Методика проведения эксперимента и обработка результатов

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №3 на тему:

«Исследования напряженного состояния модели металлической сварной фермы при действии статической нагрузки»

 

Отчет выполнил

студент Бурмин А.В.

шифр 210199

201 учебной группы 4-го курса

Специальности

«Промышленное и гражданское строительство»

Проверил Рудомин Е.Н.

 

Рязань 2013

Лабораторная работа № 3

 

Исследования напряженного состояния модели металлической сварной фермы при действии статической нагрузки

Цели и задачи работы:

1. Ознакомление с методикой и техникой проведения статических испытаний элементов строительных конструкций на примере испытания модели металлической фермы

2. Определение экспериментальным путем напряженного состояния элементов (поясов, стоек, раскосов) фермы и действующих в них усилий при заданной схеме нагружения.

3. Выполнение расчета фермы в программном комплексе ЛИРА 9.6.

4. Сравнение полученных усилий в стержнях по результатам расчета и эксперимента.

5. Выявление особенностей действительной работы исследованной фермы и причин возможных различий между экспериментальными и расчетными данными.

 

Оборудование:

Лабораторная установка со стальной фермой, индикатор часового типа, прогибомер, тензорезисторы, мост постоянного тока, электронный тензометрический измеритель деформаций АИД-4, электромеханический тензометр, металлическая линейка, штангенциркуль.

Схема модели фермы

 

 

Рисунок 1 – Расположение тензорезисторов в сечениях элементов фермы

 

 

Рисунок 2 – Схема наклейки тензорезисторов в сечениях элементов фермы

Методика проведения эксперимента и обработка результатов

1. Проверка геометрических размеров исследуемой фермы и сечения ее элементов.

2. Определение по сортаменту геометрических характеристик сечений элементов.

3. Составление схемы приложения испытательных нагрузок с указанием их величин.

4. Выполнение расчета фермы на действие испытательной нагрузки и определение усилий в элементах фермы c использованием программного комплекса Лира.

5. Проверка и при необходимости корректировка расположения фермы на опорах с целью исключения случайных эксцентриситетов.

6. Проверка работы измерительных приборов при выполнении нескольких тренировочных загружений фермы. Величине тренировочной нагрузки принимается в пределах 0,2...0,4 от полного значения испытательной нагрузки.

7. Тщательный контроль расположения тензорезисторов в исследуемых сечениях и измерение расстояния от продольной оси тензорезисторов до кромок уголков.

8. Последовательное ступенчатое загружение фермы и регистрация на каждой ступени показаний измерительных приборов.

9. Запись результата измерений в табл. 2.

10. Напряжения в стержнях фермы (в точках измерения) вычисляют, предполагая одноосное напряжения состояние по закону Гука. Деформацию находят, умножая разность отсчетов на цену деления измерительного прибора 2٠10^-6.

11.Для каждого сечения необходимо построить эпюры напряжений и вычислить по экспериментальным данным осевое усилия N_Э, а также найти величину случайных изгибающих моментов М_х и M_y. Вычисление деформаций элементов фермы в указанных сечениях производится в табличной форме (см. табл. 2).

12. Сравнить экспериментальные данные усилий и напряжений в элементах фермы со значениями, полученными с помощью программного комплекса Лира.

13.Результаты обработки экспериментальных данных и расчета фермы записываются в табл. 3.

Таблица №1 – Основные значения равнополочного уголка по ГОСТ 8509-93

 

№	Наименование и обозначение
1.	Ширина полки	мм
2.	Толщина полки	мм
3.	Площадь поперечного сечения	A, см2	3,28
4.	Масса 1 метра уголка	кг	2,58
5.		Z0, см	1.05
6.		Jxy, см4	2.1
7.	Х - Х	Jx, см4	3,61
8.	Wx, см3	1,47
9.	ix, см	1,05
10.	Х0 – Х0	Jx0, см4	5,71
11.	ix0, см	1,32
12.	Y0 – Y0	Jy0, см4	1.52
13.	Wy0, см3	1.02
14.	iy0, см	0.68

Таблица №2 – Результаты измерений

№ стержня фермы и № сечения по схеме	№ тензорезисторов	Отчеты по приборы при F=0	1 ступень нагружения	2 ступень нагружения
F= 2500, Н	F= 5000, Н
отсчет по прибору при R	Разность отсчетов ∆	σ, МПа	отсчет по прибору	Разность отсчетов ∆	σ, МПа
1 стержень
№1 сечение				-3 -2	-6,18 -4,12 2,06		-2	2,06 -4,12 10,3 2,06
№2 сечение				-1	2,06 -2,06		-4	2,06 -8,24 4,12
№3 сечение   3 стержень				-2	-4,12		-3 -1	-6,18 -2,06 2,06
№7 сечение				-2 -1	2,06 -4,12 -2,06		-3	10,3 -6,18 8,24
№8 сечение   2 стержень				-4 -3	2,06 -8,24 -6,18			2,06 10,3 12,36
№6 сечение   4 стержень				-1	-2,06 6,18		-3 -5	-6,18 -10,3 10,3
№9 сечение   2 стержень				-2 -1	-4,12 -2,06		-3	-6,18 2,06
№5 сечение   №4 сечение					2,06 2,06 8,24			2,06 10,3 6,18
№4 сечение     4 стержень				-4 -4	-8,24 -8,24		-2	-4,12 4,12 4,12
№10 сечение				-1 -1	-2,06 -2,06			2,06

Таблица №3 – Сравнение расчетных и экспериментальных данных

 

Исследуемые элементы фермы	Результаты расчета	Результаты эксперимента
Np, kH	σр, МПа	Nэ, кH	σэ, МПа	Мх, кНМ	Мy, кНМ
1 стержень	2,43	2,04	2,5	2,75	3,48	1,61
2 стержень	2,33	0,98	2,4	0,69	2,41	1,85
3 стержень	-2,01	-2,58	-2,1	-2,06	-2,62	-1,94
4 стержень	-2,3	-1,48	-2,45	-1,37	-3,02	-2,13

Вывод: теоретические значения напряжений совпадают с экспериментальными значениями.

 

Эпюры стальной фермы из ПК Лира

 

 

 

 

 

 

 

Таблица узлов
	Перемещения
№ узла	X (мм)	Y (мм)	Z (мм)	UX (рад*1000)	UY (рад*1000)	UZ (рад*1000)	№ загруж
	-0.038	0.000	0.000	0.000	0.184	0.000
	-0.019	0.000	-0.115	0.000	0.002	0.000
	0.000	0.000	0.000	0.000	-0.191	0.000
	0.001	0.000	-0.062	0.000	0.116	0.000
	-0.039	0.000	-0.067	0.000	-0.109	0.000

 

 

Таблица усилий (стержни)
		Усилия
№ элем	№ сечен	N (кН)	Mk (кН*м)	My (кН*м)	Qz (кН)	Тип элем	№ загруж
		-3.474	0.000	0.002	-0.004
		-3.474	0.000	0.000	-0.004
		3.701	0.000	-0.002	0.015
		3.701	0.000	0.006	0.015
		3.578	0.000	0.006	-0.015
		3.578	0.000	-0.002	-0.015
		-3.595	0.000	0.001	0.002
		-3.595	0.000	0.002	0.002
		2.595	0.000	-0.002	0.012
		2.595	0.000	0.007	0.012
		2.424	0.000	0.007	-0.012
		2.424	0.000	-0.002	-0.012
		-5.165	0.000	0.002	0.001
		-5.165	0.000	0.003	0.001