Анализ деформаций нагелей в карнизном узле трехшарнирной рамы из LVL на металлических нагелях, расставленных по концентрическим окружностям | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 29 января, печатный экземпляр отправим 2 февраля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Архитектура, дизайн и строительство

Опубликовано в Молодой учёный №22 (260) май 2019 г.

Дата публикации: 03.06.2019

Статья просмотрена: 103 раза

Библиографическое описание:

Кузьмина, А. Е. Анализ деформаций нагелей в карнизном узле трехшарнирной рамы из LVL на металлических нагелях, расставленных по концентрическим окружностям / А. Е. Кузьмина. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 22 (260). — С. 162-165. — URL: https://moluch.ru/archive/260/60039/ (дата обращения: 21.01.2022).



В статье проведен анализ распределения напряжений в поле карнизного узла трехшарнирной рамы из LVL на металлических нагелях, расставленных по концентрическим окружностям. Составлена конечно-элементная модель полурамы, проведен численный эксперимент, в результате которого получены зависимости деформативности нагелей от увеличения нагрузки и деформативности нагеля от ориентации волокон по отношению к направлению действующего усилия в нагелях.

Ключевые слова: трехшарнирная рама, карнизный узел, нагели, расставленные по окружности; численный эксперимент, расчетная схема, метод конечных элементов.

На современном этапе развития конструкций из КД и LVL существует дисбаланс несущей способности элементов и узлов. Для увеличения несущей способности узлов соединения конструкций необходимо исследование возможности изменения их конструктивного решения.

В статье рассматривается карнизный узел на нагелях, расставленных по концентрическим окружностям.

Конструкция узла с нагелями, расставленными по концентрическим окружностям позволяет соблюдать принцип дробности. В результате изгибающий момент передается с ригеля на стойки в виде множества пар сосредоточенных сил, возникающих в поле карнизного узла.

Рис. 1. Разложение момента сопротивления узла на пары сил в поле нагельного соединения

При этом каждая пара болтов по несущей способности отличается от соседней. Это обусловлено изменением ориентации волокон по отношению к направлению действующего усилия в нагелях. Причем в ригеле и стойке образуется индивидуальная ориентация.

В связи с этим каждая пара нагелей будет иметь индивидуальное значение изгиба. Величина деформации соединения на нагелях всех видов, кроме вклеенных при полном использовании их несущей способности принимаются по табл.21 [2] и равна .

Методика теоретического расчета, изложенного в [3] не позволяет оценить распределение усилий в поле нагельного соединения. В связи с этим при теоретическом расчете данного карнизного узла может произойти перегрузка части нагелей и существенное перераспределение усилий между нагелями.

Для исследования деформации нагелей в карнизном узле был проведен численный эксперимент, моделируемый в расчетном комплексе «SCAD» [4]. Исследуемая модель — полурама из LVL. Параметры модели назначались исходя из возможности последующего проведения реального эксперимента:

– пролет рамы — ;

– толщина сток — ;

– толщина ригеля — ;

– диаметр нагелей: ;

– количество нагелей в карнизном узле .

Методика построения КЭ модели описана в [1].

H:\0. Научная работа\изображения\рама 12_10.jpg

Рис. 2. а) общий вид полурамы, б) карнизный узел

Расчет производится при действии узловой силы равной шагом приложенной в коньковом узле полурамы через жесткий стержень, соединяющий все слои ригеля. (схема приложения нагрузки приближена к реальному эксперименту) [1]. Каждая нагрузка моделировалась как новое загружение.

На рис. 3 показана принципиальная схема деформирования нагелей в поле карнизного узла.

H:\0. Научная работа\изображения\3_12.10_смещение нагелей.jpg

Рис. 3. Отображение исходной и деформированной схемы работы нагелей в карнизном узле: 1–10 — первоначальное положение нагелей; 1’–10’ — положение нагелей после приложения нагрузки

В результате проведения эксперимента получена линейная зависимость перемещения нагеля от увеличения нагрузки. График зависимости представлен на рис. 3. В качестве исследуемой единицы взят узел № 141748 нагеля № 1 в среднем слое ригеля и его суммарное перемещение при каждом шаге нагрузке.

Рис. 4. Зависимость перемещения нагелей от увеличения нагрузки

По рис. 5 видно, что каждый нагель в нагельном поле имеет свою величину изгиба. При этом меняется не только величина изгиба, но и его направление, что связано с изменением ориентации волокон по отношению к направлению действующего усилия в нагелях.

Проанализировав численные показатели величины перемещения каждого узла каждого нагеля получена следующая картина величины изгиба нагелей в карнизном узле рамы (рис.5).

Рис. 5. Изгиб нагелей при действии нагрузки

В результате проведенного численного эксперимента можно сделать следующие выводы:

– в поле карнизного узла трехшарнирной рамы на металлических нагелях распределение усилий происходит неравномерно, из-за чего часть нагелей может быть перегружена;

– изгиб нагеля в карнизном узле увеличивается пропорционально увеличению нагрузки на раму.

Для возможности дальнейшего исследования полученные результаты необходимо провести реальный эксперимент и сравнить с данными, полученными при численно эксперименте.

Литература:

  1. Кузьмина А. Е. Анализ напряженно-деформированного состояния карнизного узла рамы из LVL методом конечно-элементного анализа [Эл. ресурс]/ Актуальные проблемы современного строительства: материалы 72 Всероссийской науч.-практ. Конференции студентов, аспирантов и молодых ученых; СПбГАСУ. — СПб., 2019.
  2. СП 64.13330.2017 Деревянные конструкции Актуализированная редакция СНиП II-25–80, М.: 2017 г.
  3. Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП II-)/ ЦНИИСК им. Кучеренко. М.: Стройиздат, 1986. 216 с.

4. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа / А. В. Перельмутер., В. И. Сливкер. — Киев, Изд-во «Сталь», 2002. — 600 с.:ил.

Основные термины (генерируются автоматически): карнизный узел, LVL, нагель, увеличение нагрузки, действующее усилие, реальный эксперимент, численный эксперимент, величина изгиба, нагельное соединение, теоретический расчет.


Ключевые слова

метод конечных элементов, расчетная схема, численный эксперимент, карнизный узел, трехшарнирная рама, нагели, расставленные по окружности

Похожие статьи

Анализ теоретических и экспериментальных исследований...

Авторами проведены эксперименты по определению несущей способности шпонок при

А за предельное состояние для определения несущей способности нагельного соединения

1. Доказано, что усиление изгибаемых или сжатых железобетонных элементов увеличением...

Расчет многорядных соединений на вклеенных шайбах...

Расчет выполнен с помощью проектно-вычислительного комплекса SCAD.

Как видно из рис.5 напряжения уменьшаются с увеличением шага расстановки шайб, также видно

В результате сложения напряжений от изгиба и растяжения получается результирующее распределение...

Анализ нагрузок, действующих на элементы конструкции ГТД

Спектр нагрузок, действующих на элементы ГТД, чрезвычайно широк, поэтому для последующего анализа ограничимся основными видами нагрузок, такими как

В качестве основной нагрузки на элементы ВУ будем рассматривать осевое усилие от газового потока.

Исследование статической работы клееных рам

Настоящая статья продолжает цикл работ учёных ПГУАС исследованию связанных с разработкой эффективных деревянных конструкций [1], [2], [3]. Методикой предусматривалось расчет различных рам методом конечных элементов основные размеры рам приняты из...

Исследование напряженно-деформированного состояния гнутых...

Неблагоприятные условия в карнизном узле возникают в раме с трехшарнирным

Расчёт узла сопряжения колонн с фундаментом. Соединения несущих балок с колонной осуществлено по

Естественно, что при определении усилий в элементах поперечной рамы необходимо было...

