RU2176388C1 - Process of experimental-theoretic determination of rigidity of supporting and unit attachments of building structures - Google Patents

Process of experimental-theoretic determination of rigidity of supporting and unit attachments of building structures Download PDF

Info

Publication number
RU2176388C1
RU2176388C1 RU2000108521A RU2000108521A RU2176388C1 RU 2176388 C1 RU2176388 C1 RU 2176388C1 RU 2000108521 A RU2000108521 A RU 2000108521A RU 2000108521 A RU2000108521 A RU 2000108521A RU 2176388 C1 RU2176388 C1 RU 2176388C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
supporting
rigidity
values
moments
deformation
Prior art date
Application number
RU2000108521A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.С. Уткин
Д.А. Погодин
Original Assignee
Вологодский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вологодский государственный технический университет filed Critical Вологодский государственный технический университет
Priority to RU2000108521A priority Critical patent/RU2176388C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2176388C1 publication Critical patent/RU2176388C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: process is related to experimental theoretical determination of rigidity of supporting and unit attachments of building structures of the type of beam, girder, frame and the like from materials and systems with linear dependence between load and deformation, for example, for steel structures. In agreement with process tested structure is deformed by constant concentrated load applied 5-10 times in one and same point and average value of deformation ε. is measured and computed. Novelty of process lies in that values of deformation ε in the form of ordinates are laid off of axial line of structure in points of deformation measurements, straight lines are drawn through vertexes of these ordinates to their crossing with perpendiculars erected to axial line of structure at supporting ends or units. Values of obtained sections on perpendiculars are used to find moments in supporting and unit attachments by formula M=EWM = EWε, and rigidity of supporting and unit attachments is found theoretically as relation of moments M and angular displacement φ of supporting ends of structure: C=M/C = M/φ.. EFFECT: increased accuracy of determination of bearing capacity of working structures thanks to taking into account rigidity of supporting and unit attachments of members of structure. 5 dwg

Description

Изобретение относится к экспериментально-теоретическому определению жесткости опорных и узловых закреплений строительных конструкций типа балки, фермы, рамы и др. из материалов и систем с линейной зависимостью между нагрузкой и деформациями, например для стальных конструкций. The invention relates to experimental-theoretical determination of the rigidity of support and nodal fastenings of building structures such as beams, trusses, frames, etc. from materials and systems with a linear relationship between load and deformation, for example, for steel structures.

Для определения жесткости C опорных и узловых закреплений необходимо знать значения изгибающих моментов М и углов поворота φ концов элементов в опорных и узловых закреплениях, т.к. жесткость определяется по формуле:
C = M/φ.
Для определения углов поворота используют клинометры, приборы, которыми измеряют углы поворота сечений или отдельных элементов конструкций.To determine the stiffness C of the support and nodal fastenings, it is necessary to know the values of the bending moments M and the rotation angles φ of the ends of the elements in the support and nodal fastenings, because stiffness is determined by the formula:
C = M / φ.
Clinometers are used to determine rotation angles, instruments that measure the rotation angles of sections or individual structural elements.

Известен способ определения угла поворота рычажным клинометром (см. Д.Е. Долидзе. Испытание конструкций и сооружений.- М.: В/Ш. 1975, с. 42), при котором в требуемом сечении жестко крепят горизонтально или вертикально рычаг. На рычаге выбирают две точки на определенном расстоянии друг от друга и при помощи индикаторов часового типа измеряют их перемещение и находят тангенс угла поворота, а также сам угол. A known method for determining the angle of rotation of the lever clinometer (see D.E. Dolidze. Testing of structures and structures.- M .: V / Sh. 1975, p. 42), in which the lever is rigidly mounted horizontally or vertically in the required section. On the lever, two points are selected at a certain distance from each other and with the help of dial indicators measure their movement and find the tangent of the angle of rotation, as well as the angle itself.

