Новые типы узлов сквозных конструкций с соединениями на стальных вклеенных пластинах

Размещено на http://www.allbest.ru/

5

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Оренбургский государственный университет»

НОВЫЕ ТИПЫ УЗЛОВ СКВОЗНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С СОЕДИНЕНИЯМИ НА СТАЛЬНЫХ ВКЛЕЕННЫХ ПЛАСТИНАХ

Жаданов В.И., д-р техн. наук, профессор,

Лисицкий И.И., преподаватель кафедры СК,

Пересыпкина В.А., магистрант кафедры СК

Исследования авторов посвящены опытно-конструкторским разработкам и экспериментальным исследованиям новых типов узлов сквозных конструкций из цельной древесины с соединениями на стальных вклеенных пластинах.

Сквозные конструкции из цельной древесины находят широкое применение как в отечественном, так и в зарубежном строительстве при перекрытии пролетов от 9 до 24 м жилых, общественных и производственных зданий. К их достоинствам относятся малый вес, простота и удобство монтажа, небольшая стоимость в сравнении с металлическими аналогами, простота доставки к месту строительства, возможность возведения покрытий со сложной конфигурацией кровли. Также деревянные сквозные конструкции обладают всеми общеизвестными преимуществами, присущими древесине как строительному материалу.

Для узловых соединений цельнодеревянных сквозных конструкций, как правило, используют гвозди, шурупы, винты, нагели, болты, разнообразные зубчатые пластины и шайбы [1]. Несмотря на множество типов вариантов узлов, все они, наряду со своими отличительными достоинствами, имеют и общие главные недостатки в виде ограниченной несущей способности и высокой деформативности. Устранение этих недостатков путем разработки новых способов соединения деревянных стержней сквозных конструкций является актуальной задачей, решение которой позволит повысить технико-экономические характеристики цельнодеревянных сквозных конструкций и будет способствовать расширению области их внедрению в практику отечественного строительства.

Для решения вышеназванной задачи, по аналогии с вклеенными в массив древесины арматурными стальными стержнями, обеспечивающими жесткость узлов [2], на кафедре строительных конструкций ОГУ предложено выполнить соединения деревянных конструкций на основе вклеенных элементов в виде стальных пластин. Такое решение позволяет легко проектировать все узловые соединения сквозных конструкций, исключить сварочные работы, являющиеся неотъемлемой частью выполнения соединений на вклеенных стержнях [3,4]. Однако до настоящего времени применительно к деревянным сквозных конструкциям опытно-конструкторские разработки таких узлов не выполнялись. Также не проводились экспериментальные исследования по оценке фактической несущей способности и деформативности узловых сопряжений сквозных конструкций, реализованных при помощи стальных вклеенных пластин.

На кафедре СК ОГУ разрабатываются соединения на основе стальных вклеенных пластин для различных сквозных деревянных конструкций. Примеры таких узлов показаны на рисунке 1.

Рисунок 1 - Примеры конструктивных решений опорного (а) и промежуточного (б) узлов цельнодеревянной сквозной конструкции в виде треугольной фермы.

По результатам проведенных разработок возникла необходимость проверки работоспособности предложенных вариантов узлов. Экспериментальным исследованиям подлежал опорный узел как наиболее ответственный и напряженный в составе сквозных конструкций. Образец для испытаний представляет собой треугольную конструкцию, с углом наклона верхних элементов 30? к нижнему поясу. Материал поясов - сосна 2-го сорта. Нижний пояс выполнен из бруса сечением 110х90 мм общей длиной 1700 мм. Верхние элементы выполнены из бруса сечением 90х90 мм общей длиной 540 мм каждый. Общий вид образца со схемой расположения механических приборов для определения основных и фибровых деформаций системы представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема опытного образца и размещения механических приборов.

Стальные элементы опорного узла представляют собой сварную конструкцию, которую образуют плоские вклеиваемые стальные стержни, фасонки, опорная площадка. Вклеиваемые стержни представляют собой пластины с размерами 300х50х5 мм. После сборки на образец устанавливали индикаторы с ценой деления 0,001 мм (электронные) и 0,01 мм (часового типа). Нагружение осуществлялось при помощи гидравлического домкрата ступенями по 0,10 от величины ожидаемой разрушающей нагрузки с выдержкой 5 минут на каждой ступени. Во время выдержки и перед нагружением снимались показания с приборов. При достижении величины 1,5 Р_разр приборы с образца были сняты. При проведении испытаний измеряли основные деформации системы, фибровые деформации древесины верхнего и нижнего поясов, горизонтальные и вертикальные сдвиги вклеенных пластин относительно древесины нижнего пояса. Испытания проведены до разрушения. Общий вид экспериментального образца и опорного узла показан на рисунке 3.

Рисунок 3 - Общий вид экспериментального образца (а) и исследуемого опорного узла (б).

Проведенные экспериментальные исследования показали следующее.

1. Рост деформаций и напряжений во всех контролируемых точках происходил практически пропорционально росту нагрузки, что позволяет утверждать об упругом характере деформирования узла.

2. При расчетной нагрузке среднеарифметические величины (трехкратное нагружение до расчетной нагрузки, два симметрично работающих узла) сдвигов вклеенных пластин относительно древесины нижнего пояса составили: в вертикальном направлении - 0,009 мм, в горизонтальном направлении - 0,004 мм. Данный факт говорит о малой деформативности предложенного конструктивного решения в сравнении с известными аналогами, за счет чего возможно существенно повысить жёсткость деревянных сквозных конструкций в целом.

3. Опытная конструкция узла разрушилась при вертикальной нагрузке на домкрате 12,8 т, что в 2,56 раза превышает расчетную величину. Процесс разрушения сопровождался скалыванием древесины вдоль волокон в гнезде вклейки пластин по шву клей-древесина. Полученный коэффициент безопасности можно считать достаточным для гарантии эксплуатационной надежности предложенного типа узлов при действии длительных нагрузок.

несущая способность деформация перекрытие древесина

Список литературы

1. Орлович, Р.Б. Тенденции в развитии соединений деревянных конструкций в строительстве за рубежом / Р.Б. Орлович , З. Гиль, П.А. Дмитриев // Известия ВУЗов. Строительство. - 2004. - № 11. - с. 4-9.

2. Турковский, С.Б. Клееные деревянные конструкции с узлами на вклеенных стержнях в современном строительстве (система ЦНИИСК)/ С.Б. Турковский, А.А. Погорельцев, И.П. Преображенская // - М.: РИФ «Стройматериалы», 2013. - 308 с.

3. Жаданов, В.И. К вопросу применения вклеенных металлических пластин в соединениях деревянных конструкций / Руднев И.В., Дмитриев П.А. // Строительная наука-2014: теория, образование, практика, инновации: сборник трудов Международной научно-технической конференции. - Архангельск: Изд-во ООО «Типография «Точка», - 2014. - с.309-314.

4. Руднев, И.В. Выдергивание стальных пластин, вклеенных в древесину. Аналитический расчет и эксперимент / И.В. Руднев, В.И. Жаданов // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. - Чебоксары. - 2015. - №3. - с. 9-18.

5. Лисицкий И.И. Способы повышения несущей способности соединений деревянных конструкций на стальных вклеенных пластинах / И.И. Лисицкий, В.И. Жаданов, И.В. Руднев, Д.А. Украинченко // Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2018. - №5. - С. 31 - 43.

Размещено на Allbest.ru