Расчет устойчивости деревянных конструкций

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Забайкальский государственный университет»

(ФГБОУ ВПО «ЗабГУ»)

Факультет строительства и экологии

Кафедра строительства






КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Экология»

вариант № 0


Выполнил ст. гр. ПГСС-10-1

Сутемьева А. А.

Проверил:

Бондарь И. А.








Чита 2013


Содержание


1. Теоретическая часть

.1Физические и механические свойства древесины

.1.1Физические свойства древесины

.1.2Механические свойства древесины

.2Клееные конструкции

2. Практическая часть

Задача 1

Задача 2

Задача 3

Список литературы


. Теоретическая часть


.1 Физические и механические свойства древесины


.1.1 Физические свойства древесины

К физическим свойствам древесины относятся ее плотность, влажность, теплопроводность, звукопроводность, электропроводность, стойкость к коррозии (то есть способность противостоять действию агрессивной среды), а также ее декоративные качества (цвет, блеск, запах и текстура).

Плотность древесины - это отношение ее массы к объему, измеряемой в г/см3 или кг/м3. Зависит этот показатель от породы древесины, возраста, условий роста, ее влажности. Нет необходимости вдаваться в подробности изучения данного показателя; достаточно знать, что древесина, отличающаяся большей плотностью, служит гораздо дольше и менее подвержена необратимым изменениям, чем менее плотная (однако следует учесть, что для чистоты сравнительного анализа плотность древесины измеряют на образцах влажностью 15 %). Самая большая плотность у дуба, далее по убывающей следуют: ясень, клен, лиственница, бук, береза, орех, сосна, липа, осина, ель, пихта.

Влажность лесоматериалов, используемых в строительстве и при изготовлении деревянных изделий, является показателем ее качества и долговечности. На практике различают: комнатно-сухую древесину, с влажностью 8-12 %; воздушно-сухую искусственной сушки, с влажностью 12-18 % (эти два вида древесины получают путем сушки пиломатериалов в сушильных камерах); атмосферно-сухую естественной сушки, с влажностью 18-23 % (получают в результате продолжительного хранения лесоматериалов, уложенных штабелями на прокладках в сухих, проветриваемых помещениях или под навесом, без допуска воздействия прямых солнечных лучей), влажную древесину, с влажностью более 23 %.

Чем меньше показатель влажности древесины, тем меньше она подвержена гниению. Однако не следует стремиться использовать лесоматериалы наименьшей влажности. Дело в том, что структура древесины очень гигроскопична: она легко отдает переизбыток влаги при повышении температуры и уменьшении влажности окружающей среды и с такой же легкостью впитывает влагу при снижении температуры и повышении влажности окружающей среды. Это неминуемо приводит: в первом случае - к усушке древесины (уменьшению ее объемных размеров); во втором случае - к ее разбуханию (увеличению объемных размеров). И усушка, и разбухание изменяют объемные размеры деревянной детали неодинаково в различных направлениях; результат этого - коробление древесины, деформация деревянных конструкций, что в конечном счете приводит их в негодность. Самый простой способ предупреждения коробления - применение древесины, влажность которой в момент использования соответствует эксплуатационной влажности.

Теплопроводность, звукопроводность. Деревянные дома из сруба или бруса хорошо удерживают тепло. Здоровая древесина способна хорошо распространять звук вдоль волокон: если после удара по комлевой части бревна, доски или бруса слышится чистый звенящий звук, то это говорит о высоком качестве древесины; прерывистый, глухой звук свидетельствует о ее загнивании.

Коррозионная стойкость древесины очень важна для строений и изделий, из нее изготовленных, особенно тех, которые эксплуатируются в основном под открытым небом.

Следует отметить, что хвойные породы более стойки к коррозии по сравнению с лиственными, поскольку хвойная древесина пропитана природными смолистыми веществами.

Цвет, блеск, запах и текстура являются физическими свойствами древесины, позволяющими визуально определить ее породу.

