Материал: Комплексные изыскания

Комплексные изыскания

Министерство транспорта РФ

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Кафедра «Строительные конструкции, здания и сооружения»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Комплексные изыскания

Выполнил: Белан И.В

Шифр: 10 - пгс - 093

Проверил: Якутин Г.С

Хабаровск 2015

1. Методы и средства обследования клееных деревянных конструкций

Деревянные клееные конструкции - результат взаимодействия четырех основных факторов: это древесина, клеи и защитные вещества, производственные условия (здания с определенным температурно-влажностным режимом, оборудование, инструменты, транспортные и грузоподъемные средства) и персонал, т.е. человеческий фактор. Среди параметров конструкций приоритетное значение имеют критические эксплуатационные показатели прочности и стойкости клеевых соединений, определяющих при прочих равных условиях безопасность и долговечность строительных и других конструкций на основе ДКК.

Деревянная клееная конструкция - монолитная совокупность деревянных деталей определенных параметров и взаиморасположения, соединенных клеевой прослойкой, предназначенная для выполнения несущих, ограждающих и/или эстетических (декоративных) функций в строительных конструкциях, а также в изделиях различного назначения (окна, двери, полы, мебель и др.);

Несущие ДКК - это конструкции, предназначенные для восприятия постоянных эксплуатационных, в основном механических, нагрузок, обеспечивающие безопасность строительных конструкций, и разрушение которых приводит к потере устойчивости всего здания или сооружения;

Ненесущие ДКК предназначаются для выполнения ограждающих и/или декоративных (эстетических) функций строительных конструкций; они являются самонесущими, и их разрушение не приводит к потере устойчивости здания или сооружения. В ряде случаев ДКК выполняют несколько функций в совокупности. Например, клееные брусья стен малоэтажных зданий выполняют ограждающие, несущие и декоративные функции, что должно учитываться при их изготовлении и применении.

К основным классификационным признакам ДКК относят функциональное назначение (несущие и ненесущие ДКК) и условия эксплуатации. По критерию безопасности несущие ДКК подразделяют на несколько групп ответственности. По условиям эксплуатации (температурно-влажностный режим) ДКК подразделяют на несколько классов, в общем виде характеризующих использование ДКК внутри или снаружи зданий или помещений.

Клееные деревянные конструкции (КДК) в виде арок, балок, ферм пролетом до 60 м стали реальной альтернативой стали и железобетону благодаря высокой относительной прочности при небольшом весе (в пять раз легче железобетонных) [1]

Производство КДК весьма специфично. При проектировании конструкций и изготовлении необходимо учитывать качественные характеристики используемой древесины, которые заложены при расчетах силовых нагрузок для будущей эксплуатации [2].

Для КДК используют высококачественную древесину хвойных пород, требования к которой по прочностным характеристикам очень высоки. Предел прочности на сжатие вдоль волокон для чистых образцов равен 44 МПа. Средняя ширина годичных слоев не более 5 мм [5].

Качество готовой продукции зависит от качества используемого сырья. Контроль качества древесины должен проходить от начала технологического процесса до его полного завершения.

На производстве оценка качества исходного сырья сводится к сортировке пиломатериала по сортам по наличию пороков и измерению влажности. Прочность и размер годичных слоев древесины не определяются, так как существующая методика испытания физико-механических показателей древесины проводится на стандартных образцах, что весьма трудоемко. Пороки древесины на видимых частях конструкций контролируют по ГОСТ 2140-81.

Влажность древесины в конструкциях контролируют при помощи электровлагомера по ГОСТ 16588-79 не менее чем в трех местах по длине конструкций, до их защитной обработки.

Шероховатость поверхности конструкции контролируют по ГОСТ 15612-85. Контроль необходимо проводить не менее чем на 2 % всех подготовленных к приемке конструкций и не менее чем на одной конструкции из числа изготовленных за одну смену.

Механические испытания образцов на послойное скалывание клеевых соединений и древесины проводят по ГОСТ 25884-83.

Прочность древесины контролируют по методикам определения прочности пиломатериалов, приведенным в:ГОСТ 21554.2-81 - при испытании на статический изгиб;ГОСТ 21554.5-78 - при испытании на растяжение вдоль волокон.

Прочность зубчатых соединений контролируют путем испытания образцов на изгиб по ГОСТ 15613.4-78.

Оценка прочности приклеивания обшивок к каркасам ограждающих конструкций - по ГОСТ 25885-83.

Показатели свойства древесины можно определить на образцах-кернах, используя неразрушающий ультразвуковой метод испытаний [3].

Цель - анализ физико-механических свойств древесины для клееных деревянных конструкций (КДК) с помощью ультразвука.

Решаемые задачи: 1)определение акустических показателей образцов КДК и кернов; 2)определение прочности на сжатие вдоль волокон; 3) определение зависимостей показателей

Техника эксперимента. Для испытания были выпилены выборочно 11 образцов древесины из поперечного сечения КДК из сосны, каждая из которых имеет 3...6 делянок, склеенных по толщине.

Всего 44 делянок. У каждой делянки в продольном направлении, а также в радиальном направлении одновременно через все делянки измеряется ультразвуковым прибором УК-14П время прохождения ультразвуковых волн (УЗВ) с точностью 0,1 мкс. Ширина годичного слоя определялась микроскопом МПБ-2 в мм.

Из каждой делянки извлечены керны [6] диаметром 30 мм длиной
53 мм. Соотношение длины к площади поперечного сечения керна равнозначно к соотношению для стандартных образцов и равно 1,76.

Размеры испытываемых образцов измеряются штангенциркулем с точностью до 0,05 мм, масса - с точностью 0, 00005г.

У кернов измеряется время прохождения УЗВ , мкс; определяются плотность ρ, кг/м3; скорость звука v, м/с; акустическая константа ] K, м4/(кг с); акустическое сопротивление R, 106 кг/(м2 с); прочность на сжатие , МПа в соответствии с ГОСТ 16483.10-73.

Интерпретация результатов. На основании полученных в ходе эксперимента данных с помощью программы по программе Curve Expert-1.38 [4].определили следующие зависимости:

Зависимости прочности от плотности и от акустической константы вдоль волокон кернов (рис. 1) записываются уравнениями:

Из графиков видно, что с увеличением плотности древесины и акустической константы кернов увеличивается прочность, достигая некоторого оптимума.

Рис. 1. График зависимости прочности от плотности (а) и прочности от акустической константы кернов (б).( S - сумма квадратов отклонений, r - коэффициент корреляции)

Изменение прочности от акустического сопротивления образцов в продольном направлении для делянок и для кернов (рис. 2) увеличиваются по формуле

где a и b- коэффициенты формулы: и соответственно для делянок и для кернов, а и .

Рис. 2. График зависимости прочности от акустического сопротивления образцов в продольном направлении для делянок (а) и для кернов (б)

Зависимости акустической константы от плотности, как в радиальном, так и в продольном направлении характеризуются общим уравнением, график зависимости которых приведен на рисунке 3.

В таблице 1 приведены коэффициенты уравнения для образцов в продольном и радиальном направлениях.

Таблица 1. Параметры для образцов продольном и радиальном направлении волокон

Зависимость прочности от времени УЗВ в радиальном направлении показан на рисунке 4.

При ультразвуковых испытаниях в радиальном направлении сигнал проходит через все делянки, древесина каждой из которых имеет свои прочностные показатели, поэтому наблюдается их существенный разброс. Корреляционная связь слабая.

Рис. 4. График зависимости прочности от времени УЗВ в радиальном направлении

Результаты статистической обработки испытуемых кернов на сжатие вдоль волокон приведены в виде графика на рис. 5. Большинство образцов соответствуют по прочности требованиям СНиП II-25-80.

Рис. 5. Прочность кернов на сжатие вдоль волокон

Выводы. 1. У выпиленных образцов поперечного сечения КДК необходимо испытывать каждую делянку УЗВ методом в продольном направлении. 2. Для определения прочности на сжатие вместо стандартных образцов можно использовать менее трудоемкие в изготовлении керны. 3. По измерению акустических показателей можно оценить прочность древесины КДК. 4. С уменьшением акустической константы и увеличением плотности прочность возрастает, достигая оптимального значения, в пределах 51-58 МПа. С увеличением акустического сопротивления прочность увеличивается. 5.С уменьшением плотности акустическая константа увеличивается, как в продольном, так и для радиального направления. 6. По закономерностям изменения акустических показателей можно определить прочность древесины.

Испытательная машина по ГОСТ 7855-74 с максимальным усилием до 50000 Н (5000 кгс);штангенциркуль по ГОСТ 166-80 с погрешностью измерения не более 0,1 мм; электровлагомер.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ:

. До испытаний образцы должны находиться в том же помещении, что и контролируемая продукция.

