RU2436062C2 - Method to determine optimal number of dowels in composite wooden beams (versions) - Google Patents
Method to determine optimal number of dowels in composite wooden beams (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2436062C2 RU2436062C2 RU2009147579/28A RU2009147579A RU2436062C2 RU 2436062 C2 RU2436062 C2 RU 2436062C2 RU 2009147579/28 A RU2009147579/28 A RU 2009147579/28A RU 2009147579 A RU2009147579 A RU 2009147579A RU 2436062 C2 RU2436062 C2 RU 2436062C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pins
- dowels
- model
- tests
- optimal number
- Prior art date
Links
Landscapes
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области строительства и предназначено для определения оптимального числа нагелей в составных деревянных конструкциях балочного типа.The invention relates to the field of construction and is intended to determine the optimal number of pins in composite wooden structures of the beam type.
Известен теоретический способ определения количества нагелей n в симметричном соединении при их равномерном расположении по длине балки по формуле [1, с.202]:There is a theoretical method for determining the number of pins n in a symmetrical connection when they are evenly distributed along the length of the beam according to the formula [1, p.202]:
где Mmax - максимальный изгибающий момент в балке; S - статический момент площади слоя выше соединительного шва; I - момент инерции сечения балки как цельного; Tc - наименьшая расчетная несущая способность нагеля, определяемая по таблицам СНиП [2] в зависимости от материала нагеля.where M max is the maximum bending moment in the beam; S is the static moment of the area of the layer above the joint; I - moment of inertia of the beam section as a whole; T c - the smallest calculated load-bearing capacity of the Nagel, determined according to the tables SNiP [2] depending on the material of the Nagel.
Этот способ имеет недостаток, который заключается в том, что сдвигающее усилие N=MmaxS/I соответствует балке со сплошным сечением. Действительный же закон распределения сдвигающего усилия в составных балках зависит от числа нагелей и места их расположения. Поэтому по формуле (1) получается завышенное количество нагелей.This method has the disadvantage that the shear force N = M max S / I corresponds to a beam with a solid section. The actual law of the distribution of shear forces in composite beams depends on the number of pins and their location. Therefore, according to formula (1), an overestimated amount of pins is obtained.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в разработке способа экспериментального определения оптимального количества нагелей в составных балках с использованием их моделей.The problem to which the invention is directed, is to develop a method for experimental determination of the optimal number of pins in composite beams using their models.
Это достигается тем, что в способе определения оптимального количества нагелей в составной деревянной балке изготавливают ее модель с соблюдением условий геометрического и физико-механического подобия, устанавливают на ней минимально возможное количестве нагелей, закрепляют модель на испытательном стенде согласно условиям эксплуатации балки, нагружают ее равномерно распределенной нагрузкой, равной по условиям физического подобия расчетной, измеряют максимальный прогиб, разгружают модель, устанавливают дополнительные нагели посредине между ранее установленными нагелями, повторяют операций нагружения, измерения и разгружения и выполняют весь цикл статических испытаний при поэтапном увеличении количества нагелей до стабилизации измеряемой величины максимального прогиба. По результатам статических испытаний строят графическую зависимость «максимальный прогиб - отношение числа поставленных нагелей на каждом этапе испытаний к максимальному числу использованных нагелей», проводят анализ кривых и более точно определяют начало участка стабилизации максимального прогиба, по которому вычисляют оптимальное количество нагелей для рассматриваемой модели и соответственно натурной балки.This is achieved by the fact that in the method of determining the optimal number of pins in a composite wooden beam, a model is made in compliance with the conditions of geometric and physico-mechanical similarity, the minimum possible number of pins is installed on it, the model is fixed on the test bench according to the operating conditions of the beam, and it is loaded uniformly distributed with a load equal to the calculated physical similarity, measure the maximum deflection, unload the model, install additional pins in the middle between the previously installed pins, repeat the operations of loading, measuring and unloading and perform the entire cycle of static tests with a phased increase in the number of pins to stabilize the measured value of the maximum deflection. Based on the results of static tests, a graphical dependence “maximum deflection - the ratio of the number of delivered pins at each test stage to the maximum number of pins used” is built, the curves are analyzed and the beginning of the stabilization section of the maximum deflection is determined more accurately, according to which the optimal number of pins for the model in question is calculated and, accordingly full-beam.
Такого же результата можно достичь, если в способе определения оптимального количества нагелей в составной деревянной балке изготовить ее модель с соблюдением условий геометрического и физико-механического подобия, установить минимально возможное количество нагелей, закрепить модель на испытательном стенде согласно условиям эксплуатации балки, возбудить в ней поперечные собственные (или вынужденные) колебания, измерить основную (или первую резонансную) частоту этих колебаний, затем установить дополнительные нагели посредине между ранее установленными нагелями, повторить операции возбуждения колебаний и измерения их частоты и далее выполнить весь цикл динамических испытаний при поэтапном увеличении количества нагелей до стабилизации измеряемой величины основной (или первой резонансной) частоты колебаний; затем по результатам динамических испытаний следует построить графическую зависимость «основная (или первая резонансная) частота колебаний - отношение числа поставленных нагелей на каждом этапе испытаний к максимальному числу использованных нагелей», провести анализ кривых и более точно определить начало участка стабилизации частоты колебаний, по которому вычислить оптимальное количество нагелей для рассматриваемой модели и соответственно натурной балки.The same result can be achieved if, in the method for determining the optimal number of pins in a composite wooden beam, make its model in compliance with the conditions of geometric and physico-mechanical similarity, set the minimum possible number of pins, fix the model on the test bench according to the operating conditions of the beam, and excite the transverse natural (or forced) oscillations, measure the fundamental (or first resonant) frequency of these oscillations, then establish additional gaps in the middle between anee mounted pegs, repeat steps oscillation excitation and measure their frequency and then perform dynamic testing whole cycle with gradual increase amounts to stabilize the dowel measurand primary (or first resonant) frequency of oscillation; then, based on the results of dynamic tests, it is necessary to build a graphical dependence "the main (or first resonant) oscillation frequency - the ratio of the number of delivered dowels at each test stage to the maximum number of used dowels", analyze the curves and more accurately determine the beginning of the stabilization section of the oscillation frequency, from which to calculate the optimal number of pins for the model under consideration and, respectively, full-scale beams.
Осуществление заявляемых способов поясняется чертежом, на котором представлены графики изменения максимального прогиба w0 и первой резонансной частоты колебаний ω в зависимости от отношения количества нагелей на модели nнагелей к максимальному количеству нагелей nmax, использованных при испытаниях.The implementation of the proposed methods is illustrated in the drawing, which shows graphs of the changes in the maximum deflection w 0 and the first resonant oscillation frequency ω depending on the ratio of the number of pins on the model n pins to the maximum number of pins n max used in the tests.
Постепенное увеличение количества нагелей, используемых при изготовлении составных балок, ведет к увеличению их изгибной жесткости и, следовательно, к уменьшению статического прогиба w0 при нагружении балок равномерно распределенной нагрузкой и к увеличению основной (или первой резонансной) частоты колебаний ω в ненагруженном состоянии. Как показали эксперименты (см. чертеж), графики функций w0-nнагелей/nmax=k и функций ω-k для балок с различными граничными условиями асимптотически приближаются к постоянному значению при стремлении количества нагелей к бесконечности, соответствующему балкам со сплошным сечением. Причем стабилизация контролируемых параметров начинается достаточно быстро при малом количестве используемых нагелей. Поэтому оптимальным можно считать такое количество нагелей в составной балке, при котором процесс стабилизации рассматриваемых кривых считается установившимся.A gradual increase in the number of dowels used in the manufacture of composite beams leads to an increase in their bending stiffness and, consequently, to a decrease in the static deflection w 0 when loading the beams with a uniformly distributed load and to an increase in the main (or first resonant) vibration frequency ω in an unloaded state. As the experiments showed (see the drawing), the graphs of the functions w 0 -n pins / n max = k and the functions ω-k for beams with different boundary conditions asymptotically approach a constant value when the number of pins tends to infinity, corresponding to beams with a continuous section. Moreover, the stabilization of the controlled parameters begins quite quickly with a small number of pins used. Therefore, the optimal number of pins in a composite beam can be considered optimal, in which the stabilization process of the considered curves is considered established.
Для определения оптимального количества нагелей использовать натурную составную балку нерационально, Целесообразно использовать модель такой балки, выполненную с соблюдением условий геометрического и физико-механического подобия [3]. Поэтому для реализации предлагаемых способов необходимо изготовить модели конструкций и их испытания проводить при постепенном увеличении числа нагелей. Экспериментальные исследования следует завершить построением функциональных зависимостей w0-k и ω-k их анализом для выявления начала участка стабилизации контролируемых параметров.To determine the optimal number of dowels, it is irrational to use a full-sized composite beam. It is advisable to use a model of such a beam made in compliance with the conditions of geometric and physico-mechanical similarity [3]. Therefore, to implement the proposed methods, it is necessary to make models of structures and carry out their tests with a gradual increase in the number of pins. Experimental studies should be completed by constructing the functional dependences w 0 -k and ω-k by their analysis to identify the beginning of the stabilization section of the controlled parameters.
Способ осуществляется следующим образом. Для заданной составной балки с известными физическими и геометрическими характеристиками каждого из ее слоев изготавливают модель по условиям геометрического и физико-механического подобия. Модель устанавливают на стенде, закрепляют ее концы согласно условиям эксплуатации реальной конструкции в сооружении и устанавливает минимально возможное число нагелей - 3 у опор и в середине пролета.The method is as follows. For a given composite beam with known physical and geometric characteristics of each of its layers, a model is made according to the conditions of geometric and physical-mechanical similarity. The model is installed on the stand, its ends are fixed according to the operating conditions of the real structure in the structure and sets the minimum possible number of pins - 3 at the supports and in the middle of the span.
Далее модель нагружают равномерно распределенной нагрузкой q, равной по условиям физического подобия расчетной для натурной балки, и измеряют ее максимальный прогиб w0: для модели с шарнирными или жестко защемленными опорами - в середине пролета; для модели с одной шарнирной и одной жестко защемленной опорами - на расстоянии 0,67L (где L - пролет модели) от шарнирной опоры.Next, the model is loaded with a uniformly distributed load q, which is equal to the calculated for a full-scale beam according to the conditions of physical similarity, and its maximum deflection w 0 is measured: for a model with hinged or rigidly clamped supports, in the middle of the span; for a model with one hinged and one rigidly clamped supports - at a distance of 0.67L (where L is the span of the model) from the hinged support.
После статических испытаний модель разгружают и устанавливают дополнительные нагели, располагая их равномерно между установленными ранее нагелями. Затем изложенную выше процедуру статических испытаний повторяют на каждом этапе установки дополнительных нагелей.After static testing, the model is unloaded and additional pins are installed, placing them evenly between the previously installed pins. Then, the above procedure of static tests is repeated at each stage of the installation of additional pins.
По результатам полученных измерений строят графическую зависимость w0-k (см. чертеж), анализируя которую выявляют участок стабилизации кривой, когда установка новых нагелей практически не изменяет максимального прогиба модели. Левая граница такого участка соответствует оптимальному числу нагелей в модели.Based on the results of the measurements, a graphical dependence w 0 -k is constructed (see the drawing), analyzing which the stabilization section of the curve is revealed, when the installation of new plugs practically does not change the maximum deflection of the model. The left boundary of this section corresponds to the optimal number of pins in the model.
Соблюдая условия геометрического и физико-механического подобия, полученные результаты соотносят с параметрами реальной конструкции.Observing the conditions of geometric and physical-mechanical similarity, the results obtained are correlated with the parameters of the real design.
Аналогично, минимально возможное число нагелей можно определить по результатам динамических испытаний модели в ненагруженном состоянии, при проведении которых в той же последовательности, что и в первом случае, измеряют основную (или первую резонансную) частоту колебаний модели.Similarly, the smallest possible number of pins can be determined from the results of dynamic tests of the model in an unloaded state, during which the main (or first resonant) frequency of the model’s oscillations is measured in the same sequence as in the first case.
Примеры реализации способаMethod implementation examples
Способ статического нагружения моделей. В качестве моделей были изготовлены составные двухслойные деревянные балки длиной 2900 мм и сечениями 100×50+50×50 мм (ширина моделей 50 мм). Таких моделей было изготовлено три штуки для каждого вида граничных условий.The method of static loading of models. As models, composite two-layer wooden beams with a length of 2900 mm and sections 100 × 50 + 50 × 50 mm (model width 50 mm) were made. Such models were made three pieces for each type of boundary conditions.
Модели последовательно устанавливались и закреплялись на специальном стенде, нагружались тарировочными грузами по 4 кг в шести равноудаленных ее сечениях, что соответствовало эквивалентной интенсивности равномерно распределенной нагрузки 82,76 Н/м. После нагружения измерялись максимальные прогибы прогибомером индикаторного типа с ценой деления 0,001 мм. После разгрузки устанавливались дополнительные нагели, и статические испытания повторялись вновь. Результаты испытаний приведены в таблице 1 (в колонке 3).Models were sequentially installed and fixed on a special stand, loaded with calibration weights of 4 kg in its six equally spaced sections, which corresponded to the equivalent intensity of a uniformly distributed load of 82.76 N / m. After loading, the maximum deflections were measured with an indicator-type deflection meter with a division value of 0.001 mm. After unloading, additional pins were installed, and the static tests were repeated again. The test results are shown in table 1 (in column 3).
По результатам статических испытаний построены графики w0-k, которые представлены на чертеже пунктирными линиями. Анализ этих графиков показывает, что стабилизация кривых для моделей с двумя шарнирами наступила при значении k=0,8, с одним шарниром и одной жесткой заделкой при k=0,6, с двумя жесткими заделками при k=0,55. Таким образом, в первом случае необходимо использовать 16…17 нагелей, во втором - 13…14, в третьем - 12…13.According to the results of static tests, plots w 0 -k are plotted, which are represented by dashed lines in the drawing. An analysis of these graphs shows that the stabilization of the curves for models with two hinges occurred at a value of k = 0.8, with one hinge and one rigid termination at k = 0.6, with two rigid terminations at k = 0.55. Thus, in the first case it is necessary to use 16 ... 17 pins, in the second - 13 ... 14, in the third - 12 ... 13.
Способ динамического воздействия на модели. Динамические испытания моделей проводились в резонансном режиме. Частоты поперечных колебаний балок определялись с помощью электронного частотомера марки ЧЗ-63/1, который снимал показания с индукционного вибродатчика. Колебания возбуждались двигателем постоянного тока с дисбалансом массой примерно 15 г, жестко закрепленным на моделях в середине пролета. Частота вращения двигателя с дисбалансом регулировалась блоком питания постоянного тока с плавным регулированием силы тока. Момент наступления резонанса контролировался электронно-лучевым осциллографом марки C1-65A по максимальной амплитуде выходного сигнала с индукционного вибродатчика.The method of dynamic impact on the model. Dynamic tests of the models were carried out in resonance mode. The transverse vibration frequencies of the beams were determined using an electronic frequency meter of the ChZ-63/1 brand, which took readings from an induction vibration sensor. The oscillations were excited by a DC motor with an imbalance of about 15 g, rigidly fixed to the models in the middle of the span. The rotational speed of the motor with an imbalance was regulated by a DC power supply unit with smooth regulation of the current strength. The moment of resonance onset was monitored by a C1-65A cathode-ray oscilloscope by the maximum amplitude of the output signal from the induction vibration sensor.
При динамических испытаниях были определены первые резонансные частоты колебаний, которые приведены в таблице (в колонке 4). По этим результатам построены графики ω-k, которые представлены на чертеже сплошными линиями. Анализ этих графиков показывает, что стабилизация кривых для рассмотренных моделей произошла при тех же соотношениях k, что и в первом случае.During dynamic tests, the first resonant vibration frequencies were determined, which are given in the table (in column 4). Based on these results, ω-k plots are plotted, which are represented by solid lines in the drawing. An analysis of these graphs shows that the stabilization of the curves for the considered models occurred at the same ratios k as in the first case.
Как видно из сравнения, результаты, полученные обоими способами, практически совпадают. Однако способ с использованием вибрационного метода менее трудоемкий, поскольку при его реализации отпадает операция статического нагружения модели.As can be seen from the comparison, the results obtained by both methods practically coincide. However, the method using the vibration method is less time-consuming, since the operation of static loading of the model disappears during its implementation.
Таким образом, технический результат - возможность определения оптимального количества нагелей в составных конструкциях достигается за счет использования моделей и испытания их в условиях статического и динамического нагружения при поэтапном увеличения числа нагелей до стабилизации контролируемых параметров.Thus, the technical result - the ability to determine the optimal number of pins in composite structures is achieved by using models and testing them under static and dynamic loading with a phased increase in the number of pins to stabilize the controlled parameters.
Источники информацииInformation sources
1. Конструкции из дерева и пластмасс: Под редакцией Г.Г.Карлсена и др. [Текст] - М.: Стройиздат, 1986.1. Structures made of wood and plastic: Edited by G. G. Karlsen et al. [Text] - M.: Stroyizdat, 1986.