Цвет способен указать на качество. Например, синеватая окраска хвойной древесины свидетельствует о начальной стадии загнивания (цвет здоровой сосны - от коричневато-желтого в зонах, насыщенных смолой, до светло-желтого; цвет ели - от светло-желтого до белого); черные и темно-коричневые пятна на буковой древесине - признак загнивания (цвет здорового бука - от желто-бежевого до розовато-бежевого).

Свидетельствовать о пороках древесины может и изменение запаха: если в помещении, где хранится древесина бука, ощущается стойкий запах прелой листвы, а запах в помещении, где хранятся сосновые лесоматериалы, затхлый, - это явный признак процессов гниения.

Текстура древесины зависит от распила, а механическая прочность тех или иных досок или брусков зависит от вида разреза (рис.1).


Рисунок 1- Составные части поперечного распила ствола и текстура древесины на трех разрезах: а - составные части поперечного распила ствола: 1 - лубяной слой коры; 2 - камбий; 3 - заболонь; 4 - ядро; 5 - сердцевина; 6 - сердцевидные лучи; б - текстура древесины сосны на трех разрезах: 1 - на поперечном; 2 - на радиальном; 3 - на тангентальном.

Но и цвет, и блеск, и текстура имеют чисто декоративное значение.


1.1.2 Механические свойства древесины

К механическим свойствам древесины относятся: прочность, твёрдость, жёсткость, ударная вязкость и другие.

Прочность - способность древесины сопротивляться разрушению от механических усилий, характеризующихся пределом прочности. Прочность древесины зависит от направления действия нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков.

Существенное влияние на прочность древесины оказывает только связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках. При увеличении количества связанной влаги прочность древесины уменьшается (особенно при влажности 20-25%). Дальнейшее повышение влажности за предел гигроскопичности (30%) не оказывает влияния на показатели прочности древесины. Показатели пределов прочности можно сравнивать только при одинаковой влажности древесины. Кроме влажности на показатели механических свойств древесины оказывает влияние и продолжительность действия нагрузок.

Вертикальные статические нагрузки - это постоянные или медленно возрастающие. Динамические нагрузки, наоборот, действуют кратковременно. Нагрузку, разрушающую структуру древесины, называют разрушительной. Прочность, граничащую с разрушением, называют пределом прочности древесины, её определяют и измеряют образцами древесины. Прочность древесины измеряют в Па/см2 (кгс на 1 см2) поперечного сечения образца в месте разрушения, (Па/см2 (кг с/см2).

Сопротивление древесины определяют как вдоль волокон, так и в радиальном и тангенциальном направлении. Различают основные виды действий сил: растяжение, сжатие, изгиб, скалывание. Прочность зависит от направления действия сил, породы дерева, плотности древесины, влажности и наличия пороков. Механические свойства древесины приведены в таблицах.

Чаще всего древесина работает на сжатие, например, стойки и опоры. Сжатие вдоль волокон действует в радиальном и тангенциальном направлении (рис. 2).

Предел прочности на растяжение. Средняя величина предела прочности при растяжении вдоль волокон для всех пород составляет 1300 кгс/см2. На прочность при растяжении вдоль волокон оказывает большое влияние строение древесины. Даже небольшое отклонение от правильного расположения волокон вызывает снижение прочности.

Прочность древесины при растяжении поперёк волокон очень мала и в среднем составляет 1/20 часть от предела прочности при растяжении вдоль волокон, то есть 65 кгс/см2. Поэтому древесина почти не применяется в деталях, работающих на растяжение поперёк волокон. Прочность древесины на растяжение поперёк волокон имеет значение при разработке режимов резания и режимов сушки древесины.


Рисунок 2 - Испытание механических свойств древесины на сжатие: а - вдоль волокон; б - поперек волокон - радиально; в - поперек волокон - тангенциально.


Предел прочности при сжатии. Различают сжатие вдоль и поперёк волокон. При сжатии вдоль волокон деформация выражается в небольшом укорочении образца. Разрушение при сжатии начинается с продольного изгиба отдельных волокон, которое во влажных образцах из мягких и вязких пород проявляется как смятие торцов и выпучивание боков, а в сухих образцах и в твёрдой древесине вызывает сдвиг одной части образца относительно другой.

