Лабораторная работа №4 Нагель и гвоздевые соединения - файл n1.doc

Лабораторная работа №4 Нагель и гвоздевые соединения
скачать (15209.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc15210kb.22.10.2012 00:05скачать

n1.doc

Министерство образования и науки

Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный

Архитектурно-строительный Университет

Кафедра конструкций из дерева и пластмасс


Лабораторная работа №4

ИСПЫТАНИЕ СОЕДИНЕНИЯ НА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ НАГЕЛЯХ

И ГВОЗДЯХ


Выполнил ст. гр. Перова В.С.

1 -РРАН-V


Санкт-Петербург

2012

Цель работы:

В ходе испытания определить величины, характеризующие несущую способность и деформативность соединения на нагелях и гвоздях, разрушающее усилие NU, кН, верхнюю границу области упругой работы N1-2, кН, нагрузку N?, соответствующую предельной деформации ?=2 мм, в кН, взаимные смещения соединяемых элементов под нагрузкой ?, мм.
Теоретические сведения

Нагельными называются соединения с помощью гибких связей, которые, сами работая на изгиб, препятствуют взаимному сдвигу соединяемых деталей. Нагели могут быть цилиндрическими, пластинчатыми, треугольными, крестообразными и других форм, изготовленными из металла, твердых пород древесины, полимеров и других материалов.

Нагельные соединения выполняют с помощью специального инструмента, они сравнительно легко подлежат механизации и могут быть выполнены плотниками средней квалификации. Контроль качества соединений прост и достаточно надежен.

В нагельных соединениях действующее усилие распределяется между большим числом податливых, вязко работающих связей, что повышает надежность изделий, которые разрушаются в основном от смятия соединяемых элементов или от изгиба нагелей.

В соединениях нагели рекомендуется располагать четными рядами, исключая постановку их в середину элемента, так как именно здесь существует наибольшая вероятность появления трещин при усушке. Для исключения раскалывания древесины следует строго соблюдать правила расстановки нагелей в соединении [п. 7.18 СП 64.13330.2011]. Для обеспечения плотности нагельного соединения не менее 1/4 нагелей в стыке выполняется в виде болтов.

Испытание образцов проводят на испытательной машине непрерывно возрастающей нагрузкой. Под действием внешней нагрузки на соединение нагели, препятствуя взаимному сдвигу соединяемых элементов, изгибаются и сминают древесину нагельного гнезда. Разрушение стыка может происходить либо от смятия древесины нагельного гнезда, либо от изгиба нагелей с образованием одного или нескольких пластических шарниров.
Постановка эксперимента

Приборы, принадлежности, материалы образцы:

Штангенциркуль с погрешностью 0,1 мм; линейка или рулетка; два индикатора с ценой деления 0,01 мм, две обоймы для крепления индикатора; два опорных столика; шаровая опора и призма для нагружения образца; испытательная машина; журнал для записи результатов испытания; образец из 3 элементов из цельной древесины.

1. До начала испытаний выполняем обмеры соединения и его элементов с точностью до 0,1мм а=24мм; с=34мм; d=10мм.

2. Проверяем расстояния в нагельном соединении:

а) от торцов элемента до оси нагеля вдоль волокон

S1а=110мм>7d=7*10=70мм;

S1б=130мм>7d=7*10=70мм;

S1в=140мм>7d=7*10=70мм;

S1г=80мм>7d=7*10=70мм;

б) между осями нагелей поперек волокон

S2=38мм>3,5d=3,5*10=35мм.

в) от кромок элемента до оси нагеля поперек волокон

S3=28мм<3d=30мм

=>условие не выполнено



Рис. 1 Образец для испытания соединения на цилиндрических нагелях;
3. Вычисляем расчетную несущую способность соединения: Т=Tminnнnc.

Действительная разрушающая нагрузка для нагельных соединений подобного типа обычно в 3-4 раза превышает расчетную. Расчетная несущая способность Тmin(кН) определяется как наименьшая величина из условий:

- смятия древесины крайнего элемента

Tсма=0,8аd=0,8*24*10=1,92кН;

- смятия древесины среднего элемента

Тсмс=0,5сd=0,5*34*10=1,7кН;

- изгиба стального нагеля или гвоздя

Тизгнаг=l,8d2+0,02a2=1,8*0,12+0,02*242=1,92кН<2,5d2=2,5*102=250кН;

Таким образом, расчетная несущая способность:

Т=Tminnнnc=1,7*2*2=6,8кН;

Где nн - количество нагелей в соединении;

nс - количество срезов нагеля.