Статистическая обработка результатов гидравлического...

В практике гидравлического эксперимента часто встречаются случаи, когда

В случае, если величина является допустимой, можно попробовать уменьшить объем выборки и повторить расчет, в противном случае объем выборки увеличивают и снова проводят вычисления.

Влияние сдвига при расчете усиления с помощью...

Расчет без учета сдвигающих усилий. Несущими элементами перекрытия являются шарнирно-опертые

В расчете прочности за результирующие значения напряжений и прогиба берем

Габбасов Р. Ф., Филатов В. В. Численный метод расчета составных стержней и пластин с...

К расчету несущей способности соединений на вклеенных шайбах

Нормативные и расчетные величины предельных нагрузок соединений на ВШ.

Для практических расчетов целесообразно иметь аналитические формулы для подсчета

2. Арискин М. В. Теоретические исследования напряженно-деформированного состояния...

Применение ИКТ в натурном эксперименте лабораторного...

В статье рассмотрены различные подходы к использованию ИКТ в натурном эксперименте в рамках лабораторного практикума по физике. Выделены три направления использования информационных технологий при проведении эксперимента: натурный эксперимент в его...

Похожие статьи

Анализ теоретических и экспериментальных исследований...

Авторами проведены эксперименты по определению несущей способности шпонок при

А за предельное состояние для определения несущей способности нагельного соединения

1. Доказано, что усиление изгибаемых или сжатых железобетонных элементов увеличением...

Расчет многорядных соединений на вклеенных шайбах...

Расчет выполнен с помощью проектно-вычислительного комплекса SCAD.

Как видно из рис.5 напряжения уменьшаются с увеличением шага расстановки шайб, также видно

В результате сложения напряжений от изгиба и растяжения получается результирующее распределение...

Анализ нагрузок, действующих на элементы конструкции ГТД

Спектр нагрузок, действующих на элементы ГТД, чрезвычайно широк, поэтому для последующего анализа ограничимся основными видами нагрузок, такими как

В качестве основной нагрузки на элементы ВУ будем рассматривать осевое усилие от газового потока.

Исследование статической работы клееных рам

Настоящая статья продолжает цикл работ учёных ПГУАС исследованию связанных с разработкой эффективных деревянных конструкций [1], [2], [3]. Методикой предусматривалось расчет различных рам методом конечных элементов основные размеры рам приняты из...

Исследование напряженно-деформированного состояния гнутых...

Неблагоприятные условия в карнизном узле возникают в раме с трехшарнирным

Расчёт узла сопряжения колонн с фундаментом. Соединения несущих балок с колонной осуществлено по

Естественно, что при определении усилий в элементах поперечной рамы необходимо было...

Статистическая обработка результатов гидравлического...

В практике гидравлического эксперимента часто встречаются случаи, когда

В случае, если величина является допустимой, можно попробовать уменьшить объем выборки и повторить расчет, в противном случае объем выборки увеличивают и снова проводят вычисления.

Влияние сдвига при расчете усиления с помощью...

Расчет без учета сдвигающих усилий. Несущими элементами перекрытия являются шарнирно-опертые

В расчете прочности за результирующие значения напряжений и прогиба берем

Габбасов Р. Ф., Филатов В. В. Численный метод расчета составных стержней и пластин с...

К расчету несущей способности соединений на вклеенных шайбах

Нормативные и расчетные величины предельных нагрузок соединений на ВШ.

Для практических расчетов целесообразно иметь аналитические формулы для подсчета

2. Арискин М. В. Теоретические исследования напряженно-деформированного состояния...

Применение ИКТ в натурном эксперименте лабораторного...

В статье рассмотрены различные подходы к использованию ИКТ в натурном эксперименте в рамках лабораторного практикума по физике. Выделены три направления использования информационных технологий при проведении эксперимента: натурный эксперимент в его...

Задать вопрос