Средняя величина предела прочности при сжатии вдоль волокон для всех пород составляет 500 кгс/см2.

Прочность древесины при сжатии поперёк волокон ниже, чем вдоль волокон примерно в 8 раз. При сжатии поперёк волокон не всегда можно точно установить момент разрушения древесины и определить величину разрушающего груза.

Древесину испытывают на сжатие поперёк волокон в радиальном и тангенциальном направлениях. У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами (дуб, бук, граб) прочность при радиальном сжатии выше в полтора раза, чем при тангенциальном; у хвойных - наоборот, прочность выше при тангенциальном сжатии.


Рисунок 3 - Испытание механических свойств древесины на изгиб.


Предел прочности при статическом изгибе. При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои древесины испытывают напряжение сжатия, а нижние - растяжения вдоль волокон. Примерно посередине высоты элемента проходит плоскость, в которой нет ни напряжения сжатия, ни напряжения растяжения. Эту плоскость называют нейтральной; в ней возникают максимальные касательные напряжения. Предел прочности при сжатии меньше, чем при растяжении, поэтому разрушение начинается в сжатой зоне. Видимое разрушение начинается в растянутой зоне и выражается в разрыве крайних волокон. Предел прочности древесины зависит от породы и влажности. В среднем для всех пород прочность при изгибе составляет 1000 кгс/см2, то есть в 2 раза больше предела прочности при сжатии вдоль волокон.



Рисунок 4 - Сдвиг древесины: а - вдоль волокон; б - перпендикулярно волокнам.


Рисунок 5 - Сдвиг деталей: а - обыкновенный; б - двойной.


Прочность древесины при сдвиге. Внешние силы, вызывающие перемещение одной части детали по отношению к другой, называют сдвигом. Различают три случая сдвига: скалывание вдоль волокон, поперёк волокон и перерезание.

Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1/5 часть от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), прочность на скалывание по тангенциальной плоскости на 10-30% выше, чем по радиальной.

Предел прочности при скалывании поперёк волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперёк волокон в четыре раза выше прочности при скалывании.


Рисунок 6 - Направление сил в деревянной конструкции, находящейся под нагрузкой: 1 - сдвиг на скалывание; 2 - сжатие; 3 - растяжение; 4 - изгиб; 5 - сжатие.


Твёрдость - это свойство древесины сопротивляться внедрению тела определённой формы. Твёрдость торцовой поверхности выше твёрдости боковой поверхности (тангенциальной и радиальной) на 30% у лиственных пород и на 40% у хвойных. По степени твёрдости все древесные породы можно разделить на три группы: 1) мягкие - торцовая твёрдость 40 МПа и менее (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан); 2) твёрдые - торцовая твёрдость 40,1-80 МПа (лиственница, сибирская берёза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач, платан, рябина, клён, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень); 3) очень твёрдые - торцовая твёрдость более 80 МПа (акация белая, берёза железная, граб, кизил, самшит, фисташки, тис).

Твёрдость древесины имеет существенное значение при обработке её режущими инструментами: фрезеровании, пилении, лущении, а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию при устройстве полов, лестниц перил.

Ударная вязкость характеризует способность древесины поглощать работу при ударе без разрушения и определяется при испытаниях на изгиб. Ударная вязкость у древесины лиственных пород в среднем в 2 раза больше, чем у древесины хвойных пород. Ударную твёрдость определяют, сбрасывая стальной шарик диаметром 25 мм с высоты 0,5 м на поверхность образца, величина которого тем больше, чем меньше твёрдость древесины.

Износостойкость - способность древесины сопротивляться износу, т.е. постепенному разрушению её поверхностных зон при трении. Испытания на износостойкость древесины показали, что износ с боковых поверхностей значительно больше, чем с поверхности торцевого разреза. С повышением плотности и твёрдости древесины износ уменьшился. У влажной древесины износ больше, чем у сухой.