Теоретически ожидается разрушающая нагрузка:

Nр=(3…4)Т=20,4...27,2кН.

4. Назначаем ступень нагружения равную 2,5 кН.

5. Устанавливаем на боковые грани образца измерительные приборы для наблюдения за деформациями сдвига.

6. Проводим машинные испытания образца до разрушения, снимая показания приборов при нагрузках, соответствующих установленным ступеням нагружения.

Образцы испытывают на машине непрерывно возрастающей нагрузкой.

Величину разрушающей нагрузки (Nu) устанавливают по силоизмерителю машины. При этом наблюдается непрерывный рост деформаций при неизменной нагрузке.

7. В табл. 1 и 2 вычисляем:

- деформации, измеренные индикаторами, мм

?i

- разности полных деформаций, мм

?= ?i-?(ni),

где ?i - деформация образца на i-й ступени нагружения, мм;

?ni - деформация образца на предыдущей ступени нагружения, мм.

8. По результатам испытаний строим график зависимости между нагрузкой N и деформациями сдвига и график зависимости разностей полных деформаций от нагрузки N.

9. По графикам определяем нагрузку N1-2, при которой резко возрастает скорость деформирования образца, определяем фактическую деформацию сдвига при действии на образец расчетной нагрузки Nр и нагрузку N? ,при которой величина деформации в соединениях достигает ?=2 мм, что соответствует исчерпанию несущей способности соединения по деформациям.
Таблица 1

Протокол испытания нагельного соединения

№ п/п

Нагрузка

N, кН

?, мм

?, мм

1

2,8

0,8

-0,23

2

0,7

0,57

0,13

3

1,4

0,7

0,1

4

2,3

0,8

0,07

5

2,8

0,87

0,15

6

3,5

1,02

0,18

7

4,2

1,2

0,14

8

4,9

1,34

0,18

9

5,6

1,52

0,18

10

6,3

1,7

0,19

11

6,8

1,89

0,09

12

7,0

1,98

0,17

13

7,7

2,15

0,15

14

8,4

2,3

0,2

15

9,1

2,5

0,23

16

9,8

2,73

0,11

17

10,5

2,84

0,53

18

11,2

3,37

0,2

19

11,9

3,57

0,43

20

13,0

4,0





Рис. 2 График зависимости между нагрузкой и деформациями сдвига







Рис.3. График зависимости разностей полных деформаций от нагрузки
10. По данным эксперимента и построенным графикам вычисляем коэффициенты, характеризующие работу соединения:

а) общий запас прочности

;

б) запас прочности по пределу упругой работы

;

в) запас прочности по предельному значению величины сдвига ?=2 мм

.




Рис. 4 Характер разрушения образца

ИСПЫТАНИЕ СОЕДИНЕНИЯ НА ГВОЗДЯХ

Постановка эксперимента

Приборы, принадлежности, материалы образцы:

Штангенциркуль с погрешностью 0,1 мм; линейка или рулетка; два индикатора с ценой деления 0,01 мм, две обоймы для крепления индикатора; два опорных столика; шаровая опора и призма для нагружения образца; испытательная машина; журнал для записи результатов испытания; образец из 3 элементов из цельной древесины.

1. До начала испытаний выполняем обмеры соединения и его элементов с точностью до 0,1мм а=24мм; с=34мм; d=4мм.

2. Проверяем расстояния в нагельном соединении:

а) от торцов элемента до оси нагеля вдоль волокон

S1а=66мм>7d=7*4=40мм;

S1б=110мм>7d=7*4=40мм;

S1в=120мм>7d=7*4=40мм;

S1г=60мм>7d=7*4=40мм;

б) между осями нагелей поперек волокон

S2=59мм>3,5d=3,5*4=14мм.

в) от кромок элемента до оси нагеля поперек волокон

S3=18мм<3d=12мм

=>условие не выполнено



Рис. 1 Образец для испытания соединения на цилиндрических нагелях;
3. Вычисляем расчетную несущую способность соединения: Т=Tminnнnc.

