Конструкции из дерева и пластмасс

 
Электростальский политехнический институт (филиал МИСиС) 
Кафедра «Промышленное и гражданское строительство» 

О.Д. Лихолетов, Ю.М. Лапин 

 

 

 

 

Рекомендован редакционно-издательским 
советом института 

КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС

Лабораторный практикум 

для студентов специальности 2903

МОСКВА 2001

 

УДК 624.011.1 
Л 65 

Л 65   Лихолетов О.Д., Лапин Ю.М. Конструкции из дерева и пластмасс: Лабор. практикум. – М.: МИСиС, 2001.– 41 с. 

Представлено пять лабораторных работ, охватывающих основные 
разделы изучаемого курса. Приведены сведения о методике испытаний, обработке и анализу результатов испытания образцов, а также. необходимые 
данные по работе с измерительными приборами, инструментом, испытательным оборудованием и технике безопасности при проведении лабораторных работ. Предназначен для студентов обучающихся по специальности 
2903 «Промышленное и гражданское строительство». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Московский государственный 

институт стали и сплавов 
(Технологический университет) 
(МИСиС), 2001 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................ 4 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 
Испытание соединения на лобовой врубке с одним зубом .............. 5 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2 
Испытание соединения на цилиндрических нагелях ...................... 14 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3 
Испытание клеевого соединения ...................................................... 20 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4 
Испытание клеедощатой балки при изгибе...................................... 25 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5 
Определение призменной прочности, модуля упругости и 
коэффициента Пуассона полимербетона ......................................... 35 
ЛИТЕРАТУРА .................................................................................... 40 

ВВЕДЕНИЕ 

Лабораторные работы по курсу «Конструкции из дерева и 
пластмасс» являются составной частью дисциплины, изучаемой студентами специальности 2903 «Промышленное и гражданское строительство». Выполнение лабораторных работ способствует более глубокому пониманию студентами специфических свойств древесины и 
пластмасс, позволяет получить наглядное представление о работе 
соединений элементов и конструкций из этих материалов, прививает 
студентам навыки в проведении экспериментальных исследований. 
В каждой лабораторной работе излагаются цель и задачи исследования, методика и техника ее выполнения, технические параметры лабораторной установки, сведения об измерительных приборах и техника безопасности при проведении работы. Во всех лабораторных работах испытания образцов производятся на прессовом оборудовании статической нагрузкой с доведением образцов до разрушения. Результаты измерений, полученных в процессе испытания 
образцов, фиксируются в соответствующих журналах лабораторных 
работ. По результатам испытаний делается вывод о пригодности к 
эксплуатации испытанных соединений и конструкций. 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 

Испытание соединения на лобовой 
врубке с одним зубом 

1. Теоретическое введение 

Соединения элементов деревянных конструкций на лобовых 
врубках давно применяются в строительстве вследствие их малой 
металлоемкости, простоты и несложности изготовления. 
Известно много разновидностей соединений на лобовых 
врубках. Такие из них, как «ласточкин хвост», «натяжной голландский зуб» могут воспринимать как сжимающие, так и растягивающие 
усилия. Однако при передаче растягивающих усилий эти соединения 
более чувствительны к наличию пороков в древесине соединяемых 
элементов и поэтому в строительстве практически не применяются. 
В настоящее время наиболее распространенными являются соединения на лобовых врубках с одним зубом и «лобовых упорах». Они 
применяются только для передачи сжимающих усилий в промежуточных и опорных узлах ферм, опорных и коньковых узлах трехшарнирных рам и арок. 
Передача усилия с одного элемента на другой в таких соединениях происходит по площади контакта соединяемых элементов. 
При этом в древесине возникают напряжения смятия и скалывания. 
Величина деформаций смятия в соединении зависит от величины 
действующего усилия и угла между линией действия этого усилия и 
направлением продольных волокон древесины. Согласно [I] предельно допустимая величина деформаций смятия в лобовых врубках 
в момент исчерпания несущей способности соединения не должна 
превышать 1,5 мм. 
Соединения на лобовых врубках и упорах являются податливыми. В строительных конструкциях податливость соединений на 
лобовых врубках и упорах проявляется в виде провисания, т.е. изменения геометрического очертания этих конструкций. Для недопущения провисания при изготовлении конструкциям придается строительный подъем, равный прогибу от нормативной нагрузки. 