Способность древесины удерживать металлические крепления: гвозди, шурупы, скобы, костыли и др. - важное её свойство. При забивании гвоздя в древесину возникают упругие деформации, которые обеспечивают достаточную силу трения, препятствующую выдёргиванию гвоздя. Усилие, необходимое для выдёргивания гвоздя, забитого в торец образца, меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперёк волокон. С повышением плотности сопротивление древесины выдергиванию гвоздя или шурупа увеличивается. Усилия, необходимые для выдёргивания шурупов (при прочих равных условиях), больше, чем для выдёргивания гвоздей, так как в этом случае к трению присоединяется сопротивление волокон перерезанию и разрыву.

Усилие, необходимое для выдергивания гвоздя, забитого в торец, на 10-15% меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперёк волокон.

Способность древесины изгибаться позволяет гнуть её. Способность гнуться выше у кольцесосудистых пород - дуба, ясеня и др., а из рассеянно-сосудистых - бука; хвойные породы обладают меньшей способностью к загибу. Гнутью подвергают древесину, находящуюся в нагретом и влажном состоянии. Это увеличивает податливость древесины и позволяет вследствие образования замороженных деформаций при последующем охлаждении и сушке под нагрузкой зафиксировать новую форму детали.

Раскалывание древесины имеет практическое значение, так как некоторые сортименты её заготовляют раскалыванием (клёпка, обод, спицы, дрань). Сопротивление раскалыванию по радиальной плоскости у древесины лиственных пород меньше, чем по тангенциальной. Это объясняется влиянием сердцевинных лучей (у дуба, бука, граба). У хвойных, наоборот, раскалывание, по тангенциальной плоскости меньше, чем по радиальной.

Деформативность. При кратковременных нагрузках в древесине возникают преимущественно упругие деформации, которые после нагрузки исчезают. До определённого предела зависимость между напряжениями и деформациями близка к линейной (закон Гука). Основным показателем деформативности служит коэффициент пропорциональности - модуль упругости.

Модуль упругости вдоль волокон Е = 12-16 ГПа, что в 20 раз больше, чем поперёк волокон. Чем больше модуль упругости, тем более жёсткая древесина.

С увеличением содержания связанной воды и температуры древесины, жёсткость её снижается. В нагруженной древесине при высыхании или охлаждении часть упругих деформаций преобразуется в «замороженные» остаточные деформации. Они исчезают при нагревании или увлажнении.

Поскольку древесина состоит в основном из полимеров с длинными гибкими цепными молекулами, её деформативность зависит от продолжительности воздействия нагрузок. Механические свойства древесины, как и других полимеров, изучаются на базе общей науки реологии. Эта наука рассматривает общие законы деформирования материалов под воздействием нагрузки с учётом фактора времени.


.2 Клееные конструкции


Клееные деревянные конструкции выпускают двух видов -несущие и ограждающие. К несущим конструкциям массового производства относятся балки, рамы, арки и фермы. Ограждающие конструкции представляют собой деревянный каркас и приклеенные к нему обшивки из фанеры или других листовых материалов.

Для изготовления деревянных клееных конструкций рекомендуется в основном использовать пиломатериалы хвойных пород (сосна, ель ). Толщину склеиваемых слоев в элементах, как правило не следует принимать более 33 мм, которую получают при фрезеровании пиломатериалов толщиной более 40 мм. Ширину пиломатериалов выбирают согласно номинальным размерам элемента с учетом суммарных припусков на усушку и механическую обработку. Эти припуски для пиломатериалов шириной от 75 до 100 мм равны в среднем 10 мм,; от 125 до 175 мм - 15 мм; от 200 до 250 мм - 20мм.

Для комбинированных конструкций следует применять березовую водостойкую фанеру толщиной не менее 8 мм по ГОСТ 3916-69 марки ФСФ, а так же фанеру бакелизированную марки ФБС по ГОСТ 11539-73 с изм. Синтетические клеи для соединения древесины с фанерой следует назначать в зависимости от условий эксплуатации, согласно требованиям СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции».