Недостатком этого способа является то, что невозможно определить угол поворота в сечении конструкции непосредственно в опорном или узловом закреплении, а только в сечениях на некотором расстоянии от опорного закрепления или узла. Для получения более точного измерения требуется находить угол поворота непосредственно в опорном или узловом закреплении. The disadvantage of this method is that it is impossible to determine the angle of rotation in the section of the structure directly in the supporting or nodal fastening, but only in sections at a certain distance from the supporting fastening or node. To obtain a more accurate measurement, it is required to find the angle of rotation directly in the support or nodal fastening.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ (см. Обследование и испытание сооружений./ Под ред. О.В. Лужина.- М.: Стройиздат, 1987, с. 161), заключающийся в том, что конструкция нагружается экспериментальной нагрузкой несколько раз, измеряются прогиб в середине прогибомером и углы поворота двумя клинометрами, проводится математическая обработка результатов измерений. Определяются теоретически опорные моменты и жесткость опорного закрепления. Closest to the proposed invention is a method (see Inspection and testing of structures. / Ed. By O.V. Luzhin.- M .: Stroyizdat, 1987, p. 161), which consists in the fact that the structure is loaded with experimental load several times, deflection in the middle is measured with a deflection meter and rotation angles with two clinometers; mathematical processing of the measurement results is carried out. The theoretical support moments and the rigidity of the support fastening are determined.

Недостатком этого способа является невозможность определения угла поворота непосредственно в опорном или узловом закреплении конструкции. The disadvantage of this method is the inability to determine the angle of rotation directly in the support or nodal fastening of the structure.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности определения несущей способности эксплуатируемых конструкций за счет учета жесткости опорных и узловых закреплений элементов конструкций. Предлагаемый способ позволяет найти угол поворота φ, а следовательно, и жесткость C опорных и узловых закреплений непосредственно на опорах и в узлах элементов конструкций. The aim of the invention is to increase the accuracy of determining the bearing capacity of operated structures by taking into account the rigidity of the support and nodal fastenings of structural elements. The proposed method allows to find the angle of rotation φ, and hence the rigidity C of the support and nodal fastenings directly on the supports and in the nodes of structural elements.

В экспериментально-теоретическом способе определения жесткости опорных и узловых закреплений в конструкциях типа: балок, ферм, рам и так далее, исследуемую конструкцию деформируют постоянной сосредоточенной нагрузкой, приложенной в одном и том же месте 5-10 раз, измеряют и вычисляют среднее значение деформаций ε, значение деформаций в виде ординат (перпендикуляров к оси стержня) откладывают от осевой линии конструкции в местах их измерения, проводят прямые через вершины этих ординат до пересечения с перпендикулярами, восстановленными к осевой линий конструкции на опорных концах и в узлах, по значениям полученных отрезков на перпендикулярах находят значения моментов на опорных концах по формуле:
M = EWε,
где М - изгибающий момент,
E - модуль упругости материала,
W - момент сопротивления поперечного сечения,
ε - деформация.In the experimental-theoretical method for determining the stiffness of support and nodal fastenings in structures of the type: beams, trusses, frames and so on, the structure under study is deformed with a constant concentrated load applied in the same place 5-10 times, the average strain value ε is measured and calculated , the value of deformations in the form of ordinates (perpendiculars to the axis of the rod) is laid off from the center line of the structure in the places of their measurement, draw straight through the vertices of these ordinates until they intersect with perpendiculars restored to the left lines of the structure at the supporting ends and in the nodes, according to the values of the obtained segments on the perpendiculars, find the values of the moments at the supporting ends according to the formula:
M = EWε,
where M is the bending moment,
E is the modulus of elasticity of the material,
W is the moment of resistance of the cross section,
ε is the deformation.

При сосредоточенных силах эпюра моментов изменяется по прямым линиям. Жесткость опорных и узловых закреплений определяют теоретически в виде отношения моментов М и угловых перемещений φ опорных концов конструкции:
C = M/φ.
Сущность способа рассмотрим на примере балки.With concentrated forces, the moment diagram changes in straight lines. The stiffness of the supporting and nodal fastenings is determined theoretically in the form of the ratio of the moments M and the angular displacements φ of the supporting ends of the structure:
C = M / φ.
The essence of the method, consider the example of a beam.

На чертежах представлены:
Фиг. 1а - уточненная расчетная схема балки.The drawings show:
FIG. 1a is an updated design diagram of a beam.

Фиг. 1б - фактическая эпюра моментов. FIG. 1b is the actual plot of the moments.

Фиг. 1в - эпюра деформаций (модель эпюры моментов). FIG. 1c - strain diagram (model of the moment diagram).

Фиг. 2а - эпюра единичного момента

Figure 00000002
, приложенного в т. A.FIG. 2a - plot of a single moment
Figure 00000002
applied in vol. A.

Фиг. 2б - эпюра единичного момента

Figure 00000003
, приложенного в т. B.FIG. 2b - plot of a single moment
Figure 00000003
applied in vol. B.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Балку нагружают одной и той же нагрузкой F, приложенной в одном и том же месте. The beam is loaded with the same load F applied in the same place.

Число нагружений n выбрано 5-10 раз, так как при n < 5 значение деформаций заметно статистически меняется, а при n > 10 статистических изменений значения деформаций практически нет (Окулов П.Д. Определение расчетного сопротивления стали эксплуатируемых конструкций // Известия высших учебных заведений.- Строительство и архитектура. 1990. N 3, с. 112-113.). The number of stresses n was selected 5-10 times, since for n <5 the strain value noticeably statistically changes, and for n> 10 there are practically no statistical changes in the strain value (P. Okulov. Determination of the design resistance of steel of operated structures // News of Higher Education Institutions .- Construction and Architecture. 1990. N 3, pp. 112-113.).

В сечении 1, 2, 3, 4 сверху или снизу балки устанавливают измерители деформаций (тензометры, датчики и т.д.) по два измерителя на каждом участке между опорными концами конструкции и нагрузкой (сосредоточенной силой), так как для построения прямой (составляющей эпюры) нужно как минимум 2 точки, расстояние между которыми должно быть достаточным для удобного (точного) построения эпюры. In sections 1, 2, 3, 4, strain gauges (strain gauges, sensors, etc.) are installed on top or bottom of the beam, two gauges in each section between the supporting ends of the structure and the load (concentrated force), since to construct a straight line (component diagrams) you need at least 2 points, the distance between which should be sufficient for convenient (accurate) plotting.

На фиг. 1а представлена уточненная расчетная схема балки,
где CA и CB - жесткости опорных закреплений;
F - экспериментальная нагрузка;
т. 1, 2, 3, 4 - точки установки измерителей деформаций;
φA и φB - углы поворота конструкции на опорных участках;
l - пролет балки;
а - расстояние от точки приложения силы (т. C) до левой опоры.In FIG. 1a presents an updated design diagram of the beam,
where C A and C B are the stiffnesses of the support fasteners;
F is the experimental load;
t. 1, 2, 3, 4 - installation points of strain gauges;
φ A and φ B are the angles of rotation of the structure on the supporting sections;
l is the span of the beam;
and - the distance from the point of application of force (t. C) to the left support.

Балка под действием экспериментальной сосредоточенной нагрузки F, равной (10-20)% от предельной нагрузки, установленной приближенно-теоретически, изгибается и фактическая эпюра моментов будет иметь вид, который представлен на фиг. 1б,
где MA - фактический изгибаемый момент на опоре A, получаемый с помощью построения;
МB - фактический изгибаемый момент на опоре B, получаемый с помощью построения;
М1 - фактический изгибаемый момент в первом сечении, получаемый с помощью измерения;
М2 - фактический изгибаемый момент во втором сечении, получаемый с помощью измерения;
МC - фактический изгибаемый момент под экспериментальной нагрузкой, получаемый с помощью построения;
M3 - фактический изгибаемый момент в третьем сечении, получаемый с помощью измерения;
M4 - фактический изгибаемый момент в четвертом сечении, получаемый с помощью измерения.The beam under the action of the experimental concentrated load F equal to (10-20)% of the ultimate load, established approximately theoretically, bends and the actual moment diagram will have the form, which is presented in FIG. 1b
where M A is the actual bending moment on the support A obtained by construction;
M B - the actual bending moment on the support B, obtained using construction;
M 1 - the actual bending moment in the first section obtained by measurement;
M 2 is the actual bending moment in the second section, obtained by measurement;
M C - the actual bending moment under the experimental load obtained by construction;
M 3 is the actual bending moment in the third section obtained by measurement;
M 4 is the actual bending moment in the fourth section obtained by measurement.

Жесткость опорных закреплений характеризуется значением

Figure 00000004
Figure 00000005

Для построения эпюры моментов, или построения ее модели используют формулу в виде:
ε = M/EW,
где: ε - деформация,
Е - модуль упругости материала,
W - момент сопротивления поперечного сечения.The rigidity of the support fixtures is characterized by the value
Figure 00000004
Figure 00000005

To build a plot of moments, or to build its model, use the formula in the form:
ε = M / EW,
where: ε is the deformation,
E is the modulus of elasticity of the material,
W is the moment of resistance of the cross section.

Измеряют значения деформаций εi в этих сечениях балки при каждом нагружении. По полученным результатам измерений деформации находят среднее арифметическое значение по формуле:

Figure 00000006

где εi- - измеренные деформации,
n - число измерений.The strain values ε i in these sections of the beam are measured at each loading. According to the obtained measurement results of the strain, the arithmetic mean value is found by the formula:
Figure 00000006

where ε i - are the measured strains,
n is the number of measurements.

