CC BY
14
УДК 624.271
DOI: https://doi.org/10.26518/2071-7296-2020-17-1-136-149
УЧЕТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРОДОЛЬНЫХ СИЛ И ИЗГИБАЮЩИХ МОМЕНТОВ В РАСЧЕТАХ СОСТАВНЫХ ПРОГОНОВ ИЗ БРЕВЕН
В.А. Уткин, П.Н. Кобзев, Е.Г. Шатунова
ФГБОУ ВО «СибАДИ», г. Омск, Россия
АННОТАЦИЯ
Введение. Изучение опыта проектирования и строительства балочных мостов с составными бревенчатыми прогонами указывает на возможность увеличения несущей способности этих конструкций и дальнейшего использования их в строительстве мостов на автомобильных дорогах IV и V категорий под нагрузки А-11 и Н-11. Цель данной работы - на реальном примере расчета составного прогона оценить влияние учета продольных сил и изгибающих моментов на величину и распределение сдвигающих усилий в связях сдвига с учетом их допустимой податливости закрепления в древесине и на характер изменения напряженного состояния в стержнях составного прогона.
Материалы и методы. Конструкция составного прогона представлена в виде трех рядов, объединенных посредством стяжных болтов и прокладок четырехъярусных однорядных составных прогонов из окантованных бревен.
В основу предлагаемого метода исследования напряженно-деформированного состояния составного прогона с дискретным размещением в швах сосредоточенных связей сдвига принят классический метод сил для стержневых систем, учитывающий взаимодействие продольных сил и изгибающих моментов, возникающих в составляющих прогон стержнях от неизвестных усилий в связях сдвига. Результаты. Определение единичных перемещений при совместном учете деформаций изгиба и растяжения-сжатия оказывает существенное влияние на перераспределение сдвигающих усилий в сторону увеличения их в приопорных зонах и уменьшения в середине пролета, а следовательно, и на конструкцию соединительных элементов. Характер распределения нормальных напряжений с учетом деформаций растяжения-сжатия свидетельствует о работе стержней прогона на участках между связями сдвига по законам внецентренного сжатия (растяжения).
Заключение. Предлагаемые решения позволяют наиболее точно оценить работу составных прогонов в конструкциях пролетных строений деревянных мостов и возможность их применения в современных условиях.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: составные прогоны из бревен, гребенчатые нагельные соединения, смятие нагельного гнезда, несущая способность нагеля, податливось цилиндрических нагелей.
Поступила 06.06.2019, принята к публикации 21.02.2020. Авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
Прозрачность финансовой деятельности: авторы не имеют финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует.
Для цитирования: Уткин В.А., Кобзев П.Н., Шатунова Е.Г. Учет взаимодействия продольных сил и изгибающих моментов в расчетах составных прогонов из бревен. Вестник СибАДИ. 2020;17(1):136-149. https://doi. org/10.26518/2071-7296-2020-17-1-136-149
© Уткин В.А., Кобзев П.Н., Шатунова Е.Г.
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
DOI: https://doi.org/10.26518/2071-7296-2020-17-1-136-149
COMPOUND RUNS OF LOGS CALCULATION: ACCOUNTING OF LONGITUDINAL FORCES' AND BENDING MOMENTS' INTERACTION
ABSTRACT
Introduction. Studying the designing and constructing experience of beam bridges with composite log girders indicates the possibility of the load bearing capacity rising of the structures and their further usage in the IV and V categories bridges' construction under A-11 and H-11 loads. The purpose of the research is to evaluate the effect on the magnitude and distribution of shear forces in shear bonds, considering the permissible pliability of fixation in wood and on the nature of the stress state change in the rods of the composite girders.
Materials and methods. The authors presented the construction of the composite girder in the form of three rows united by means of tie bolts and gaskets of four-tier single-row composite girders and made of edged logs. The proposed studying method of a composite girder stress-strain state with discrete placement of concentrated shear bonds in the joints based on the classical method of forces for rod systems, taking into account the interaction of longitudinal forces and bending moments arising in the rods composing the girder of unknown forces in the shear bonds.
Results. The determination of single displacements with joint account of bending and stretching-compression deformations hae a significant impact on the redistribution of shear forces in the direction of increasing them in the support zones and reducing them in the middle of the span, and, consequently, on the design of the connecting elements. The character of distribution of normal stresses on the stretching-compression indicated the rods' girders between relationships under the eccentric compression (stretching).
Discussion and conclusions. The proposed solutions demonstrate the most accurate assessment of the composite girders in the structures of spans wooden bridges and present the application possibility in modern conditions.
KEYWORDS: composite girders of logs, combed nipples, crushing of the jack socket, load bearing capacity, yielding of the cylindrical pins.
Submitted 06.06.2019, revised 21.02.2020.
The authors have read and approved the final manuscript.
Financial transparency: the authors have no financial interest in the presented materials or methods. There is no conflict of interest.
For citation: Utkin Vladimir A., Kobzev Pavel N., Shatunova Elena G. Compound runs of logs calculation: accounting of longitudinal forces' and bending moments' interaction. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2020;17(1):136-149. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2020-17-1-136-149
© Utkin V. A., Kobzev P. N., Shatunova E. G.
Vladimir A. Utkin, Pavel N. Kobzev, Elena G. Shatunova
Siberian State Automobile and Highway University (SibADI),
Omsk, Russia
Content is available under the license Creative Commons Attribution 4.0 License.
ВВЕДЕНИЕ
Во все времена основой обеспечения жильем населения нашей страны было деревянное домостроение. Об этом свидетельствуют образовавшиеся на протяжении веков и ныне действующие поселения в виде деревень, сел, малых и больших городов. Люди умели строить из бревен добротные дома и вместе с ними другие сложные сооружения1, 2.
Широкое распространение получили деревянные мосты, основным материалом которых был круглый лес, наиболее доступный в виде бревен диаметром от 18 до 32 мм и длиной до 8,5 м2. Достаточно отметить, что к середине прошлого столетия около 90% общего количества мостов на автомобильных дорогах страны были бревенчатыми. При этом большинство из них уже тогда не соответствовали возрастающим автомобильным нагрузкам, требовали или совершенствования, или замены.
На смену мостам из обычного пиломатериала и бревен в то время стали проектировать и строить мосты с использованием клееной древесины и железобетона [1]. Первый мост с клееными балками в нашей стране был сооружен в 1964 году, в последующие 10-15 лет было построено немногим более сотни таких мо-стов3 [1]. В дальнейшем применение клееной древесины в мостостроении было свернуто, а деревянные мосты на дорогах, как не отвечающие предъявляемым к капитальным мостам требованиям, стали повсеместно заменяться железобетонными. Исключение составили лишь мосты на лесных и сельских дорогах, где применялись устаревшие конструкции и решения. К сожалению, такое положение сохраняется до наших дней.
За бортом развития современного мостостроения оказался опыт массового применения древесины. Материал, который постоянно воспроизводится природой и который столетиями обеспечивал потребности населения нашей страны в транспортных сооружениях, стал мало востребованным или востребованным только в дорогом исполнении на основе зарубежных технологий [1, 2].
Изучение опыта проектирования и строительства балочных мостов с составными бревенчатыми прогонами указывает на возможность увеличения несущей способности этих конструкций и дальнейшего использования их в строительстве мостов на автомобильных дорогах IV и V категорий под нагрузки А-11 и Н-11 [3, 4, 5, 6].
В работе [7] рассмотрена конструкция пролетного строения моста с составными прогонами из бревен, разработана методика расчета составного прогона пролетом 15 м с сосредоточенными связями сдвига и определения усилий сдвига без учета продольных сил в стержнях основной системы (рисунок 1). Оценке влияния взаимодействия продольных сил и изгибающих моментов в расчетах составных прогонов из бревен посвящена настоящая статья.
МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ
Отличительной особенностью предлагаемой конструкции [Свидетельство на полезную модель № 29938. Пролетное строение с составными прогонами из бревен /Патентообладатель: ООО «Проектно-исследовательская фирма ПИК» - 10.06.2003] является соединение составляющих стержней (бревен) по высоте посредством сосредоточенных связей в форме гребенчатых нагельных соединений [7].
Конструкция составного прогона (см. рисунок 1) представлена в виде трех рядов, объединенных посредством стяжных болтов и прокладок четырехъярусных однорядных составных прогонов из окантованных бревен.
Работа гребенчатых нагельных соединений в составном прогоне рассмотрена в соответствии с работой цилиндрических нагелей в деревожелезобетонных балках пролетных строений4, 5 [8, 9, 10]. Результаты испытаний финских исследователей нагельных соединений, предназначенных для объединения железобетонной плиты и клееных балок [11, 12, 13], это решение также подтверждают. При этом оценка влияния защемления глухих нагелей в железобетонной плите сопоставимо с оценкой защемления их в стальной пластине [14, 15].
1 Иванов В.Ф. Деревянные конструкции. М.: Стройиздат, 1956. 317 с.
2 Гибшман Е.Е. Проектирование деревянных мостов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1976. 272 с.
3 Стуков В.П. Деревожелезобетонные балочные мосты на автомобильных дорогах. 2-е изд., испр. и доп. Архан-гельск, 2009. 453 с.
4 Кулиш В.М. Клееные деревянные мосты с железобетонной плитой. М.: Транспорт, 1979. 160 с.
5 Донченко В.Г. Нагельные соединения в автодорожных мостах. М., Дориздат, 1952. 56 с.
Рисунок 1 - Конструкция пролетного строения с составными прогонами из бревен: а - поперечное сечение пролетного строения; б - поперечное сечение составного прогона;
в - геометрические характеристики бревна и верхнего ряда составного прогона;
г - конструкция гребенчато-нагельного соединения
Figure 1 - Design of the superstructure with composite runs of logs: a - cross section of the superstructure; b - cross-sectional composite shoulder strap; c - geometrical characteristics of the log and the top row of the composite
shoulder straps; d - design comb - arcery connection
Отличающиеся мощностью, размещением по длине прогона сосредоточенные связи сдвига содержат определенное количество жестко закрепленных в стальных пластинах глухих цилиндрических нагелей, установленных в отверстиях сопрягаемых бревен. При этом существенное увеличение несущей способности, как доказано в работе6, обеспечивает применение вклеенных нагелей.
После сборки и объединения состава бревен стяжными болтами кромки зеркально совмещенных пластин объединяются свар-
кой. Несмотря на жесткое соединение связей сдвига между собой посредством сварки кромок стальных пластин необходимо учитывать также влияние податливости цилиндрических нагелей, защемленных в древесине гнезда нагеля.
Впервые в отечественной литературе встречаются предпосылки учета податливости соединений в статье Г.В. Никитина [16]. Особое внимание заслуживают работы П.А. Дмитриева, посвященные вопросам совершенствования клееных деревянных конструкций
6 Кормаков Л.И., Валентинавичус А.Ю. Проектирование клееных деревянных конструкций. Киев: Будивельник, 1983. 152 с.
и их соединений [17]. Вопросам расчета деревянных конструкций с учетом деформатив-ности податливых связей посвящены работы Б.В. Лабутина [18, 19].
Учет податливости нагельных соединений выполнен в соответствии с результатами исследований В.И. Кулиша7 [9, 10].
С точки зрения строительной механики, «сплошной» составной стержень со стержнями, непосредственно примыкающими друг к другу, принципиально не отличается от «сквозного» стержня. Вместе со связями сдвига и поперечными связями он представляет собой внутренне статически неопределимую двухо-порную балку. Основная система метода сил может быть представлена в виде системы отдельных примыкающих стержней, лишенных связей сдвига, действие которых заменено неизвестными усилиями сдвига. Общие положения теории расчета таких составных стержней разработаны в трудах А.Р. Ржаницына8, 9 [20], где принято непрерывное распределение связей сдвига по длине швов с заменой их в основной системе функциональными неизвестными погонных сдвигающих усилий, а условия эквивалентности основной и заданной систем представлены в виде системы дифференциальных уравнений второго порядка. После определения усилий в связях сдвига основная система рассчитывается без особых осложнений.
Данная методика расчета, допускающая равномерное и непрерывное распределение связей сдвига и постоянные коэффициенты
жесткости шва, позволяет получать суммарные для каждого шва сдвигающие силы, что может быть допущено по утверждению автора для коротких стержней. Определенные сложности применения данной методики возникают при увеличении количества швов в составном стержне, что присуще рассматриваемым конструкциям прогонов.
В основу предлагаемого метода исследования напряженно-деформированного состояния составного прогона с дискретным размещением в швах сосредоточенных связей сдвига принят классический метод сил для стержневых систем, учитывающий взаимодействие продольных сил и изгибающих моментов, возникающих в составляющих прогон стержнях от неизвестных усилий в связях сдвига. Принципиальная расчетная схема и основная система составного прогона приведена на рисунке 2.
Основная система составного прогона из бревен (рисунок 2, в) представлена в виде осевых линий бревен (стержней 1,2,3...п) с абсолютно жесткими консольными выступами длиной 0,5 высоты бревна с защемлениями по центру установки связей сдвига. Такое представление расчетной схемы позволяет рассматривать работу каждого стержня под воздействием внешней нагрузки, продольных сил и изгибающих моментов, вызванных неизвестными усилиями в связях сдвига.
В общем случае система канонических уравнений метода сил принимает следующий вид:
8 •Т + 8 •Т + ••••+8 •Т + а + а = 0
11 1 12 2 1п п 1Р А
821 • Т + 822 -Т + ■ 12
■•+8 -Т +А +А = 0
2п п 2Р А
8 • Т +8 • Т + • • • • +8 • Т +А +А = 0
п1 1 п2 2
пп п пр
В матричнойформе ее можно представить вследующем виде:
ЛТ+АР + Аа=0 .
(1)
(2)
7 Кулиш В.М. Клееные деревянные мосты с железобетонной плитой. Там же.
8 Ржаницин А.Р Составные стержни на п2ругоподатливып связях. В кн. «Исследование прочности и устойчивости деревянных стержней». М.: Стройиздат, 1940. С. 140-178.
9 Ржаницин А.Р Теория составных стержней строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1948. 192 с.
©20С4-0Д20 Тесснид СибЧОИ
ТЧеОрэз^пА^отчЬИс
ап<Н ТрЧ\яау 1псСч(гв ичигп-1
OnsôgeSsu Нагельная
¿ip =28-3? соединение Г^
Ьспт fajjfsxHoù)
В/2
ai 7 te
if 7 te
|__J,
TZh
S£ 7 te
TTï
am mn
h \ тг~
h - \ _jïn h-1
.л. и
ïr>— 1
J y frtf_
1 стержень ? стержень
3 стержень
4 dàepi*êm>
jt)?$n y ISSU» y l$5Ûn y tSSOrt уй,№ и
f
Tf h Тк Tr Jti Г?г fa —. Te
Сосредоточенные сбязи сдЬига
1 стержень
2 стержень Зсяержт i уяержень
Рисунок2-Расчетнаясхемаиосновнаясистемасоставногопрогона Figure2-Designscheme and themainsystemofthecomposite run
а
б
в
Здесь
sn ^12 ■ К ¿IF"
a = 82л ^22 • ■ 82n j = t2 a2f
AI ■ nn _ Jn. AF_
, AF =0,1
где А - матрица коэффициентов канонических уравнений, 7 - вектор неизвестных усилий сдвига, Др - вектор грузовых перемещений, Ар - вектор одинаковых перемещений (податливость глухих нагелей в гнездах древесины, принятая равной 0,1 см)10 [5, 6].
Коэффициенты при неизвестных и свободные члены уравнений (1) с учетом деформаций растяжения (сжатия), сдвига и изгиба определяются по известным формулам Мора (3, 4):
Л/, - Л/, Q -Q М,-М,
& = J-!—J-ds + i-!—J-ds + i '_, 1 ds
ЕА
GAI к
El
Af = i
NrN, EA
F ds + iC^Ctds + i"'i '"F
GAI к
.M, -Mc
ds
(3)
(4)
Вместе с тем при рассмотрении систем определенных типов систем некоторые слагаемые перемещений могут быть опущены. Так, например, в работах11 12 13 показано, что при определении единичных и грузовых перемещений в рамах и балках можно пренебрегать деформациями растяжения-сжатия и поперечного сдвига. В расчетах шарнирных ферм допускается пренебрегать деформациями изгиба и сдвига и не рекомендуется пренебрегать деформациями растяжения-сжатия.
В случае расчета составных прогонов из бревен необходим учет влияния на напряженно деформированное состояние составляющих прогон стержней и изгибающих моментов, а также продольных сил. При этом деформации поперечного сдвига, влияние которых не превышает 1%, могут быть опущены.
Определение искомых перемещений 5 и
Д//= может быть выполнено по методу А.К. Верещагина. С этой целью необходимо построить комплект единичных М, и ЛГ и грузовых эпюр мш для основной системы составного прогона. Общий вид единичных эпюр от парных неизвестных т, и грузовых М1?7 представлен на рисунке 3. При этом значения расчетных моментов в сечениях составного прогона от действующих нагрузок распределены между отдельными стержнями основной системы прогона поровну. В результате выполнения расчетных операций может быть сформирована матрица коэффициентов при неизвестных усилиях сдвига Г, и вектор грузовых перемещений Аг .
Цель данной работы - на реальном примере расчета составного прогона оценить влияние учета продольных сил и изгибающих моментов на величину и распределение сдвигающих усилий в связях сдвига с учетом их допустимой податливости закрепления в древесине прогонов и на характер изменения напряженного состояния в стержнях составного прогона.
В качестве примера был рассмотрен составной прогон на рисунках 1 и 2 в составе пролетного строения длиной 15 м на действие автомобильной нагрузки А-11.
Особенностью конструкции составного прогона из бревен на рисунке 1 является такое размещение в швах сосредоточенных связей сдвига, при котором расстояние между связями из условий устойчивости ветвей внецентренно сжатых элементов не должны превышать семикратной высоты одиночного стержня [СП 35.13330.2011 Мосты и трубы (Актуализированная редакция СНиП 2.05.03.84) М.: 2011 п.10.31].
10 Кулиш В.М. Клееные деревянные мосты с железобетонной плитой. М.: Транспорт, 1979. 160 с.
11 Донченко В.Г. Нагельные соединения в автодорожных мостах. М., Дориздат, 1952. 56 с.
12 Кормаков Л.И., Валентинавичус А.Ю. Проектирование клееных деревянных конструкций. Киев: Будивельник, 1983. 152 с.
13 Кулиш В.М. Клееные деревянные мосты с железобетонной плитой. Там же.
Рисунок 3 - Общий вид единичных эпюрМ. и N и эпюр М0 в основной системе:
а - единичные эпюры М : б - единичные эпюры Nf ; в - эпюры грузовых моментов
Figure 3 - General view of single diagrams A4j and N. and diagrams M0 in the main system:
a - single epure A4j s; b - single epures iV ; с - load moment diagrams
Следуя сказанному, рассмотрены две системы канонических уравнений типа (1,2):
с учетом деформаций от изгиба стержней
А Т + Ар + Дд = О
(5)
с учетом растяжения (сжатия) и изгиба стержней
А Т + Ар + Дд = О
(6)
где численные значения единичных коэффициентов матрицы А* вычислены с учетом только деформаций изгиба, а численные значения единичных коэффициентов матрицы А** - с учетом деформаций изгиба и сжатия (растяжения).
РЕЗУЛЬТАТЫ
В результате решения систем уравнений (5) и (6) получены значения усилий сдвига 7,
л *
вычисленные для системы с матрицей А и
л **
матрицей а (таблица).
Сравнение полученных значений усилий сдвига для систем уравнений 5 и 6 указывает на серьезное перераспределение, особенно концевых усилий в швах, напрямую связанных с мощностью, конструкцией и размещением концевых гребенчатых соединений между отдельными бревнами составного прогона.
Несомненный интерес представляет также характер распределения нормальных напряжений в сечениях отдельных стержней составной конструкции и особенно в области сосредоточенных связей сдвига.
Таблица
Численные значения усилий сдвига, вычисленные для систем уравнений (5) и (6)
N° п/с. Обознсчении сиАметричных гслик усилпйГ сравнымс значениями Чимленные значения усилий Т, в kH
Пти А* при А
1 C1=VA7=TE 78!И 974
ИИ WC.^- Р19 573
И WT19_ТВ Р65 146
4 WE^ 21 84 -126
5 Т9=Т16 13 0
6 т10=т15 4 -1
Т АЫ„ЧС^4 -37 2
Т Т12=Т13 4 4
После определения усилий в связях сдви-га в оснпвно й системе без связей могут быть опред еневы во всех сечениях составляющих стержнеП продольные силы и изгибающие моменты.
В итоге к изгибающему зоменту отдельн ого зтержт осннвнбй системы неоНтодимз до ба-вить сумму моментзт от мсиниз сдмзга, прима-жанаых з данное зтеозню
М = М0 + Мт ,
'=1 ' (7)
а при определении продотьных сил следует учесть только сумму продольных сил от уси-онт сдвига
N
N =1 N1 ,
1 лозу
Полученные в результатералчета изгибикс щие моменты и продольнькт сите1 иуэетдс^т^^^в^^-ны в виде расчетных эпюр М с Мне |титутке 4.
Как видно из рисунка 4, телучитныт грао фики изменения изгибающих момент-т к прют дольных сил при вычислении ттремсщиний пб> формуле Мора (3) отличаются только значениями усилий.
Скачкообразный характир изчинения иини лий связан с условно приныоойсыгчениут схео мой, в которой сдвиги переыаютсяз иудгсо-средоточенных сил по центру соединительных элементов между отдельнымт с^ио|ии<зтм1к. Нс самом деле принятые гребеииалыи сои^иит ния растянуты по длине. ыо|зихид ыпюры мои ментов, например из зоны с оыложзтельиымо
моментами в зону с отрицательными моментами, происходит плавно, без резких скачков. Очевидно, плавный переход от левых продольных сил к правым через посредство соединительных элементов и наоборот отличает реальную картину распределения их от скачкообразного на рисунке 4. В данном случае значения усилий слева и справа от условных заделок в основной системе характеризуют напряженное состояние стержней составного прогона с некоторым запасом.
Согласно рисунку 4 наиболее напряженными сечениями являются сечения, расположенные слева и справа от центров приложения сосредохочену-1ч усилиИсдвлга ту о мезоб гит тзхтди соиредманчснгызмомсзтот из растя-к^С^чоз знты в ежлтуюыыну. Нугоисмые мисенис ет^вер, иак правиыт, ртнтечтосыжелные.
Пизверка питаносоы у усиилчивости анаи то-сзогиртых еелтaвний констф.кциб
проги на птт р^чч^т-! цт^ин^, не п|тб5Е!а^1з^аюс Lце!к п^ндк|гaоиен) чысоы4! илементт митгсм С] тсинзуоенпитпг(Ыс рмуле
+ ^ .^иУт о Ап] С fPиь М ■
(9)
Распределечте нормальных напряжений в характерных сечениях стержней составной конструкцто рассмктрнвеемого прогона показано на рисунке 5. При этом в обоих тхыттох маклтхслткыы заботия ыориаль-ины ибкигтозтош тии -оых екстетнын иачени-ох ни иыавышаюч счачлннын сoптoтуд4СнтУ К=15,7ЛМПа].
1
2
-ШМлД---5îkHMJI__ а 64кНмт s_ ^jgL^zM
~&\37кНм<$'18кНн\ÎMÎrS3 -86кНм[&__-5îkH»\M_-JkHm [fi_к I ____Щ-77кНм
3
-5кНм
I _ , —_.
52кНм | __кНм
4
W7 *■///* lfe 47 кНм Г
41кНм '41кНм
41кНм
| 62KHmq J
4Шм^27кНм1/кНм UKHMSUHm '^ЫКИН НКНМITKHM ® 4~6кНп"
q I -46кНм
а
4 I 51
-20кНм -12кНм \ -9кНм I - Z? *■//«
-49кНм
~UTkHM®
а -31кНм
-8 кНм \ -6 кНм I -8 кНм 16 кНм
-46 кНм
67 кНмЩ
56кНм
>0 кпп__&-34J<HM
ЪпШъбГкНм\®
■5М/1Ч
ii/rAW
-А, 68 Kh
8кНм t -6 кНм I -8 кНм
-46кНм
~\ШНм
q-34KHM l.j^i Й?/г//мТ F
-12кНм I -9кШ 1969 кН 2023кН
ТШъ 65 к68 кНм Г -49кНм 0 -31кНм _56кНм
е -ЗШ ШкНнЪ 67 кНмЩ~ 68 кНм г V
68кНм ~®67кНм 41Ш 785 кН »О*»»
~w
-12 кНм 1969кН
в
167 кНмЩ ifl/r/M ШкН 785кН
772 кН 772 кН
1384 кН 1384 кН я
1987кН 2037 кН -э-
1987 кН S-
1384 кН 1384 кН я
772 кН 772 кН
"i
7î5*//
1404 кН
®
©
1969 кН 4
ЖМ 51
1969 кН
1404 кН
785кН
б
Рисунок 4 - Итоговые расчетные эпюры изгибающих моментов и продольных сил:
а - сучетом только деформаций изгибастержней; б -ссовместнымучетомдеформацийрастяжения (сжатия)и изгибастержней
Figure4-Finalcalculated diagrams ofbending momentsand longitudinalforces:
a-takingintoaccountonlybendingdeformations; b - taking into account tension (compression) and bending deformations
Другими словами, представленная конструкция не исчерпала своей несущей спо-сабнккти иможят иметь Ролле эффмлтивные какамстры слчпаоР.
Вместе с тем точное определение единичных пекетещенжт ири еовместиом ичсие дт-
формаций изгиба и растяжения-сжатия ыка-зывает существенное влияние на значения ждеигающих-яилий в преияоррыж зонаа сж-атавногж стежжня(соглажаатаРлири1 разниц-
между Т и ТД* сесткыляет Жаееа РР%) и ны кансяяркциюсоояинитеоьтых элеменеал
Рисунок5-Распределениенормальныхнапряжений вхарактерных сеченияхстержней
составнойконструкциирассматриваемогопрогона: а -сучетом толькодеформаций от изгиба стержней; б -сучетомдеформацийрастяжения(сжатия)иизгибастержней
Figure5-Distributionofnormalstresses inthe characteristicsections ofthecomposite structure ofthegirder:
a - taking into accountonly the bendingdeformations;
b - takingintoaccount tension (compression) and bending deformations
а
б
О необходимости учета в расчетах составных прогонов деформаций изгиба и растяжения-сжатия свидетельствуют эпюры нормальных напряжений (рисунок 5, а), показывающие включение четырех независимо работающих на изгиб стержней (бревен) в сечении 1-1 в совместную работу на изгиб в сечении 5-5 попарно. Характер распределения нормальных напряжений без учета в расчетах влияния деформаций растяжения-сжатия не отражает совместную работу стержней на изгиб (рисунок 5, б).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основой повышения несущей способности конструкций из бревен является обеспечение совместной работы составляющих конструкцию составногопрогонабревен.
Применение бревенчатых прогонов в современных балочных мостах с пролетами более 7 м требует разработки специальных соединительных устройств. При этом соединение бревен по длине может быть выполнено посредством болтови стальныхнакладок.
В качестве соединительных элементов для
совместной работы бревен по высоте предложены гребенчатые соединения в виде системы глухих цилиндрических нагелей, защемленных в стальных пластинах.
Предложенный метод соединений позволяет перекрывать пролеты длиной 12-15 м из древесины вместо железобетонных конструкций.
В настоящей статье доказана необходимость обязательного учета в расчетах составных прогонов из бревен продольных деформаций, существенно влияющих на мощность и распределение соединительных элементов на сдвиг, а последних - на обеспечение совместной работы бревен.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Стуков В.П. Деревожелезобетонные балочные мосты: состояние, теория, исследования, проектирование: монография. Минестерство образования и науки Российской Федерации «Северный (Арктический) федеральный ун-т им. М.В. Ломоносова, 2014. 315 с.
2. Уткин В.А., Кобзев П.Н. Автодорожные деревянные мосты нового поколения: монография. Омск: Изд-во СибАДИ, 2004. 56 с.
3. Уткин В.А., Пузиков В.И., Шишова Т.А. О применении древесины для строительства мостов нового поколения в Омской области // Строительные материалы. 2006. №1. С.28-30.
4. Уткин В.А., Пузиков В.И., Кобзев П.Н. Опыт внедрения новых дощато-гвоздевых пролетных строений в дорожном строительстве Омской области // Дороги и мосты: сборник. ФГГУП, «Росдор-НИИ». М., 2008. Вып. 19/1. С.162-171.
5. Уткин В.А., Пузиков В.И., Казанцев Б.В., Каретников М.Ю. О применении древесины для строительства мостов // Сборник «Дороги и мосты». 2014. Выпуск 32/2. С. 127-142.
6. Уткин В.А., Синиговская Н.В. Исследование несущей способности составных прогонов с соединениями на глухих цилиндрических нагелях, защемленных в стальных пластинах // Вестник Си-бАДИ. Омск, СибАДИ. 2016. 5 (51). С. 134-145.
7. Уткин В.А., Кобзев П.Н., Шатунова Е.Г. Разработка и совершенствование балочных пролетных строений на основе составных прогонов из бревен // Вестник СибАДИ. 2018. Том 15, № 5. С. 760-773.
8. Рожко П.П., Кулиш В.И. Исследование несущей способности стальных нагелей в деревобе-тонных мостах // Труды ХабПИ. 1966. Выпуск 3. С. 21-26.
9. Кулиш В.И. Исследование работы и расчет на прочность деревожелезобетонных балок // В сб. «Строительство железных дорог и эксплуатация пути». Хабаровск, ХабИИЖТ, 1967. С. 120-127.
10. Шумахер А.В. Экспериментальное исследование жесткости нагельных связей, объединенных деревобетонных балок под действием многократно-повторной нагрузки // Сборник научных
трудов. Омск, Западно-сибирское издательство. 1970. № 2. С. 30-43.
11. Haakana P., Jutila A., Rautakorpi H., Salokangas L. Research project development of wood bridges, survey of source document. Exept of the Finnich Report Survey of background information. Helsinki University of Technology, Laboratory of bridge Engineering. 1993. no. 2. p. 46.
12. Wiio M., Jutila A., Makipuro R., Salokangas L., Wistbaka J. Research project development of wood bridges, literature survey of shear connections of wood-concret composite bridges. Helsinki University of Technology, Laboratory of bridge Engineering. 1994. no. 7. p. 14.
13. Makipuro R., Jutila A., Rautakorpi H., Salokangas L. Research project development of wood bridges, experimental studies of wood-concret shear connections. Helsinki University of Technology, Laboratory of bridge Engineering. 1994. no. 11. p. 26.
14. Смирнов П.Н. Сравнение методик расчета нагельных соединений деревянных конструкций. Отечественный и зарубежный опыт // Строительная механика и расчет сооружений. 2013. №6. С. 68-72.
15. Смирнов П.Н. Особенности работы нагельных соединений со стальными накладками и прокладками. Методика расчета // Строительная механика и расчет сооружений. 2015. №2. С. 19-25.
16. Никитин Г.В. К вопросу о влиянии жесткости узлов в пространственных стержневых системах // Сб. научн. тр. Ленингр. Ин-т инженеров коммун. хоз-ва. Л., 1936. Вып. 3. С.58-62.
17. Дмитриев П.А. Исследование прочности древесины на смятие в отверстии при кратковременном и длительном действии нагрузки // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1965. № 12. С. 165-173.
18. Лабудин Б.В. Совершенствование клееных деревянных конструкций с пространственно - регулярной структурой: монография. Архангельск: Изд-во АГТУ 2007. 276 с.
19. Лабудин Б.В. Расчет пространственных конструкций с учетом деформативной податливости связей (развитие идей П.А. Дмитриева, В.М. Коченова, В.А Лебедева, Г.В. Никитина и др.) // Известия вузов Строительство. №11-12/2013. С. 1-12.
20. Ржаницин А.Р Работа связей в составных стержнях // Текст. Научн. тр. МИСИ им. В.В. Куйбышева, 1938, №2. С. 29-32.
REFERENCES
1. Stukov V.P. Derevozhelezobetonnye balochnye mosty: sostojanie, teorija, issledovanija, proektirovanie: monografija [Wood concrete beam bridges: condition, theory, research, design: monograph]. 2014: 315. (in Russian)
2. Utkin V.A., Kobzev P.N. Avtodorozhnye derevjannye mosty novogo pokolenija: monografija. [Road wooden bridges of the new generation: monograph.]. Omsk: Izd-vo SibADI, 2004: 56. (in Russian)
3. Utkin V.A., Puzikov V.I., Shishova T.A. O primenenii drevesiny dlja stroitel'stva mostov novogo
pokolenija v Omskoj oblasti [On the Use of Wood for the Construction of New Generation Bridges in the Omsk Region]. Stroitel'nye materialy. 2006; 1: 28-30. (in Russian)
4. Utkin V.A., Puzikov V. I., Kobzev P.N. Opyt vnedrenija novyh doschato-gvozdevyh proletnyh stroenij v dorozhnom stroitel'stve Omskoj oblasti [Experience of introduction of new additional-nail overflights in road construction of Omsk region]. Dorogi i mosty: sbornik. 2008; 19/1: 162-171. (in Russian)
5. Utkin V.A., Puzikov V.I., Kazantsev B.V., Karetnikov M.Ju. O primenenii drevesiny dlja stroi-tel'stva mostov [On the use of wood for bridge construction]. Dorogi i mosty. 2014; 32/2: 127-142. (in Russian)
6. Utkin V.A., Sinigovskaja N.V. Issledovanie nesuschej sposobnosti sostavnyh progonov s soedinenijami na gluhih tsilindricheskih nageljah, zaschemlennyh v stal'nyh plastinah [Research of bearing capacity of composite girders with connections to the deaf cylindrical pins, clamped in steel plates]. Vestnik SibADI. 2016; 5(51): 134-145. (in Russian)
7. Utkin V.A., Kobzev P.N., Shatunova E.G. Development and improvement of beam structures on the basis of composite logs' girders. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2018;15(5):760-773. (In Russ.) https://doi. org/10.26518/2071-7296-2018-5-760-773
8. Rozhko P.P., Kulish V.I. Issledovanie nesuschej sposobnosti stal'nyh nagelej v derevobetonnyh mostah [Study of the bearing capacity of the steel pins in bridges]. Trudy HabPI. 1966; 3: 21-26. (in Russian)
9. Kulish V.I. Issledovanie raboty i raschet na prochnost' derevozhelezobetonnyh balok [Study of work and strength calculation of wood-concrete beams]. Stroitel'stvo zheleznyh dorog i 'ekspluatatsija puti. Habarovsk, HabIIZhT, 1967: 120-127. (in Russian)
10. Shumaher A.V. 'Eksperimental'noe issledovanie zhestkosti nagel'nyh svjazej, ob"edinennyh derevobetonnyh balok pod dejstviem mnogokratno-povtornoj nagruzki [Experimental study of the stiffness of the bolted connections of the combined wood-concrete beams under the influence of a multiple-repeated load]. Sbornik nauchnyh trudov. Omsk, Zapadno-sibirskoe izdatel'stvo. 1970; 2: 30-43. (in Russian)
11. Haakana P., Jutila A., Rautakorpi H., Salokangas L. Research project development of wood bridges, survey of source document. Exept of the Finnich Report Survey of background information. Helsinki University of Technology, Laboratory of bridge Engineering. 1993; 2: 46.
12. Wiio M., Jutila A., Makipuro R., Salokangas L.,Wistbaka J. Research project development of wood bridges, literature survey of shear connections of wood-concret composite bridges. Helsinki University of Technology, Laboratory of bridge Engineering. 1994; 7: 14.
13. Makipuro R., Jutila A., Rautakorpi H., Salokangas L. Research project development of wood bridges, experimental studies of wood-concret shear connections. Helsinki University of Technology, Laboratory of bridge Engineering. 1994; 11: 26.
14. Smirnov P.N. Sravnenie metodik rascheta nagel'nyh soedinenij derevjannyh konstruktsij. Ote-chestvennyj i zarubezhnyj opyt [Comparison of methods of calculation dowel joints of wooden structures. Domestic and foreign experience]. Stroitel'naja mehanika i raschet sooruzhenij. 2013; 6: 68-72. (in Russian)
15. Smirnov P.N. Osobennosti raboty nagel'nyh soedinenij so stal'nymi nakladkami i proklad-kami. Metodika rascheta [Features the work of pin joints with steel plates and gaskets. Method of calculation]. Stroitel'naja mehanika i raschet sooruzhenij. 2015; 2: 19-25. (in Russian)
16. Nikitin G.V. K voprosu o vlijanii zhestkosti uzlov v prostranstvennyh sterzhnevyh sistemah [To the question of the influence of the stiffness of nodes in spatial rod systems]. Sbornik nauchnyh trudov. 1936; 3: 58-62. (in Russian)
17. Dmitriev P.A. Issledovanie prochnosti drevesiny na smjatie v otverstii pri kratkovremennom i dlitel'nom dejstvii nagruzki [Study of the strength of the wood to crumple in the hole at short-term and long-term load]. Izvestija vuzov. Stroitel'stvo i arhitektura. 1965;12:165-173. (in Russian)
18. Labudin B.V. Sovershenstvovanie kleenyh derevjannyh konstruktsij s prostranstvenno- reguljarnoj strukturoj [Improvement of glued wooden structures with spatial and regulatory structure: monograph.]. Arhangel'sk: Izd-vo AGTU, 2007: 276. (in Russian)
19. Labudin B.V. Raschet prostranstvennyh konstruktsij s uchetom deformativnoj podatlivosti svja-zej (razvitie idej P.A. Dmitrieva, V.M. Kochenova, V.A Lebedeva, G.V. Nikitina i dr.) [Calculation of spatial structures taking into account the deformative compliance of Svya-zei (development of ideas of P.A. Dmitry, V.M. Kochenova, V.A. Lebedev, G.V. Nikitin, etc.)]. Izvestija vuzov Stroitel'stvo. 2013; 11-12/2013:112. (in Russian)
20. Rzhanitsin A.R. Rabota svjazej v sostavnyh sterzhnjah [Link work in composite rods]. Tekst. Nauchn. tr. MISI im. V.V. Kujbysheva. 1938; 2: 29-32. (in Russian)
ВКЛАД СОАВТОРОВ
Уткин Владимир Александрович - Формулирование цели, метод исследования, алгоритм расчета.
Кобзев Павел Николаевич - Анализ источников, редактирование статьи.
Шатунова Елена Геннадьевна - Расчет составных прогонов длиной 15 м. Оформление статьи.
AUTHORS' CONTRIBUTION
Vladimir A. Utkin - aim formulation; research method; calculation algorithm.
Pavel N. Kobzev - source analysis; manuscript editing.
Elena G. Shatunova - calculation of composite girder with a length of 15 m; manuscript structure.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Уткин Владимир Александрович - д-р техн. наук, проф. кафедры «Мосты и тоннели» ФГБОУ ВО «СибАДИ», ORCID ID 0000-0002-2044-3242 (644080, г. Омск, пр. Мира, 5, e-mail: prof.utkin@ mail.ru*).
Кобзев ID Павел Николаевич - канд. техн. наук, доц. кафедры «Мосты и тоннели» ФГБОУ ВО «Си-бАДИ», ORCID 0000-0003-0947-6227 (644080, г. Омск, пр. Мира, 5, e-mail: [email protected]).
Шатунова Елена Геннадьевна -магистрант, ИМА, СМ17-МА8 ФГБОУ ВО «СибАДИ», ORCID ID 0000-0001-9129-7898 (644080, г. Омск, пр. Мира, 5, e-mail: [email protected]).
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Vladimir A. Utkin - Dr. of Sci. (Engineering), Professor of the Bridges and Tunnels Department, Siberian State Automobile and Highway University, ORCID ID 0000-0002-2044-3242 (644080, Omsk, 5, Mira Ave., e-mail: [email protected]*).
Pavel N. Kobzev - Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor of the Bridges and Tunnels Department, Siberian State Automobile and Highway University, ORCID ID 0000-0003-0947-6227 (644080, Omsk, 5, Mira Ave., e-mail: [email protected]).
Elena G. Shatunova - Master, IMA, SM17-MA8, Siberian State Automobile and Highway University, ORCID ID 0000-0001- 9129-7898 (644080, Omsk, 5, Mira Ave., e-mail: [email protected]).
