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 NЭ, а также найти величину случайных изгибающих моментов Мх и My. 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 |
