Образец для испытания на внецентренное сжатие

Изобретение относится к области строительства, в частности к испытаниям образцов на внецентренное сжатие. Образец выполнен в виде четырехугольной призмы с двумя симметричными парными сферическими лунками для центрирующих элементов, находящимися на верхней и нижней опорной поверхности образца, одна пара из которых расположена по его продольной оси. Образец снабжен двумя дополнительными парными сферическими лунками, при этом три пары сферических лунок расположены по границе ядра сечения, а средняя часть образца, равняя не менее 1/3 его длины, имеет ослабление в виде равнополочного двутавра. Технический результат: повышение точности показателей напряженного состояния материала образца при внецентренном сжатии. 2 ил.

 

Изобретение относится к области строительства, в частности к испытаниям образцов на внецентренное сжатие.

Известен образец в виде двутаврового профиля с отверстиями по углам на верхней и нижней поверхности для его фиксации в устройстве для испытаний. Нагружение образцов осуществляется при одном центральном положении нагрузки и трех положениях с эксцентриситетом /Патент №127920 (2006.01), МПК G01N 3/00 Образец и устройство для испытания на внецентренное сжатие / А.Н. Муморцев, А.П. Литиков, М.А. Кальмова, Е.В. Бондарева, заявл. СГАСУ 18.05.2012, опубл. 10.05.2013. Бюл. №13/ [1].

Недостатком известного образца является сложность и трудоемкость выполнения отверстий в тонких полках образца двутаврового профиля, а в некоторых случаях невозможность их выполнения, при этом такой способ фиксации образца в устройстве для испытаний создает сложность для центрирования осей нижней и верхней опорной плиты с осью образца в виде двутаврового профиля, что влечет за собой искажение результатов при исследовании влияния эксцентриситета сжимающей нагрузки на распределение напряжений по поперечному сечению.

Наиболее близким образцом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является образец в виде четырехугольной призмы с двумя парами сферических лунок для центрирующих элементов, одна пара из которых совпадает с продольной осью образца, а вторая пара смещена относительно оси на заданное расстояние. Нагружение образцов осуществляется при единственном предварительно заданном эксцентриситете /Сопротивление материалов. Руководство по выполнению и журнал лабораторных работ. Автор: В.Г. Подойников, Челябинск, 2010 г. Стр. 52/ [2]. Принят за прототип.

Недостатком известного образца является ограниченная возможность исследования влияния эксцентриситета сжимающей нагрузки на распределение напряжений по поперечному сечению и невозможность непосредственного определения напряжений в центре тяжести сечения.

Сущностью заявленного изобретения является исследование влияния эксцентриситетов на распределение напряжений в сечении, включая и непосредственно центр тяжести.

Техническим результатом изобретения является повышение точности показателей напряженного состояния материала образца при внецентренном сжатии.

Технический результат достигается тем, что известный образец для испытания на внецентренное сжатие в виде четырехугольной призмы с двумя симметричными парными сферическими лунками для центрирующих элементов, находящимися на его верхней и нижней опорной поверхности, одна пара из которых расположена по его продольной оси, снабжен двумя дополнительными парными сферическими лунками, при этом три пары сферических лунок расположены по границе ядра сечения, а средняя часть образца, равняя не менее 1/3 его длины, имеет ослабление в виде равнополочного двутавра.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена схема образца для испытания на внецентренное сжатие, где приняты следующие обозначения: образец - 1, сферическая лунка - 2, центрирующий элемент - 3.

На фиг. 2 изображен разрез по средней части образца, где приняты следующие обозначения: образец - 1, сферическая лунка - 2.

Образец 1 имеет различные поперечные сечения по своей длине. В опорных зонах на расстоянии не более чем 1/3 от своей длины, образец 1 имеет поперечное сечение в виде прямоугольного или квадратного профиля, а в средней части - в виде равнополочного двутавра (фиг. 2).

На верхней и нижней опорной поверхности образца 1 симметрично попарно выполнено по четыре сферические лунки 2 для установки центрирующих элементов 3 в виде стальных сфер, одна пара которых совпадает с продольной осью образца, а другие расположены по границе ядра сечения. Ядром сечения обозначается некоторая область вокруг центра тяжести поперечного сечения, внутри которой можно располагать точку приложения силы, не вызывая в сечении напряжений разного знака. Очертание ядра сечения получают путем определения координат приложения силы, при которых напряжения под силой будет равно нулю. Координаты ядра сечения вычисляются по известным формулам:

; ,

где i_y, i_z - радиусы инерции относительно оси Y и Z соответственно;

a _y, a_z - отрезки, полученные отсечением касательной, проведенной к контуру сечения, центральных осей Y и Z.