2. Цель работы 

Целью работы является определение пригодности соединения на лобовой врубке с одним зубом к эксплуатации. Для этого при 
проведении лабораторной работы необходимо: 
– определить фактические размеры поперечного сечения и 
длин элементов соединения; 
– вычислить несущую способность соединения исходя из 
различных условий разрушения соединения; 
– определить величину расчетной разрушающей нагрузки; 
– зафиксировать величины деформации смятия в процессе 
испытания соединения и величину фактической разрушающей нагрузки; 
– построить график зависимости деформации смятия соединения от нагрузки; 
– выполнить рисунок разрушения соединения и дать анализ 
результатов испытания. 
Для проведения испытания изготавливается лабораторный 
образец в виде фермы треугольного очертания. Опорные узлы этой 
фермы выполняются на лобовой врубке с одним зубом (рис. 1.1). Образец устанавливается на опоры траверсы гидравлического пресса и 
испытывается статической ступенчато возрастающей нагрузкой до 
разрушения. Величины деформации смятия в соединении фиксируются на каждом этапе нагружения с помощью двух индикаторов часового типа с ценой деления 0,01 мм. Величина фактической разрушающей нагрузки соединения определяется по шкале прибора. 

3. Указания по технике безопасности 

Включение и регулировку мощности испытательной машины 
осуществляет учебный мастер, имеющий допуск к работе на прессовом оборудовании. 
Замеры показаний по индикаторам осуществляются студентами под наблюдением преподавателя. Разрушение образца в результате скалывания, как правило, происходит хрупко. Поэтому испытательная установка должна быть оборудована металлическими оградительными сетками. Находиться в это время против торцов образца 
не допускается. 
 

Рис. 1.1. Конструкция и схема испытания образца соединения на 
лобовой врубке: 
а – схема образца-фермы и усилия в элементах; б – конструкция 
образца-фермы и схема испытания; в – деталь опорного узла; 
1 – горизонтальный брус; 2 – наклонный брус; 3 – деревянная 
подкладка; 4 – клиновидный брус; 5 – подвижная и неподвижная 
опоры; 6 – индикатор; 7 – стальная планка; 8 – защитные упоры; 
b – ширина поясов; hвр – глубина врубки; e – плечо пары сил;  
l – длина наклонного бруса; hн – высота нижнего пояса; hв – высота 
наклонного пояса; lск – длина площадки скалывания

4. Порядок проведения работы 

До начала испытания студенты производят замеры размеров 
поперечного сечения и длин элементов соединения, а также глубины 
врубки и длины площадки скалывания. Замеры производятся с помощью металлической линейки и штангенциркуля с точностью до 
1 мм. Глубина врубки определяется как расстояние от верхней грани 
горизонтального бруса до нижней точки углубления врубки, а длина 
площадки скалывания – как расстояние от этой точки до торцевой 
поверхности горизонтального бруса. Центровка усилий в опорном 
узле образца-фермы производится по оси, проходящей по ослабленному сечению горизонтального бруса. 
Вертикальное сжимающее усилие от подвижной плиты пресса передается на горизонтальный растянутый брус через наклонные 
элементы. В этом случае разрушение соединения возможно: 
– из условия смятия; 
– из условия скалывания; 
– из условия разрыва нижнего бруса по ослабленному сечению; 
– из условия разрыва нижнего бруса по неослабленному сечению; 
– из условия потери устойчивости наклонного элемента. 
До начала испытания необходимо расчетным путем для каждого из возможных условий разрушения определить несущую способность соединения. Ее определяют по фактическим размерам элементов и величине расчетного сопротивления древесины, уточненного в соответствии с породой, сортом древесины и конкретными температурно-влажностными условиями во время испытания. 
В формулах для определения несущей способности соединения линейные размеры – в миллиметрах, расчетное сопротивление – 
в мегапаскалях, несущая способность выражается в ньютонах. 
Из условия смятия несущая способность соединения вычисляется по формуле 

 
α
=
cos

α
см
р
вр
см
R
b
h
Т
, 

где hвр – глубина врубки; 
bр – меньшее из значений ширины наклонного элемента bн или 
горизонтального бруса b; 

α – угол между осями наклонного элемента и горизонтального 
бруса (обычно угол α принимается равным 30 град); 
Rсм α – расчетное сопротивление древесины смятию под углом α, 
определяемое по формуле 

 

α








−
+

=

°

α
3

90
см

см

см
см
sin
1
1
R
R

R
R
, 

где Rсм – расчетное сопротивление древесины смятию вдоль волокон; 
Rсм 90° – расчетное сопротивление древесины смятию поперек волокон. 
Из условия скалывания несущая способность соединения вычисляется по формуле 

 
α
=
cos

ср
ск
ск
ск
R
b
l
Т
, 

где b – ширина поперечного сечения горизонтального бруса; 
lск – длина площадки скалывания; 

ср
ск
R
 – расчетное среднее по длине площадки скалывания сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон, определяемое по формуле 

 

e
l
R
R
ск

ск
ср
ск
1 β
+
=
, 

где Rск – расчетное сопротивление древесины скалыванию вдоль 
волокон; 
β – коэффициент, характеризующий расположение площадки 
скалывания относительно места приложения скалывающего 
усилия. При одностороннем скалывании β = 0,25. При двустороннем скалывании β = 0,125; 
е – плечо сил скалывания. Определяется как расстояние между 
линией действия скалывающего усилия и осью горизонтального бруса по ослабленному сечению. 

Скалывающее усилие приложено посередине глубины врубки 
и поэтому по длине площадки скалывания вызывает неравномерные 
напряжения. Этим объясняется необходимость использования в 
формуле для определения несущей способности соединения расчетного среднего сопротивления древесины скалыванию вдоль волокон. 
Из условия разрыва горизонтального бруса по ослабленному 
сечению несущая способность соединения вычисляется по формуле 

 
α
= cos

p
нт
р
R
А
Т
, 

где Ант – площадь поперечного сечения горизонтального бруса по 
ослабленному сечению: 

 
Ант = b (h – hвр); 

Rp – расчетное сопротивление древесины растяжению вдоль волокон, принимаемое по таблице [I], для элементов, имеющих ослабление поперечного сечения. 
Несущая способность соединения в этом случае определяется 
как для элементов, работающих в условиях центрального растяжения. 
Из условия разрыва горизонтального бруса по неослабленному сечению несущая способность соединения вычисляется по формуле 

 
α
+
=
cos
)
6
(
1

2

1
р
k
e
h
h
b
R
Т
, 

где k = Rр/Rи – коэффициент, учитывающий отношение величин расчетного 
сопротивления 
древесины 
растяжению 
вдоль волокон и изгибу. 
Расчетное сопротивление древесины растяжению вдоль волокон принимается по таблице [I] для элементов, не имеющих ослаблений поперечного сечения: 
е1 – расстояние между продольной осью горизонтального 
бруса по ослабленному и неослабленному сечениям 
(е1 = 0,5hвр); 
h – высота поперечного сечения горизонтального бруса по 
неослабленному сечению. 

Несущая способность соединения в этом случае определяется 
как для растянуто-изгибаемых элементов. 
Из условия потери устойчивости наклонного элемента несущая способность соединения вычисляется по формуле: 

 
c
н
н
с
R
h
b
Т
ϕ
=
, 

где bн – ширина поперечного сечения наклонного элемента; 
hн – высота поперечного сечения наклонного элемента; 
Rс – расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон; 
ϕ – коэффициент продольного изгиба. 
При гибкости элемента λ = 70 коэффициент продольного изгиба определяется по формуле 

 

2

100
8,0
1





 λ
−
=
ϕ
. 

Гибкость элемента определяется по формуле 

 
r
l0
=
λ
, 

где l0 – расчетная длина наклонного элемента, принимаемая в данном случае равной фактической длине наклонного элемента; 
r – радиус инерции поперечного сечения наклонного элемента. 
Для прямоугольного сечения радиус инерции определяется 
по формуле 

 
н
289
,0
h
r =
. 

Анализируя результаты вычислений несущей способности 
лобовой врубки с одним зубом из пяти приведенных выше условий, 
определяют наименьшую величину Tmin. 
Значение расчетной разрушающей нагрузки определяется по 
наименьшей величине несущей способности соединения по формуле 

 

дл

min
р
K
Т
Р =
 

где Kдл = 0,67 – усредненное значение коэффициента, учитывающего 
различие в сопротивлении древесины воздействию кратковременно и 
длительно действующих нагрузок. Необходимость данного коэффи