Установка по исследованию устойчивости центрально-сжатых стержней
Владельцы патента RU 2652008:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к устройствам для проведения лабораторных работ по курсу «Сопротивление материалов». Оно состоит из основания, вертикальной стойки, приваренной к основанию, наверху которой имеется отверстие для шарнирного соединения рычага-нагружателя со стойкой. На одном (большем) конце рычага-нагружателя подвешивается гиредержатель, на другом (меньшем) предусматривается рычаг-противовес в виде стержня с резьбой и гайкой-грузом, либо в виде рычага-телескопического типа для компенсации собственного веса рычага-нагружателя с гиредержателем. Для закрепления стержней внизу при различных схемах исследования предусмотрено специальное приспособление, состоящее из двух уголков, между вертикальными полками которых можно зажать либо концы исследуемых стержней либо вставку, имитирующую нижний шарнир. При этом один уголок приваривается к основанию, а второй может быть прижат к основанию с помощью болта. Для верхних шарнирно закрепляемых концов стержней в рычаге-нагружателе с нижней стороны на определенном расстоянии предусмотрено небольшое углубление в виде канавки, в которую упираются исследуемые стержни и которая препятствует перемещению их (концов) в горизонтальном направлении. Кроме того, предусмотрены специальный гиредержатель и рамка-фиксатор прогибов исследуемых стержней. 4 ил.
При работе некоторых стержней на сжатие разрушение их происходит не потому, что внутренние усилия превзойдут допустимый предел прочности, а потому, что стержни теряют свою устойчивость, т.е. прямолинейность своей формы, предусмотренной проектировщиком.
Известно устройство для исследования на устойчивость центрально сжатого вертикально установленного стержня с жестко закрепленным концом внизу и свободным концом вверху (Схема 1). При этом вертикальная нагрузка на свободный конец передается с помощью так называемого коромысла с подвешенными на концах последнего двумя тарелками, нагружаемыми одновременно гирями одной массы. Недостатком такого устройства является то, что в строительстве такие сжимаемые стержни практически не применяются. Однако для подтверждения теоретических выводов в лабораториях «сопротивление материалов» оно используется.
Такое устройство есть на кафедре «Сопротивление материалов» в Санкт-Петербургском университете и на кафедре «Строительной механики» в Воронежском государственном архитектурно-строительном университете.
Цель изобретения - проведение исследований дополнительно еще с двумя стержнями с обоими, но различно закрепленными концами и наиболее часто встречающимися в строительной практике, а именно: стержни с обоими шарнирно закрепленными концами (Схема 3) и стержни с жестко закрепленным одним концом и шарнирно закрепленным другим (Схема 2).
На фиг. 1 показан общий вид устройства, состоящего из основания 1, стойки 2, приваренной к основанию, главного рычага-грузонагружателя 4 с рычагом противовесом 3, оканчивающимся стержнем с резьбой и грузом с такой же резьбой для уравновешивания собственного веса рычага-грузодержателя с приспособлением для гирь, подвешиваемым на конце главного рычага, а при исследовании стержней со свободным верхним концом, закрепленным непосредственно на его конце.
На основании 1 устройства показано приспособление 5, показанное отдельно на фиг. 2. Это приспособление состоит из двух уголков. Один приваривается к основанию на определенном расстоянии от оси стойки, соответствующем длине малого плеча рычага-грузонагружателя. Второй уголок служит для жесткого защемления (закрепления) нижних концов исследуемых стержней при первой и второй схемах исследования.
При исследовании стержней с жестким закреплением внизу они зажимаются болтами между неподвижным и подвижным уголками, а потом с помощью болтов прижимаются к основанию через имеющуюся прорезь. Таким образом обеспечивается жесткое (защемленное) закрепление.
