ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА ВНЕЦЕНТРЕННОЕ СЖАТИЕ
ECCENTRIC COMPRESSION TEST PIECE

Изобретение относится к области строительства, в частности к испытаниям образцов на внецентренное сжатие.
Известен образец в виде двутаврового профиля с отверстиями по углам на верхней и нижней поверхности для его фиксации в устройстве для испытаний. Нагружение образцов осуществляется при одном центральном положении нагрузки и трех положениях с эксцентриситетом /Патент №127920 (2006.01), МПК G01N 3/00 Образец и устройство для испытания на внецентренное сжатие / А.Н. Муморцев, А.П. Литиков, М.А. Кальмова, Е.В. Бондарева, заявл. СГАСУ 18.05.2012, опубл. 10.05.2013. Бюл. №13/ [1].
Недостатком известного образца является сложность и трудоемкость выполнения отверстий в тонких полках образца двутаврового профиля, а в некоторых случаях невозможность их выполнения, при этом такой способ фиксации образца в устройстве для испытаний создает сложность для центрирования осей нижней и верхней опорной плиты с осью образца в виде двутаврового профиля, что влечет за собой искажение результатов при исследовании влияния эксцентриситета сжимающей нагрузки на распределение напряжений по поперечному сечению.
Наиболее близким образцом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является образец в виде четырехугольной призмы с двумя парами сферических лунок для центрирующих элементов, одна пара из которых совпадает с продольной осью образца, а вторая пара смещена относительно оси на заданное расстояние. Нагружение образцов осуществляется при единственном предварительно заданном эксцентриситете /Сопротивление материалов. Руководство по выполнению и журнал лабораторных работ. Автор: В.Г. Подойников, Челябинск, 2010 г. Стр. 52/ [2]. Принят за прототип.
Недостатком известного образца является ограниченная возможность исследования влияния эксцентриситета сжимающей нагрузки на распределение напряжений по поперечному сечению и невозможность непосредственного определения напряжений в центре тяжести сечения.
Сущностью заявленного изобретения является исследование влияния эксцентриситетов на распределение напряжений в сечении, включая и непосредственно центр тяжести.
Техническим результатом изобретения является повышение точности показателей напряженного состояния материала образца при внецентренном сжатии.
Технический результат достигается тем, что известный образец для испытания на внецентренное сжатие в виде четырехугольной призмы с двумя симметричными парными сферическими лунками для центрирующих элементов, находящимися на его верхней и нижней опорной поверхности, одна пара из которых расположена по его продольной оси, снабжен двумя дополнительными парными сферическими лунками, при этом три пары сферических лунок расположены по границе ядра сечения, а средняя часть образца, равняя не менее 1/3 его длины, имеет ослабление в виде равнополочного двутавра.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена схема образца для испытания на внецентренное сжатие, где приняты следующие обозначения: образец - 1, сферическая лунка - 2, центрирующий элемент - 3.
На фиг. 2 изображен разрез по средней части образца, где приняты следующие обозначения: образец - 1, сферическая лунка - 2.
Образец 1 имеет различные поперечные сечения по своей длине. В опорных зонах на расстоянии не более чем 1/3 от своей длины, образец 1 имеет поперечное сечение в виде прямоугольного или квадратного профиля, а в средней части - в виде равнополочного двутавра (фиг. 2).
На верхней и нижней опорной поверхности образца 1 симметрично попарно выполнено по четыре сферические лунки 2 для установки центрирующих элементов 3 в виде стальных сфер, одна пара которых совпадает с продольной осью образца, а другие расположены по границе ядра сечения. Ядром сечения обозначается некоторая область вокруг центра тяжести поперечного сечения, внутри которой можно располагать точку приложения силы, не вызывая в сечении напряжений разного знака. Очертание ядра сечения получают путем определения координат приложения силы, при которых напряжения под силой будет равно нулю. Координаты ядра сечения вычисляются по известным формулам:
; ,
y
z
где i, i - радиусы инерции относительно оси Y и Z соответственно;
a
a
y
z
,  - отрезки, полученные отсечением касательной, проведенной к контуру сечения, центральных осей Y и Z.