Расчетная несущая способность Тmin(кН) определяется как наименьшая величина из условий:

- смятия древесины крайнего элемента

Tсма=0,8аd=0,8*2,35*0,4=0,752кН;

- смятия древесины среднего элемента

Тсмс=0,5сd=0,5*3,45*0,4=0,69кН;

- изгиба стального нагеля или гвоздя

Тизггвоз=2,5d2+0,01a2=2,5*0,042+0,01*2,352=0,45кН<4,0d2=4,0*0,42=0,64кН

Таким образом, расчетная несущая способность:

Т=Tminnнnc=0,45*5*2=4,5кН;

Где nн - количество нагелей в соединении;

nс - количество срезов нагеля.

Теоретически ожидается разрушающая нагрузка:

Nр=(3…4)Т=13,5...18кН

4. Назначаем ступень нагружения равную 2,5 кН.

5. Устанавливаем на боковые грани образца измерительные приборы для наблюдения за деформациями сдвига.

6. Проводим машинные испытания образца до разрушения, снимая показания приборов при нагрузках, соответствующих установленным ступеням нагружения.

Образцы испытывают на машине непрерывно возрастающей нагрузкой.

Величину разрушающей нагрузки (Nu) устанавливают по силоизмерителю машины. При этом наблюдается непрерывный рост деформаций при неизменной нагрузке.

7. В табл. 1 и 2 вычисляем:

- деформации, измеренные индикаторами, мм

?i

- разности полных деформаций, мм

?= ?i- ?ni,

где ?i - средняя деформация образца на i-й ступени нагружения, мм;

?ni - деформация образца на предыдущей ступени нагружения, мм.

8. По результатам испытаний строим график зависимости между нагрузкой N и деформациями сдвига и график зависимости разностей полных деформаций от нагрузки N.

9. По графикам определяем нагрузку N1-2, при которой резко возрастает скорость деформирования образца, определяем фактическую деформацию сдвига при действии на образец расчетной нагрузки Nр и нагрузку N? ,при которой величина деформации в соединениях достигает ?=2 мм, что соответствует исчерпанию несущей способности соединения по деформациям.
Таблица 1

Протокол испытания нагельного соединения

№ п/п

Нагрузка

N, кН

?, мм.

?, мм

1

1,8

0,05

-0,047

2

0,45

0,003

0,047

3

0,9

0,05

0,05

4

1,35

0,055

0,015

5

1,8

0,07

0,02

6

2,25

0,09

0,04

7

2,7

0,13

0,05

8

3,15

0,18

0,12

9

3,6

0,3

0,1

10

4,05

0,4

0,2

11

4,5

0,6

0,55

12

5,5

1,15

0,88

13

6,5

2,03






Рис. 2 График зависимости между нагрузкой и деформациями сдвига

Рис.3. График зависимости разностей полных деформаций от нагрузки

10. По данным эксперимента и построенным графикам вычисляем коэффициенты, характеризующие работу соединения:

а) общий запас прочности

;

б) запас прочности по пределу упругой работы

;

в) запас прочности по предельному значению величины сдвига ?=2 мм

.




Рис. 4 Характер разрушения образца


Вывод:

В ходе испытания были определены следующие величины, характеризующие несущую способность и деформативность соединения на нагелях и гвоздях

Нагельное соединение:

Т=Tminnнnc=6,8кН - расчетная несущая способность соединения

Tсма=1,92 кН - смятие древесины крайнего элемента

Тсмс=1,7кН - смятие древесины среднего элемента

Тизгнаг=250 кН - изгиб стального нагеля

Nр=20,4...27,2кН - теоретически ожидаемая разрушающая нагрузка

NU=16,3 кН - разрушающее усилие

N1-2=10,5 кН - верхняя граница области упругой работы

N?=7 кН - предельная деформация ?=2 мм
Гвоздевое соединение:
Т=Tminnнnc=4,5кН - расчетная несущая способность соединения

Tсма=0,752кН- смятие древесины крайнего элемента

Тсмс=0,69кН- смятие древесины среднего элемента

Тизггвоз=0,64кН- изгиб стального гвоздя

Nр=13,5...18кН - теоретически ожидаемая разрушающая нагрузка

NU=13 кН - разрушающее усилие

N1-2=4,05 кН - верхняя граница области упругой работы

N?=6,5 кН - предельная деформация ?=2 мм
Если сравнивать соединения на цилиндрических стальных нагелях и гвоздях, то по расчету нагельное соединение разрушается при больших нагрузках и деформациях, чем гвоздевое, что подтверждается опытным испытанием.
При разрушении нагельного соединения произошел изгиб нагелей и раскол среднего деревянного элемента соединения.
При разрушении гвоздевого соединения произошел изгиб гвоздей и раскол крайнего деревянного элемента соединения.




Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации