СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБРАЗЦА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА ВНЕЦЕНТРЕННОЕ СЖАТИЕ
METHOD OF PRODUCING THE SAMPLE FOR TESTING OF ECCENTRICAL COMPRESSION

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу изготовления образцов для испытания на внецентренное сжатие.
Известен способ изготовления образца для испытания на внецентренное сжатие в виде двутаврового профиля путем высверливания отверстий по углам на верхней и нижней опорной поверхности образца для его фиксации в устройстве для испытаний. /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/.
Недостатком известного способа является сложность и трудоемкость выполнения отверстий в тонких полках образца двутаврового профиля, а в некоторых случаях невозможность их выполнения. Также изготовленный данным способом образец сложно фиксировать в устройстве для испытаний, т.к. создает сложность для центрирования, что влечет за собой искажение результатов при исследовании влияния эксцентриситета сжимающей нагрузки на распределение напряжений по поперечному сечению.
Наиболее близким способом изготовления образца того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ выполнения на верхней и нижней опорной поверхности четырехугольной призмы симметричных парных сферических лунок для центрирующих элементов, одну пару из которых размещают по ее продольной оси, а вторую пару - на заданном расстоянии от оси. / Сопротивление материалов. Руководство по выполнению и журнал лабораторных работ. Автор: В.Г. Подойников, Челябинск, 2010 г., стр. 52/. Принят за прототип.
Недостатком известного образца изготовленного известным способом 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 изготовление образца для испытания на внецентренное сжатие, позволяющего повысить точность показателей 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 в известном способе изготовления образца для испытания на внецентренное сжатие путем высверливания на верхней и нижней опорной поверхности четырехугольной призмы симметричных парных сферических лунок для центрирующих элементов, одну пару из которых размещают по ее продольной оси, определяют ядро сечения призмы и высверливают дополнительные две пары сферических лунок, при этом три пары сферических лунок размещают по границе ядра сечения, а среднюю часть призмы, равную не менее 1/3 его длины, изготавливают 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 различное поперечное сечение 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).
Для установки центрирующих элементов - 3 в виде стальных сфер на верхней и нижней опорной поверхности образца - 1 симметрично попарно высверлено по четыре сферические лунки - 2, одна пара которых совпадает с продольной осью образца, а другие расположены по границе ядра сечения. Ядро сечения - некоторая область поперечного сечения вокруг центра тяжести, 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 напряжение 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;
а
a
у
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 заготовки с двух сторон производят удаление материала, получая в конечном результате в средней трети 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 определяют ядро сечения на опорных поверхностях заготовки и путем высверливания, в заранее отмеченных местах, выполняют сферические лунки. Для получения образца на внецентренное сжатие высокой точности опорные поверхности подвергают шлифованию. В результате получают качественный образец для испытания на внецентренное сжатие.
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 образцов на внецентренное сжатие, изготовленных предложенным способом, при проектировании сжатых конструкций зданий и сооружений позволит повысить несущую способность этих конструкций и как следствие позволит повысить надежность и долговечность зданий и сооружений.