Научно-экспериментальное исследование. Ребро жесткости. Что это такое?

Ребро жесткости.
   Что это такое?

Научно-экспериментальное исследование

                                                       Автор научно- экспериментального                

                                                                 исследования

                                                                        Стражевич Анастасия

                                                                               ученица  4 Г класс

                                          2013 г.

Содержание.

1.Введение.

2. Гипотезы, цель и задачи исследования

3.  Описание  проведенного исследования

4. Результаты проведенного исследования

5.Заключение

6. Литература

1. Введение

Наш город Сургут  стоит на реке Обь.  И только благодаря двум мостам наш город имеет дорогу на юг, на «большую землю». Один из этих мостов железнодорожный, а другой – автомобильный.

Достаточно часто в проектировании различных конструкций используется так называемое  «ребро жесткости». Не стали исключением и железнодорожный и автомобильный мосты через Обь.

Если обратится к строительному словарю, то согласно ему «ребро жесткости - это элемент конструкции в виде тонкой пластинки - ребра, обеспечивающий увеличение жёсткости конструкции».

В Википедии употребляется понятие  гофрирование (от фр. gaufrer — прессовать складки, оттискивать узор). Гофрирование – это процесс создания складок — рёбер жесткости (гофров) в листовых материалах путем гибки листа с целью улучшения прочностных характеристик материала и способности материала сопротивляться образованию деформации.

Как видим, основным свойством ребра жесткости является то, что оно позволяет увеличить прочность (жесткость) конструкции. В частности путем   использования гофрированного материала.

Интерес к возможности использования ребер жесткости в конструкции стал причиной выбор темы исследования и обозначил ход проведения экспериментов с целью подтверждения или опровержения выдвинутых гипотез.

2. Гипотезы, цель и задачи исследования

В качестве гипотезы было выдвинуто два предположения:

1) создание ребер жесткости в используемом материале позволит увеличить прочность конструкции;

2) создание большего количества ребер жесткости  в используемом материале позволит увеличить прочность конструкции.

Цель нашего исследования: узнать, что такое ребро жесткости, и как оно влияет на прочность конструкции.

Исходя из поставленной цели, мы определи следующие задачи:

1) выяснить, как влияет на прочность нашей конструкции материал, из которого она выполнена;

2) выяснить, как влияет на прочность нашей конструкции количество ребер жесткости в материале, из которого она выполнена.

3. Описание  проведенного исследования

Исследование состояло в последовательном проведении ряда экспериментов. Каждый эксперимент имел три этапа:

1. Постройка конструкцию «МОСТ».

Назначение конструкции МОСТ - удерживать груз в виде определенного количества книг в твердой обложке. Максимальное количество используемых книг – 10 штук.

2. Проверка построенной конструкции на прочность путем ее нагрузки.
3. Фиксация результата.

Конструкция «МОСТ» (рис. 1) состоит из:

- двух опор МОСТА. Опорами послужили 2 картонные коробки;

- полотна МОСТА. В качестве полотна МОСТА использовался лист бумаги.

Для достижения поставленных при проведении исследования задач было использовано два разных по прочности вида материала для создания полотна конструкции:

- лист бумаги для письма (тонкий лист бумаги);

- лист бумаги для черчения (более плотный и жесткий лист бумаги по сравнению с предыдущим).

В каждом эксперименте использовался каждый вид материала, но с разным количеством созданных сгибов (ребер жесткости).

Всего было проведено 6 экспериментов. В каждом из этих экспериментов в качестве полотна конструкции служил следующий материал:

1 опыт: в качестве полотна использован тонкий лист бумаги без создания сгибов;

2 опыт: в качестве полотна конструкции использован плотный лист бумаги без создания сгибов;

3 опыт: в качестве полотна конструкции использован тонкий лист бумаги согнутый «гармошкой» 8 раз;

4 опыт: в качестве полотна конструкции использован плотный лист бумаги согнутый «гармошкой» 8 раз;

5 опыт: в качестве полотна конструкции использован тонкий лист бумаги согнутый «гармошкой» 16 раз;

6 опыт: в качестве полотна конструкции использован плотный лист бумаги согнутый «гармошкой» 16 раз.

4. Результаты проведенного исследования

Результаты каждого эксперимента были сведены в единую таблицу (Таблица 1).

Таблица 1. Сводная таблица результатов экспериментов

Результаты проведенных экспериментов подтвердили выдвинутые гипотезы:

1) без создания сгибов (ребер жесткости) используемый материал при проведении экспериментов (Эксперимент 1,2) не позволил использовать конструкцию по назначению (удерживать определенный груз).

Создание ребер жесткости в используемом материале путем его сгибания (гофрирования) позволило увеличить прочность конструкции, и она могла использоваться для удержания груза (Эксперименты 3-6);

2) создание большего количества ребер жесткости  в используемом материале позволит существенно увеличить прочность конструкции, как при использовании тонкой бумаги, так и при использовании плотной бумаги (Эксперименты 3-6).

В результате исследования были получены ответы на поставленные задачи:

1) прочность конструкции зависит от материала, из которого она выполнена - чем жестче материал, тем прочнее конструкция (Эксперименты 3-6);

2) на прочность конструкции влияет количество ребер жесткости в материале,  из которого она выполнена - чем больше ребер жесткости, тем прочнее становится конструкция (Эксперименты 3,5 и Эксперименты 4,6).

Следовательно, можно говорить о том, что наиболее прочной будет  конструкция, выполненная из жесткого материала, имеющего много ребер жесткости (Эксперимент 6).

5. Заключение

Итак, ребро жесткости – это место, где сходятся две   грани (рис. 2).

Ребро жесткости может быть создано в материале, из которого изготавливается конструкция, и может быть создано как отдельный элемент конструкции.

Проведенные эксперименты доказали, что создание  ребер жесткости в материале, используемом для конструирования,  путем гофрирования (сгиба) материала, увеличивает прочность конструкции.

Если ребро жесткости является отдельным элементом, то оно выглядит  как  согнутая пластина. С ее помощь скрепляются другие элементы конструкции. Наличие такой пластины позволяет увеличить прочность конструкции.

Именно такое правило было использовано при строительстве железнодорожного моста через реку Обь.

Этот же принцип используется и в автомобильном  мосте через р. Обь.  Этот мост является вантовым, т.е. это висячий мост, состоящий из одного или более пилонов, соединённых с дорожным полотном посредством прямолинейных стальных тросов — вантов.

При конструировании пилона, который поддерживает пролет моста,  были использованы свойства ребра жесткости, что позволило увеличить его прочность и тем самым ограничиться строительством только одного пилона.

Этот пилон имеет высоту 150 м. и позволяет поддерживать один из самых длинных мостов в Сибири – его длина составляет 2110 метров.

6. Литература

1. Строительный словарь // http://dic.academic.ru/contents.nsf/stroitel/ 

2. Гофрирование //Википедия // http://ru.wikipedia.org/wiki/ 

3. Сургутский мост // Википедия // http://ru.wikipedia.org/wiki/