Древесина, предназначенная для несущих клееных конструкций, эксплуатируемых при влажности до 75%, должна быть высушена до влажности 9-12%. Для получения пиломатериалов заданной влажности с минимальными внутренними напряжениями и минимальным перепадом влажности по толщине отдельных досок рекомендуется проводить сушку в три этапа - атмосферную, камерную и кондиционирование пиломатериалов в условиях цеха.

Атмосферную сушку в штабелях часто совмещают со складированием пиломатериалов, так как для бесперебойной работы предприятий по выпуску клееных конструкции необходимо создать запас древесины в объеме не менее шестимесячной потребности. Начальная - атмосферная сушка позволяет выровнять влажность древесины до 25-30%, что сокращает сроки камерной сушки.

Сушильное отделение состоит из нескольких камер, количество которых определяется производительностью цеха. Качество сушки зависит от правильной укладки пиломатериалов в сушильные штабели. Чтобы уменьшить поперечное коробление пиломатериалов при их сушке, штабель формируется из досок одной толщины на прокладках. Недопустима недогрузка штабеля по высоте камеры, так как нарушается циркуляция сушильного агента, что приводит к неравномерному просыханию материала и увеличению сроков сушки.

Штабели укладывают на подъемно-гидравлических столах или вертикальных подъемниках, откуда пиломатериалы подают в сушильную камеру с помощью специальной платформы, состоящей из двух треков, один из которых перемещается по рельсам, уложенным вдоль сушильного отделения, а второй - по рельсам, уложенным в поперечном направлении.

Во избежание появления внутренних напряжений сушку проводят, выбирая мягкие или нормальные режимы, контролируя по силовым образцам характер внутренних напряжений, текущую влажность и постепенно переходя с одной сушки на другую: прогрев, собственно сушку, тепловлагообработку, охлаждение.

Пиломатериалы кондиционируют после их выгрузки из камеры в условиях цеха при температуре 18-20 оС и влажности воздуха 50-70 % не менее трех суток. Для кондиционирования в цехе предусмотрена специальная площадка. Эта операция необходима для выравнивания влажности древесины как по объему штабеля, так и по сечению пиломатериалов. После кондиционирования пиломатериалы автоматически сортируют по влажности.

Пиломатериалы, поступающие в сушильное отделение после лесопильных рам, имеют грубо обработанную поверхность (? д3), большие отклонения от номинальных размеров (например по толщине ) и, кроме того, после сушки могут возникнуть дефекты в виде поперечного коробления или других повреждений. Поэтому они проходят обязательное фрезерование по пласти на рейсмусовых или четырехсторонних строгальных станках с целью их калибровки по толщине, получения базовых поверхностей для дальнейшей обработки и лучшего выявления недопустимых природных пороков и дефектов обработки.

Сортировка пиломатериалов - это вторая очень ответственная и трудоемкая операция. К недопустимым природным порокам относятся сучки, косослой и гниль; к дефектам обработки - коробление, трещины.

Выявленные пороки и дефекты вырезают на торцовочных станках. После торцовки пиломатериалы поступают на линии склеивания досок по длине в плети.

Качество склеивания в большей степени зависит от подготовленной поверхности. Склеиваемые поверхности должны быть свежеотфрезерованные (время с момента фрезерования до нанесения клея не должно превышать 8 часов), очищенными от пыли и прилегать одна к другой. Фрезерование и нанесение клея осуществляют на полуавтоматических линиях. С подъемника плети по транспортеру подают на двусторонний рейсмусовый станок и после фрезерования пластей они проходят под клеенаносящим устройством. Клей следует наносить тонким слоем толщиной 0,1 - 0,3 мм - чем тоньше клеевой шов, тем прочнее соединение, расход клея 350-500 г/м2.

Клеи для изготовления строительных деревянных конструкций должны быть прочными, водостойкими, долговечными, технологичными и выбираются в зависимости от условий эксплуатации в соответствии со СНиП II-25-80.

