CC BY
8Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Materials and structures
УДК 624.072.2:691.11
И.А. ЛАДНЫХ, инженер ([email protected])
Центр Научных Исследований и Испытаний Строительных Конструкций Научно-исследовательская часть Белорусский Национальный Технический Университет (220013, г. Минск, пр-т Независимости, 65)
Экспериментальные исследования работы деревянных сжато-изогнутых элементов составного сечения на связях в виде «УВ-обойм»
Рассматриваются податливые соединения деревянных составных сжато-изогнутых элементов с использованием однонаправленных углерод-волоконных лент на эпоксидной матрице. Поставлена цель и разработаны задачи для реализации экспериментального исследования деревянных составных сжато-изогнутых элементов. Описана методика изготовления и процесс твердения деревянных образцов. Разработана методика проведения натурных исследований: предложена схема нагружения сжато-изогнутого деревянного стержня. Представлены результаты экспериментальных исследований деревянных составных сжато-изогнутых элементов натурных размеров. Проведено сравнение результатов экспериментального исследования и компьютерного анализа деревянного составного сжато-изгибаемого элемента на податливых связях в виде однонаправленнных углеродволоконных обойм на эпоксидной матрице. Оценена податливость связи из однонаправленных углерод-волоконных лент с эпоксидной матрицей для деревянных составных сжато-изогнутых элементов.
Ключевые слова: податливые связи, композитные обоймы, деревянные элементы, древесина, несущая способность соединения, испытания.
Для цитирования: Ладных И.А. Экспериментальные исследования работы деревянных сжато-изогнутых элементов составного сечения на связях в виде «УВ-обойм» // Жилищное строительство. 2018. № 7. С. 43-46.
I.A. LADNYKH, Engineer ([email protected]) Center of Scientific Studies and Test of Building Structures, Research Division, Belarusian National Technical University (65, Nezavisimosty Avenue, Minsk, 220013, Belarus)
Experimental Studies of Operation of Timber Compressed-Bent Elements of Built-Up Section with Ties in the Form of "CF-Casings"
Pliable connections of wood composite compressed-bent elements with the use of unidirectional carbon-fiber (CF) tapes on the epoxy matrix are considered. The goal is set, tasks are developed for the implementation of the experimental study of wood composite compressed-bent elements. The method of manufacturing and the process of hardening of wooden samples are described. The technique of field studies was developed: the scheme of loading of a compressed-bent wooden rod was proposed. The results of experimental studies of wooden composite compressed-bent elements of full-scale dimensions are presented. A comparison of the results of experimental study and computer analysis of the wooden composite compressed-bent element with the pliable tiess in the form of unidirectional carbon fiber clips on the epoxy matrix is carried out. The ductility of the connection made of unidirectional carbon-fiber tapes with the epoxy matrix for wood composite compressed-bent elements is estimated.
Keywords: ductile connections, composite casings, wooden elements, timber, bearing capacity, joints, tests.
For citation: Ladnykh I.A. Experimental studies of operation of timber compressed-bent elements of built-up section with ties in the form of "CF-Casings". Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2018. No. 7, pp. 43-46. (In Russian).
В строительстве многие десятилетия применяют деревянные элементы составного сечения. Это позволяет изготавливать конструкции длиннее и большего поперечного сечения, чем ассортимент лесоматериалов. Поперечное сечение составных конструкций представляет собой несколько деревянных брусьев, уложенных друг на друга и соединенных по всей длине равномерно расставленными связями - нагелями, металлическими зубчатыми пластинами (МЗП) или непрерывными связями в виде клея. Такие виды соединений достаточно хорошо изучены как теоретически, так и экспериментально [1-6]. Связи, или соединительные элементы, бывают жесткие и податливые.
Основной характеристикой балок составного сечения является отношение деформаций элемента цельного сече-
72018 ^^^^^^^^^^^^^
ния к деформациям такого же элемента, только составного сечения в пределах расчетной несущей способности. Если данное соотношение близко или равно единице, то такую связь можно считать жесткой, в остальных случаях связь является податливой.
Развитие рынка композиционных материалов позволяет рассматривать возможность их применения для соединения деревянных элементов в качестве податливых связей. На сегодняшний день выполнены достаточно обширные как теоретические, так и экспериментальные исследования соединений деревянных элементов с использованием стеклоткани и композитной матрицы [7-10].
С течением времени клееные конструкции расслаиваются и слои перестают работать как единое монолитное сечение, поэтому необходимо создать дополнительные
- 43
Материалы и конструкции
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
150 150 150 150 150
податливые связи, которые позволят слоям работать совместно. Исходя из вышеприведенного область применения данных соединений - усиление существующих деревянных конструкций.
Изучение различных видов податливых связей является важной задачей, так как использование жестких связей не всегда возможно для усиливаемых конструкций.
Цель настоящей работы - исследование несущей способности и деформативности деревянных сжато-изогнутых элементов с податливыми связями, выполненными в виде «УВ-обойм» из однонаправленных углерод-волоконных лент на эпоксидной матрице. Получить качественную картину и доказать эффективность применения «УВ-обойм».
Исходя из цели ставятся следующие задачи:
N. кН М. кНхм Контролируемый параметр Фактический экспериментальный прогиб. мм Расчетный прогиб элемента аналогичного цельного сечения. мм Расчетный прогиб элемента аналогичного составного сечения. мм
0 0 0 - -
0.28 0.079 1.5 - -
0.56 0.158 3.35 - -
0.84 0.237 4.68 - -
1.12 0.316 6.98 - -
1.4 0.395 9.47 - -
1.68 0.474 10.42 - -
1.96 0.553 11.83 - -
2.24 0.632 13.56 - -
2.52 0.711 16.05 - -
2.8 0.79 Контрольный прогиб 18.23 14.56 58.24
21.238 4.247 Разрушающая нагрузка для «УВ-обойм» При приближении к разрушающей нагрузке прогибомеры и индикаторы были демонтированы - -
Рис. 3. Общий вид образца в процессе испытаний Рис. 4. Деревянный сжато-изогнутый элемент в процессе испы-
таний
441 |7'2018
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Materials and structures
Этапы нагружения
Рис. 5. График зависимости значений прогибов от нагрузки в деревянном сжато-изогнутом элементе составного сечения: 1 — прогиб балки цельного сечения; 2 — экспериментальный прогиб балки составного сечения
1. Разработать конструкцию образцов и методику проведения испытаний.
2. Изготовить образцы для испытаний.
3. Провести испытания образцов с контролем параметров в соответствии с методикой проведения испытаний.
4. Определить фактическую несущую способность и де-формативность деревянных сжато-изгибаемых элементов с «УВ-обоймами».
Для оценки несущей способности и деформативности деревянных сжато-изгибаемых элементов было изготовлено четыре образца. Каждый образец состоял из двух досок размерами поперечного сечения 40x100 мм и длиной 2800 мм. Для устранения сил трения между деревянными элементами и установления фактических характеристик «УВ-обойм» из углерод-волоконных лент в образцах были установлены прокладки из фторопласта толщиной 1 мм.
В качестве «УВ-обоймы» принималась углерод-волоконная лента FibArm 230/300 на эпоксидной смоле FibArm Resin 230+ с расходом 1000 г/м2 российского производства. Размеры и шаг расстановки «УВ-обойм» представлены на рис. 1. Для отверждения «УВ-обоймы» и формирования адгезионных связей образцы выдерживали в струбцинах столярных в течение 24 ч. Испытания образцов проводили на 5-е сут после изготовления. Образцы изготавливались и твердели в помещении при температуре 18,5-20,1оС. Температура контролировалась при помощи поверенного термогигрометра три раза в день.
Для проведения экспериментальных исследований была разработана схема испытаний, соответствующая действительной работе сжато-изогнутого элемента (рис. 2).
Список литературы
1. Коченов В.М. Экспериментально-теоретические исследования деревянных конструкций: По материалам лаборатории деревянных конструкций. М.: Главная редакция строительной литературы, 1938. 239 с.
2. Иванов В.Ф. Деревянные конструкции. Л.: Госстройиз-дат, 1956. 309 с.
3. Лабудин Б.В. Расчет пространственных конструкций с учетом деформативности податливых связей (развитие идей П.А. Дмитриева, В.М. Коченова, В.А. Лебедева, Г.В. Никитина и пр.) // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2013. № 11-12 (659-660). С. 5-12.
Поперечную нагрузку прикладывали как пару сил через балку при помощи домкрата. Продольную нагрузку прикладывали при помощи домкрата через шарнир и закрепленные к торцам металлические пластины. Опоры были выполнены в виде металлических подкладок (рис. 3).
Прогиб конструкции измеряли с использованием проги-бомеров 6ПАО с ценой деления 0,01 в середине пролета и индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 по краям.
Величина нагрузки по ступеням нагружения, контролируемый параметр и фактическое значение прогиба при заданной нагрузке представлены в таблице.
Сравнение численных результатов деформаций, полученных в результате экспериментальных исследований и компьютерного моделирования в деревянном составном сжато-изогнутом элементе, представлено на графике (рис. 5).
При сравнении значений прогибов, полученных в результате эксперимента и компьютерного моделирования, выявлено: прогибы, полученные в результате эксперимента, меньше, чем полученные при компьютерном моделировании, и варьируются в пределах 12%.
По результатам испытаний было установлено, что расчетная несущая способность «УВ-обойм» сдвигу по площади среза - 9,05 МПа на один срез; фактическая величина данного показателя - 20,78 МПа для одного среза. Эти значения могут быть использованы для теоретического расчета при усилении конструкций с применением «УВ-обойм».
Разрушение всех образцов происходило по «УВ-обой-ме». При достижении расчетного значения нагрузки в «УВ-обойме» образовалась сетка трещин - индикатором служило появление белой линии вдоль шва соединения досок.
Соотношение величины прогиба цельного элемента к величине прогиба элемента составного сечения с «УВ-обой-мами» составило 0,79.
Следует отметить, что благодаря введению податливых связей, выполненных в виде «УВ-обойм», величина прогиба конструкции составного сечения уменьшилась более чем в три раза в сравнении с прогибом элемента аналогичного составного сечения без податливых связей.
Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод об эффективности применения «УВ-обойм» на основе однонаправленных углерод-волоконных лент с использованием эпоксидной матрицы для усиления деревянных сжато-изогнутых конструкций.
References
1. Kochenov V.M. Eksperimental'no-teoreticheskie issledo-vaniya derevyannykh konstruktsii: po materialam laboratorii derevyannykh konstruktsii [Experimental and theoretical researches of wooden designs: on materials of laboratory of wooden designs]. Moscow: Main edition of building literature. 1938. 239 p.
2. Ivanov V.F. Derevyannye konstruktsii [Wood structure]. Leningrad: Gosstroyizdat. 1956. 309 p.
3. Labudin B.V. Calculation of spatial designs taking into account deformability of pliable communications (development of the ideas of Dmitriyev P.A., Kochenov V.M., Lebedev V.A., Nikitin G.V.). Izvestiya vysshikh ucheb-
72018
45
Материалы и конструкции
Ц M .1
Научно-технический и производственный журнал
4. Синцов А.В. Составные деревянные балки для строительства зданий по каркасной технологии // Строительство и техногенная безопасность. 2017. № 8 (60). С. 55-60.
5. Зинуров Т.А., Нурмухаметов К.А. Исследование совместной работы деревянных составных балок // Современное строительство и архитектура. 2017. № 4 (08). С. 20-23.
6. Федосов С.В., Котлов В.Г., Алоян Р.М., Бочков М.В., Макаров Р.А. Экспериментальное исследование процессов теплопереноса в болтовом нагельном соединении // Строительные материалы. 2016. № 12. С. 83-85.
7. Нэмен В.Н., Пастухов А.В., Абдрахманова К.А., Каш-кин Е.Ю. Исследование работы клееных деревянных балок со стеклотканью // Труды университета. 2017. № 3. С. 63-66.
8. Линьков Н.В. Соединение «КМ-обклейка» для составных деревянных балок // Научное обозрение. 2016. № 17. С. 10-15.
9. Линьков Н.В. Соединение деревянных конструкций композиционным материалом на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани. М.: Издательство МГС, 2012. 196 с.
10. Копаница Д.Г., Лоскутова Д.В., Данильсон А.И. Исследование деформаций клееной балки из древесины, усиленной углеродным волокном с использованием цифровой оптической системы VIC3D // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2015. № 4. С. 135-142.
nykh zavedenii. Stroitel'stvo. 2013. No. 11-12 (659-660), pp. 5-12. (In Russian).
4. Sintsov A.V. Compound wooden beams for construction of buildings on frame technology. Stroitel'stvo i tekhnogennaya bezopasnost'. 2017. No. 8 (60), pp. 55-60. (In Russian).
5. Zinurov T.A., Nurmukhametov K.A. Research of collaboration of wooden compound beams. Sovremennoe stroitel'stvo i arkhitektura. 2017. No. 4 (08), pp. 20-23. (In Russian).
6. Fedosov S.V., Kotlov V.G., Aloyan R.M., Bochkov M.V., Ma-karov R.A. Experimental study of heat transfer processes in a bolt dowel joints. Stroitefnye Materialy [Construction Materials]. 2016. No. 12, pp. 83-85. (In Russian).
7. Nemen V.N., Pastukhov A.V., Abdrakhmanova K.A., Kash-kin E.Yu. Research of work of glued wooden beams with fiber glass fabric. Trudy universiteta. 2017. No. 3, pp. 63-66. (In Russian).
8. Lin'kov N.V. The «KM-gluing» connection for composite wooden beams. Nauchnoe obozrenie. 2016. No. 17, pp. 10-15. (In Russian).
9. Lin'kov N.V. Soedinenie derevyannykh konstruktsii kom-pozitsionnym materialom na osnove epoksidnoi matritsy i steklotkani [Connection of wooden designs composite material on the basis of an epoxy matrix and fiber glass fabric]. Moscow: MGS Publishing. 2012. 196 p.
10. Kopanitsa D.G., Loskutova D.V., Danil'son A.I. Research of deformations of a glued beam from the wood strengthened by carbon fiber with use of the digital optical VIC3D system. Vestnik of the Tomsk State University of Architecture and Civil Engineering. 2015. No. 4, pp. 135-142. (In Russian).
t INTERNATIONAL ASSOCIATION OF FOUNDATION CONTRACTORS
МЕЖДУНАРОДНАЯ АССОЦИАЦИЯ ФУНДАМЕНТ0СТР0ИТЕЛЕЙ
14-15 НОЯБРЯ
/2018
ЛЫХ ГРУНТАХ:
Дизайн Отель, конференц-зал «Galaxy» (ст. метро «ВДНХ»)
www.fc-union.com,[email protected], тел.: +7 (495) 66-55-014, моб.: +7 916 36-857-36
46
72018
