01 марта 2016г.
При экспериментальных исследованиях напряженно-деформированного состояния элементов конструкций наиболее часто применяются следующие методы – тензоментрический, поляризационно-оптический, хрупких покрытий, делительных сеток, муаровых полос, голографии и физической аналогии [3]. Основным экспериментальным методом при исследовании напряжений и деформаций балок с гофрированной стенкой является тензометрия [4,6], но известно также применение методов хрупких покрытий [1] и делительных сеток [7]. Весьма эффективным является применение метода муаровых полос, который отличается простотой, наглядностью и высокой точностью, но до настоящего времени его не применяли для исследования балок с гофрированной стенкой.
Авторами был проведен анализ методов экспериментальных исследований и сделан выбор в пользу метода муаровых полос с отраженной сеткой (метод Лигтенберга). Преимущества данного метода:
1. Наличие простого оборудования;
2. Возможность исследования моделей небольших размеров;
3. Получение подробной информации о деформированном состоянии;
4. Обладает наглядностью поляризационно-оптического метода;
5. Позволяет исследовать упругие и пластические деформации. Планирование эксперимента.
В результате планирования эксперимента определено требуемое количество образцов (n = 3), которое необходимо в серии испытаний для получения статистически достоверных результатов экспериментальных исследований.
Для проведения эксперимента были приняты наиболее распространенные очертания стенок в гофрированных балках – волнистое и треугольное (Рисунок 1). С целью изучения влияния гофрированного профиля стенки на деформации балок дополнительно были изготовлены балки с плоской стенкой (стандартный двутавр).
Субъективная погрешность при изготовлении моделей сглаживалась за счет того, что подготовки образцов (по одной балке из каждого вида) выполнялась разными людьми.
Из условия параметров испытательной установки и возможной величины внешней сосредоточенной силы размеры моделей балок приняты следующими:
- длина балка L = 200 мм;
- высота стенки hw = 20 мм;
- ширина полки bf = 20 мм;
- толщина стенки и полки tw = tf = 1 мм;
- высота волны для гофрированных стенок f = 6.25 мм;
- длина полуволны для гофрированных стенок a = 25 мм.
Расчетная
схема
балки представляет
собой жестко
защемленную консольную
балку,
загруженную сосредоточенной силой на свободном конце (Рисунок 2). Сосредоточенная сила прикладывается по оси полки.
Для создания жесткого закрепления длина всей модели была принята на 50 мм больше (пунктир на Рисунке 2), чем длина балки L.
В процессе испытаний нагрузка прикладывается в одну ступень. В ходе эксперимента необходимо подобрать такую нагрузку, которая будет давать количество муаровых полос в пределах 6-15 линий, в ином случае будет затруднена обработка результатов.
Данные, полученные экспериментальным путем, планируется сравнить с результатами по теоретической методике определения прогибов для балок с гофрированной стенкой, изложенной в [5].
Подготовка моделей для эксперимента.
Стенки и полки балок были изготовлены из листового органического стекла по ГОСТ10667-90 номинальной толщиной 1 мм. Фактическая толщина листа равна по результатам обмера микрометром составила 1,1 – 1,4 мм. Усредненная фактическая толщина в теоретических расчетах
принята 1,25 мм.
К моделированию образцов балок с гофрированной стенкой требуется тщательная подготовка. Создание моделей производится в следующей последовательности:
1.
Разметка деталей на листовом оргстекле.
2.
Точное вырезание всех деталей.
3.
Обработка кромок вырезанных деталей.
4.
Предварительная выверка, с использованием штангенциркуля.
5.
Создание волнистый профиль стенки (для гофрированной балки).
6. Создание стружки или опилок из оргстекла.
7.
Производство клея на основе дихлоэтана.
8.
Склеивание балки из подготовленных деталей.
9.
Создание опорного элемента на основе эпоксидного клея.
10. Создание устройства для передачи внешней нагрузки.
11. Создание зеркальной поверхности при помощи битумного лака.
Соединение стенки и полки производится при помощи клея, полученного путем полного растворения стружки или опилок в дихлорэтане. Такой клей позволяет получить прочное соединение, не уступающее прочности основному материалу, а также заполняет все неровности в месте стыка.
Волнистый профиль стенки создается путем нагрева плоского листа оргстекла и формования его при помощи пуансонов (Рисунок 3).
В опорной части балки устраивается дополнительный элемент жесткости (Рисунок 4). Он создается посредством заливки формы эпоксидным клеем участка балка в 50 мм (Рисунок 2).
Установка для проведения испытаний.
Схема установки для получения муарова эффекта подробно описана в [2] (Рисунок 5). Модель крепилась к поперечной стальной планке при помощи 5-ти струбцин (Рисунок 6), что обеспечило жесткое закрепление балки.
К
недостатку исследования деформаций методом муаровых полос с использованием отраженной сетки
можно отнести то, что в пространственной конструкции,
такой как двутавровая балка, будут определяться только перемещения верхней полки, а деформации нижней полки предполагаются аналогичными. Хотя такое предположение не совсем верное, так как в образцах после изготовления всегда есть несовершенства и они будут создавать
различия в деформациях верхней и нижней полок.
В статье рассмотрен подготовительный этап экспериментальных исследований по методу муаровых полос. Представлена пошаговая подготовка образцов для исследований по методу муаровых полос с полным описанием материалов. Грамотное планирование эксперимента и точное изготовление моделей балок позволит получить результаты, отражающие реальную работу балок с гофрированной стенкой.
Список литературы
1.
Ажермачев Г.А. Балки с волнистыми стенками [Текст] / Г.А. Ажермачев // Промышленное строительство. – 1963. - №4. – С. 54-56.
2.
Емец В.Н. Экспериментальные исследования поперечного изгиба прямоугольных пластин методом муаров [Текст] / В.Н. Емец // Расчет пространственных строительных конструкций. Вып. VI. – Куйбышев: КуИСИ, 1976. – С.138-144.
3. Золотухин Ю.Д. Испытание строительных конструкций [Текст] / Ю.Д. Золотухин. – Мн.: Выш. школа, 1983. – 208 с.
4. Зубков В.А. Экспериментальные исследования влияния технологических и конструкционных параметров на несущую способность металлических балок с гофрированной стенкой [Текст] / В.А. Зубков, А.О. Лукин // Вестник МГСУ. – 2013. – № 2. – С. 37-46.
5. Лукин А.О. Определение прогибов балок с гофрированной стенкой с учетом сдвиговых деформаций [Электронный ресурс] / А.О. Лукин // Инженерный вестник Дона. – 2013. – № 1. – URL: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n1y2013/1496 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. Рус.
6.
Moon J. Shear strength and design of trapezoidally
corrugated steel webs / J. Moon, J. Yi, B.H. Choi, H.-E. Lee // Journal of Constructional Steel Research, no 65 (2009), pp. 1198 – 1205.
7.
Tasarek J. Shear buckling of beam with scafold web / J.
Tasarek // Light-Weight Steel and Aluminium Structures,
1999, pp. 79-85.