После нанесения на плети-заготовки клея технологическим процессом предусмотрены сборка пакета конструкций из подлежащих склеиванию заготовок, транспортирование их к запресовочным устройствам, запрессовка и выдержка под давлением для создания прочных монолитных соединений.

Сформированный пакет мостовым краном и специальными траверсами подают на запрессовку. Для плотного соединения склеиваемых поверхностей, создания тонкого клеевого слоя и получения прочного монолитного сечения конструкций необходимо создать равномерное давление по всей склеиваемой поверхности.

Время запрессовки зависит от марки применяемого клея и вида конструкции, чем сложнее конфигурация конструкции, тем больше время выдержки под давлением.

В связи с тем, что после распрессовки конструкций полимеризация клея полностью не завершена, необходимо перемещать склеенные элементы с особой осторожностью на кондиционирование в условиях цеха, которое должно продолжаться не менее 3 сут для окончательного твердения клея.

Окончательная механическая обработка включает фрезерование боковых поверхностей, торцовку конструкций и сверление отверстий под болты и соединительные детали.

Для увеличения долговечности и срока службы деревянных конструкций необходимо защищать их от увлажнения, гниения и возгорания, применяя различные лаки, эмали, антисептики и антиперены.

На всех стадиях технологического процесса изготовления клееных конструкций производят пооперационный контроль прочностных характеристик древесины и фанеры, влажности и внутренних напряжений при сушке пиломатериалов, прочности зубчатых соединений на растяжение и изгиб, качества подготовки поверхности под склеивание, технологических свойств клеев и качества поверхностной защиты древесины, согласно ГОСТ 20850-75 «Конструкции деревянные клееные несущие. Общие требования».

Для окончательной проверки качества изготовления проводят испытания отдельных конструкций, доводя их до разрушения

2. Практическая часть


Задача №1


Проверить прочность и устойчивость центрально сжатой колонны длиной 4,1м. сечением 0,22х0,25м., загруженной силой N=460кН. Колонна сплошного сечения изготовлена из сосны 2-го сорта. Условия эксплуатации относятся к группе AI.


Схема 1- Расчетная схема центрально сжатой колонны


Решение:

) Расчетное сопротивление древесины сосны сжатию вдоль волокон второго сорта Rc=15МПа.

Расчетная длина стержня:


, где


- коэффициент равный 1, при обоих шарнирно-закрепленных концах;

- значение действительной свободной длины стержня.

)Минимальный радиус инерции прямоугольного сечения:



) Максимальная гибкость цельного сечения:



) Коэффициент продольного изгиба определяется по формуле, так как гибкость элемента ??70:



) Площадь поперечного сечения:



) Проверка условия прочности поперечного сечения колонны:



условие соблюдается

) Проверка устойчивости центрально сжатой колонны:



Условие выполняется.


Задача №2


Расчет изгибаемого элемента прямоугольного сечения

Информация о расчете:

Дата выполнения расчета: 12.04.2013 13:43:42;

Исходные данные:

Условия эксплуатации:

Температура воздуха при которой эксплуатируется конструкция tв = 22 °C;

Относительная влажность внутреннего воздуха W = 50 %;

Продольные размеры:

Максимальное расстояние между точками закрепления элемента из плоскости конструкции= 42 см = 42 / 100 = 0,42 м;

Усилия:

Изгибающий момент M = 21,2 тс м = 21,2 / 101,97162123 = 0,2079 МН м;

Поперечная сила Q = 8,1 тс = 8,1 / 101,97162123 = 0,07943 МН;

Результаты расчета:

) Расчет изгибаемого элемента на прочность.

Элемент - изгибаемый.

) Расчетное сопротивление древесины.

Срок службы сооружения - до 50 лет.

Коэффициент надежности по сроку службы: gн(сс) = 1 .

) Продолжение расчета по п. 5.1

Материал элемента - древесина.

Порода древесины - сосна.

Переходной коэффициент прочности основных пород древесины (сосны, ели) по табл.5 принимается по табл. 5 mп = 1 .

Сечение - прямоугольное.

