3.2.7 Сравнительная оценка прочности нагруженных балок

Информация о материале
Родительская категория: Раздел 3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЕ СРЕДСТВ ДЛЯ УГЛУБЛЕННОГО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ В КОНТЕКСТЕКОМПЕТЕНТНОСТНОГО ПОДХОДА В ОБУЧЕНИИ
Категория: 3.2 Исследование деформаций и напряжений в нагруженных элементах статически неопределимых конструкций
Опубликовано: 02.11.2016 10:33
Просмотров: 645

В конструкциях зданий и сооружений в качестве несущих элементов широко используют балки с тремя типами опор в различных сочетаниях (рисунок 3.81): шарнирно-неподвижная и подвижная; защемленная и шарнирно подвижная; защемленная и шарнирно-неподвижная; жестко защемленные обе опоры.

В целях рационального применения каждого из упомянутых опираний балок с одинаковыми геометрическими характеристиками поперечных сечений и действующими внешними силовыми факторами важно знать сравнительные прочностные свойства опираемого элемента.

Для экспериментального изучения напряжений при изгибе были изготовлены четыре стальные двухопорные балки с различными опорными устройствами, одинаковыми межопорными расстояниями и размерами поперечного сечения. Опыты проводили при симметричном нагружении балок вертикальной силой F [79].

Для измерения относительных деформаций в точках С и D растянутой зоны балок приклеивали рабочие тензометрические датчики сопротивления РД1 и РД2. Компенсационный тензометрический датчик КД размещали на отдельной недеформируемой стальной пластинке (рисунок 3.82). Относительные деформации в отдельных точках балки определяли с применением цифрового измерителя дефорации ЦТИ-1. Фактические деформации находили умножением на 2 разности показаний тензометрических датчиков до и после нагружения балки внешней силой. Нормальные напряжения в точке вычисляли по закону Гука.

Теоретически напряжения в точках D балок 1,2,3 и 4 находили по формулам [6]: 

1) σm=Fl /4Wx ;

2)σm=5Fl /32Wx ; 

3) σm=5Fl /32Wx ; 

4) σm=Fl /8Wx ,

где F - действующая сила;

      1 - длина пролета балки;

      Wx - осевой момент сопротивления сечения балки.

3 3.2 3.2.7 pic.3.81

Рисунок 3.81 Балки с различными типами опор:

1 - шарнирно-неподвижная и подвижная; 2 - жестко защемленная и шарнирно-подвижная; 3 - жестко защемленная и шарнирно-неподвижная; 4 - обе опоры жестко защемлены 

3 3.2 3.2.7 pic.3.82

Рисунок 3.82 Схема соединения тензометрических датчиков на экспериментальных балках

Ниже представлены результаты теоретического расчета напряжений σT  и опытных измерений σэ в точках D при действии внешней силы F = 30 Н на балке с пролетом 1=0,24м и размером поперечного сечения 2x0,5 см.

Таблица 3.4 Результаты теоретического расчета напряжений

Тип опирания σт, МПа σэ, МПа
1 22,4 22,8
2 13,5 12,8
3 13,5 12,4
4 10,9 11,2

Из анализа данных опыта следует, что при одинаковых условиях нагружения наименьшее напряжение в поперечном сечении возникает в случае, когда обе опоры балки жестко защемлены. В этой связи при использовании балок в качестве несущих элементов за исключением особых моментов, должно отдаваться предпочтение балкам с жестко защемленными опорными устройствами.