Ослабление образца 1 в средней части в виде равнополочного двутавра позволяет замерить величину напряжений в центре тяжести сечения. Сплошные призматические участки в опорных зонах образца 1 обеспечивают надежность работы образца, связанную с восприятием сосредоточенных нагрузок, передаваемых на образец 1 при испытаниях.
Изготавливают образец 1 следующим образом.
Первоначально выбирают металлическую заготовку в виде призмы с соответствующими геометрическими параметрами. Затем на станке в средней части образца с двух сторон производят удаление материала, получая в конечном результате в средней трети заготовки поперечное сечение в виде равнополочного двутавра. Глубина удаления материала определяется по формуле:
,
где b - ширина поперечного сечения образца;
t - толщина стенки поперечного сечения равнополочного двутавра.
Далее на опорных поверхностях заготовки, путем высверливания в заранее отмеченных местах, выполняют сферические лунки. Для получения образца на внецентренное сжатие высокой точности опорные поверхности подвергают шлифованию. В результате получается качественный и эстетичный внешний вид, что соответствует решению поставленной задачи.
После изготовления образца - 1 его подготавливают к испытанию. В средней части ослабления вдоль продольной оси стенки с противоположных сторон наклеивают два тензорезистора. На кромках полок с внутренней и внешней стороны также наклеивают попарно тензорезисторы в количестве восьми штук. Таким образом, обеспечивается возможность определять средние напряжения в пяти точках образца при четырех вариантах его нагружения. Благодаря указанному расположению тензорезисторов подтверждается:
- постоянство нормальных напряжений в центре тяжести сечения при любых вариантах наружения и его равенство напряжению, создаваемому центральным сжатием;
- взаимность эксцентриситетов и величин отрезков, определяющих положение нулевой линии в сечении;
- ромбовидность формы ядра сечения.
Испытание образца 1 на внецентренное сжатие проводят следующим образом. Сначала устанавливают центрирующие элементы 3 в сферические лунки 2, расположенные в верхней и нижней опорной поверхности образца 1, которые совпадают с продольной осью испытуемого образца 1. Затем образец 1 размещают в универсальную машину, например типа УММ, между верхней неподвижной и нижней подвижной траверсами и производят ступенчатое нагружение образца 1. Затем центрирующие элементы 3 поочередно перемещают в следующие симметрично расположенные сферические лунки 2 с заданным эксцентриситетом и производят нагружения, аналогичные нагружению, проводимому по продольной оси испытуемого образца 1.
Предложенный образец для испытания на внецентренное сжатие позволяет:
- оценить влияние эксцентриситетов на распределение напряжений по сечению;
- непосредственно замерить величину напряжений в центре тяжести сечения при любых эксцентриситетах и зафиксировать его равенство напряжению при центральном сжатии;
- определить положения нулевой линии (граница между растянутой и сжатой зонами) при различных положениях полюса и отметить, что смещение полюса вдоль прямой вызывает поворот нулевой линии вокруг точки;
- визуально подтвердить существование ядра сечения.
Указанные выше особенности подтверждают известные теоретические выводы, существенно уточняя их, и позволяют учесть особенности, вызванные сложным контуром исследуемого образца.
Использование достоверных результатов испытаний образца на внецентренное сжатие при проектировании сжатых конструкций зданий и сооружений позволит повысить несущую способность этих конструкций и, как следствие, позволит повысить надежность и долговечность зданий и сооружений.
Источники информации
1. Патент РФ №127920, МПК G01N 3/00 (2006.01) Образец и устройство для испытания на внецентренное сжатие / А.Н. Муморцев, А.П. Литиков, М.А. Кальмова, Е.В. Бондарева, заявл. СГАСУ 18.05.2012, опубл. 10.05.2013. Бюл. №13.
2. Подойников В.Г. Сопротивление материалов. Руководство по выполнению и журнал лабораторных работ, - Челябинск, 2010 г. Стр. 52.