Сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований натурной арки из клееной древесины

Изучение иранского опыта применения клееной древесины в жилищном и сельскохозяйственном строительстве. Анализ результатов испытаний треугольной безраскосной металлодеревянной фермы пролетом 12 метров. Определение предела длительного сопротивления.

Рубрика Строительство и архитектура
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 29.06.2017
Размер файла 477,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований натурной арки из клееной древесины

В.В. Фурсов, М. Пурязданхах, А.Н Бидаков

В настоящее время Иран разрабатывает программу по применению клееной древесины в жилищном и сельскохозяйственном строительстве [1]. Нормативная база страны ориентирована на требования Еврокодов. Как известно, согласно EN-408 [2] основным видом испытаний клееных деревянных конструкций принят изгиб, причем сечения испытуемых моделей максимально приближены к реальным размерам. В настоящей статье обсуждаются результаты испытаний трехугольной безраскосной металлодеревянной фермы пролетом 12м. В отдельных источниках такая система носит название треугольной арки с затяжкой с прямолинейными клееными верхними поясами. Нижний пояс (затяжка) выполнена из двух стальных элементов углового профиля. Для обеспечения проектного положения затяжки крепят к верхним поясам на подвесках. Расстановка подвесок регламентируется условиями гибкости нижнего пояса, а также расположением подвесных балок [3, 4], например, при наличие чердачного перекрытия. Верхние пояса таких систем работают на внецентренное сжатие, либо на продольный изгиб, а в расчетах могут быть рассмотрены, как наклонно поставленные балки [5, 6]. Существуют два пути совершенствования таких конструкций: а) сопряжение узлов со смещением центра тяжести ниже нейтральной оси (т.е. создание искусственного эксцентриситета); б) симметричное, либо одностороннее армирование верхних поясов арок [7, 8].

В рамках содружества с БелНии (Брест, Белоруссия) нам представилась возможность проведения испытаний, натурной арки из клееной древесины, изготовленной по нашему проекту в цехе научно-исследовательского института. В качестве верхнего пояса использовался клееный брус поперечным сечением 140 х 280 мм. Узлы решены с помощью металлических башмаков. Верхний узел выполнен в виде лобового упора и парных боковых накладок. Затяжка представляет собой пару металлических уголковых профилей L50х5 которые приварены к стальным опорным башмакам. Для уменьшения изгибающих моментов устроен искусственный эксцентриситет посредством смещения упорного швеллера на 60 мм ниже нейтральной оси в нижнем узле и подрезкой на ту же величину в верхнем. Нагружение арки производилось домкратами грузоподъемностью 20т, установленными на стальную распределительную траверсу силовых рам в четвертях пролета. Общий вид испытания арки показан на рис.1.

Рис. 1 Общий вид испытаний

В качестве измерительной аппаратуры использовались прогибомеры, индикаторы часового типа, а также датчики активного сопротивления базой 20 мм, и сопротивлением около 200 Ом, ориентировочными в виде розетки и подключенными к АИД-1. Общее количество датчиков составило около 60 штук. Схема расположения датчиков и измерительной аппаратуры в арке приведена на рис.2.

Рис. 2 Схема загружения арки и расположение измерительной аппаратуры

В процессе эксперимента фиксировалась влажность по всем поверхностям поясов, которая колебалась от 12 до 14 %, а также замерялась температура помещения, составившая в процессе эксперимента +20ЃЂ22Ѓ‹ С [2]. При этом относительная влажность в лаборатории не превышала 60%. После трехкратного нагружения и разгружения арки с шагом -0,5т до 1,5т (что составляло около 25 % от разрушающей нагрузки) было осуществлено основное испытание арки. Нагружение осуществлялось ступенчато с шагом - 1т. Поскольку, в следствии прямолинейности поясов, одностороннее нагружение в отличие от криволинейных арок, не вызывают появления момента на ненагруженном поясе арок одностороннее их загружение не рассматривалось.

Перед испытаниями нами были осуществлены поверочные статические расчёты модели треугольной арки. Перед экспериментом в ручном режиме с помощью методов строительной механики были определены внутренние усилия M, N и Q для всех элементов сечений модели. Ручной счёт был подвержен экспертизе на расчётно-аналитическом комплексе SCAD Soft и с помощью постпроцессора «Декор».