. Образец устанавливают в приспособление для испытания (см. черт. 3).

При испытании прочности клеевого соединения задняя грань ножа пуансона и передняя грань передвижной опорной площадки должны находиться от него на расстоянии 0,5 - 1,0 мм.

При испытании на скалывание древесины клееной конструкции задняя грань ножа пуансона должна находиться против середины испытываемого слоя.

Перемещением прижимной опоры закрепляют образец в приспособлении. Нагрузку на образец передают через пуансон.

Образец испытывают до разрушения с постоянной скоростью перемещения пуансона и фиксируют разрушающую нагрузку.

3. Разрушающую нагрузку Р определяют с погрешностью не более 50 Н (5 кгс).

За результат испытания принимают среднее арифметическое значение предела прочности всех клеевых соединений испытанных образцов, фиксируя при этом минимальное значение и характер разрушения. При необходимости проводят статистическую обработку результатов по ГОСТ 16483.0-78 не менее чем на 20 клеевых соединениях.

Результаты измерений и испытаний заносят в протокол.

ГОСТ 15613.5-79

Настоящий стандарт распространяется на массивную клееную древесину и устанавливает метод определения прочности зубчатых клеевых соединений при растяжении.

Сущность метода заключается в определении максимальной нагрузки, разрушающей зубчатое клеевое соединение при растяжении и вычислении напряжения (предела прочности) при этой нагрузке.

АППАРАТУРА:

. Для проведения испытаний должны применяться:

машина испытательная по ГОСТ 28840 с погрешностью измерения нагрузки не более 1 %, снабженная захватами, щечки которых обработаны в соответствии с черт. <#"889086.files/image013.gif">

- образец; 2 - щечка захвата Черт. 1

ОТБОР И ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ:

. Метод отбора, количество образцов и влажность древесины устанавливается нормативно-технической документацией на конкретный вид клееной продукции или определяется целями исследования.

. Заготовку для образцов склеивают или выпиливают из готовой продукции в виде прямоугольной призмы с зубчатым соединением посередине длины заготовки.

Длина заготовки должна быть 300 мм. Толщина и ширина заготовки должны соответствовать толщине и ширине испытываемой клееной продукции.

В случае специального изготовления заготовку для образцов склеивают по технологии, установленной для данного вида клееной продукции, и из древесины той породы, из которой изготовляют клееную продукцию.

. Склеенные заготовки распиливают на образцы по форме и размерам, соответствующим черт. <#"889086.files/image014.gif">

Черт. 2 Количество образцов, выпиливаемых из одной заготовки, должно быть не менее трех: по одному из крайних и средней зон заготовки

. Образец должен включать не менее одного полного шипа. При включении нескольких шипов расположение их в образце должно быть симметричным относительно продольной оси образца.

Качество изготовления образцов, условия кондиционирования склеенных заготовок и образцов и условия проведения испытаний должны соответствовать требованиям ГОСТ 16483.0.

Образцы, имеющие видимые пороки древесины по ГОСТ 2140 и дефекты склеивания, испытаниям не подлежат.

. Время от окончания процесса склеивания заготовок до распиливания их на образцы и испытания должно быть не менее 24 ч при склеивании с нагревом и не менее 3 сут при склеивании без нагрева (при температуре не ниже 15 °С).

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ:

. Перед испытанием у каждого образца посередине длины (в зоне соединения) измеряют ширину b и толщину h с погрешностью не более 0,1 мм.

. Образец устанавливают в захватах машины так, чтобы соединение было посередине и свободная от захватов часть образца имела длину (150 ± 10) мм.

. Образец нагружают равномерно с постоянной скоростью нагружения или постоянной скоростью перемещения нагружающей головки машины. Скорость должна быть такой, чтобы образец разрушился через (20 ± 10) с после начала нагружения. Максимальную нагрузку Рmах определяют с погрешностью не более 50 Н (5 кгс).

Показания Рmах и характер разрушения образцов записывают в протокол (см. рекомендуемое приложение).

Результаты испытаний образцов, разрушившихся в захватах машины, не учитывают.

. Непосредственно после испытания определяют влажность древесины образцов по ГОСТ 16483.7. Пробу на влажность берут вблизи излома из каждой половины образца. За контрольную величину принимают большее значение влажности одной из половин образца.