Пропозиції щодо перевірки позацентрово-вирішених вузлів стержньових конструкцій з клеєної деревини при складному напруженому стані

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 624.011

Пропозиції щодо перевірки позацентрово-вирішених вузлів стержньових конструкцій з клеєної деревини при складному напруженому стані

Кліменко В.З. к.т.н., професор, Михайловський Д.В., асистент (Київський Національний університет будівництва і архітектури, м. Київ)

Проведено аналіз роботи позацентрово вирішених вузлів трикутних розпірних систем та метало-дерев'яних ферм. Запропоновано додаткову перевірку міцності клеєної деревини в зоні вузлів при складному напруженому стані з врахуванням анізотропії матеріалу.

розпірний дерев'яний міцність анізотропія

Діючі зараз в Україні та й в більшості країн СНД норми проектування дерев'яних конструкцій 1 морально застарілі і не відповідають останнім досягненням прикладної науки. Тому виникла необхідність оновлення норм проектування з врахуванням останніх досягнень, що не поступаються світовому рівню. В одній з останніх робот Сєрова Є.Н. 2 запропоновано ряд ідей по поліпшенню існуючих норм проектування, наприклад, крім перевірок по максимальним напруженням, використовувати умову міцності, що буде враховувати всі компоненти напружень.

Вплив особливості напруженого стану клеєної деревини був відмічений не тільки на міцність гнутоклеєних елементів і різних типів з'єднань, а й на зниження несучої здатності деяких конструкцій. Мова йде про трикутні розпірні системи - МДА, які набули на початку останньої чверті минулого століття статусу типових. При розробці цих систем в них був застосований прийом позацентрового рішення вузлів для утворення розвантажуючого згинального моменту відносно моменту від місцевого навантаження. Конструктивно це досягається зміщенням рівнодіючої внутрішнього повздовжнього зусилля в елементах верхнього поясу на ексцентриситет - від осі елементів. Цей конструктивний прийом продемонстрував свою ефективність в полігональних фермах з брусів і був включений в будівельні норми і правила по проектуванню дерев'яних конструкцій і міститься в діючому нормативному документі 1.

Гребеневий вузол в системах МДА було вирішено косим лобовим упором, опорні вузли вирішені з застосуванням сталевих башмаків. Напевно достатньо ґрунтовних досліджень нових систем МДА не було проведено, тому досвід їх експлуатації виявився негативним [3]. Можливо це сталося внаслідок неякісного виготовлення конструкцій порівняно з експериментальними зразками, в яких особливість напруженого стану матеріалу не виявила себе в повній мірі. Відомі непоодинокі випадки відмови трикутних розпірних систем і металодерев'яних ферм прольотом ?18м, що застосовувались в Україні в 70-ті роки минулого сторіччя. Нерівномірне обминання деревини у вузлах вирішених лобовим упором елементів, на частині їх торців, викривлювало теоретичне значення ексцентриситету (виникав „плаваючий” ексцентриситет) і величину розрахункового згинального моменту.

Для збільшення надійності систем МДА було проведено ряд експериментальних досліджень в ЦНИИСК ім. Кучеренко, результати яких стали основою уточнення методу розрахунку вузлових з'єднань конструкцій з клеєної деревини, які увійшли до [4 (п. 5.29, 5.30)]. Була встановлена особливість напруженого стану клеєної деревини у вузлах при передачі зосереджених зусиль через металеві башмаки на частини торців елементів. Крім напружень стиску в деревині під башмаком вздовж або під кутом до волокон з'являються супутні їм поперечні напруження. Такій напружений стан клеєної деревини в зоні вузлів кардинально відрізняється від існуючих до цього уяву про роботу вузлів. В [4] запропоновано виконання обов'язкових перевірок міцності клеєної деревини на зминання, стиск вздовж волокон, стиск або розтяг впоперек волокон, та на сколювання. Запропоновані розрахункові формули відрізняються від формул СНиП тим, що до них увійшли емпіричні коефіцієнти. Ці коефіцієнти враховують концентрацію напружень в опорних вузлах дерев'яних конструкцій з клеєної деревини з позацентровим вирішенням вузлів і визначаються за відповідними графіками (наведеними в [4]). Ці перевірки окремих напружень збільшили надійність конструкцій в цілому, але не змогли гарантувати її повністю. Про це свідчать непоодинокі випадки відмови конструкцій.

Наміри підвищити ефективність позацентрового рішення вузлів призводили до зменшення висоти упорної площадки башмаків. Стабільний характер руйнування клеєної деревини у вузлах від сколювання вздовж волокон змушує застосовувати підсилення зони вузлів. Насправді відбувалося розколювання деревини від сумісних дій дотичних напружень і напружень розтягу впоперек волокон. Конструктивне підсилення клеєної деревини в зоні вузлів не впливає на появу СНС. При цьому практичне виконання підсилення значно ускладнено внаслідок недостатності простору для його здійснення (наприклад з застосуванням похило-вклеєних стержнів).

Перевірка несучої здатності по окремим напруженням виявилась недостатньою для забезпечення гарантованої міцності клеєної деревини. Матеріал в зоні вузлів знаходиться в складному напруженому стані (СНС), при якому міцність клеєної деревини значно менша в порівнянні з міцністю при дії самостійно окремих напружень.

Найкращим чином СНС можна представити у вигляді поверхні несучої здатності (рис. 1), що являє собою геометричне місце точок, що відповідають напруженому стану деревини при спільній дії в ній різних розрахункових напружень.

Рис. 1. Поверхня несучої здатності деревини

В роботах Дмітрієва П.А. 5, 6 відмічається, що однією з причин відмови опорних вузлів трикутних розпірних систем є виникнення небезпечних концентраторів напружень вздовж волокон, впоперек волокон та дотичних. В цих же роботах докладно досліджено вплив на концентрацію напружень жорсткості штампів. Там же запропоновано виконувати крім перевірок міцності по окремим напруженням перевірки міцності за критерієм Норриса 7, 8

,

в якому - відповідно нормальні напруження при згині, дотичні напруження, поперечні напруження; - граничні напруження відповідно вздовж волокон, при сколюванні і впоперек волокон.

Перевірки за критерієм Норриса для деяких випадків (жорсткість штампів) показують, що міцності при врахуванні сумісної дії різних напружень не вистачає, але при цьому перевірки по окремим напруженням виконуються. В роботах Дмітрієва П.А. відмічається обмеженість використання формули Норриса. В роботі Орловича Р.Б. [9] напружений стан матеріалу в зоні вузлів визначається як квазіоднорідний. Напружений стан клеєної деревини в зоні вузлів визначається як складний в роботах Фурсова В.В. [8] та багаточисельних роботах одного з авторів цієї статті [11, 12, 13].

В останніх роботах авторів цієї статті неодноразово згадувалось про необхідність обов'язкової перевірки СНС клеєної деревини в зоні вузлів трикутних розпірних систем. Так в роботі [14] наведено умову міцності для перевірки складного напруженого стану у вигляді

,

де та - сталі коефіцієнти, що залежать від фізичних властивостей деревини і враховують анізотропність матеріалу. Але не всі необхідні властивості деревини, що потрібні для обчислення цих коефіцієнтів наведені в нормах проектування. Для їх визначення слід провести додаткові експериментальні дослідження з внесенням до нормативних документів.

Автори глибоко впевнені в переконанні імперативності розрахунку клеєних дерев'яних конструкцій по СНС та внесення доповнення до розрахунку по нормам проектування. Більш того, вони вважають, що цей розрахунок може ввійти в норми проектування що підвищить надійність конструкцій із клеєної деревини.

Література

1. СНиП ІІ-25-80 Деревянные конструкции. / Госстрой СССР - М.: Стройиздат, 1982.-66с.

2. Серов Е.Н. Современные воззрения на оценку прочности КДК и пути совершенствования норм их проектирования. / Сб. научных трудов «Современные строительные конструкции из металла и древесины.» Одесса. 2007. с.178-181.

3. Состояние и перспективы применения строительных деревянных конструкций в Украине./ В.А. Пермяков, В.З. Клименко. - К.: АБУ, Часопис Економіка будівництва, №4, 2005. - С.36-41.

4. Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП ІІ-25-80) / ЦНИИСК им. Кучеренко. - М.: Стройиздат, 1986. - 216с.

5. Дмитриев П.А., Михайленко О.А. О работе и расчете опорных узлов деревометаллических треугольных безраскосных ферм. (Сообщение 2) / Известия вузов. Строительство. - 2003. - №1 - с.4-9.

6. Дмитриев П.А., Михайленко О.А. О работе и расчете опорных узлов деревометаллических треугольных безраскосных ферм.//Сб. „Современные строительные конструкции из метала и древесины. Одесса. - 2003. С. 87-95.

7. Справочное руководство по древесине. Пер. с англ. - М., Лесная промышленность, 1979. Wood HANDBOOK. Wood as an engineering material. By Forest Products Laborаtory Forest Servise. U. S. Depаrtment of Agriculture, 1974.

8. Справочник по древесиноведению, лесоматериалам и деревянным конструкциям. Пер. с англ. М.-Л., Гослесдумиздат, 1959. Wood HANDBOOK. Basik information on wood as a material of construction with data for its use in desion and specification. Prepared by the Forest Products Laboratory Forest Servise. U. S. Depаrtment of Agriculture, 1955.

9. Орлович Р.Б., Найчук А.Я., Микитин В.И. Экспериментальные исследования несущей способности клееных деревянных арок в зоне коньковых узлов.//Известия вузов. Строительство и архитектура. -1983, №4. -С. 19-22.

10. Фурсов В.В. К рас чету клееной древесины в условиях сложного напряженного состояния.//Сб. . „Современные строительные конструкции из метала и древесины. Одесса. - 1999. С. 216-220.

11. Клименко В.З. Методические рекомендации по расчету строительных конструкций из клееной древесины с учетом сложного напряженого состояния материала. - К.: КИСИ, 1989. - 50 с.

12. Клименко В.З. Об уточнении расчета стрельчатых арок из клееной древесины.//В кн.: Легкие покрытия зданий. Ростов-на-Дону. 1984. - С. 63-69.

13. Клименко В.З. Методические рекомендации по расчету строительных конструкций из клееной древесины с учетом сложного напряженого состояния материала. - К.: КИСИ, 1989. - 50 с.

14. Клименко В.З., Михайловский Д.В. Расчетные условия несущей способности конструкций из клееной древесины при сложном напряженном состоянии / Сб. научных трудов «Современные строительные конструкции из металла и древесины.» Одесса. 2007. с.75-81.

Размещено на Allbest.ru