Для фиксации верхних концов исследуемых стержней от перемещения в горизонтальном направлении при исследовании по второму и третьему условиям закрепления концов в рычаге-грузонагружателе с нижней стороны предусмотрено небольшое углубление («канавка») 6, расположенное также на расстоянии от оси вращения рычага-грузонагружателя, равном его малому плечу. Это углубление служит одновременно «шарниром», поскольку отсутствует жесткое закрепление.
При исследовании стержней с шарнирным закреплением концов нижний конец стержня опирается на «шарнир», представленный на фиг. 2. Этот шарнир обеспечивается вставкой между вертикальными полками уголков.
При всех исследованиях используется гиредержатель (фиг. 3), состоящий из вертикального стержня с небольшим отверстием на конце, перпендикулярно приваренной к стержню пластины, к нижней стороне которой тоже под прямым углом привариваются еще две пластинки, между которыми зажимается верхний свободный конец исследуемого стержня. При этом рычаг-нагружатель снимается. При исследованиях с рычагом-нагружателем гиредержатель подвешивается на его конце.
Поскольку прогибы стержней (отклонения от вертикали) в разных схемах различны, то для фиксации их предусмотрена специальная рамка фиг. 4, устанавливаемая тоже в разных местах по высоте в просверленные в стойке 2 отверстия 8. Места установки (половина высоты, две трети высоты и наверху) отмечены точками. Установленная рамка-фиксатор прогибов закрепляется на стойке с обеих сторон гаечками.
Опыты проводятся в следующей последовательности. На нужной высоте устанавливается рамка-фиксатор прогиба фиг. 4, в нее вставляется исследуемый стержень, концы которого закрепляются в соответствии с исследуемой схемой. Если для нагружения образца используется рычаг-нагружатель, то собственный вес его с гиредержателем уравновешивается рычагом компенсатором. После этого рамка-фиксатор устанавливается с учетом возможного прогиба и закрепляется с обеих сторон гаечками. Далее стержень нагружается. По достижении фиксированного прогиба подсчитывается нагрузка. Аналогично исследуются стержни при других условиях закрепления концов.
При исследовании стержня со свободным верхним концом рычаг-грузонагружатель снимается. На верхнем конце стержня устанавливается и закрепляется болтиком гиредержатель, фиг. 3.
Согласно теоретической зависимости (формуле Эйлера-Ясинского) устойчивость стержня с шарнирно закрепленными концами обеспечивается, например, нагрузкой Р. Устойчивость стержня с жестко закрепленным нижним концом и шарнирно закрепленным верхним может быть обеспечена при вдвое большей внешней нагрузке, чем в первом случае. А устойчивость стержня со свободным верхним концом и жестко закрепленным нижним может быть обеспечена вчетверо меньшей нагрузкой, чем в первом случае.
При исследовании других стержней гиредержатель подвешивается на конце рычага-грузонагружателя с помощью имеющейся там прорези.
Устройство для проведения исследований центрально сжатых стержней на устойчивость для трех случаев закрепления концов стержней, содержащее основание, приваренную к нему вертикальную стойку, на верхнем конце которой устанавливается рычаг-нагружатель с рычагом-компенсатором для уравновешивания собственного веса рычага-нагружателя с гиредержателем на конце, служащий одновременно и нагружателем верхних концов исследуемых стержней и фиксатором их от перемещения в горизонтальном направлении, с помощью канавки-углубления с нижней стороны рычага-нагружателя, в которую упираются верхние концы исследуемых стержней, приспособления для трех случаев закрепления нижних концов исследуемых стержней, состоящего из двух уголков, один из которых приваривается к основанию, а второй после защемления концов стержней или вставки шарнира прикручивается к основанию болтами или винтами через прорезь в нижней полке второго уголка, гиредержателя, подвешиваемого на конце рачага-нагружателя либо укрепляемого на свободном конце стержня без рычага нагружателя, и рамки-фиксатора прогибов стержней, закрепляемой на вертикальной стойке в зависимости от схемы исследования.