На фиг. 1 в показана модель эпюры М, построенная по результатам измерений деформаций εi-
где εA- относительная деформация на опоре A, получаемая с помощью построения;
εB- относительная деформация на опоре B, получаемая с помощью построения;
ε1, ε2, ε3, ε4 - относительные деформации в сечениях 1, 2, 3, 4 соответственно, получаемые с помощью измерений;
εc- относительная деформация в точке приложения нагрузки т. С, получаемая с помощью построения.In FIG. Figure 1c shows a model of diagram M constructed from the results of measurements of strains ε i -
where ε A is the relative deformation on the support A obtained by construction;
ε B is the relative deformation on the support B obtained by construction;
ε 1 , ε 2 , ε 3 , ε 4 are the relative deformations in sections 1, 2, 3, 4, respectively, obtained by measurements;
ε c is the relative deformation at the point of application of the load t. C, obtained using the construction.

По фиг. 1в графически находят значения εA и εB, а по ним значения моментов по формулам: MA = εAEW и MB = εBEW.
Находят M1 = ε1EW; M2 = ε2EW; M3 = ε3EW; M4 = ε4EW.
По этим данным строят фактическую эпюру моментов в виде прямых (усредненных), как показано на фиг. 1 б.In FIG. 1c graphically find the values of ε A and ε B , and from them the values of the moments according to the formulas: M A = ε A EW and M B = ε B EW.
Find M 1 = ε 1 EW; M 2 = ε 2 EW; M 3 = ε 3 EW; M 4 = ε 4 EW.
Based on these data, the actual diagram of the moments is constructed in the form of straight lines (averaged), as shown in FIG. 1 b

По значениям моментов МA и МB и углов поворота φA и φB находят жесткости опорных закреплений CA и CB.From the values of the moments M A and M B and the rotation angles φ A and φ B , the stiffnesses of the support fasteners C A and C B are found .

Значения φA и φB находят теоретически. Угол поворота на опоре A находят по формуле строительной механики:

Figure 00000007

Аналогично на опоре B:
Figure 00000008

где Мф - фактическая эпюра моментов (см. фиг 1б);
Figure 00000009
эпюра единичного момента
Figure 00000010
приложенного в т. B (см. фиг. 2 б);
E - модуль упругости материала;
J - момент инерции сечения.The values of φ A and φ B are found theoretically. The angle of rotation on the support A is found by the formula of structural mechanics:
Figure 00000007

Similarly, on the support B:
Figure 00000008

where M f - the actual plot of the moments (see Fig 1B);
Figure 00000009
single moment diagram
Figure 00000010
applied in t. B (see Fig. 2 b);
E is the modulus of elasticity of the material;
J is the moment of inertia of the section.

Значения жесткости опорных закреплений:

Figure 00000011
Figure 00000012
еThe values of the rigidity of the support fasteners:
Figure 00000011
Figure 00000012
e

Claims (1)

Способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных и узловых закреплений в конструкциях типа балок, ферм, рам, по которому исследуемую конструкцию деформируют постоянной сосредоточенной нагрузкой, приложенной в одном и том же месте, 5-10 раз, измеряют и вычисляют среднее значение деформаций ε, отличающийся тем, что значения деформаций ε в виде ординат откладывают от осевой линии конструкции в местах их измерения, проводят прямые линии через вершины этих ординат до пересечения с перпендикулярами, восстановленными к осевой линии конструкции на опорных концах или в узлах, по значениям полученных отрезков на перпендикулярах находят значение моментов в опорных и узловых закреплениях по формуле
M = EWε,
где М - изгибающий момент;
Е - модуль упругости материала;
W - момент сопротивления поперечного сечения;
ε - относительная деформация,
а жесткость опорных и узловых закреплений определяют теоретически в виде отношения моментов М и угловых перемещений φ опорных концов конструкции
C = M/φ.A method of experimental-theoretical determination of the rigidity of support and nodal fastenings in structures such as beams, trusses, frames, according to which the structure under study is deformed by a constant concentrated load applied in the same place, 5-10 times, the average value of the strains ε, which differs, is measured and calculated the fact that the strain values ε in the form of ordinates are laid off from the center line of the structure in the places of measurement, draw straight lines through the vertices of these ordinates until they intersect with the perpendiculars restored to the axes of the construction line at the supporting ends or in nodes, from the values of the obtained segments on the perpendiculars, the values of the moments in the supporting and nodal fastenings are found by the formula
M = EW ε ,
where M is the bending moment;
E is the modulus of elasticity of the material;
W is the moment of resistance of the cross section;
ε is the relative deformation,
and the stiffness of the support and nodal fastenings is determined theoretically in the form of the ratio of the moments M and the angular displacements φ of the supporting ends of the structure
C = M / φ.
RU2000108521A 2000-04-05 2000-04-05 Process of experimental-theoretic determination of rigidity of supporting and unit attachments of building structures RU2176388C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000108521A RU2176388C1 (en) 2000-04-05 2000-04-05 Process of experimental-theoretic determination of rigidity of supporting and unit attachments of building structures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000108521A RU2176388C1 (en) 2000-04-05 2000-04-05 Process of experimental-theoretic determination of rigidity of supporting and unit attachments of building structures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2176388C1 true RU2176388C1 (en) 2001-11-27

