СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЙ В ЭЛЕМЕНТАХ СТАТИЧЕСКИ ОПРЕДЕЛИМЫХ СИСТЕМ Советский патент 1928 года по МПК G01L1/06 

Предлагаемое изобретение имеет целью ускорить, облегчить и удешевить определение усилий в элементах статически определимых систем путем составления модели по чертежу фермы, подлежащей изучению из комплектных передвижных частей измерительных приборов, скрепляемых шарнирами и болтами и снабжаемых подвешиваемыми в должных местах грузами, согласно заданной нагрузки.

На фиг. 1 изображены виды спереди и сбоку, шарнира, на фиг. 1^a и I^b - детали шарнира в увеличенном масштабе, на фиг. 2 - модель фермы, на фиг. 2а - разрез по АА фиг. 2, на фиг. 2b - разрез но ВВ фиг. 2, на фиг. 3 и 4 - два типа прибора для измерения растягивающих или сжимающих усилий, на фиг. 3а - разрез, по а-b фиг. 3 и на фиг. 4а - разрез по а-b фиг. 4.

Устройство состоит из следующих частей: 1) комплекта шарнирных узлов (фиг. 1) с числом сходящихся в узле звеньев (например, от 3-8), с примерным диаметром шарниров соответственно от 2 до 6 мм, при чем d≥3 мм звенья надеты на шарнир по фиг. 1b для соблюдения центрированности элементов; 2) комплекта металлических трубок, например, наружного диаметра d=7 мм и толщиною стенки, примерно, при чем на концах трубок толщина их (увеличена (наваркой); на одном конце трубок имеется нарезка, которая на всех трубках направлена в одну и ту же сторону (например, вправо), а на другом конце по два отверстия, примерно, d=1,5 мм. Длина, трубок равна, например, от 1,5-12 см (фиг. 2); 3) комплекта болтов (фиг. 1а), которые служат для прикрепления трубок к звеньям шарниров; 4) комплекта деревянных брусков а (фиг. 2), снабженных передвижными винтами b; 5) комплекта муфт длиною, примерно, 15-28 мм, при помощи которых возможно свинчивать концы трубок между собою; 6) комплекта подвесок с (фиг. 2); 7) комплекта одноколесных подвесных стержней d, на которые надеваются гири нагрузок (фиг. 2); 8) комплекта гирь g нагрузок (фиг. 2); 9) комплекта раздвижных балочек k, верхнее лезвие которых скошено так, что колесо нагрузки может переходить с одной балочки на другую (фиг. 2 и 2b); 10) бруса (фиг. 2, 2а и 2b), прикрепляемого к стене помощью металлических отливок; в брусе устроена канавка; 11) прибора, имеющего целью точно измерять усилия при малых перемещениях своих частей (фиг. 3 и 4). Прибор состоит из цилиндра, подвижного поршня в нем и резиновой трубки, соединяющей цилиндр со стеклянной трубкой, при чем последняя прикреплена к градуированной шкале. Стеклянная трубка, в зависимости от ожидаемого усилия, заполняется ртутью или водой. Рекомендуется тип прибора по фиг. 3. Наибольшее перемещение поршня для усилия пояса для пролета 150 м составит при исследовании не >3 мм для типа измерителя по фиг. 4 и - 1 мм - для прибора по фиг. 3.

Для использования предлагаемого способа и устройства поступают следующим образом:

Тарируют прибор для измерения, т.-е. опытным путем определяют высоту поднятия в трубке ртутного столба при действии силы на поршень, примерно, до 10 кг; разделив затем шкалу на равные части, делают соответственные надписи; тарировку надо производить перед каждой новой серией расчетов. Вычерчивают геометрическое очертание фермы так, чтобы длина элементов, подлежащих расчету на усилия была не >7,5 см; масштаб чертежа произвольный. Вокруг точек теоретических центров узлов очерчивают окружности d=16 мм. В узлах полученного чертежа фермы ставят шарниры так, чтобы большой круг шарнира (фиг. 2а) лежал концентрически в окружности d=16 мм,: очерченной вокруг узла. Прикрепляют к шарнирам (звеньям их) трубки и свинчивают трубки одного и того же элемента трубчатыми муфтами (фиг. 2). Окончательно точно приводят в совпадение ось полученной модели фермы с вычерченной на бумаге. Полученную модель подвешивают к брусу (фиг. 2). Шарниры элементов на сжатие предохраняют от выпучивания помощью завинчивания винтов b передвижных брусков а (фиг. 2 и 2а). Из комплекта нагрузок составляют подвижную нагрузку, закрепляя гирьки на стержнях помощью чек, при чем для; груза в одну тонну дают 4-5 г нагрузки (фиг. 2). Расставляют подвижные стержни d (фиг. 2) на взаимных расстояниях в том же масштабе, в каком вычерчена модель фермы. Расставляют подвижные стержни d (фиг. 2), пропускают в отверстие е их железную проволоку и закрепляют ее завинчиванием винтика m (фиг. 2b). Связывают подвижные стержни еще нитью снизу (фиг. 2), во избежание колебания грузов при движении их. Подвешивают на подкосках с (поддерживающие грузы) балочки k (фиг. 2). Заменяют трубки одного из исследуемых элементов прибором для измерения и, приподняв над цилиндром прибора стеклянную трубку, производят передвижку нагрузку по пролету (фиг. 2), предварительно подвесив цилиндр прибора на брусок и завинтив соответственно винт (фиг. 2 и 2b). Все, ходовые части прибора для уменьшения трения, смазываются.

Если даны ферма и нагрузка и если вся нагрузка будет приведена к силам на узлы фермы, то из построения диаграммы усилий видно будет, что подобное изменение очертания фермы, при таком отношении расстояния между грузами, при одинаковых но пролету установках, вызывает одинаковые усилия в одинаковых элементах данной фермы и геометрически ей подобной. Если, следовательно, имеется ферма и ее модель, и если в масштабе модели изменить расстояния между грузами, то при тех же грузах можно будет получить такие же усилия и элементах модели, как в и действительной ферме. Если еще при этом все грузы уменьшить по весу в n раз, то наблюдаемые усилия элементов модели будут в n раз меньше соответственных усилий действительной фермы. Таким образом, уменьшив значительно при наблюдениях над моделью, величины грузов, получают возможность измерить усилия элементов модели и увеличив их в n раз - получить величину действительных усилий, действительной фермы при действительных грузах.

При наличии растягивающего усилия в элементе модели поршень имеет стремление двигаться в цилиндре до тех пор, пока ртуть в трубке не вызовет давления на поршень уравновешивающего растягивающую силу элемента (фиг. 4) или силу, возникающую на штоке поршня (фиг. 3). Можно, например, взять диаметр поршня 25 мм и стеклянной трубки 1,5 мм; при этом перемещения поршня при расчете ферм мостов пролетом до 180 м будут не >3 мм (ибо иначе происходило бы значительное искажение геометрического очертания фермы). При поднимании измерительной трубки над поршнем прибора для измерения получается следующее: до нагрузки грузами элемент модели (исследуемый) уже испытывает растягивающее усилие; следовательно, если из-за подвижной нагрузки должно получиться в элементе сжимающее усилие, то при достаточном первоначально искусственно вызванном растягивающем усилии, суммарное усилие все-таки будет усилием растягивающим; это на шкале, будет выражено определенным по высоте столбом ртути. Таким образом, в этом случае величина сжимающего усилия будет выражена высотой опускания столба ртути. Если, следовательно, нуль шкалы будет совмещен с поверхностью ртути в трубке после ее поднятия и закрепления над прибором для измерения, то при растягивающих усилиях от подвижной нагрузки поверхность ртутного столба будет, над нулем (ибо ртуть поднимется), а при сжимающих усилиях от подвижной нагрузки поверхность ртути в трубке будет под нулем (ибо ртуть опустится). Деления выше нуля обозначают со знаком «+», а деления ниже нуля - со знаком «-», что и совпадает с обозначениями: растягивающих и сжимающих усилий элементов. При закреплении цилиндра измерителя нужно точно наблюдать, чтобы ось элемента модели проходила: через центр поршня. В виду того, что от неточности совпадения оси элемента с осью поршня происходит передача на поршень меньшего, чем в действительности, усилия, то в запас прочности и большего приближения можно результаты увеличивать на 2%.

1. Способ определения усилий в элементах статически определимых систем, характеризующийся тем, что вычерчивают в определенном масштабе геометрическое очертание подлежащей исследонию фермы, в узлах полученного чертежа фермы ставят шарниры, к звеньям которых прикрепляют трубки, свинчиваемые муфтами, полученную модель фермы подвешивают к брусу и из комплекта гирь составляют подвижную нагрузку, расставляя подвижные стержни d на расстояние, определяемое масштабом, и пропуская в отверстия е их железную проволоку, закрепляемую винтом m, связывают снизу подвижные стержни нитью и подвешивают на подвесках с балочки k, в полученной модели фермы заменяют трубки одного из исследуемых элементов прибором для измерения напряжений, производят передвижку нагрузки по пролету и наблюдают происходящие изменения в напряжениях на приборе.

2. Устройство для осуществления охарактеризованного в п. 1 способа, отличающееся совокупным применением: а) шарнирных узлов с рядом сходящихся в узле звеньев (фиг. 1); б) металлических трубок, снабженных на одном конце резьбой для свинчивания их муфтой, на другом - двумя отверстиями (фиг. 2), служащими для прикрепления при помощи болтов к звеньям шарниров; в) брусков а с передвижными по ним винтами b: г) подвесок с для балок k; д) однороликовых подвесных стержней d, служащих для поддержания гирек g и надеваемых роликами на верхнее ребро раздвижных балочек k, и е) прибора для измерения растягивающих или сжимающих усилий, включаемого вместо исследуемого элемента фермы.

3. В охарактеризованном в п. 2 устройстве применение в качестве прибора для измерения растягивающих или сжимающих усилий приспособления, состоящего из снабженного подвижным в нем поршнем цилиндра и из соединенной с ним и имеющей градуированную шкалу манометрической трубки, заполненных ртутью или водой, в зависимости от величины измеряемых усилий (фиг. 2, 3 и 4).