Сорт древесины - 1.

Расчетное сопротивление изгибу принимается по табл. 3 Rи = 16 МПа .

Расчетное сопротивление сжатию: Rс = Rи = 16 МПа .

Расчетное сопротивление смятию: Rсм = Rи = 16 МПа .

Расчетное сопротивление изгибу: Rи = mп Rи/gн(сс) = 1 16/1 = 16 МПа .

Расчетное сопротивление сжатию: Rс = mп Rс/gн(сс) = 1 16/1 = 16 МПа .

Расчетное сопротивление смятию: Rсм = mп Rсм/gн(сс) = 1 16/1 = 16 МПа .

) Учет условий работы древесины на значения расчетных сопротивлений.

Нагрузка - не включает ветровую, монтажную или гололедную.

Коэффициент, учитывающий кратковременность действия нагрузки (п. 5.2г) принимается по табл. 8 mн = 1 .

) Определение условий эксплуатации конструкций.

Конструкция эксплуатируется - внутри отапливаемых помещений.

Равновесная влажность древесины принимается по рис. Г.1 в зависимости от W и tв= 9,7 % .

Т.к. Wp = 9,7 % > 8 % и Wp = 9,7 % < = 12 % :

) Продолжение расчета по п. 4.3

Температурно-влажностные условия эксплуатации конструкции -1

) Продолжение расчета по п. 5.2

В зависимости от температурно-влажностных условий экслуатации (1) mв = 1

Т.к. tв < = 35 °C :

Коэффициент, учитывающий условия эксплуатации при повышенной температуре (п. 3.2б): mт = 1 .

Напряжения от кратковременных нагрузок - не более 20% суммарного напряжения от всех нагрузок.

Коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки (п. 5.2в): mд = 0,8 .

Глубокая пропитка антипиренами - имеется.

Коэффициент, учитывающий пропитку антипиренами: mа = 0,9 .

Коэффициент, учитывающий ослабления сечения (п. 5.2е): mо = 1 .

Элемент - цельный.

Коэффициент для сечений высотой более 50 см: mб = 1 .

Коэффициент, учитывающий толщину слоев в клееных элементах: mсл = 1 .

Элемент - прямой.

Коэффициент для гнутых элементов: mгн = 1 .

Сейсмичность площадки строительства - не более 6 баллов.

Коэффициент условия работы по п. 5.14 СП 14.13330.2011 "Строительство в сейсмических районах": mkp = 1 .

Расчетное сопротивление изгибу:и = mkp mв mт mд mн mа mо mб mсл mгн Rи = 1 1 1 0,8 1 0,9 1 1 1 1 16 = 11,52 МПа .

Расчетное сопротивление сжатию:с = mkp mв mт mд mн mа mб mсл mгн Rс = 1 1 1 0,8 1 0,9 1 1 1 16 = 11,52 МПа .

Расчетное сопротивление смятию:см = mkp mв mт mд mн mа Rсм = 1 1 1 0,8 1 0,9 16 = 11,52 МПа .

) Продолжение расчета по п. 6.9

Момент сопротивления сечения брутто: Wбр = b h 2/6 = 0,14 1,31 2/6 = 0,04004 м 3 .

Ослабления сечения - отсутствуют.

Момент сопротивления сечения нетто: Wнт = Wбр = 0,04004 м 3 .

Расчетный момент сопротивления сечения: Wрасч = Wнт = 0,04004 м 3./Wрасч = 0,2079/0,04004 = 5,19233 МПа < = Rи = 11,52 МПа (45,07233% от предельного значения) - условие выполнено (формула (17); п. 6.9 ).

) Расчет изгибаемых элементов на прочность по скалыванию.

Расчетная ширина сечения: bрас = b = 0,14 м .

Статический момент брутто сдвигаемой части сечения: Sбр = (b h/2) (h/4) = (0,14 1,31/2) (1,31/4) = 0,03003 м 3 .

Момент инерции сечения брутто: Iбр = b h 3/12 = 0,14 1,31 3/12 = 0,02623 м 4 .

