Прочность

Выше мы с тобой определили прочность как способность частиц элемента строительной системы сохранять свое положение относительно других частиц этого элемента.

Однако давай уточним кое-что в этом определении:

1. Распространяется это определение на все

материальные технологические системы, а не только строительные (кстати, и на естественные системы тоже - растения, минералы).

2. Под "способностью частиц элемента строительной системы сохранять свое положение относительно других частиц этого элемента" следует понимать его способность не разрушаться под воздействием сил, действующих на этот элемент, а восстанавливать исходную форму после снятия нагрузки.

Взяв в руки спичку или карандаш, ты легко сможешь разломить их хотя бы на две части. А попробуй разорвать спичку (о карандаше даже не говорю). Думаю, что под силу это будет не каждому взрослому. Значительные усилия надо будет приложить, чтобы раздавить спичку, поставив ее перпендикулярно между двумя деревянными брусками (рукой, без брусков, не вздумай делать - проткнешь кожу). Предела измерения нашего динамометра -0-10Н для такого опыта не хватит.

рго_01

Попробуем измерить силу, достаточную, чтобы сломать спичку. Для этого закрепим один ее конец в зажиме штатива, а к другому подведем динамометр. Нажимай на динамометр, постепенно увеличивая силу нажима до того момента, как спичка сломается. Запиши показания динамометра.

pro_02

Под действием внешних сил в элементах конструкций возникают напряжения, которые обозначаются

Определяют эту величину по формуле:

Где: F - действующая сила в ньютонах;

S - площадь сечения в мм².

Усилия, действующие на элементы конструкций, вызывают в материале этих элементов разрушения в тех случаях, когда превышают допустимые напряжения. Допустимая величина напряжения или предел прочности обозначается

бв

Так для древесины, обычно используемой в конструкциях, эта величина составляет бв=40...100 Н/мм². Подобные допустимые напряжения соответствуют нагрузке, действующей вдоль волокон древесины. Если сила, действующая на деревянную конструкцию, направлена по-другому, то предел прочности принимают меньше этой величины.

Однако при проектировании технологических систем всегда

создается некоторый запас прочности. Для этого в расчетах максимальные напряжения принимают меньше допустимых. И тогда запасом прочности k будет отношение предела прочности материала к максимальному напряжению, возникающему в элементе.

Экспериментальная работа 4 (10)

Определение напряжений в материале детали и запаса прочности элементов конструкций

1. Определи напряжения в стержне под действием силы F=10H, направленной вдоль волокон. Какой запас прочности имеет стержень, если предел прочности материала, из которого он изготовлен составляет 50Н/мм²?

2. Определи напряжение и запас прочности спички. Действующую силу и предел прочности возьми, как в предыдущем опыте.

Lab_051

Давай посмотрим с тобой, как действующие силы распределяются в элементах конструкции дома. Возьмем схематическую модель каркаса дома (рисунок "дом"). В ней можно выделить три подсистемы:

- коробку;

- каркас крыши;

- крыльцо.

Начерти в тетради схематические модели этих подсистем.

Экспериментальная работа 5 (11)

Распределения сил в боковых стойках каркаса дома при вертикальном действии нагрузки

1. Собери из конструктора схематическую модель коробки дома, выполнив одну из стоек составной, поместив в нее динамометр. Возьми стержень и положи его на верхние перекладины каркаса перпендикулярно одной из сторон. Закрепи на стержне груз с возможностью продольного перемещения.

2. Сделай в тетради схематический рисунок собранной модели.

7

3. Произведи замеры сил, действующих на стойку с динамометром, для нескольких положений груза и стержня (общее количество замеров 9).

Теперь давай поговорим о крыше. Только не той, которая едет от уроков и не той, под прикрытием которой кое-кто обделывает свои не совсем чистые дела. Поговорим мы о самой обыкновенной крыше, без которой не бывает жилых домов, заводов, магазинов, школ, больниц. Да и вообще трудно представить себе дом без крыши.

Думаю, что самых разнообразных крыш видел ты великое множество.

saddom

Летний садовый домик. Односкатная крыша.

Задание 14

Ответь на вопросы:

1. Зачем крыша у здания, какую функцию она выполняет?

2. Есть ли сооружения, у которых крыша отсутствует? Если да, то назови их.

3. Назови сооружения, у которых крыша конструктивно отсутствует (например, чум у северных народов). Какие элементы здания в этом случае выполняют ее функцию? Выполни в тетради их рисунки и дай краткое описание.

Крыша, которая предполагается для нашего домика, называется двухскатная, прямая, равнобокая.

Задание 15

1. Почему эта крыша носит такое название?

2. Какие могут быть крыши? Выполни в тетради соответствующие рисунки.

3. Для каких строений та или иная конструкция крыши предпочтительна? Ответ объясни.

4. Перечисли характеристики крыши, которые тебе представляются важными. Ответ объясни.

А теперь давай посмотрим, как распределяются нагрузки в элементах конструкции каркаса крыши.

В нашем случае каркас крыши простейший – два равнобедренных треугольника без усиления, вершины которых соединены стержнем (коньком). Такие конструкции используют в небольших строениях: садовый домик, сарайчик и тому подобные.

Возьмем одну из подсистем второго уровня: треугольную опору каркаса крыши и слегка ее модернизируем, установив в стержень каркаса динамометр. Нам с тобой можно будет ограничиться двумя опытами: измерим действующую силу в одной из сторон треугольника и в его основании.

А кстати, почему во второй стороне треугольника замеры можно не проводить?

Такие аргументы, как лень или не хочется, будут считаться ошибочными.

Lab_031

Lab_032

Экспериментальная работа 6 (12)

Распределение нагрузки в треугольных конструкциях

1. Определить напряжения в материале стоек.

2. Как соотносится внешняя сила с силами, действующими внутри конструкции. Попытайся объяснить результаты эксперимента.

3. Как зависят силы, действующие на стержни от угла при вершине треугольника? Ответ объясни. Подтверди свои объяснения экспериментом.