CC BY
5
Учет особенностей деформативности соединений деревянных элементов с применением металлических накладок с целью разработки способа повышения несущей способности таких соединений
М.А. Дежин, А.М. Ибрагимов
Национальный исследовательский Московский государственный строительный
университет
Аннотация: В статье дано описание четырех разработанных конструкций образцов соединений цельнодеревянных элементов на алюминиевых накладках. Они позволяли проводить моделирование работы реальных соединений главных и второстепенной балок, а также ригелей и колонны. Проведены испытания образцов соединений, из четырех разработанных вариантов конструкций образцов выбран один, наиболее полно отражающий действительную работу реальных соединений деревянных элементов. Определены прочностные и деформационные характеристики соединения, верхняя граница области упругой работы соединения. На основании проведенных исследований определены особенности работы изучаемых соединений, осуществлена разработка образца соединения деревянного элемента с металлической накладкой, который позволял проводить разработку мер, направленных на повышение несущей способности и снижение деформативности изучаемых соединений без значительных материальных затрат, связанных с покупкой дорогостоящих накладок SHERPA.
Ключевые слова: цельная древесина, металлические накладки, испытание образцов соединений, несущая способность соединения, деформативность соединения, верхняя граница области упругой работы, полная деформация, остаточная деформация, упругая деформация, коэффициент надежности.
С учетом потребностей строительной отрасли, актуальным направлением является обеспечение возможности применения в практике строительства эффективного соединения деревянных элементов, обладающего высокой несущей способностью. Исследованиями в данном направлении занимались Bogensperger T., Hude F. [1], Augustin M., Flatscher G. [2], Schinner H. [3]. На сегодняшний день актуальны соединения на алюминиевых накладках SHERPA, которые после их крепления к деревянным элементам с помощью шурупов образуют жесткое соединение по принципу «ласточкин хвост». Это подтверждается в опубликованных работах Augustin M. [4], Сюй Юня [5]. Для изучения действительной работы соединений деревянных элементов на металлических накладках были разработаны конструкции образцов,
отражающих действительную работу реальных соединений, которые представлены на рисунках 1-4. Составлена и отработана методика испытаний образцов нагружением ступенями с периодической разгрузкой. Проведены испытания образцов, из четырех разработанных вариантов конструкций выбран один - под номером 4. Определено, что конструкция этого образца наиболее полно отражает действительную работу реальных соединений деревянных элементов, обеспечивает корректную последовательность включения в работу элементов и их деформативность после приложения нагрузки.
Рис. 2 - Общий вид образца №2
Рис. 3 - Общий вид образца №3
Рис. 4 - Общий вид образца №4 Образец под номером 4 изготовлен из деревянных элементов 50*100*250 мм (b*h*L) (главные балки) и элемента 50*100*120 мм (b*h*L) (второстепенная балка). Между главными и второстепенной балками с помощью шурупов 0 4,5 мм закреплены алюминиевые накладки SHERPA 70*30 мм (h*b). Испытания проведены согласно требованиям ГОСТ 330822014. Образцы нагружались ступенчато с периодическим разгружением и определением прочностных и деформационных показателей соединений. Проанализировав результаты проведенных испытаний, мы определили, что после начала нагружения образца включились в работу шурупы, началось их выдергивание и деформация, после этого начались пластические деформации алюминиевых накладок и деформации деревянных элементов в гнездах под шурупы. Определено, что остаточные деформации соединения составляют в среднем 79.9% от полных деформаций, упругие деформации - 20.1% в
пределах до верхней границы области упругой работы (ВГОУР) соединения. Результаты испытаний образца №4 представлены в таблице 1.
Таблица №1.
Результаты вычисления деформаций соединений образца №4
Деформации
и н е Нагрузка, кН 0 Q о Q £ о со чз А Q ао « оп Q <
п у H о № Полная, 0.01мм и F ом аот мм ста 1.0 О о К F о S g g! ст ки 1.0 О я о Упругая, 0.01мм Полная цикл, 0.01мм Разность полной, 0.01мм
0 0
1 0 0 0 0 0 0
1 5 20.75 - - - 20.75 20.75
1 - 13.25 13.25 7.5 - -
2 9 45.75 - - - 32.5 25
1 - 38 24.75 7.75 - -
3 13 73.25 - - - 35.25 27.5
1 - 61.75 23.75 11.5 - -
4 17 119.5 - - - 57.75 46.25
1 - 96.75 35 22.75 - -
5 21 198.25 - - - 101.5 78.75
1 - 164.25 67.5 34 - -
6 25 358.75 - - - 194.5 160.5
1 - 302.45 138.2 56.3 - -
7 29 ^азр-^^кН^ NI-ЩВШУР)_17кН, Nп(ВШУР)_13,] 1кН, D^Breyp)=1,2мм
На основании проведенных исследований определены особенности
работы изучаемых соединений, осуществлена разработка образца соединения цельнодеревянного элемента и стальной накладки для дальнейшей разработки мер, направленных на повышение несущей способности и снижение деформативности изучаемых соединений без значительных материальных затрат, связанных с покупкой дорогостоящих накладок SHERPA.
Конструкция образца состоит из деревянного элемента 50*100*250 мм (b*h*L) и закрепленной к его торцу с помощью шурупов металлической накладки (плоской пластины с просверленными отверстиями под шурупы без элементов, осуществляющих сопряжение накладок друг с другом). Была разработана методика проведения испытаний, образцы будут испытаны по сжатой схеме, нагружением с периодической разгрузкой. С целью проверки планируемых экспериментальных результатов будет использован метод конечных элементов (МКЭ). Разработана модель для вычисления несущей способности и деформативности соединений. После выполнения расчета будет определено, насколько правильно и полно отражает работу реального объекта аппроксимирующая модель работы проектируемого объекта. При анализе корректности выполнения конечно-элементного моделирования будут использованы результаты научных исследований Сюй Юня [6], Найчук А.Я., Бабаева М.В. [7].
Экспериментальное исследование четырех разработанных образцов, а также изучение научных публикаций Линькова В.И [8-10] по тематике исследования позволили разработать конструкцию образца, позволяющего проводить разработку мер, направленных на повышение несущей способности и снижение деформативности изучаемых соединений без значительных материальных затрат, связанных с покупкой накладок SHERPA.
Литература
1. Bogensperger T., Hude F. Entwicklung einer hoch beanspruchbaren Verbindung für Haupt-Nebenträger-Anschlüsse // 6 Grazer Holzbau-Fachtagung. Graz, Österreich. 2007. Vol. 1. pp. 209-224.
2. Augustin M., Flatscher G. Nachweisführung für SHERPA-Verbindungen auf Basi des SHERPA-Handbuchs //16 Internationales Holzbau-Forum. Graz, Österreich. 2010. Vol. 1. pp. 1-16.
3. Schinner H. Befestigung von Holzbauteilen auf Stahlbetonuntergründen mit Hilfe von Systemverbindern // 18 Internationales Holzbau-Forum. Graz, Österreich. 2012. Vol. 1. pp. 1-20.
4. Augustin M. Abtragung hoher Lasten mit Sherpa-Systemverbindern // 15 Internationales Holzbau-Forum. Graz, Österreich. 2009. Vol. 1. pp. 1-21.
5. Сюй Юнь. Повышение несущей способности соединений элементов деревянных конструкций на металлических накладках с использованием металлической зубчатой пластины: дисс. ... канд. техн. наук: 05.23.01/ Санкт-Петербург, 2015. 198 с.
6. Сюй Юнь. Расчёт несущей способности соединения Sherpa при изгибе в деревянных конструкциях с использованием панели - CLT и балки из CLT и LVL // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6. URL: science-education.ru/ru/article/view?id= 16155.
7. Найчук А.Я., Бабаев М.В. К вопросу оценки несущей способности стальных винтовых стержней, завинченных под углом к волокнам древесины // Промышленное и гражданское строительство. М.: 2010. № 1. С. 21-23.
8. Линьков В.И. К вопросу о прочности клеевых соединений для деревянных клееных конструкций // Инженерный вестник Дона, 2020, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2020/6301.
9. Линьков В.И. Повышение несущей способности соединений на наклонных ввинченных стержнях // Инженерный вестник Дона, 2020, №11. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n11y2020/6688.
10. Линьков В.И. Напряженное состояние наклонных металлических стержней в деревянных элементах составного сечения // Инженерный вестник Дона. 2019. №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2019/5592.
References
1. Bogensperger T., Hude F. 6. Grazer Holzbau-Fachtagung. Graz, Österreich. 2007. Vol. 1. pp. 209-224.
2. Augustin M., Flatscher G. 16 Internationales Holzbau-Forum. Graz, Österreich. 2010. Vol. 1. pp. 1-16.
3. Schinner H. 18 Internationales Holzbau-Forum. Graz, Österreich. 2012. Vol. 1. pp. 1-20.
4. Augustin M. 15 Internationales Holzbau-Forum. Graz, Österreich. 2009. Vol. 1. pp. 1-21.
5. Syuy Yun'. Povysheniye nesushchey sposobnosti soyedineniy elementov derevyannykh konstruktsiy na metallicheskikh nakladkakh s ispol'zovaniyem metallicheskoy zubchatoy plastiny [Increasing the load-bearing capacity of joints of elements of wooden structures on metal linings using a metal toothed plate]: diss. ... kand. tekhn. nauk: 05.23.01/ Sankt-Peterburg, 2015. 198 p.
6. Syuy Yun'. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2014. № 6. URL: science-education.ru/ru/article/view?id= 16155.
7. Naychuk A.YA., Babayev M.V. Promyshlennoye i grazhdanskoye stroitel'stvo. M.: 2010. № 1. pp. 21-23.
8. Lin'kov V.I. Inzhenernyj vestnik Dona. 2020. №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2020/6301.
9. Lin'kov V.I. Inzhenernyj vestnik Dona, 2020, №11. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n 11 y2020/6688.
10. Lin'kov V.I. Inzhenernyj vestnik Dona. 2019. №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2019/5592.