) Расчетное сопротивление древесины скалыванию.

Переходной коэффициент прочности основных пород древесины при расчете на скалывание принимается по табл. 5 mп = 1 .

Расчетное сопротивление скалыванию принимается по табл. 3 Rск = 1,8 МПа

Расчетное сопротивление скалыванию: Rск = mп Rск = 1 1,8 = 1,8 МПа .

Расчетное сопротивление скалыванию: Rск = Rск/gн(сс) = 1,8/1 = 1,8 МПа .

) Учет влияния работы древесины на значение расчетного сопротивления скалыванию.

Коэффициент, учитывающий толщину слоев в клееных элементах: mсл = 1 .

Расчетное сопротивление скалыванию: Rск = mkp mв mт mд mн mа mсл Rск

= 1 1 1 0,8 1 0,9 1 1,8 = 1,296 МПа .

) Продолжение расчета по п. 6.10= Rск Iбр bрас/Sбр = 1,296 0,02623 0,14/0,03003 = 0,15848 МН .Sбр/(Iбр bрас) = 0,07943 0,03003/(0,02623 0,14) = 0,64958 МПа < = Rск = 1,296 МПа (50,12215% от предельного значения) - условие выполнено (формула (18); п. 6.10 ).

) Расчет на устойчивость изгибаемых элементов прямоугольного сечения

Расстояние между точками закрепления из плоскости изгиба: lр = ly = 0,42 м .

Закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования - отсутствуют.пM = 1 .


Задача №3


Проверить прочность и устойчивость стержня ВС верхнего пояса фермы, загруженного центрально приложенной силой N и поперечной равномерно распределенной нагрузкой Р. Стержень изготовлен из сосны 2-го сорта. Условия эксплуатации относятся к группе Б1. Коэффициент перегрузки n=1,1; np=1,3.

Исходные данные

Длина l=3,9 м;

Сила N=100 кН;

Поперечная нагрузка Рн=4,6 кН/м.

Схема 2 - Расчетные схемы фермы и элемента верхнего пояса


Решение:

Расчетные усилия


,


Для того, чтобы выполнить проверку прочности, необходимо задаться размерами поперечного сечения

Ширину принимаем по сортаменту .

При этом большей продольной силе должна соответствовать большая ширина поперечного сечения и . Высотой поперечного сечения можно задаться из условий прочности при поперечном изгибе.



Где



для прямоугольного сечения,


тогда


Принимаем по сортаменту высоту сечения ближайшую большую, чем .

Проверяем прочность и устойчивость стержня с подобранными размерами поперечного сечения. (Расчет по первой группе предельных состояний)

Радиус инерции сечения относительно оси Х-Х:

Расчетная длина ст.ержня , где принимаем согласно п.4.21 СНиП II-25-80.

Коэффициент продольного изгиба

древесина изгиб устойчивость сечение

при

Полный изгибающий момент с учетом действия продольной силы:


,


где - коэффициент, учитывающий изгибающий момент, обусловленный продольной силой и эксцентриситетом в расчетном сечении, возникающим в результате действия поперечной нагрузки.



Прочность сжатоизгибаемых элементов проверяется по условию



Устойчивость элемента обеспечена.

Проверка на устойчивость выполняется из плоскости изгиба.

Радиус инерции сечения относительно оси У-У , гибкость стержня


.


В зависимости от гибкости определяем коэффициент продольного изгиба .


при


При условии



Устойчивость элемента обеспечена.


Список литературы


1Конструкции из дерева и пластмасс. Ю. В. Слицкоухов, В. Д. Буданов. М.: Стройиздат, 1986г, 543с.

Контрольно-практические работы по конструкциям из дерева и пластмасс: Метод. указ. - Чита: ЧитПИ, 1990.-32с.

3 Конструкции из дерева и пластмасс. М. М Гапоев, И. М. Гуськов., - г. Москва: Издательство АСВ - 2004. 440с.


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Больше работ по теме:

КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]

Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение

Скачать      Реферат

ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