CC BY
6Усовершенствование методики испытаний узлов конструкций из цельной древесины
Клюкин Александр Александрович
старший преподаватель, Московский Государственный Строительный Университет, mgsu58@mail.ru
Приводится описание обновленной конструкции узлов сборных элемента из цельных брусьев, используемых для соединения укрупнительной сборки несущих элементов больших пролетов; как в промышленных, так и в быстровозводимых гражданских зданиях. Кратко описана обновленная методика и ход испытаний, краткие результаты исследований. Описаны недостатки прошлых исследований, нецелесообразность использования сложных схем измерительных приборов. Описаны процессы происходящие с отдельными элементами узла на последних этапах испытания и при запроектных нагрузках при разрушении. Сделаны выводы на основании неточности предыдущих расчетов и использовании старой методики проведения испытаний крупноразмерных образцов. Предложено использование упрощенных методов измерения и приборов контроля за испытаниями. Описываются меры защиты данных соединений от воздействий окружающей среды и порядок монтажа данных узлов. Даны рекомендации по усовершенствованию конструкции узла перегиба с целью повышения его несущей способности и живучести при запроектных нагрузках.
Ключевые слова: цельнодеревянные конструкции, образцов из цельной древесины, жесткие вставки, соединительные элементы, тензометрические датчики, тензорозетки,основной цикл нагружения, полимерцемент.
В данной статье рассмотрены рекомендации по усовершенствованию методики испытаний узлов элементов из цельной древесины, используемых для строительства купольных и шатровых покрытий большепролетных зданий[1]. Проведен разбор и устранение ошибок и недостатков предыдущих испытаний. Были повторно испытаны образцы узлов из цельной древесины в натуральную величину. Шести метровые образцы треугольного очертания с жестким узлом в коньке были преобразованы в более мобильные элементы с тем же поперечным сечением 150х450мм. Стык коротких элементов выполнен при помощи металлического футляра. Ввинченные стержни в качестве основных связей между элементами были сохранены. Поменялось направление стержней. Готовый образец показан на рис. 1. В данных испытаниях изучалась работа трех образцов.
Рис.1. Готовый образец. Общий вид.
о см о см
сч
о ш т
X
3
<
т О X X
Задачи исследований: 1) оценить несущую способность узлов элементов без привязки к целой конструкции 2) оценить повторяемость результатов испытаний для создания статистики по данному типу узла 3) дать рекомендации по усовершенствованию методики испытаний, и мерам защиты элементов от воздействия окружающей среды.
Для испытаний было выполнено три образца уменьшенной длинны, каждый по 2 метра. Перегиб в середине пролеты был сохранен, отклонение от центральной оси составило 150 Угол перегиба в узлах подобран таким образом, чтобы при большом пролете арка из прямолинейных цельнодеревянных элементов была вписана в окружность. Размеры образцов были ограничены длиной стальных футляров.
Испытания проходили на полигоне НИУ МГСУ. В качестве измерительных приборов было принято решение использовать индикаторы часового типа и электронные прогибомеры и тензодатчики рис.2. Точности измерения данных приборов достаточно в рамках данных исследований.
Рис.2. Расположение тензодатчиков с длинной базой.
Тензорозетки не использовались, т.к. при испытаниях узлов из отдельных брусьев данная постановка датчиков не показывает их совместную работу.
Для загружений использовалась установка NTS, с применением гидропресса рис.3.
основание силового пола покрывалось специальным составом. Таким образом сцепление между поверхностями сводилось к минимуму[3].
Основными показаниями при испытаниях были деформации сдвига между элементами, ширина раскрытия трещин и прогибы в середине пролета рис. 3.
На последних этапах при критичных значениях нагрузки сдвиг между деревянными брусьями был в несколько раз меньше чем в середине пролета полноразмерных образцов. Это является первым признаком жесткости узла. Главным на данном этапе были деформации в металле и образование трещин в полимерце-менте от сжимающих и растягивающих усилий по кромкам рис.4. По Нижнему и верхнему поясам футляра началось образование складок. Ввинченные стержни вышли из своих отверстий наружу, но не критично, без срыва по резьбе. Это было достигнуто сменой направления стержней и новой схемой раскладки по узлу.
Рис.3. Испытательный стенд NTS
При первоначальных испытаниях полноразмерных образцов (6м) разрушение происходило по древесине в приопорных участках. Несущая способность жесткой вставки(стального футляра) при этом не была раскрыта в полной мере. Сам футляр практически не раскрылся при критических нагрузках, разрыва по металлу не удалось добиться. Было принято решение провести новые испытания, для усовершенствования методики, ее отработки и создания статистики.
До начала основного цикла нагружения выполнялся пригруз конструкции пока не выровнялись все показания на приборах. На данном этапе был получен условный ноль,- точка отсчета для дальнейших этапов
Узлы нагружались циклично с разгрузкой до условного нуля. Шаг нагружения был получен в результате предварительного ручного расчета[2] и расчета в ПК LIRA. Нагружение и разгрузка выполнялись с постоянной скоростью. Для передачи нагрузки от испытательного стенда через гидропресс к узлу была изменена оснастка и расчетная схема передачи усилий на узел. Теперь это была не равномерно-распределенная нагрузка, а сосредоточенная. Нагрузка прикладывалась к коньку в середине пролета. Упоров и затяжки как при первоначальных испытаниях не было. Чтобы избежать реакции распора от силы трения опорные участки узла закреплялись на металлических салазках, а стальное
Рис.4. Сдвиг и образование трещин в узле перегиба.
Разрушение всех узлов проходило по одинаковому сценарию. По растянутой зоне. В верхней(сжатой) зоне узла не было критичного смятия древесины и разрушение полимерной части. В нижней(растянутой) зоне происходил разрыв стального футляра и частичное разрушение полимерного заполнителя рис.5.
Рис.5. Вид образца после разрушения.
В результате проведенных испытаний можно дать следующие рекомендации: 1) для полного изучения несущей способности конструкции, характера ее работы и разрушения необходимо проводить дополнительные испытания отдельных укрупнительных стыков, 2)для более стабильной работы стального футляра и для повышения жесткости всего узла перегиба необходимо добавить дополнительные связи между поясами в виде укосин, поменять раскладку и направление ввинченных
X X
о
го А с.
X
го m
о
2 О
м о
стержней, 3)для уменьшения неблагоприятного воздействия на узлы окружающей среды необходимо выполнять пропитку древесины специальными защитными составами, 4)в местах соприкосновения металла и древесины необходимо предусмотреть гидроизоляцию[4], 5)сборку и сварку элементов футляра необходимо проводить отдельно от собранных деревянных «ветвей» конструкции.
В данный момент ведется сравнительный анализ теоретического расчета и результатов всего комплекса испытаний. Но даже сейчас можно сделать вывод о том, что данная конструкция имеет большой потенциал в строительстве. Есть большой ресурс по усовершенствованию данных узлов и повышению несущей способности.
Литература
1. Пятикрестовский К.П. Пространственные конструкции покрытий из древесины. М-во образования и науки Росс. Федерации, ФГБОУ ВПО «Моск. Гос. Строит. Унта.- Москва : МГСУ, 2012. - 106 с.
2. Пятикрестовский К. П. Нелинейные методы механики в проектировании современных деревянных конструкций : монография / К.П. Пятикрестовский ; М-во образования и науки Росс. Федерации, Моск. Гос. Строит. Ун-т. Москва : МГСУ, 2014. 320 с. ISBN 978-5-7264-09719
3. Рекомендации по испытанию соединений деревянных конструкций / ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. - М.: Стройиздат, 1980 - 40 с.
4. СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции»
Improving the testing methodology of solid wood structural units
Klyukin A.A.
Moscow State University of Civil Engineering
The description of the updated design of assemblies of prefabricated elements from solid beams used to connect the enlargement assembly of bearing elements of large spans; both in industrial and in prefabricated civil buildings. The updated methodology and test progress, brief research results are briefly described. The shortcomings of past studies, the inappropriateness of using complex circuits of measuring instruments are described. The processes occurring with individual elements of the assembly at the last stages of the test and during beyond design basis loads during failure are described. Conclusions are drawn on the basis of the inaccuracy of previous calculations and the use of the old methodology for testing large-sized samples. The use of simplified measurement methods and test monitoring instruments is proposed. Describes measures to protect these compounds from environmental influences and the installation procedure of these nodes. Recommendations are given on improving the design of the inflection unit in order to increase its bearing capacity and survivability under beyond design loads.
Key words: solid wood constructions, solid wood samples, rigid inserts, connecting elements, strain gauges, tensor sockets, main loading cycle, polymer cement.
References
1. Pyatikrestovsky K.P. Spatial construction of wood coatings. M-in
education and science Ross. Federation, FSBEI HPE Mosk. Gos. Builds. Un-t. "- Moscow: MGSU, 2012. - 106 p.
2. Pyatikrestovsky KP Non-linear methods of mechanics in the design of modern wooden structures: monograph / K.P. Pyatikrestovsky; M-in education and science Ross. Federation, Mosk. Gos. Builds. Un-t. Moscow: MGSU, 2014.320 s. ISBN 978-5-7264-0971 -9
3. Recommendations for testing compounds of wooden structures /
TSNIISK them. V.A. Kucherenko. - M.: Stroyizdat, 1980 - 40 p.
4. SP 64.13330.2017 "Wooden structures"
о
CS
о
CS CS
о ш m
X
3
<
m О X X
