CC BY
27
УДК 691.11: 674
Н.А. Воронцова, Н.В. Филатов, Е.Г. Шестопалов
ВОРОНЦОВА Наталья Анатольевна - доцент кафедры математического моделирования и информатики Школы естественных наук (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: vorontsova54@mail.ru, ФИЛАТОВ Николай Валерьевич - студент (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: n.filatov.90@mail.ru, ШЕСТОПАЛОВ Евгений Георгиевич - старший преподаватель кафедры строительства и управления недвижимостью Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток. E-mail: dvgtu.skim@gmail.com © Воронцова Н.А., Филатов Н.В., Шестопалов Е.Г., 2012
Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния балок с перфорированными стенками
Приводятся сведения о достоинствах малоэтажного строительства, новых разработках клеефанерных элементов различных профилей, которые позволяют изготавливать высокоэффективные панели ограждающих конструкций и другие конструкции зданий. Анализируются некоторые результаты экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния образцов балочек с перфорированными стенками, изготовленными из фотоупругого материала.
Ключевые слова: малоэтажное строительство, клеефанерные элементы, конструкции зданий, перфорированные стенки, фотоупругий материал.
Experimental study of stress-strain state beams with perforated walls. Natalia A. Vorontsova - School of Life Sciences, Nikolay V. Filatov, Evgeniy G. Shestopalov - School of Engineering (Far Eastern Federal University, Vladivostok).
The article gives information about the merits of low-rise building, informed of the developed at the Department of Building Construction and Materials SI FENTU (now Department of Building and Real Estate Management FEFU) kleefanernyh elements of different profiles, which allow you to produce high-performance panel walling, beams, intermediate floors and rafter construction frames attics buildings and other structures are also some experimental results of the stress-strain state of the samples cross members with perforated walls made of photoelastic material.
Key words: low-rise building, kleefanernye elements, building design, perforated walls, photoelastic material.
Малоэтажное деревянное строительство сегодня является одним из самых перспективных секторов экономики: в России годовой объем производства оценивается на уровне 6 млрд евро. В целом малоэтажное домостроение обладает и рядом других существенных преимуществ по сравнению с традиционным для России строительством многоэтажного жилья, а именно:
- динамичность: более низкие финансовые затраты и более короткие сроки запуска заводов по производству строительных конструкций и материалов для малоэтажного строительства, что позволяет ускорить введение в строй доступного жилья;
- экономичность: современные технологии массового возведения малоэтажного жилья позволяют обеспечить более низкую себестоимость по сравнению с многоэтажным жильем, за счет развития производства стройматериалов из местного сырья и, следовательно, сокращения транспортных расходов на их перевозку к месту строительства, эксплуатационные затраты для такого жилья существенно ниже, чем для многоэтажного;
- экологичность: древесина - возобновляемый ресурс, при рациональной ее заготовке для использования в строительстве природе наносится значительно меньший ущерб, чем при добыче руды, камня, песка и других полезных ископаемых. Кроме того, древесина обладает уникальными природными свойствами, которые обеспечивают естественное кондиционирование помещений, сохраняя при этом отличные теплоизоляционные свойства. Древесина является живым материалом, который обладает своей энергетикой, что положительно сказывается на самочувствии проживающих в таком доме людей;
- теплоэффективность - существующие кирпичные и бетонные жилые дома в большинстве своем холодные и не соответствуют новым строительным нормам по энергосбережению, для удовлетворения требований этих норм толщина стены обычной конструкции из традиционного кирпича в климатических условиях
России становится экономически нецелесообразной [1—7]. Стена деревянного дома с эффективным утеплителем (при средней его толщине в 300 мм) полностью удовлетворяет требованиям новых правил.
Существенно повышает экономичность строительства жилья применение разработанных на кафедре строительных конструкций и материалов ДВГТУ (ныне кафедра строительства и управления недвижимостью Инженерной школы ДВФУ) клеефанерных элементов различных профилей, которые позволяют изготавливать высокоэффективные панели ограждающих конструкций, балки междуэтажных перекрытий, стропильные конструкции и каркасы мансард.
При изготовлении клеефанерных элементов возникает необходимость сращивания (увеличения длины) фанерных листов, поскольку по существующему сортаменту длина фанерных листов не превышает 2440 мм (бакелизированная фанера может иметь большую длину, но у нее бывают значительные отклонения по толщине). Процесс сращивания фанеры очень трудоемок, требует использования специального оборудования, а надежность стыков не соответствует требуемым параметрам.
При разработке новых конструкций малоэтажных зданий было решено отказаться от сращивания фанерной стенки в процессе изготовления клеефанерных элементов, оставляя зазоры между фрагментами стенки. Размер этих зазоров может быть минимальным (плотный контакт фрагментов стенки) или достигать определенной величины, при которой зазор между этими фрагментами начнет оказывать возрастающее влияние на несущую способность балочного элемента.
Для определения характера работы балок двутаврового сечения с прерывистой фанерной стенкой, выявления степени и характера влияния перфорации стенки балки на фактическую картину ее напряженно-деформированного состояния были изготовлены 4 модели балок одинакового размера прямоугольного сечения (4 х 280 мм) из фотоупругого материала: одна - без перфорации и три - с перфорацией стенок, в которых варьируется шаг; величина и форма перфорации стенки от 1 до 40 мм.
Балки были испытаны в полярископе с приложением сосредоточенных нагрузок в середине пролета и на расстояниях 1/3 и 1/4 пролета от опор. Загружение балок осуществлялось ступенями с фиксацией величины деформации на каждой ступени нагрузки. По результатам испытаний построены графики зависимостей деформаций от величин приложенных нагрузок для каждой балки и схемы загружения. С этой целью использовался индикатор часового типа с ценой деления 0.01 мм. Помимо этого осуществлялась фотофиксация картин напряженного состояния балок с последующим сопоставлением этих картин.
Рис. 1. Деформации балок в зависимости от величины зазора между элементами стенки
Рис. 2. Поле интерференции, наблюдаемое при просвечивании в полярископе нагруженной модели
Для выявления характера влияния конструкции балки на ее несущую способность и деформативность нагружение образцов различной конструкции осуществлялось одинаковыми силами, приложенными в одинаковой последовательности.
Пример графиков зависимостей деформаций экспериментальных балок различных конструктивных решений от величины приложенной нагрузки приведен на рис. 1. Рис. 2 иллюстрирует пример поля интерференции, наблюдаемого при просвечивании в полярископе модели балки с перфорированной стенкой, нагруженной продольной растягивающей силой и двумя сосредоточенными силами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. М.: Стройиздат, 1991. 767 с.: ил.
2. Бондаренко В.М., Судницын А.И., Назаренко В.Г. Расчет железобетонных и каменных конструкций: уч. пособие для строит. вузов / под ред. В.М. Бондаренко. М.: Выс. шк., 1988. 304 с.: ил.
3. Металлические конструкции: в 3 т. Т. 1. Общая часть. Справочник проектировщика / под общ. ред. В.В. Кузнецова. М.: АСВ, 1998. 576 с.: ил.
4. Металлические конструкции: в 3 т. Т. 1. Элементы стальных конструкций: уч. пособие для строит. вузов / В. В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др.; под ред. В.В. Горева. М.: Выс. шк., 1997. 527 с.: ил.
5. СНиП 2.01.07-85. Бетонные и железобетонные конструкции. М.: Госстрой СССР, 1985.
6. СНиП 11-23-81* Стальные конструкции. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990. 96 с.
7. Типовые железобетонные конструкции зданий и сооружений для промышленного строительства: справочник проектировщика. М.: Стройиздат, 1981. 488 с.