2. СНиП II-23-81*. Деревянные конструкции. Нормы проектирования [Текст]. - М.: Стройиздат, 1982. - 54 с.2. SNiP II-23-81 *. Wooden structures. Design Standards [Text]. - M .: Stroyizdat, 1982. - 54 p.
3. Шаповалов Л.А. Моделирование в задачах механики элементов конструкций [Текст] / Л.А.Шаповалов. - М.: Машиностроение, 1990. - 287 с.3. Shapovalov L.A. Modeling in problems of mechanics of structural elements [Text] / L.A. Shapovalov. - M.: Mechanical Engineering, 1990. - 287 p.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009147579/28A RU2436062C2 (en) | 2009-12-21 | 2009-12-21 | Method to determine optimal number of dowels in composite wooden beams (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009147579/28A RU2436062C2 (en) | 2009-12-21 | 2009-12-21 | Method to determine optimal number of dowels in composite wooden beams (versions) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2436062C2 true RU2436062C2 (en) | 2011-12-10 |
Family
ID=45405801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009147579/28A RU2436062C2 (en) | 2009-12-21 | 2009-12-21 | Method to determine optimal number of dowels in composite wooden beams (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2436062C2 (en) |
-
2009
- 2009-12-21 RU RU2009147579/28A patent/RU2436062C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Конструкции из дерева и пластмасс. / Под редакцией Г.Г.Карлсена и др. [Текст] - М.: Стройиздат, 1986. СНиП II-23-81*. Деревянные конструкции. Нормы проектирования [Текст]. - М.: Стройиздат, 1982, - 54 с. СТО 36554501-002-2006 «Деревянные клееные конструкции. Методы расчета». - М.: 2006. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cawley et al. | A comparison of the natural frequency changes produced by cracks and slots | |
| Musiał et al. | Determining the Young’s modulus of concrete by measuring the eigenfrequencies of concrete and reinforced concrete beams | |
| Meng et al. | Analytical and experimental study of a skew bridge model | |
| RU2436062C2 (en) | Method to determine optimal number of dowels in composite wooden beams (versions) | |
| Bae et al. | Scaling the operating deflection shapes obtained from scanning laser doppler vibrometer | |
| Barboni et al. | A method to precise determine the Young’s modulus from dynamic measurements | |
| Ågårdh | Modal analyses of two concrete bridges in Sweden | |
| RU2306547C1 (en) | Method of determining flexural rigidity of but of single-span sectional beams of constant cross-section | |
| RU2406075C1 (en) | Method for detection of horizontal seam rigidity in double-layer structures of beam type | |
| Gudmarsson et al. | Characterizing the complex modulus and Poisson’s ratio of asphalt concrete specimens through modal testing | |
| RU2443993C1 (en) | Method of fatigue tests of metal samples | |
| Rimpel | A simple contact model for simulating tie bolt rotor butt joints with and without pilot fits | |
| RU2162218C1 (en) | Procedure testing integral parameters of quality of reinforced concrete structures in the form of flat and ribbed beam slabs | |
| RU2473880C2 (en) | Method to determine concrete modulus of elasticity in elastic reinforced concrete structures of beam type | |
| RU2321848C1 (en) | Method of evaluation of stress-deformed state of easily deformed fiber-containing compositions | |
| Manikandan et al. | Evaluation on effectiveness of cold-formed steel column with various types of edge stiffener | |
| RU2308699C1 (en) | Method to determine maximal deflection of single composite timber beams with enlarging joints | |
| Jerath et al. | Dynamic modulus for reinforced concrete beams | |
| RU2217748C1 (en) | Method establishing value of prestressing of fittings in loaded structure of beam type with transfer of prestressed effort to its butts | |
| RU2029931C1 (en) | Method to determine value of prestress in reinforcement of finished building structure | |
| RU2160893C1 (en) | Process of nondestructive inspection of quality of finished reinforced concrete articles | |
| RU2097727C1 (en) | Method of nondestructive test of quality of ready reinforced concrete articles | |
| RU2354949C2 (en) | Non-destructive method of controlling quality of pre-cast concrete structures | |
| RU2235988C1 (en) | Method of monitoring rigidity, crack-resistance and strength of bendable reinforced concrete structures | |
| Morassi et al. | Experimental and analytical study of a steel-concrete bridge |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111222 |