Ослабление образца 1 в средней части в виде равнополочного двутавра позволяет замерить величину напряжений в центре тяжести сечения. Сплошные призматические участки в опорных зонах образца 1 обеспечивают надежность работы образца, связанную с восприятием сосредоточенных нагрузок, передаваемых на образец 1 при испытаниях.

Изготавливают образец 1 следующим образом.

Первоначально выбирают металлическую заготовку в виде призмы с соответствующими геометрическими параметрами. Затем на станке в средней части образца с двух сторон производят удаление материала, получая в конечном результате в средней трети заготовки поперечное сечение в виде равнополочного двутавра. Глубина удаления материала определяется по формуле:

,

где b - ширина поперечного сечения образца;

t - толщина стенки поперечного сечения равнополочного двутавра.

Далее на опорных поверхностях заготовки, путем высверливания в заранее отмеченных местах, выполняют сферические лунки. Для получения образца на внецентренное сжатие высокой точности опорные поверхности подвергают шлифованию. В результате получается качественный и эстетичный внешний вид, что соответствует решению поставленной задачи.

После изготовления образца - 1 его подготавливают к испытанию. В средней части ослабления вдоль продольной оси стенки с противоположных сторон наклеивают два тензорезистора. На кромках полок с внутренней и внешней стороны также наклеивают попарно тензорезисторы в количестве восьми штук. Таким образом, обеспечивается возможность определять средние напряжения в пяти точках образца при четырех вариантах его нагружения. Благодаря указанному расположению тензорезисторов подтверждается:

- постоянство нормальных напряжений в центре тяжести сечения при любых вариантах наружения и его равенство напряжению, создаваемому центральным сжатием;

- взаимность эксцентриситетов и величин отрезков, определяющих положение нулевой линии в сечении;

- ромбовидность формы ядра сечения.

Испытание образца 1 на внецентренное сжатие проводят следующим образом. Сначала устанавливают центрирующие элементы 3 в сферические лунки 2, расположенные в верхней и нижней опорной поверхности образца 1, которые совпадают с продольной осью испытуемого образца 1. Затем образец 1 размещают в универсальную машину, например типа УММ, между верхней неподвижной и нижней подвижной траверсами и производят ступенчатое нагружение образца 1. Затем центрирующие элементы 3 поочередно перемещают в следующие симметрично расположенные сферические лунки 2 с заданным эксцентриситетом и производят нагружения, аналогичные нагружению, проводимому по продольной оси испытуемого образца 1.

Предложенный образец для испытания на внецентренное сжатие позволяет:

- оценить влияние эксцентриситетов на распределение напряжений по сечению;

- непосредственно замерить величину напряжений в центре тяжести сечения при любых эксцентриситетах и зафиксировать его равенство напряжению при центральном сжатии;

- определить положения нулевой линии (граница между растянутой и сжатой зонами) при различных положениях полюса и отметить, что смещение полюса вдоль прямой вызывает поворот нулевой линии вокруг точки;

- визуально подтвердить существование ядра сечения.

Указанные выше особенности подтверждают известные теоретические выводы, существенно уточняя их, и позволяют учесть особенности, вызванные сложным контуром исследуемого образца.

Использование достоверных результатов испытаний образца на внецентренное сжатие при проектировании сжатых конструкций зданий и сооружений позволит повысить несущую способность этих конструкций и, как следствие, позволит повысить надежность и долговечность зданий и сооружений.

Источники информации

1. Патент РФ №127920, МПК G01N 3/00 (2006.01) Образец и устройство для испытания на внецентренное сжатие / А.Н. Муморцев, А.П. Литиков, М.А. Кальмова, Е.В. Бондарева, заявл. СГАСУ 18.05.2012, опубл. 10.05.2013. Бюл. №13.

2. Подойников В.Г. Сопротивление материалов. Руководство по выполнению и журнал лабораторных работ, - Челябинск, 2010 г. Стр. 52.

Образец для испытания на внецентренное сжатие в виде четырехугольной призмы с двумя симметричными парными сферическими лунками для центрирующих элементов, находящимися на верхней и нижней опорной поверхности образца, одна пара из которых расположена по его продольной оси, отличающийся тем, что он снабжен двумя дополнительными парными сферическими лунками, при этом три пары сферических лунок расположены по границе ядра сечения, а средняя часть образца, равная не менее 1/3 его длины, имеет ослабление в виде равнополочного двутавра.