НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ЛИСТОВЫХ ФАСОНОК ИЗ ПУЛТРУЗИОННОГО СТЕКЛОПЛАСТИКА В РЕШЕТЧАТЫХ КОНСТРУКЦИЯХ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

из пултрузионного стеклопластика в решетчатых конструкциях

УДК 691.175:624.046 DOI: 10.22227/1997-0935.2020.8.1115-1125

Несущая способность листовых фасонок из пултрузионного стеклопластика в решетчатых конструкциях

Д.Н. Арипов, И.Л. Кузнецов, М.А. Салахутдинов

Казанский государственный архитектурно-строительный университет (КГАСУ); г. Казань, Россия

АННОТАЦИЯ

Введение. В настоящее время развивается проектирование и строительство цельнокомпозитных конструкций с применением пултрузионных стеклопластиковых профилей (ПСП). Несущая способность цельнокомпозитных конструкций зачастую ограничивается их узловыми соединениями. В последние два десятилетия многие исследования посвящены работе узловых соединений элементов из полимеров, армированных волокнами (ПАВ), соединяемых под прямым углом (или по направлению и поперек пултрузии). Узловое соединение в решетчатых конструкциях образуется путем примыкания элементов решетки под различными углами к поясам через листовые фасонки. Согласно анализу литературы, для исследования соединений под углом к направлению пултрузии проведено незначительное количество испытаний. Существующие конструктивные решения листовых фасонок в решетчатых конструкциях из ПСП в основном выполняются стальными либо из композита, получаемого по другой технологии (метод прессования, пропитки под давлением). Данное исследование сфокусировано на реализации узлового соединения на листовых фасонках из однонаправленного материала, где волокна расположены под углом 0°. Учитывая особенности материала, конструирование листовой фасонки в решетчатой конструкции адаптировано под свойства пултрузионного стеклопластика. Цель работы — повышение эффективности использования листовых фасонок из ПСП в решетчатых конструкциях на основе учета характеристик данного материала.

Материалы и методы. При конструировании узлового соединения на листовых фасонках решетчатой конструкции применялся метод адаптации. Материал трапециевидной стальной фермы меняется на композит с сохранением исходного конструктивного решения. В последующем выполняется модернизация конструкции, направленная на учет свойств и особенностей композитного материала. е ^

Результаты. Основные результаты исследования состоят в выявлении запаса прочности пултрузионных стекло- ¡я 2 пластиков при различных углах к направлению усилия. Для повышения несущей способности узлового соедине- 2. I ния элементов предлагаются различные конструктивные решения фасонок, которые учитывают различные усилия С к в элементах решетчатой конструкции. 3 м

Выводы. При проектировании конструкций из ПСП необходимо учитывать особенности материала. Замена тра- ^ г диционных материалов на композит без изменения конструктивной схемы и модернизации конструкции приводит С у к повышенной материалоемкости. • •

о со

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: решетчатая конструкция, листовая фасонка, пултрузия, стеклопластик, несущая способ- Я ^ ность, болтовое соединение, смятие 1

о § о

ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Арипов Д.Н., Кузнецов И.Л., Салахутдинов М.А. Несущая способность листовых фасонок г — из пултрузионного стеклопластика в решетчатых конструкциях // Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. Вып. 8. С. 1115-1125. а § DOI: 10.22227/1997-0935.2020.8.1115-1125 " 8

Bearing capacity of pultrusion fiberglass gusset sheets in frame structures

co co

Daler N. Aripov, Ivan L. Kuznetsov, Marat A. Salakhutdinov n o

Kazan State University of Architecture and Engineering (KSUAE); Kazan, Russian Federation ff 6

C 0

ABSTRACT C o

Introduction. At present, design and construction of all-composite structures with the use of pultrusion fiberglass profiles ET =

(PFP) are developing. The bearing capacity of all-composite structures is often limited by their node connections. Over f )

the last two decades, many studies have been devoted to the operation of fiber-reinforced polymer (FRP) element nodes ^ •

connected at right angles (or in the direction of pultrusion and across it). Frame construction nodes are formed by adjoining O 0

frame elements at different angles to the bands through gusset sheets. In accordance with the literature analysis, a small § g

number of tests have been carried out to investigate connections at angles to the pultrusion direction. Existing design solu- g 1

tions of gusset sheets in FRP frame structures are mainly made of steel or composite material produced using other tech- 1 g

nologies (compaction method, pressure treatment method). This study focuses on the implementation of a node connection . W

□

on unidirectional gusset sheets in which the fibers are positioned at the angle of 0°. Taking into account the specific features ^

of the material, the gusset sheet design in frame structures has been adapted to the properties of pultrusion fiberglass. W C

The purpose of this study is to increase the efficiency of PFP gusset sheet use in frame structures based on the specifica- g g

tions of this material. jooo

Materials and methods. The adaptive method was used when designing the node connection design on the frame structure 2 2

gusset sheets. The material of the trapezoidal steel truss is changed to the composite material while retaining the original 2 2

design solution. Subsequently, the structure is upgraded to take into account the properties and features of the composite o O material.

© Д.Н. Арипов, И.Л. Кузнецов, М.А. Салахутдинов, 2020

Распространяется на основании Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC)

Results. The main results of the study involve determining the factor of safety of pultrusion fiberglass at different angles to the direction of force. In order to increase the bearing capacity of the element node connection, various gusset plate design solutions are provided, which take into account different forces in the frame structure elements.

Conclusions. When designing PFP constructions, features of the material must be taken into account. Replacing traditional materials with composite without adjusting the design layout and upgrading the structure leads to increased material intensity.

KEYWORDS: frame structure, gusset sheet, pultrusion, fiberglass, bearing capacity, bolted connection, bearing

FOR CITATION: Aripov D.N., Kuznetsov I.L., Salakhutdinov M.A. Bearing capacity of pultrusion fiberglass gusset sheets in frame structures. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2020; 15(8):1115-1125. DOI: 10.22227/1997-0935.2020.8.1115-1125 (rus.).

ВВЕДЕНИЕ

Полимеры, армированные волокнами (ПАВ), являются прогрессивными материалами, которые имеют несколько преимуществ по сравнению с традиционными материалами [1]. ПАВ постепенно применяют в гражданском строительстве благодаря высокому соотношению прочности к весу, коррозионностойкости, адаптивности к различным условиям [2].

Сегодня развивается проектирование и строительство цельнокомпозитных конструкций с применением пултрузионных стеклопластиковых профилей (ПСП) строительного назначения [3]. Благодаря о о механическим характеристикам ПСП служит аль° § тернативой стали и древесине [4]. Широкое применение ПСП нашли в пешеходных и автомобильных к о мостах [5], временных каркасных сооружениях [6], > ю независимых легких конструкциях в существующих зданиях [7]. ПСП можно использовать для уве® личения жесткости на изгиб существующих пере® крытий или покрытий с малым увеличением веса, 2 з или для строительства конструкций без чрезмерной I- перегрузки [8].

• Последние два десятилетия многие исследо-ф Ф

Л вания были посвящены узловым соединениям эле-О ф ментов из ПСП [9]. Узловые соединения элементов § из ПСП выполняются болтовыми, клеевыми и клее-§ механическими [10]. Цельнокомпозитная конструк-§ ция из ПСП ограничена узловыми соединениями, сЗ § которые представляют собой конструктивные раз-^ "С рывы, связанные с локализацией напряжений. Не— сущая способность узлового соединения элементов Е о из ПСП подвержена влиянию таких факторов, как 6Ъ с высокая концентрация напряжений вблизи отвер-со стий под болты, отсутствие площадки текучести, 9 Е снижение прочности из-за характерных отказов, сп смятие, растяжение по сечению нетто, сдвиг, скалывание.

от £= Экспериментальные исследования болтовых

"7 ^ соединений элементов из ПСП выполнены Моттра-

>5 Э мом и Жэнг [11], и Турвей и Купер [12]. Экспери-■ (А

^ 2 ментальные исследования показывают, что началь-V Е ная жесткость узлового соединения определяется £ соединительными элементами, которые выполня-¡3 ются из пултрузионных стеклопластиковых уголок ¡¡> ков, а не стальными болтами. Несущая способность стальных болтов в узловых соединениях элементов

из ПСП выше, чем соединяемые элементы. Полное разрушение соединительных элементов на болтах характеризуется хрупким разрушением материала, форма которого зависит как от прочности каждого элемента, так и от конфигурации соединения. Но в работах [11, 12] рассматривались соединения в основном под прямым углом (балки с колонной), где усилия в элементах совпадают или не совпадают с направлением пултрузии. Как правило, присоединение балки к колонне выполняется при помощи верхних и нижних накладок или уголками [13].

Реализацию решетчатой конструкции, где элементы решетки примыкают к поясам под различными углами, выполняют через листовые фасонки. Данное решение отличается от традиционных решений тем, что напряжения и деформации передаются не через накладки, а через листовые фасонки. Согласно существующим нормам проектирования для упрощения процесса конструирования фасон-ки, накладки и уголки, соединяющие элементы, должны быть изготовлены из пластинчатого металла. Допускается заменять металлические элементы элементами из ПСП после предварительных экспериментов, подтверждающих возможность выполнения предусмотренных функций принятым узловым решением в течение всего периода эксплуатации конструкции. Изучение реальной работы узлового соединения на листовых фасонках из ПСП в решетчатой конструкции играет важную роль и нуждается в исследовании [14].

Реализацию узлового соединения на листовых фасонках в решетчатой конструкции с применением ПАВ можно встретить в отечественном мостостроении. В 2004 г. по заказу ОАО «РЖД» был построен первый мост с цельнокомпозитными пролетными строениями по схеме 13,2 + 15,0 + 13,2 м полной длиной 41 м (рис. 1). К достоинствам пролетных строений можно отнести их малый вес, интенсивность которого на один погонный метр составляет 285 кгс, и стойкость к воздействию агрессивных сред. Все соединения элементов ферм выполнены на болтах с использованием металлических фасо-нок (рис. 2).

Зарубежный опыт проектирования цельноком-позитных конструкций можно встретить в работах [15-17]. При реконструкции церкви Санта Мария Паганика в ЛАквила была возведена цельнокомпозитная решетчатая конструкция (рис. 3). Узловое

из пултрузионного стеклопластика в решетчатых конструкциях

Рис. 1. Пешеходный мост около остановочного пункта ятием «АпАТэК»

Чертаново Fig. 2. Node connections of ApATeK Research and Develop-

Fig. 1. Pedestrian bridge near the Chertanovo stop ment Enterprise bridge superstructure

Рис. 3. Цельнокомпозитная стеклопластиковая решетчатая конструкция Fig. 3. All-composite fiberglass frame structure

соединение образуется путем примыкания под различными углами элементов решетки на листовую стеклопластиковую фасонку (рис. 4). Решетчатая конструкция изготовлена из стеклопластиковых швеллеров, соединенных стальными болтами.

Листовая фасонка из стеклопластика выполнена методом вакуумной инфузии, армирующее стекловолокно укладывается в форму, в которой с помощью

специальной пленки создается вакуум. В вакуумной форме, благодаря разнице в давлении, происходит более глубокая и полная по сравнению с остальными способами пропитка стекловолокна эпоксидной смолой. После окончательной полимеризации получается изделие повышенной прочности.

Анализ конструкций показывает, что все они наряду с достоинствами не лишены недостатков,

< п

8 8 ITH

kK

G Г

S 2

0 со § СО

1 2

y 1

J со

u -

^ I

n °

2 3 o 2

=! (

О §

§ 2

0) g 26 Г œ

Un

2 )

ii

® 0

01 В ■ £

s у с о <D * , СО

M 2 О О 10 10 О О

Рис. 4. Элементы узлового соединения цельнокомпозитной конструкции Fig. 4. All-composite structure node connection elements

о о

N N О О

сч сч

со со К (V U 3 > (Л С И

m in

ц

ф ф

О £

---' "t^

о

о У

s с

8 «

™. I

ОТ 13

от IE

Е О ^ с

ю о

S ц

о Е с5 °

СП ^ т- ^

от

ОТ

£ w

О (О

которые в конечном счете и определяют эффективность использования нового материала. Поиск конструктивных решений ведется постоянно с учетом особенностей конкретных применяемых материалов. Эти материалы обладают большим потенциалом и могут использоваться в различных отраслях промышленности.

Настоящая работа сфокусирована на реализации узлового соединения на листовых фасонках из однонаправленного материала, где волокна расположены под углом 0°. Учитывая особенности материала, конструирование листовой фасонки в решетчатой конструкции адаптировано под свойства пултрузионного стеклопластика.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В рамках данной статьи для исследования листовых фасонок из ПСП предложена трапециевидная ферма с габаритами и параметрами, приведенными на рис. 5.

В ходе изучения трапециевидной фермы выполнены компьютерное моделирование, расчеты и конструирование элементов с учетом реальных физико-механических характеристик композитного материала. Статический расчет трапециевидной фермы из ПСП производился с учетом нагрузок от собственного веса и снеговых нагрузок (рис. 5). При конструировании трапециевидной фермы был

Рис. 5. Трапециевидная ферма с усилиями в элементах Fig. 5. Trapezoidal truss with forces at the elements

Несущая способность листовых фасонок из пултрузионного стеклопластика в решетчатых конструкциях

использован швеллер производства ООО «Тат-нефть-Пресскомпозит» (г. Елабуга).

Несущая способность соединения должна превышать усилие, действующее в узле: £ < £ ,

нес^

где £—усилие, действующее в узле; £ — несущая способность соединения.

£нес = ^{л^; £(; £1Т; £}

где £Ьр — несущая способность материала профилей на смятие; £п1 — несущая способность материала профилей на растяжение; £1Т — несущая способность материала профилей на срез; £с1 — несущая способность материала профилей на скалывание.

При проектировании болтовых соединений элементов из ПСП важным является то, что существует несколько вариантов разрушения болтовых соединений элементов из ПСП. На рис. 6 позиции а-/" показывают основные варианты разрушения одно-болтовых соединений и позиции g и h — для многоболтовых соединений.

При конструировании болтовых соединений смятие — единственный вариант отказа, не приводящий к хрупкому разрушению. Однако не всегда смятие будет определяющим критерием для соединений. В работах [18, 19] материал был подвержен воздействию воды или повышенной температуры. Тип разрушения болтовых соединений изменял-

< п

iH

kK

G Г

0 со

n СО

1 2 У 1

J со

u 3

^ I

n °

o 2

zs (

О =?

о n

co co

0)

Рис. 6. Различные виды отказа болтовых соединений и распределение напряжений в них: а — срез болта; b — вырыв; с — смятие; d — растяжение по сечению нетто; e — сдвиг; f — скалывание; g — растяжение по сечению нетто «раскалывание», когда незагруженная кромка не рядом; h — группа соединений

Fig. 6. Various types of bolt connection failures and strain distribution: а — bolt shearing; b — tear-out; с — bearing; d — tension over the net section; e — shifting; f — chipping; g — tension over the splitting net section while the unloaded lip is not nearby; h — connection group

i\j со о

о£ >86 c я

h о

С n

0 )

ii

® 0

01 В

■ T

s □

s у с о ® Ж

S°S°

2 2 О О 10 10 О О

О О сч N о о

N N 00 со

К <D

U 3

> (Л

С И

to in

¡1

<D ф

О £

---' "t^

о

о <£

s c

8 «

w 13

со IE

E О

^ с LO О

S*

о E c5 °

СП ^

T- ^

CO CO

ïl

О tn

ся от вырыва, скалывания или разрыва до смятия. Это связано с более быстрым снижением несущей способности на смятие при старении от воздействия эксплуатационных факторов, чем прочность материала, которая определяет разрыв, вырыв или скалывание. Когда направление пултрузии составляет 90° по отношению к усилию, определяющий тип разрушения — разрыв. Это происходит потому, что с увеличением угла между направлением усилия и направлением пултрузии происходит значительное снижение сопротивления растяжению, чем сопротивления сдвигу и смятию, которое является оптимальным типом разрушения соединений.

Другие типы отказа (кроме смятия), приведенные на рис. 6, нежелательны, так как эти типы отказа происходят мгновенно и могут быть катастрофичными [20]. Определено, что болтовые соединения с двумя и тремя рядами болтов будут иметь еще более стремительный тип разрушения, наступающий либо от разрыва, либо от группы соединения.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Анализ существующих цельнокомпозитных конструкций показывает, что листовые фасонки выполнены или из стали, или из стеклопластика в двух направлениях волокон (0 и 90°). Однако в решетчатых конструкциях, где элементы примыкают под различными углами, нецелесообразно использовать цельную стеклопластиковую листовую фасонку. В узле А (рис. 5) элементы решетки примыкают к неразрезному верхнему поясу (пояс проходит через узел, не прерываясь) под различными углами. Прикрепление фасонки к поясу рассчитывается на равнодействующую усилий в элементах решетки, сходящихся в данном узле, стремящуюся сдвинуть фасонку относительно пояса. Варианты конструирования листовых фасонок на болтах в узле А приведены на рис. 7.

Для экономии материала целесообразно выполнить раздельную фасонку, с ориентацией направления пултрузии вдоль оси каждого из примыкающих стержней решетки. Анализ расхода материалов по трем вариантам показывает, что в случае применения раздельной фасонки экономия материала составляет 55 % относительно первого варианта, 33 % относительно второго варианта, при этом несущая способность по прочности и деформативности обеспечена.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБСУЖДЕНИЕ

В других случаях, отличающихся от вышеизложенного, например, когда есть разрезной верхний пояс или к поясу примыкает стойка, целесообразно фасонку по толщине выполнить из нескольких слоев. В табл. приведены различные варианты многослойных листовых фасонок.

На основании проведенных исследований стоит отметить следующее:

1. Обосновано применение листовых фасонок из ПСП в решетчатых конструкциях, определена их действительная работа при эксплуатационных нагрузках. Решетчатая конструкция рассчитана с учетом ортотропного поведения материала.

2. Разработаны новые конструктивные решения узловых соединений в решетчатых конструкциях на листовых фасонках в зависимости от усилий, возникающих в элементах, и конструктивное решение, учитывающее особенности пултрузионного стеклопластика.

3. Замена традиционных материалов на композит без изменения конструктивной схемы и модернизации конструкции приводит к повышенной материалоемкости. Анализ расхода материалов по трем вариантам показывает, что в случае применения раздельной фасонки экономия материала составляет до 55 % относительно первого варианта, 33 % относительно второго варианта.

a b c

Рис. 7. Листовые фасонки на болтах в трапециевидной ферме (узел А): а — цельная фасонка с направлением пултрузии вдоль оси пояса; b — цельная фасонка с направлением пултрузии вдоль оси с максимальным усилием решетки; c — раздельная фасонка с направлением пултрузии вдоль оси примыкающих стержней решетки Fig. 7. Gusset sheets on trapezoidal truss bolts (node A): а - solid gusset plate with pultrusion direction along the band axis; b - solid gusset plate with pultrusion direction along the axis with maximum frame stress; c - split gusset plate with pultrusion direction along the axis of the adjacent frame rods

из пултрузионного стеклопластика в решетчатых конструкциях

Табл. Варианты многослойных листовых фасонок Table. Multilayer gusset sheet options

№ п/п Item No.

Узлы на листовых фасонках Gusset sheet nodes

Описание Description

1

Узел соединения стеклопластиковых профилей в решетчатой конструкции включает: пояс 1; стержни решетки 2, соединенные внахлест многослойной фасонкой 3 на болтах 4. Крайние слои фасонки 3 выполнены из двух частей 5 с ориентацией пултрузии по оси стержней решетки 2, а средний слой выполнен из цельного тонкостенного стального листа 6.

Зная ориентацию стеклопластиковых профилей решетчатой конструкции 1 и 2, определяют габариты фасонки 3, состоящей из трех слоев, при этом крайние слои выполняют из двух частей 5 с ориентацией пултрузии по направлению осей стержней решетки 2, а средний слой — из цельного тонкостенного стального листа, например, из оцинкованной тонкостенной стали Fiberglass profile connection nodes in frame structures include: band 1; frame rods 2 connected by overlap with the multilayer gusset plate

3 using the bolts 4. The outermost layers of the gusset plate 3 consist of two parts 5 with the pultrusion orientation along the axis of frame rods 2, while the middle layer is made of a solid thin-wall steel plate 6. Given the orientation of the frame structure fiberglass profiles 1 and 2, the dimensions of the gusset plate 3, which consists of 3 layers, are determined, in addition to that, the outermost layers consist of two parts 5 with the pultrusion orientation along the axis of the frame rods 2, while the middle layer is made of a solid thin-wall steel plate, e.g. of galvanized thin-wall steel

< П

8 8 iH

k к

G) M С

Узел соединения стеклопластиковых профилей в решетчатой конструкции включает пояс 1, стержни решетки 2 соединены фасонкой 3 на болтах 4. Крайние слои фасонки 3 изготовлены из отдельных частей 5 с ориентацией пултрузии по оси стержней решетки 2. Средний слой 6 между крайними слоями фасонки выполнен цельным из тонкой оцинкованной листовой стали с вы-штампованными зубьями с каждой стороны. Изготавливается многослойная листовая фасонка 3, которая включает крайние слои из отдельных стеклопластиковых частей 5, ориентированных пултрузией в направлении осей стержней решетки 2 и соединяются цельным средним слоем 6, выполненным из тонкостенной листовой стали с выштампованными зубьями с каждой стороны. Укладываются пояса 1 и стержни решетки 2, которые внахлест объединяются многослойной фасонкой 3 и соединяются болтами 4

Fiberglass profile connection nodes in frame structures include: band 1; frame rods 2 connected using the gusset plate 3 with the bolts 4. Outermost layers of gusset plate 3 consist of separate parts 5 with the pultrusion orientation along the axis of the frame rods 2. Middle layer 6 between the outermost gusset plate layers is solid and is made of thin galvanized sheet steel with the teeth stamped on each side. The multilayer gusset sheet 3 is produced; it includes the outermost layers from the separate fiberglass components 5, with the pultrusion orientation along the axis of the frame rod 2, which are connected using the solid middle layer 6 made of a solid thin-wall sheet steel with the teeth stamped on each side. Bands 1 and frame rods 2 are laid out; they are then combined with overlap using the multilayer gusset plate 3 and connected using bolts 4

0 CO n CO

1 о

y 1

J to

u -

^ I

n °

О 3

o s

=s (

о n

СО

со

0)

M со о

об >86 c я

h о

c n

О )

il

® (Л

(Л В ■ т

s у с о ii

®ов

M 2

о о 10 10 о о

2

Окончание табл. / End of Table

№ п/п Узлы на листовых фасонках

Item No. Gusset sheet nodes

Описание Description

3

Узел соединения стеклопластиковых профилей в решетчатой конструкции включает пояс 1, стержни решетки 2, соединенные фасонкой 3 на болтах 4. Крайние слои фасонки 3 выполнены из отдельных частей 5 с ориентацией пултрузии по оси стержней решетки 2. Средний слой 6 между крайними слоями фасонки выполнен цельным из стеклопластика. При этом средний слой фасонки 6 соединен клеем 7 с крайними слоями 5 фасонки. Изготавливается многослойная листовая фасонка 3, которая включает крайние слои из отдельных стеклопластиковых частей 5, ориентированных пултрузией в направлении осей стержней решетки 2 и соединяющихся цельным средним слоем 6, выполненным из стеклопластика и соединенным с крайними слоями 5 фасонки клеем. Далее укладываются пояса 1 и стержни решетки

2, которые внахлест объединяются многослойной фасонкой 3 и соединяются болтами 4

Fiberglass profile connection nodes in frame structures include: band 1; frame rods 2 connected using the gusset plate 3 with the bolts

4. Outermost layers of gusset plate 3 consist of separate parts 5 with the pultrusion orientation along the axis of the frame rods 2. Middle layer 6 between the outermost gusset plate layers consists of solid fiberglass. At the same time, the gusset plate middle layer 6 is connected to the outermost gusset plate layers 5 using glue 7. The multilayer gusset sheet 3 is produced; it includes the outermost layers from the separate fiberglass components 5, with the pultrusion orientation along the axis of the frame rod 2, which are connected using the solid middle layer 6 made of fiberglass and connected to the outermost gusset plate layers 5 with glue. After that, bands 1 and frame rods 2 are laid out; they are then combined with overlap using the multilayer gusset plate 3 and connected using bolts 4

Узел соединения стеклопластиковых профилей в решетчатой конструкции включает: пояс 1; стержни решетки 2, соединенные внахлест многослойной фасонкой 3 на болтах 4. Крайние слои фасонки 3 выполнены из двух частей 5 с ориентацией пултрузии по оси стержней решетки 2, а средний слой выполнен из цельного тонкостенного стального листа 6.

Зная ориентацию стеклопластиковых профилей решетчатой конструкции 1 и 2, определяют габариты фасонки 3, состоящей из трех слоев, при этом крайние слои выполняют из двух частей 5 с ориентацией пултрузии по направлению осей стержней решетки 2, а средний слой — из цельного тонкостенного стального листа, например, из оцинкованной тонкостенной стали Fiberglass profile connection nodes in frame structures include: band 1; frame rods 2 connected by overlap with the multilayer gusset plate 3 using the bolts 4. The outermost layers of the gusset plate 3 consist of two parts 5 with the pultrusion orientation along the axis of frame rods 2, while the middle layer is made of a solid thin-wall steel plate 6.

Given the orientation of the frame structure fiberglass profiles 1 and 2, the dimensions of the gusset plate 3, which consists of 3 layers, are determined, in addition to that, the outermost layers consist of two parts 5 with the pultrusion orientation along the axis of the frame rods 2, while the middle layer is made of a solid thin-wall steel plate, e.g. of galvanized thin-wall steel

4

из пултрузионного стеклопластика в решетчатых конструкциях

ЛИТЕРАТУРА

1. Raghunathan M.D., Senthil R., Palani G.S. On the tensile capacity of Single-bolted Connections between GFRP Angles and Gusset Plates-Testing and Modelling // KSCE Journal of Civil Engineering. 2017. Vol. 21. Issue 6. Pp. 2259-2272. DOI: 10.1007/s12205-016-1102-4

2. Boscato G., Russo S., Mottram J.T. Design and free vibration of a large temporary roof FRP structure for the Santa Maria Paganica church in L'Aquila // Proc., 6th Int. Conf. on FRP Composites in Civil Engineering (CICE 2012). IIFC (International Institute for FRP in Construction), Kingston, ON, Canada, 2012.

3. Кузнецов И.Л., Салахутдинов М.А., Ари-пов Д.Н., Фахрутдинов А.Э. Разработка и экспериментальные исследования конструкций навеса над трибунами из пултрузионных стеклопластико-вых профилей // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2019. № 9 (729). С. 96-108. DOI: 10.32683/0536-1052-2019-729-9-96-108

4. Boscato G., Mottram J.T., Russo S. Dynamic Response of a Sheet Pile of Fiber-Reinforced Polymer for Waterfront Barriers // Journal of Composites for Construction. 2011. Vol. 15. Issue 6. Pp. 974-984. DOI: 10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000231

5. Adilardi A., Russo S. Innovative design approach to a GFRP pedestrian bridge: Structural aspects, engineering optimization and maintenance // Proc., 15th Int. Conf. on Bridge Maintenance, Safety and Management. CRC Press/Balkema, Taylor and Francis Group, Leiden, Netherlands, 2010. Pp. 2455-2459.

6. Dicuonzo A., Laudiero F., Minghini F., Tul-lini N. Design and construction of a temporary structure composed by FRP pultruded profiles // Proc., 4th Int. Conf. on FRP Composites in Civil Engineering (CICE 08). EMPA, Zurich, Switzerland, 2008.

7. Boscato G., Russo S. Free vibrations of a pultruded GFRP frame with different rotational stiffnesses of bolted joints // Mechanics of Composite Materials. 2013. Vol. 48. Issue 6. Pp. 655-668. DOI: 10.1007/ s11029-013-9310-1

8. Qureshi J., Mottram J.T. Behaviour of pultruded beam-to-column joints using steel web cleats // Thin-Walled Structures. 2013. Vol. 73. Pp. 48-56. DOI: 10.1016/j.tws.2013.06.019

9. Qureshi J., Mottram J.T. Response of beam-to-column web cleated joints for FRP pultruded members // Journal of Composites for Construction. 2014. Vol. 18. Issue 2. P. 04013039. DOI: 10.1061/(asce)cc.1943-5614.0000392

10. Фахрутдинов А.Э., Арипов Д.Н. Несущие конструкции сооружений из пултрузионных стекло-

Поступила в редакцию 20 апреля 2020 г. Принята в доработанном виде 17 июня 2020 г. Одобрена для публикации 31 июля 2020 г.

пластиковых профилей // Полимерные композиционные материалы и производственные технологии нового поколения: c6. ст. II Всероссийской научно-технической конференции. 2017. С.281-294.

11. Mottram J.T., Zafari B. Pin-bearing strengths for bolted connections in fibre-reinforced polymer structures // Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Structures and Buildings. 2011. Vol. 164. Issue 5. Pp. 291-305. DOI: 10.1680/stbu.2011.164.5.291

12. Turvey G.J. Experimental and analytical investigation of two- and six-plate bonded splice joints on serviceability limit deformations of pultruded GFRP beams // Composite Structures. 2014. Vol. 111. Pp. 426-435. DOI: 10.1016/j.compstruct.2013.12.022

13. Qureshi J., Mottram J.T. Moment-rotation response of nominally pinned beam-to-column joints for frames of pultruded fibre reinforced polymer // Construction and Building Materials. 2015. Vol. 77. Pp. 396-403. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2014.12.057

14. Feroldi F., Russo S. Structural behavior of all-FRP beam-column plate-bolted joints // Journal of Composites for Construction. 2016. Vol. 20. Issue 4. P. 04016004. DOI: 10.1061/(ASCE) CC. 19435614.0000667

15. Russo S. Performance of a PFRP structure covering a historic building struck by an earthquake // Proc., 5th Int. Conf. Advanced Composites in Construction. NetComposites, Chesterfield, UK, 2011. Pp. 51-57.

16. Russo S. Experimental and finite element analysis of a very large pultruded FRP structure subjected to free vibration // Composite Structures. 2012. Vol. 94. Issue 3. Pp. 1097-1105. DOI: 10.1016/j.comp-struct.2011.10.003

17. Russo S. Damage assessment of GFRP pultruded structural elements // Composite Structures. 2013. Vol. 96. Pp. 661-669. DOI: 10.1016/j.comp-struct.2012.09.014

18. Turvey G.J., Wang P. Thermal preconditioning study for bolted tension joints in pultruded GRP plate // Composite Structures. 2007. Vol. 77. Issue 4. Pp. 509-513. DOI: 10.1016/j.compstruct.2005.08.023

19. Turvey G.J., Wang P. Failure of pultruded GRP single-bolt tension joints under hot-wet conditions // Composite Structures. 2007. Vol. 77. Issue 4. Pp. 514-520. DOI: 10.1016/j.compstruct.2005.08.024

20. Scott D.W., Anwar J. Effect of temperature of the short-term and long-term behaviour of single-pin-bearing connectios in pultruded FRP composites // Proc., 8th Int. Conf. on Advanced Composites in Construction (ACIC 2017). NetComposites Ltd., Chesterfield, UK, 2017. Pp. 54-59.

< П

ÍH

kK

G Г

S 2

0 С/з § С/3

1 О y 1

J со

u -

^ I

n ° О 3

o s

=¡ (

о §

E w § 2

0) g

00 66

A CD

Г 6

an

0 )

ii

® 0

01 В

■ г

s □

s у с о <D Ж

s°s°

2 2 О О 10 10 О О

Об авторах: Далер Насимович Арипов — аспирант кафедры металлических конструкций и испытания сооружения; Казанский государственный архитектурно-строительный университет (КГАСУ); 420043, г. Казань, ул. Зеленая, д. 1; РИНЦ ID: 1004265, ORCID: 0000-0002-5912-9672; [email protected];

Иван Леонидович Кузнецов — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры металлических конструкций и испытания сооружения; Казанский государственный архитектурно-строительный университет (КГАСУ); 420043, г. Казань, ул. Зеленая, д. 1; РИНЦ ID: 690298, Scopus: 57078042400, ResearcherlD: G-5637-2019, ORCID: 0000-001-6838-0319; [email protected];

Марат Айдарович Салахутдинов — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры металлических конструкций и испытания сооружения; Казанский государственный архитектурно-строительный университет (КГАСУ); 420043, г. Казань, ул. Зеленая, д. 1; РИНЦ ID: 825789, ResearcherID: G-4978-2019, ORCID: 00000002-9452-0271; [email protected].

REFERENCES

1. Raghunathan M.D., Senthil R., Palani G.S. On the tensile capacity of Single-bolted Connections between GFRP Angles and Gusset Plates-Testing and Modelling. KSCE Journal of Civil Engineering. 2017; 21(6):2259-2272. DOI: 10.1007/s12205-016-1102-4

2. Boscato G., Russo S., Mottram J.T. Design and free vibration of a large temporary roof FRP structure for the Santa Maria Paganica church in L'Aquila. Proc., 6th Int. Conf. on FRP Composites in Civil Engineering

g 2 (CICE 2012). IIFC (International Institute for FRP in N N Construction), Kingston, ON, Canada, 2012.

3. Kuznetsov I.L., Salakhutdinov M.A., Ari-

x v

o 3 pov D.N., Fakhrutdinov A.E. Development and experi-E J2 mental studies structures of the canopy over the stands to in from pultruded glass fiber reinforced profiles. News in 0 of Higher Educational Institutions. Construction. 2019; 5 £ 9(729):96-108. DOI: 10.32683/0536-1052-2019-729-9-o f 96-108 (rus.).

^ 4. Boscato G., Mottram J.T., Russo S. Dynamic c £ Response of a Sheet Pile of Fiber-Reinforced Polymer g for Waterfront Barriers. Journal of Composites for Cono f struction. 2011; 15(6):974-984. DOI: 10.1061/(ASCE) §J CC.1943-5614.0000231

CD ^

1= 5. Adilardi A., Russo S. Innovative design ap" " proach to a GFRP pedestrian bridge: Structural aspects, o

z engineering optimization and maintenance. Proc., 15th w 5 Int. Conf. on Bridge Maintenance, Safety and Manage-§ ment. CRC Press/Balkema, Taylor and Francis Group, £ ° Leiden, Netherlands, 2010; 2455-2459.

g ° 6. Dicuonzo A., Laudiero F., Minghini F., Tulip E lini N. Design and construction of a temporary struc-cB ° ture composed by FRP pultruded profiles. Proc., 4th

O)

Int. Conf. on FRP Composites in Civil Engineering w f (CICE 08). EMPA, Zurich, Switzerland, 2008.

iO°

— S 7. Boscato G., Russo S. Free vibrations of a pul-

Sj 3 truded GFRP frame with different rotational stiffnesses

i- jj of bolted joints. Mechanics of Composite Materials.

® EE 2013; 48(6):655-668. DOI: 10.1007/s11029-013-9310-1 | £ 8. Qureshi J., Mottram J.T. Behaviour of pultrud-

¡3 In ed beam-to-column joints using steel web cleats. Thin-

£ £ Walled Structures. 2013; 73:48-56. DOI: 10.1016/j. tws.2013.06.019

9. Qureshi J., Mottram J.T. Response of beam-to-column web cleated joints for FRP pultruded members. Journal of Composites for Construction. 2014; 18(2):04013039. DOI: 10.1061/(asce)cc.1943-5614.0000392

10. Fakhrutdinov A.E., Aripov D.N. Bearing structures of structures made of pultruded fiberglass profiles. Polymer composite materials and production technologies of a new generation: collection of articles of the II All-Russian Scientific and Technical Conference. 2017; 281-294. (rus.).

11. Mottram J.T., Zafari B. Pin-bearing strengths for bolted connections in fibre-reinforced polymer structures. Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Structures and Buildings. 2011; 164(5):291-305. DOI: 10.1680/stbu.2011.164.5.291

12. Turvey G.J. Experimental and analytical investigation of two- and six-plate bonded splice joints on serviceability limit deformations of pultruded GFRP beams. Composite Structures. 2014; 111:426-435. DOI: 10.1016/j.compstruct.2013.12.022

13. Qureshi J., Mottram J.T. Moment-rotation response of nominally pinned beam-to-column joints for frames of pultruded fibre reinforced polymer. Construction and Building Materials. 2015; 77:396-403. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2014.12.057

14. Feroldi F., Russo S. Structural behavior of all-FRP beam-column plate-bolted joints. Journal of Composites for Construction. 2016; 20(4):04016004. DOI: 10.1061/(ASCE) CC. 1943-5614.0000667

15. Russo S. Performance of a PFRP structure covering a historic building struck by an earthquake. Proc., 5th Int. Conf. Advanced Composites in Construction. NetComposites, Chesterfield, U.K., 2011; 51-57.

16. Russo S. Experimental and finite element analysis of a very large pultruded FRP structure subjected to free vibration. Composite Structures. 2012; 94(3):1097-1105. DOI: 10.1016/j.compstruct.2011.10.003

17. Russo S. Damage assessment of GFRP pultruded structural elements. Composite Structures. 2013; 96:661-669. DOI: 10.1016/j.compstruct.2012.09.014

из пултрузионного стеклопластика в решетчатых конструкциях

18. Turvey G.J., Wang P. Thermal preconditioning study for bolted tension joints in pultruded GRP plate. Composite Structures. 2007; 77(4):509-513. DOI: 10.1016/j.compstruct.2005.08.023

19. Turvey G.J., Wang P. Failure of pultruded GRP single-bolt tension joints under hot-wet conditions. Composite Structures. 2007; 77(4):514-520. DOI: 10.1016/j.compstruct.2005.08.024

20. Scott D.W., Anwar J. Effect of temperature of the short-term and long-term behaviour of single-pin-bearing connectios in pultruded FRP composites. Proc., 8th Int. Conf. on Advanced Composites in Construction (ACIC 2017). NetComposites Ltd., Chesterfield, UK, 2017; 54-59.

Received April 20, 2020.

Adopted in a revised form on June 17, 2020.

Approved for publication July 31, 2020.

Bionotes: Daler N. Aripov — postgraduate student of Department of Metal Structures and Testing of Structures; Kazan State University of Architecture and Engineering (KSUAE); 1 Zelenaya st., Kazan, 420043, Russian Federation; ID RISC: 1004265, ORCID: 0000-0002-5912-9672; [email protected];

Ivan L. Kuznetsov — Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of Department of Metal Structures and Testing of Structures; Kazan State University of Architecture and Engineering (KSUAE); 1 Zelenaya st., Kazan, 420043, Russian Federation; ID RISC: 690298, Scopus: 57078042400, ResearcherlD: G-5637-2019, ORCID: 0000001-6838-0319; [email protected];

Marat A. Salakhutdinov — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of Department of Metal Structures and Testing of Structures; Kazan State University of Architecture and Engineering (KSUAE); 1 Zelenaya st., Kazan, 420043, Russian Federation; ID RISC: 825789, ResearcherID: G-4978-2019, ORCID: 0000-0002-9452-0271; [email protected].

< П

8 8 i H

kK

G Г

S 2

0 С/з § С/3

1 S y 1

J CD

U 7

^ ° S 3

o s

О о

§ 2

0) g SS6

A CD

Г œ

an

S )

ii

® 0 01 В

■ г

s □

s у с о <D * , СО

M 2 О О 10 10 О О