значение прикладываемой нагрузки фиксировались при помощи пружинного динамометра с максимальным значением шкалы 500 кгс.

Рисунок 7 Общий вид лабораторной установки для проведения статических испытаний

По результатам определения перемещений был составлен график перемещений в уровне каждого из прогибомеров (см. рисунок 8).

Рисунок 8 График перемещений точек испытуемой стойки в уровне каждого из прогибомеров

Оценка податливости опорного узла проводилась в программном комплексе SCAD 21.1.1.1 методом подбора.

Путём последовательных итераций опорному узлу стойки задавалась конечная угловая жесткость до тех пор, пока кривая перемещений расчетной модели не совпала с кривой, полученной по результатам статических испытаний стойки. Конечная угловая жесткость, при которой кривая перемещений расчетной модели совпадает с кривой, полученной по результатам статических испытаний стойки получилась равной: 1250 кН•м/рад. Соответствующая данной жёсткости податливость составляет 0,0008 рад/кН•м.

Частота собственных колебаний, определенная по результатам эксперимента составила н_эксп. = 37,62 Гц, частота собственных колебаний, определенная по результатам расчета в программном комплексе SCAD 21.1.1.1 составляет н_теор. = 42,18 Гц.

Выводы. Экспериментальные исследования показали, что узел защемления деревянной стойки на наклонно-вклеенных стальных нагелях обладает податливостью, равной 0,0008 рад/кН•м.

Сравнение частоты собственных колебаний, полученных экспериментальным путём н_эксп. = 38,62 Гц с частотой, полученной по результатам расчета в программном комплексе при условии абсолютно жёсткого защемления стойки н_теор. = 42,18 Гц позволяет сделать вывод о зависимости частоты собственных колебаний от податливости опорного закрепления.

Список использованной литературы

1. СП 64.13330.2017. Деревянные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-25-80. М: ИПК Издательство стандартов, 2017. 105с.

2. СП 16.13330.2017. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*. М: Минрегион России, 2017. 145с.

3. Турковский С.Б., Саяпин В.В., Почерняев Б.Г. Соединения деревянных элементов с помощью наклонно вклеенных стержней // Тезисы докладов всесоюзного совещания «Эффективное использование древесины и древесных материалов в современном строительстве» М., 1980.

4. Турков, А.В. Способы учета податливости жесткого защемления при проведении эксперимента [Текст] / А.В. Турков, К.В. Марфин // Строительство и реконструкция. 2015. №1. С. 62-64 (0,20 / 0,15 п.л. автора).

5. Дарков А.В. Строительная механика: Учеб. для строит. спец. вузов. 8-е изд., перераб. и доп. / А.В. Дарков, Н.Н. Шапошников // М.: Высш. шк., 1986. 607 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru