CC BY
7
НАУЧНАЯ СТАТЬЯ / RESEARCH PAPER УДК 694.14
DOI: 10.22227/1997-0935.2023.5.697-708
Определение прогиба составных деревянных изгибаемых элементов, армированных цилиндрическими полимеркомпозитными нагелями
Тагир Альмирович Зиннуров, Егор Владиславович Новицкий
Казанский государственный архитектурно-строительный университет (КГАСУ); г. Казань, Россия
АННОТАЦИЯ
Введение. В настоящее время актуальны экологические и логистические проблемы строительства быстровозводи-мых и временных мостовых сооружений. На основе возобновляемых и перерабатываемых материалов возможно создать новые конструктивные решения, удовлетворяющие требованиям несущей способности и долговечности. Целью исследования является изучение работы нагелей в составной конструкции и нахождение зависимости прогибов от количества и материала нагелей.
Материалы и методы. В качестве современного конструктивного решения предлагается деревянная составная балка, объединенная полимеркомпозитными нагелями. Имеется ряд вопросов, которые заставляют сомневаться в целесообразности возведения деревянных модифицированных конструкций. Один из них требует изучения совместной работы полимеркомпозита и дерева: позволит ли сочетание материалов привести к улучшению механических свойств по сравнению с классическими решениями. Проведены испытания образцов нагельных соединений с полимеркомпозитной арматурой, определена несущая способность такого соединения, а также исследованы деформации составных балок при различном количестве нагелей с помощью программного комплекса ЛИРА-САПР Результаты. На основе нормативных расчетов несущей способности нагелей и проверке по второй группе предельных ^ ® состояний выведено уравнение, позволяющее уточнить необходимое количество нагелей при существующих прогибах. п т Выводы. Расчеты по прогибам изгибаемых элементов хоть и имеют большое количество необходимых уточнений, но ^ 1 не учитывают присутствие дополнительных усиливающих частей, например нагелей. Получена зависимость, которая _ к может быть внедрена в имеющиеся нормативные вычисления для лучшего описания работы реальной конструкции. ф
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: деревянная балка, усиление, несущая способность, нагельное соединение, прогиб, композитная арматура
Автор, ответственный за переписку: Егор Владиславович Новицкий, egorka.no@gmail.com.
Deflection determination of composite wood bending elements reinforced with cylindrical polymer composite dowels
< П
W
CO CO
ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Зиннуров Т.А., Новицкий Е.В. Определение прогиба составных деревянных изгибаемых Я элементов, армированных цилиндрическими полимеркомпозитными нагелями // Вестник МГСУ. 2023. Т. 18. Вып. 5. 1
С. 697-708. DOI: 10.22227/1997-0935.2023.5.697-708 О 9
Г -
О i
сл § t —
§ ГО a 0
Tagir A. Zinnurov, Egor V. Novitsky A ®
Kazan State University of Architecture and Engineering (KSUAE); Kazan, Russian Federation h g
ABSTRACT U i
e =!
Introduction. At the present time, environmental and logistical problems of the construction of prefabricated and tempo- • )
rary bridge structures are relevant. It is possible to create new constructive solutions based on renewable and recyclable ^ •
materials to meet the requirements of load-bearing capacity and durability. The aim of the research is to study the opera- O ° tion of dowels in a composite structure and to find the dependence of deflections on the number and material of nagels.
Materials and methods. A wooden composite beam combined with polymer composite dowels is proposed as a modern e 8
structural solution. There are a number of issues that cast doubt on the feasibility of building modified wooden structures. 1 ®
One of them requires studying how the polymer composite and wood work together: whether the combination of materials P W
will lead to improved mechanical properties compared with classical solutions. The samples of dowel joints with polymer- ¡jf ^
composite reinforcement have been tested, the load-carrying ability of such a joint has been estimated, and the deformations u C of composite beams with a varying number of dowels have been studied using the LIRA-SAPR software package.
Results. On the basis of normative calculations of dowel load-carrying ability and verification in the second group of Oi Oi
the limiting states the equation allowing to specify the required number of dowels under the existing deflections was derived. 2 2 Conclusions. Calculation of deflections of bendable elements have a large number of necessary specifications, but do not take
into account the presence of additional reinforcing parts, such as dowels. With the help of the work done the dependence has been 3 3 obtained which can be implemented in the existing normative calculations to better describe the performance of a real structure.
© Т.А. Зиннуров, Е.В. Новицкий, 2023
Распространяется на основании Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC)
KEYWORDS: wooden beam, reinforcement, load-carrying ability, dowel connection, deflection, composite reinforcement
FOR CITATION: Zinnurov T.A., Novitsky E.V. Deflection determination of composite wood bending elements reinforced with cylindrical polymer composite dowels. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2023; 18(5):697-708. DOI: 10.22227/1997-0935.2023.5.697-708 (rus.).
Corresponding author: Egor V. Novitsky, egorka.no@gmail.com.
W (0
N N
О О
N РЧ
in in
¡г <v
U 3
> (Л
с и
U 09
. r
во щ
Л
<D <u
О ё
о
о о
CD <r ™ §
CO " « 2 СЯ
С
£= о
cC °
с
ю о
S Ц
о E
cB ° со ^
CO CO
С W ■8
Sjl
Ф Ф U >
ВВЕДЕНИЕ
Вопрос о целесообразности строительства деревянных мостов на территории Российской Федерации стоит довольно остро, хотя в открытых источниках имеется много информации об актуальности возведения мостовых сооружений из восполняемого природного материала [1-5]. Дешевизна и доступность материала для строительства мостов на основе древесины являются его главными преимуществами по сравнению с другими конструкционными материалами. На сегодняшний день для увеличения сроков службы, разнообразия сортамента и показателей несущей способности деревоматериалы нуждаются в дополнительной модификации [6-8]. С целью повышения их несущей способности можно обратиться к традиционным методам усиления отечественных и зарубежных инженеров [9-12]. Однако в распоряжении инженеров имеются и более современные решения [13-16]. Древесина — это вновь воспроизводимый материал, при верном подходе к восполнению запасов человечество может обеспечить себя древесиной на долгие годы, поэтому проблемам зеленого строительства уделяется много внимания, особенно за рубежом [17-19]. Разумеется, в РФ также осознают важность использования восстанавливаемых ресурсов, но, помимо этого, актуальным вопросом остается создание условий эксплуатации и применения деревянных мостов на дорогах низших технических категорий или в процессе предотвращения тяжелых последствий при чрезвычайных ситуациях во время паводка, наводнений и т.п. [20-22].
Новые технические задачи требуют иных подходов к их решению. Цель исследования — разработка и обоснование модифицированной конструкции балок пролетного строения, способных удовлетворить все требования по долговечности и несущей способности.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В разработке современных конструктивных решений за основу принимается составная балка Дере-вягина, расчет которой заключается в определении геометрических параметров сечения, количества, размеров и расстановки пластинчатых нагелей в зависимости от числа швов сплочения балок [23]. Модифицированная вариация балки Деревягина представляет собой брусья, объединенные полимеркомпозитными цилиндрическими нагелями, что обеспечивает совместную работу сложного сечения. Так как поли-меркомпозит на основе пултрузионных стеклянных волокон имеет отличные физико-механические ха-
рактеристики, необходимо выполнить ряд испытаний образцов на срез согласно ГОСТ 33082-2014. Полученные результаты позволят дать оценку деформируемому состоянию модифицированной балки.
На первом этапе проводилось сравнение несущей способности нагельного соединения из различных материалов. В первой серии испытаний участвовали образцы: два образца с гвоздевым соединением диаметром 5 мм номера 1,1 и 1,2; два образца с соединением на саморезах диаметром 4 мм номера 2,1 и 2,2 и два образца с нагелями из полимеркомпозитной арматуры номинальным диаметром 6 мм номера 3,1 и 3,2. Номинальный диаметр определяет размер арматуры с учетом рельефа изделия. Испытания осуществлялись на гидравлическом прессе ПГМ-100МГ4 (рис. 1). На втором этапе рассматривалось изменение несущей способности соединения на полимеркомпозитных нагелях в зависимости от диаметра и направления действия усилия. Для данного исследования изготовлено пять образцов на срез поперек волокон с диаметром полимеркомпозитной арматуры 8 мм, пять образцов на срез поперек волокон с диаметром по-лимеркомпозитной арматуры 6 мм и семь образцов на срез вдоль волокон с диаметром полимеркомпо-зитной арматуры 6 мм. Образец представляет собой три деревянных доски размерами 150 х 150 х 40 мм, объединенных между собой цилиндрическим нагелем. В соответствии с ГОСТ Р 56711-2015 данное соединение является по конструктивному сочетанию симметричным. Образец воздействовал на опорную доску, распределяя нагрузку на всю верхнюю площадь грани средней доски, нагрузка задавалась с помощью нижнего перемещаемого рабочего цилиндра.
Рис. 1. Вид нагельной системы Fig. 1. View of dowel system
С. 697-708
Результаты испытания на срез необходимы для нахождения требуемого количества нагелей в составной балке по формуле, предложенной Деревягиным:
1,8М
й = ИТ' (1)
где Ы — максимальный момент в середине сечения балки, кН-м; h — высота балки, м; Т — несущая способность нагеля, кН.
Для расчетной схемы с двухточечным нагруже-нием прогиб находится по формуле:
fo =
Fa
2AEJX
2
-4a2
Расчетный прогиб по требованиям СП 64.13330.2017 определяют по формуле:
f=f [i+с (hi )2 ],
(3)
(2)
где Е — модуль упругости дерева, МПа; J — момент инерции сечения, м4; k — коэффициент, учитывающий сдвиг податливых соединений; I — длина балки.
где k — коэффициент, учитывающий влияние переменности высоты сечения, принимаемый равным 1 для балок постоянного сечения; с — коэффициент, учитывающий влияние деформаций сдвига от поперечной силы.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Первый этап испытаний образцов на срез продемонстрировал результаты, которые занесены в табл. 1 и отражены на графике (рис. 2).
Анализируя график на рис. 2, можно сделать вывод о том, что полимеркомпозитная арматура
И 4 с
È 3
й а
S 2
х
1
-1,1
1,2 2,1 2,2 -3,1
3,2
0 1 2 3 4 5 6 7
Деформации, мм / Deformations, mm
Рис. 2. График зависимости нагрузки к деформациям различных нагельных систем Fig. 2. Graph of load-to-strain curves for various dowel systems
Табл. 1. Результаты первого этапа испытания образцов Table 1. Results of first stage of sample testing
10
Номер образца Number of sample Вертикальные деформации образца, мм, при нагрузке, кН Vertical deformations of the sample, mm, under load on sample, kN
1,1 1,2 2,1 2,2 3,1 3,2
1 1,4 1,64 1,63 1,26 2,08 1,42
2 1,94 2,17 2,19 1,93 3,01 2,25
3 2,18 2,4 2,56 2,4 3,52 2,8
4 2,35 2,56 2,89 2,8 3,65 3,22
5 2,47 2,71 3,18 - 4,02 3,38
6 - 2,85 3,36 - 4,37 3,51
7 - 2,98 - - 4,65 3,74
8 - 3,04 - - 4,86 3,93
9 - - - - 5,00 4,05
e е
<D (D
t О
iï G Г
S С
0 œ
n СО
1 §
y 1
J со
u-
^ I
n о §8 о »
О о
§
§§66 r 6 c s
С о
§ )
Ü ® m
Ю DO
■ T
s у с о <D * tntn
2 2 О О 10 10 U W
6
5
8
9
О О
N N
О О
N РЧ
1П 10
¡г <v
U 3
> (Л
с и
НО 09 . г
00 щ
11
ф ф
о ё
о
о о
CD <£ ™ §
от "
« ё СО
с
!= О ¿0
—- С
ю о
S «
о Е
fe ° О) ^
Т- >s
ОТ
от
S!
о <8 и >
имеет наибольшую несущую способность по сравнению с другими цилиндрическими нагелями. Максимальная несущая способность для гвоздя составила 2,75 кН, для самореза — 3,08 кН, для полимеркомпозитной арматуры — 4,53 кН. Авторы отмечают, что превосходство полимеркомпозитной арматуры над другими связано с различиями диаметра, который подбирался исходя из технологических и конструктивных требований. Однако, рассматривая процесс деформации соединения, можно отметить, что гвоздь лучше всего описывается логарифмической зависимостью по результатам аппроксимации с коэффициентом детерминации 0,984. На графике ярко выражен участок пропорциональности при упругой работе, где отношение предельного значения участка упругости к разрушающей нагрузке не превышает 0,55. Само-рез показал большую несущую способность, чем гвоздь на 12 %, но участок пропорциональности не так заметен, отношение конечного участка зоны пропорциональности к разрушающей нагрузке составляет 0,45. Деформации нагельного соединения с полимеркомпозитной арматурой не имеют четкой кривой, в зоне пластических деформаций происходят скачки, связанные с особенностями работы по-лимеркомпозитной арматуры.
Характер разрушения нагелей из стали и поли-меркомпозита различен. У гвоздя заметны остаточные пластические деформации, у самореза произошел срез по металлу в результате хрупкой работы. Полимеркомпозитная арматура до разрушения вела себя псевдоупруго, так как при остановке испытаний образец почти восстанавливал свою форму. Для
подтверждения данных выводов предоставляются фотографии на рис. 3.
По итогам сравнительного анализа и проведенным испытаниям можно сделать промежуточный вывод о возможности использования цилиндрических нагелей из полимеркомпозитной арматуры в качестве соединительных элементов, но вопрос о расчетной несущей способности пока остается открытым.
Возвращаясь к теме исследования данной статьи, для определения расчетной несущей способности необходима большая выборка, поэтому были созданы дополнительные образцы с полимеркомпо-зитной арматурой для второго этапа испытаний.
Характер работы образцов второй партии под нагрузкой описывается графиками на рис. 4, а результаты испытаний по форме «нагрузка - деформации» указаны в табл. 2-4. Отметим образцы: 1,1-1,5 — нагельная система с полимеркомпозитной арматурой номинальным диаметром 8 мм; образцы 2,1-2,5 — нагельная система с полимеркомпозитной арматурой номинальным диаметром 6 мм; образцы 3,1-3,7 — нагельная система с полимеркомпозитной арматурой номинальным диаметром 6 мм, испытываемые вдоль волокон. На графиках (см. рис. 4) деформации образцов при действии усилий поперек волокон во много превышают деформации образцов с усилиями вдоль волокон, что в принципе сходится с естественной работой древесины. Также без сомнений получено увеличение разрушающей силы для всех образцов с номинальным диаметром 8 мм по сравнению с образцами номинальным диаметром 6 мм.
а b
Рис. 3. Формы деформации нагелей из различных материалов: a — гвоздь; b — полимеркомпозитная арматура Fig. 3. Forms of dowel's deformation from various materials: a — a nail; b — polymer composite reinforcement
тз
a o
Î а
а,
а
а На
10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00
0
4,0 6,0 8,0 10,0
Деформации, мм / Deformations, mm
1,1
1,2
1.3
1.4
1.5
o
Н
13
a o
а На
8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00
0
3,00
2,00
1,00
2,0 4,0 6,0 8,0
Деформации, мм / Deformations, mm b
10,0
2,1 2,2
2.3
2.4
2.5
12,0
-3,1
3.2
3.3
3.4 -3,5 -3,6 -3,7
0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0
Деформации, мм / Deformations, mm c
Рис. 4. Графики зависимости нагрузки к деформациям нагельной системы: a — поперек волокон с арматурой 8 мм; b — поперек волокон с арматурой 6 мм; с — вдоль волокон с арматурой 6 мм
Fig. 4. Graph of load-to-strain curve of a dowel system: a — across the fibers with reinforcement of 8 mm; b — across the fibers with reinforcement of 6 mm; c — along the fibers with reinforcement of 6 mm
e е
(D (D
(Л t 3
3 О S
с
о со n
j 9 I
n
§8 §
=s (
оЗ
q
СО СО
n a g
§§66 r 6 c s
С о
§
l с 3
(D
Ю DO ■
s □
s у с о (D * Ol Ol 22 О О 10 10 u w
2,0
12,0
а
Табл. 2. Показатели нагрузок и деформаций испытаний нагельных систем поперек волокон с арматурой 8 мм Table 2. Indicators of loads and deformations of tests of dowel systems across the fibers with reinforcement 8 mm
Номер образца Number of sample Вертикальные деформации образца, мм, при нагрузке, кН Vertical deformations of the sample, mm, under load on sample, kN
1,1 1,2 1,3 1,4 1,5
1 1,10 1,04 1,38 0,51 1,87
2 2,90 2,17 3,38 0,96 3,82
3 4,41 3,81 5,32 2,37 5,12
4 5,26 4,86 5,84 4,13 5,69
5 5,79 5,02 6,47 5,49 6,07
6 6,14 5,26 7,16 6,08 6,20
7 6,53 5,32 7,85 6,08 6,39
8 6,84 5,57 8,45 6,35 6,98
9 7,47 5,98 8,85 6,90 7,28
10 7,88 6,38 9,32 7,13 7,70
Табл. 3. Показатели нагрузок и деформаций испытаний нагельных систем поперек волокон с арматурой 6 мм Table 3. Indicators of loads and deformations of tests of dowel systems across the fibers with reinforcement 6 mm
W (0
N N
О О
N РЧ
in in К <V U 3
> (Л
с и
U 09 . г во щ
¡1
<D <u
о ё ---- "t^
о 11
я =
z ■ i
CO g
41 Л
СЯ с
£= О
cC °
^ с ю о
S «
о E cB °
CO ^
£
CO °
С W
Sjl
Ф Ф U >
Номер образца Number of sample Вертикальные деформации образца, мм, при нагрузке, кН Vertical deformations of the sample, mm, under load on sample, kN
2,1 2,2 2,3 2,4 2,5
1 1,20 1,24 0,35 0,92 0,52
2 2,45 2,97 1,37 2,21 1,37
3 3,57 4,09 2,65 2,99 2,44
4 3,78 4,90 3,64 3,38 3,25
5 4,25 5,43 3,91 3,66 3,50
6 4,65 5,62 4,29 3,69 3,73
7 4,83 6,06 4,91 4,38 3,88
8 5,07 6,23 5,24 4,79 4,58
9 5,50 6,39 5,71 4,97 4,96
10 5,92 6,75 5,92 5,28 5,01
Табл. 4. Показатели нагрузок и деформаций испытаний нагельных систем вдоль волокон с арматурой 6 мм Table 4. Indicators of loads and deformations of tests of dowel systems along the fibers with reinforcement 6 mm
Номер образца Number of sample Вертикальные деформации образца, мм, при нагрузке, кН Vertical deformations of the sample, mm, under load on sample, kN
3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7
1 2,64 1,39 2,71 1,80 1,15 2,74 2,22
2 3,87 2,91 3,86 3,33 2,72 3,85 3,16
3 4,57 3,55 4,70 3,55 3,49 4,34 3,70
4 5,00 3,95 5,19 3,86 3,90 4,75 4,21
5 5,23 4,32 5,40 4,19 4,06 5,02 4,53
Окончание табл. 4 / End of the Table 4
Номер образца Number of sample Вертикальные деформации образца, мм, при нагрузке, кН Vertical deformations of the sample, mm, under load on sample, kN
3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7
6 5,34 4,62 5,52 4,39 4,25 5,16 4,76
7 5,50 4,86 5,52 4,49 4,43 5,27 4,87
8 - 5,04 - - - - 4,95
9 - 5,08 - - - - -
10 - 5,13 - - - - -
Получена логарифмическая аппроксимирующая зависимость (4) для средних значений испытания партии образцов с полимеркомпозитной арматурой номинальным диаметром 6 мм, испытываемых
вдоль волокон. График аппроксимации построен на рис. 5:
y = 1,309ln( x) + 2,4. (4)
ö С
É? 1,00
ö X
y = 1,3093ln(x) + 2,4005
- Средние значения Averages
......... Аппроксимация Approximation
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0
Деформации, мм / Deformations, mm
Рис. 5. График аппроксимации несущей способности полимеркомпозитной арматуры 6 мм, испытываемой вдоль волокон Fig. 5. Graph of approximation of the bearing capacity of 6 mm polymer composite reinforcement along the fibers
Из представленной в виде формулы (4) аппроксимирующей функции можно вычислить перемещения образца при различной разрушающей нагрузке. Расчетная несущая способность нагельного соединения Rexpp предполагает обработку результатов по ГОСТ 33Ö82-2014. Таким образом, определена несущая способность одного цилиндрического нагеля, которая составила 2,1 кН. Данное значение несущей способности применим для установления первоначального количества нагелей по формуле (1) в теоретической модели изгибаемой составной балки с полимеркомпозитными нагелями. На основе модели выполним расчеты по второй группе предельных состояний, в частности по прогибам.
Подобные исследования для металлических нагелей проводились А.С. Харламовой, А.А. Улько, они доказали, что предельное срезающие усилие не должно приводить к смятию древесины более 1,5-2 мм [24]. Оказывается, экспериментально полученная авторами несущая способность нагель-
ного соединения теоретически также не превысит деформации смятия древесины, что доказывает достоверность озвученных гипотез.
Зависимость между количеством нагелей и прогибами для составной деревянной балки, соединенной полимеркомпозитными нагелями, получим в результате проведенных исследований на численной модели, построенной в программном комплексе ЛИРА-САПР (рис. 6). Модель балки представляет собой массив из объемных конечных элементов (КЭ), имитирующий два бруса размерами 200 х 100 х 2000 мм, между которыми имеется бесконечно малое пространство. Данное пространство необходимо для моделирования совместной работы брусьев, совместность обеспечивается с помощью объединения перемещений всех пар узлов брусьев по отдельности. В тело брусьев внедрены цилиндрические нагели, которые работают совместно с брусьями с помощью совмещения узлов между объемными КЭ нагелей и брусьев.
e е
(D (D
t О
iï kK
о
M
с
0 со
n СО
1 §
y i
J CD
u-
^ I
n о
§ 3 о
=! ( n
q
о
СО СО
§ 3 a g
§
A C35
Г 6
О О
С о
§ ) f* f «
л ' Ю DO
■ Т
s У с о (D * Ol Ol
M 2 О О 10 10 U W
yI X
Рис. 6. Объемная расчетная схема составной деревянной балки Fig. 6. Volumetric calculation scheme of a composite wooden beam
W (0
N N
О О
N РЧ
in in ¡г Ф
U 3 > 1Л С И 2
U 09 . r
00 щ
i]
<D <u
О ё
При помощи тестовой задачи проверим адекватность численной модели. Смоделируем условия работы составной деревянной балки при расчетном количестве нагелей. Прогиб балки при численном моделировании составляет 5,4 мм, а по формуле (4) в соответствии с нормативным расчетом прогиб равен 6,1 мм. Разница между численным и теоретиче-
ским расчетами составляет 11,47 %, что достаточно для дальнейших исследований.
Численная модель позволяет поэтапно выключать нагели из работы и проводить расчеты. Полученные результаты приведены в табл. 5. Для сравнения расчеты выполнялись для полимеркомпозитных и стальных нагелей.
Табл. 5. Значения прогибов при разном количестве и типе нагелей Table 5. Deflection values for different number and type of dowels
Материал Количество нагелей, шт. Прогиб, мм
Material Number of dowels, pcs. Deflection, mm
16 5,40
14 5,45
12 5,56
Полимер-композит 10 5,80
Polymer-composite 8 6,17
6 6,71
4 7,51
2 8,86
16 4,71
14 4,73
12 4,84
Сталь 10 5,05
Steel 8 5,38
6 5,85
4 6,55
2 7,75
о о
со <■ ™ §
(Л "
41 2
СЯ с
£= о
CL ° с
Ю О
s «
о E
cB ° со ^
о
<л
(Л
S!
Ф CD
U >
С. 697-708
Численная модель демонстрирует зависимость увеличения прогибов при снижении количества нагелей и хорошо согласуется со степенной функцией. Степенная функция (формула (5)) дает возможность добиться высокой точности математической модели, подтверждение этому коэффициент детерминации, который составил 0,9926 (рис. 7):
f = 10,5и"
(5)
Аппроксимирующие зависимости построены для стальных и полимеркомпозитных нагелей, переходный коэффициент между материалами нагелей равен 1,15. С целью уточнения прогибов составной деревянной балки используем формулу (3), в которую введем отношение прогибов к количеству нагелей. В результате получим формулу (5) для расчета прогибов составной деревянной балки с полимерком-позитными нагелями, где п — количество нагелей.
10
ic С
б гиб
о £
y = 10-5Х-0-25 R2 = 0,9926
- Полимеркомпозит Polymercomposite
Сталь Steel
• Степенная функция (Полимеркомпозит) /Power function (Polymercomposite)
Степенная функция (сталь) Power function (Steel)
e е
(D (D t О
i
G Г
S С
0 2 4 6 8 10 12 14
Количество нагелей / Number of dowels Рис. 7. Отношения значений прогибов к количеству нагелей Fig. 7. The ratio of deflection values to the numbers of dowels
16
18
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБСУЖДЕНИЕ
Проведенные натурные и численные эксперименты помогли определить зависимость прогибов от количества полимеркомпозитных нагелей, которая определяется формулой (5). Гипотеза о степенной зависимости между ними требует экспериментального подтверждения.
Полимеркомпозитные нагели, изготовленные из стеклопластиковой арматуры, можно применять
для конструирования составных деревянных балок, необходимо учитывать не только прочностные и де-формативные показатели, но продумать технологическую составляющую вопроса.
Отметим более высокую податливость поли-меркомпозитных нагелей по сравнению со стальными, которая может стать положительным фактором при конструировании композиционных конструкций из разных материалов.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Серегин В.А. Перспективы применения древесины в мостостроении. М. : СоюзДорНИИ, 1990.
2. СафроновВ.С., ГабриелянГ.Е., КиселевД.А.,
Антипов А.В. Вероятностный анализ надежности раз-
резного деревянного автодорожного моста // Строи-
тельная механика и конструкции. 2021. № 3 (30).
С. 49-60. DOI: 10.36622^Ш.2021.30.3.004
3. Уткин В.А., Матвеев С.А. Особенности проектирования деревянных мостов автомобильных лесовозных дорог // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2023. № 1. С. 126-152. DOI: 10.37482/0536-1036-2023-1-126-152
4. Медведев И.Н., Воротников Д.А. Перспективы применения конструкционного материала на основе малоценной древесины мягких листвен-
0 ся
n СО
1 2 y i
J CD
u-
^ I
n о
2 3 о
3 ( о?
n
q
q
CO CO
§ 3 §
Г 6
О О
С о
§ ) [[
® 8
л '
Ю DO
■ Т
s У с о
® Ж 01 01
2 2 О О 2 2 W W
9
8
7
6
5
4
3
2
1
О О
N N
О О
N РЧ
1П 10
¡г <v
U 3
> (Л
с и
НО 09 . г
00 Щ
л
ф ф
О ё
о
о о
СО <г ™ §
от " 41 2
ся
С
£= о
CL ° ^ с ю о
S «
о Е сВ °
СП ^ т- ^
от от
С «Я ■8
S!
о <8 U >
ных пород для мостов на лесовозных автомобильных дорогах // Современные машины, оборудование и IT-решения лесопромышленного комплекса: теория и практика : мат. Всерос. науч.-практ. конф. Воронеж, 2021. С. 240-244. DOI: 10.34220/ MMEITSIC2021_240-244
5. Подъяпольская М.А., Вербицкий И.О., Вербицкая Е.В. Деревянные мосты. Мостостроение с использованием древесины в прошлом и сейчас // Пол-зуновский альманах. 2022. № 1. С. 168-170.
6. Zhou J., Li C., Ke L., He J., Wang Z. Experimental study on loading capacity of glued-laminated timber arches subjected to vertical concentrated loads // Advances in Civil Engineering. 2020. Vol. 2020. Pp. 1-9. DOI: 10.1155/2020/7987414
7. Зиннуров Т.А., Нурмухаметов К.А. Исследование совместной работы деревянных составных балок // Современное строительство и архитектура. 2017. № 4 (08). С. 20-23. DOI: 10.18454/ mca.2017.08.4
8. Rashidi M., Hoshyar A.N., Smith L., Samali B., Siddique R. A comprehensive taxonomy for structure and material deficiencies, preventions and remedies of timber bridges // Journal of Building Engineering. 2021. Vol. 34. P. 101624. DOI: 10.1016/j.jobe.2020.101624
9. Сапаев В.С. Совершенствование конструкции деревянных пролетных строений с составными прогонами из бревен (брусьев) // Фундаментальные и прикладные исследования молодых ученых : сб. мат. VI Междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. Омск, 2022. С.221-225.
10. Handbook of international bridge engineering / ed. by Wai-Fah Chen, Lian Duan. USA : CRC Press, Boca Raton, 2014.
11. Aruova L.B., Ospanova Z.N., Aruov B.B., Alibekova N.T., Shashpan Zh.A., Kyrgizbaev A.T. Cyclic tests of joints of glued wooden structures // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 829. Issue 1. P. 012017. DOI: 10.1088/1757-899x/829/1/012017
12. Mitterpach J., Fojtik R., Machovcakova E., Kubincova L. Life cycle assessment of a road transverse prestressed wooden-concrete bridge // Forests. 2022. Vol. 14. Issue 1. P. 16. DOI: 10.3390/f14010016
13. Зиннуров Т.А., Новицкий Е.В., Пермяков С.В. Усиление составных деревянных балок стеклопла-стиковыми изделиями // Инновации. Наука. Образование. 2021. № 43. С. 929-934.
Поступила в редакцию 2 марта 2023 г. Принята в доработанном виде 31 марта 2023 г. Одобрена для публикации 19 апреля 2023 г.
Об авторах: Тагир Альмирович Зиннуров — кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник кафедры автомобильных дорог, мостов и тоннелей; Казанский государственный архитектурно-строительных университет (КГАСУ); 420043, Республика Татарстан, г. Казань, ул. Зеленая, д. 1; РИНЦ ID: 800952, Scopus: 57208107876, ORCID: 0000-0002-7238-2883; leongar@mail.ru;
14. Slosarz S. Strengthening of the wooden structures // Budownictwo i Architektura. 2020. Vol. 18. Issue 3. Pp. 017-028. DOI: 10.35784/bud-arch.561
15. Зиннуров Т.А., Майстренко И.Ю., Еро-хин Д.И., Замилова А.Х., Умаров Б.Ш. Исследование влияния утолщений в стеклопластиковой арматуре на сцепление с бетоном // Известия КГАСУ. 2021. № 2 (56). С. 84-93. DOI: 10.52409/20731523_2021_2_84
16. Салахутдинов М.А., Каюмов Р.А., Ари-пов Д.Н., Ханеков А.Р. Численное исследование несущей способности балки составного двутаврового сечения из пултрузионных стеклопластиковых профилей // Известия КГАСУ. 2022. № 2 (60). С. 15-23. DOI: 10.52409/20731523_2022_2_15. EDN: BHRXOY.
17. Kromoser B., Ritt M., Spitzer A., Stangl R., Idam F. Design concept for a greened timber truss bridge in city area // Sustainability. 2020. Vol. 12. Issue 8. P. 3218. DOI: 10.3390/su12083218
18. Minarni I., Wardhana H., Asyari M., Mursa-din A. Innovation of substitute material to conservation effort of eusideroxylon zwageri on wooden bridge maintenance project // Technium Romanian Journal of Applied Sciences and Technology. 2021. Vol. 3. Issue 8. Pp. 103-109. DOI: 10.47577/technium.v3i8.4934
19. Svajlenka J., Kozlovska M. Constructions of buildings based on solid wooden elements // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1203. Issue 2. P. 022073. DOI: 10.1088/1757-899X/1203/2/022073
20. Abrar M., Farooqi M.U. Impacts of floods on bridges — a review // 1st International Conference on Applied Engineering and Natural Sciences. 2021.
21. Верескун А.В., Файзулин Т.Ш., Олтян И.Ю., Байда С.Е., Зиновьев С.В., Барышев Е.М. и др. Комплексное исследование влияния рисков природных и техногенных чрезвычайных ситуаций на безопасность жизнедеятельности населения Республики Крым и г. Севастополя. М., 2015. 208 с.
22. Gbaa S. Analysis of flood disaster adaptation strategies among people of Guma local government Area, Benue State, Nigeria // Indonesian Journal of Earth Sciences. 2022. Vol. 2. Issue 2. Pp. 226-235. DOI: 10.52562/injoes.v2i2.415
23. Кузнецов Г.Ф. Справочник проектировщика промышленных сооружений. Деревянные конструкции. М. : Стройиздат, 1937. 955 с.
24. Харламова А.С., Улько А.А. Оценка работы соединений деревянных конструкций на стекло-пластиковых и стальных нагелях // Синергия наук. 2019. № 31. С. 783-789.
Егор Владиславович Новицкий — лаборант кафедры автомобильных дорог, мостов и тоннелей; Казанский государственный архитектурно-строительных университет (КГАСУ); 420043, Республика Татарстан, г. Казань, ул. Зеленая, д. 1; egorka.no@gmail.com.
Вклад авторов:
Зиннуров Т.А. — научное руководство, концепция исследования, развитие методологии, итоговые выводы. Новицкий Е.В. — проведение исследований и анализ их результатов, формирование структуры исследования. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
REFERENCES
1. Seregin V.A. Prospects for the Use of Wood in Bridge Building. Moscow, Soyuzdornii Publ., 1990. (rus.).
2. Safronov V.S., Gabrielyan G.E., Kiselev D.A., Antipov A.V. Probabilistic analysis of reliability sliding wooden road bridge. Structural Mechanics and Structures. 2021; 3(30):49-60. DOI: 10.36622/ VSTU.2021.30.3.004 (rus.).
3. Utkin V.A., Matveev S.A. Features of designing wooden bridges of the forest complex. Russian Forestry Journal. 2023; 1:126-152. DOI: 10.37482/0536-10362023-1-126-152 (rus.).
4. Medvedev I.N., Vorotnikov D.A. Prospects for the use of structural material based on low-value soft hardwood wood for bridges on harvesting roads. Modern Machines, Equipment and IT Solutions for the Timber Industry: Theory and Practice : materials of the All-Russian scientific and practical conference. Voronezh, 2021; 240-244. DOI: 10.34220/ MMEITSIC2021_240-244 (rus.).
5. Podyapolskaya M.A., Verbitsky I.O., Ver-bitskaya E.V. Wooden bridges. Bridge building using wood in the past and now. Polzunovskiy almanac. 2022; 1:168-170. (rus.).
6. Zhou J., Li C., Ke L., He J., Wang Z. Experimental study on loading capacity of glued-laminated timber arches subjected to vertical concentrated loads. Advances in Civil Engineering. 2020; 2020:1-9. DOI: 10.1155/2020/7987414
7. Zinnurov T.A., Nurmuhametov K.A. Study of joint operation of Clarke beams. Modern Construction and Architecture. 2017; 4(08):20-23. DOI: 10.18454/mca.2017.08.4 (rus.).
8. Rashidi M., Hoshyar A.N., Smith L., Sa-mali B., Siddique R. A comprehensive taxonomy for structure and material deficiencies, preventions and remedies of timber bridges. Journal of Building Engineering. 2021; 34:101624. DOI: 10.1016/j. jobe.2020.101624
9. Sapaev V.S. Improvement of the design of wooden superstructures with composite girders made of logs (beams). Fundamental and Applied Research of Young Scientists : collection of materials of the VI International Scientific and Practical Conference of Students, Postgraduates and Young Scientists. Omsk, 2022; 221-225. (rus.).
10. Handbook of international bridge engineering / ed. by Wai-Fah Chen, Lian Duan. USA, CRC Press, Boca Raton, 2014.
11. Aruova L.B., Ospanova Z.N., Aruov B.B., Alibekova N.T., Shashpan Zh.A., Kyrgizbaev A.T. Cyclic tests of joints of glued wooden structures. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020; 829(1):012017. DOI: 10.1088/1757-899x/829/1/012017
12. Mitterpach J., Fojtik R., Machovcakova E., Kubincova L. Life cycle assessment of a road transverse prestressed wooden-concrete bridge. Forests. 2022; 14(1):16. DOI: 10.3390/f14010016
13. Zinnurov T.A., Novitsky E.V., Permya-kov S.V. Strengthening composite wooden beams with fiberglass products. Innovations. The science. Education. 2021; 43:929-934. (rus.).
14. Slosarz S. Strengthening of the wooden structures. Budownictwo i Architektura. 2020; 18(3):017-028. DOI: 10.35784/bud-arch.561
15. Zinnurov T.A., Majstrenko I.Yu., Erokhin D.I., Zamilova A.Kh., Umarov B.Sh. Investigation of the effect of thickenings in fiberglass reinforcement on adhesion to concrete. News of the Kazan State University of Architecture and Engineering. 2021; 2(56):84-93. DOI: 10.52409/20731523_2021_2_84 (rus.).
16. Salakhutdinov M.A., Kayumov R.A., Ari-pov D.N., Khanekov A.R. Numerical study of the bearing capacity of a composite i-shaped section beam of pultruded fiberglass profiles. News of the Kazan State University of Architecture and Engineering. 2022; 2(60):15-23. DOI: 10.52409/20731523_2022_2_15. EDN: BHRXOY. (rus.).
17. Kromoser B., Ritt M., Spitzer A., Stangl R., Idam F. Design concept for a greened timber truss bridge in city area. Sustainability. 2020; 12(8):3218. DOI: 10.3390/su12083218
18. Minarni I., Wardhana H., Asyari M., Mursa-din A. Innovation of substitute material to conservation effort of Eusideroxylon Zwageri on wooden bridge maintenance project. Technium Romanian Journal of Applied Sciences and Technology. 2021; 3(8):103-109. DOI: 10.47577/technium.v3i8.4934
19. Svajlenka J., Kozlovska M. Constructions of buildings based on solid wooden elements. IOP
e е
<D (D t О
i G Г
S С
0 со
n CO
1 i У 1
J to
u-
^ I
n о
i 3 о
=! ( n
Q
CO CO
о
n i
r 6
о о
С о
i )
[r
® 8 л ' . DO
■ T
s У с о <D X 01 01
2 2 О О 2 2 W W
(0 (0
N N
o o
N N
10 10
* <V
U 3
> (A
E M 2
U 09
. r
00 m
i]
<D <1J
22. Gbaa S. Analysis of flood disaster adaptation strategies among people of Guma local government area, Benue State, Nigeria. Indonesian Journal of Earth Sciences. 2022; 2(2):226-235. DOI: 10.52562/injoes. v2i2.415
23. Kuznetsov G.F. Handbook of the Designer of Industrial Structures. Wooden Structures. Moscow, Stroyizdat Publ., 1937; 955. (rus.).
24. Kharlamova A.S., Ulko A.A. Analysis of wooden structure connection using fiberglass and steel dowel pins. Synergy of Sciences. 2019; 31:783789. (rus.).
Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021; 1203(2):022073. DOI: 10.1088/1757-899X/1203/2/022073
20. Abrar M., Farooqi M.U. Impacts of floods on bridges — a review. 1st International Conference on Applied Engineering and Natural Sciences. 2021.
21. Vereskun A.V., Faizulin T.Sh., Oltyan I.Yu., Baida S.E., Zinoviev S.V., Baryshev E.M. et al. A Comprehensive Study of the Impact of Risks of Natural and Man-made Emergencies on the Life Safety of the Population of the Republic of Crimea and the City of Sevastopol. Moscow, 2015; 208. (rus.).
Received March 2, 2023.
Adopted in revised form on March 31, 2023.
Approved for publication on April 19, 2023.
BioNoiEs: Tagir A. Zinnurov — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Senior Researcher of the Department of Automobile Roads, Bridges and Tunnels; Kazan State University of Architecture and Engineering (KSUAE); 1 Zelenaya st., Kazan, 420043, Republic of Tatarstan, Russian Federation; ID RISC: 800952, Scopus: 57208107876, ORCID: 0000-0002-7238-2883; leongar@mail.ru;
Egor V. Novitsky — Laboratory assistant of the Department of Automobile Roads, Bridges and Tunnels; Kazan State University of Architecture and Engineering (KSUAE); 1 Zelenaya st., Kazan, 420043, Republic of Tatarstan, Russian Federation; egorka.no@gmail.com.
Contribution of the authors:
Tagir A. Zinnurov — scientific guidance, research concept, development of methodology, final conclusions. Egor V. Novitsky — conducting and analyzing research results, forming the research structure. The authors declare that there is no conflict of interest.
o 3
o
o o
CD <■ ™ §
CO " 22 £ c
£= O
CL ° • c LT> O
s «
o E
CD ^
CO CO
c « ■8
Si
CD CD
CO >