Family

ID=20232887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000108521A RU2176388C1 (en) 2000-04-05 2000-04-05 Process of experimental-theoretic determination of rigidity of supporting and unit attachments of building structures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2176388C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113514212A (en) * 2021-04-20 2021-10-19 中国飞机强度研究所 Shear support rigidity simulation device
RU2784318C1 (en) * 2022-02-11 2022-11-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" Method for non-destructive determination and monitoring of the bearing capacity of steel trusses

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ДОЛИДЗЕ Д.Е. Испытание конструкций и сооружений. - М.: Высшая школа, 1975, с. 42. БЕЛЯЕВ Н.М. Сопротивление материалов. - М.: Наука, 1965, с. 32, 221-230, 303. *
ЛУЖИН О.В. Обследование и испытание сооружений. - М.: Стройиздат, 1987, с. 160-161. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113514212A (en) * 2021-04-20 2021-10-19 中国飞机强度研究所 Shear support rigidity simulation device
CN113514212B (en) * 2021-04-20 2023-09-05 中国飞机强度研究所 Shear support rigidity simulation device
RU2784318C1 (en) * 2022-02-11 2022-11-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" Method for non-destructive determination and monitoring of the bearing capacity of steel trusses

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Silvestre et al. Distortional buckling formulae for cold-formed steel C and Z-section members: Part I—derivation
Sousa et al. Bridge deflection evaluation using strain and rotation measurements
Zhao et al. Development of a laser-based geometric imperfection measurement platform with application to cold-formed steel construction
CN110793737B (en) Beam bridge damage detection method based on elastic constraint supporting beam deflection influence line
Lorkowski et al. Experimental and numerical research of the torsion problem of built-up steel columns laced in a single plane
Ahmed et al. Two-way bending behavior of profiled steel sheet dry board composite panel system
CN105806572B (en) A kind of single-layer latticed shell Semi-rigid measuring method
RU2176388C1 (en) Process of experimental-theoretic determination of rigidity of supporting and unit attachments of building structures
CN215932634U (en) Three-dimensional deformation real-time testing system for bridge anti-overturning bearing capacity evaluation
RU2184947C2 (en) Process of experimental-theoretical determination of stiffness of supporting fixings of reinforced concrete structures of type of beam
JPS6216368B2 (en)
Piekarczuk et al. Experimental and computational approaches to the evaluation of double corrugated arch structures. A review of the latest advancements
Perregaux et al. Vertical displacement of bridges using the SOFO system: A fiber optic monitoring method for structures
Tomski et al. Vibration and stability of geometrically nonlinear column subjected to generalized load with a force directed toward the positive pole
Morris et al. Monitoring modern timber structures and connections
RU2161788C2 (en) Method of nondestructive test of load-carrying capacity of building constructions
Bednarz et al. Identifying Magnitudes and Locations of Multiple Loads and the Resultant of a Distributed Load on a Slender Beam Using Strain Gage Based Methods
Sivakumaran Analysis for web crippling behaviour of cold-formed steel members
Lee et al. Experimental and measurement methods for the small-scale model testing of lateral and torsional stability
Matsumiya et al. Full-scale test of three-story steel moment frames for examination of extremely large deformation and collapse behavior
Azizov et al. Taking into account change in the wall hardness when calculating the torsion of section of reinforced-concrete elements by normal cracks
Plachy et al. Experimental dynamic analysis of the arch road bridge
CN117405331B (en) Deflection performance detection method for bridge truss
CN114417642B (en) Large-scale structure surface deformation prediction method
Emadi et al. Analyzing the effects of shear deformations on the constrained observability method