По результатам расчёта при нагружения 6Тс, получены следующие результаты в соответствующих сечениях:

Сечение 1-1; Mх= -0,364(т.м) Nх= -11,03(т) Qх=3,32(т)

Сечение 2-2; Mх= 5,034(т.м) Nх= -9,564(т) Qх=0,324(т)

Сечение 3-3; Mх= -0,204(т.м) Nх= -8,365 (т) Qх=-3,32(т)

Разрушение пояса произошло при нагрузке 6,5 т и сопровождалось разрывом волокон в нижних зонах верхнего пояса (рис.3).Одновременно с разрушением пояса произошло разрушение монтажных накладок, соединяющие пояса в коньковом узле.

Обработанные результаты показаний датчиков позволили получить в поперечных сечениях графики нормальных и касательных напряжений при одинаковой нагрузке в сечениях 1-1 (близко к опорной части) и 2-2 (под местом приложения нагрузки).

Рис. 3 Общий вид поясов арки после испытаний

Обработка показаний измерительной аппаратуры позволила построить графики прогибов балки, представленные на рис.4.

Рис. 4 Прогиб в поясах арки (сечение 2-2)

Таблица № 1

Результаты экспериментальных исследований арок

сечение

Размеры

напряжении и деформации при уровня нагружения

b

(мм)

h

(мм)

L

(мм)

3т (30кН)

6 т (60кН)

ух

(кг/см2)

фху

(кг/см2)

f

(мм)

ух

(кг/см2)

фху

(кг/см2)

f

(мм)

1-1

140

280

6462

23,9

0,5

1,6

90,7

12,2

14

2-2

140

280

6462

135

5,3

37,35

247,7

5,87

72,7

Дополнительно был произведен расчёт с помощью аналитического расчётного комплекса SCAD, а также использовался более мощного комплекса ANSYS. При этом геометрические и физические характеристики принимались следующими:

E0=105 (Kg/cm2); E90=4000 (Kg/cm2); G=5000(Kg/cm2); µxy=0,45; µyx =0,018

Общее количество конечных элементов для не армированной арки 159642 КЭ. Поля напряжений в поясах арки приведены на рис.5.

а)б)

Рис. 5 Поля напряжения в поясе арки: а)ух при нагрузке 6 т, б) фху при нагрузке 6 т

По результатам исследований были составлены таблицы по сравнению расчётных теоретических и экспериментальных данных

Таблица № 2

Результаты статического расчёта арки

Размеры

напряжении и деформации при уровня нагружения

b

(мм)

h

(мм)

L

(мм)

3т (30кН)

6 т (60кН)

ух

(кг/см2)

фху

(кг/см2)

f

(мм)

ух

(кг/см2)

фху

(кг/см2)

f

(мм)

Ар-с

140

280

6462

134,2

3,94

18,6

249,2

11,36

79,6

Ар-а

140

280

6462

143,5

5,1

25,8

225,5

10,2

78,6

Примечания: Данные приведены для сечения 2-2 (смотри на рис.2)

Здесь: Ар-с Результаты статического расчёта арок, Ар-а Результаты статического расчёта арок на программном комплексе ANSYS.

Данные расчета на комплексе «ANSYS» практически совпадают с результатами экспериментального исследования, как по нормальным, так и по касательным напряжениям (разница в различных сечениях 1,5 ч2,6%).

Выводы

клееный древесина ферма строительство

Натурные испытания треугольной арки с прямолинейными клееными верхними поясами показали до нагрузки (3т), составляющей несколько менее 50% от разрушающей, стабильную и устойчивую работу. Предел длительного сопротивления, как известно, составляет примерно половину от предела прочности. Разрушения конструкций произошло от разрыва нижних волокон верхнего пояса при нагружении в 6,5 т в каждой точке их приложения. Прогибы верхнего пояса арки при нагрузке 3т находились в пределах регламентируемых нормативными документами. Нормальные напряжения, по форме и по значениям отвечали как расчетам по нормам (расхождения 5,2ч7,1 %), так и соответствовали результатам, полученным при использовании расчетно-теоретической программы «ANSYS». При этом эпюры касательных напряжений в опорном узле и вблизи него (сечение 1-1) имеет ассиметричную форму, а в зонах под нагрузкой (сечение 2-2) описывались трехзначной эпюрой. К сожалению, не удалось технически осуществить армирование клееного верхнего пояса.

Проведенные ранее испытания односторонне армированных дощато-клееных балок [9, 10] показали, что даже при пониженном проценте армирования (менее 0,5 %) несущая способность повышалась в среднем на 17ЃЂ26%.

Литература

1. Robert Jyhvyl; Translator: Ghanbar Ebrahimi - Housing and Building Research - Volume 2 - Edition 1, 1986, 354 p.

2. EN 408. "Timber structures--Structural timber and glued laminated timber--Determination of some physical and mechanical properties." British Standards Institute (2003).

3. Gotz K.H., Hoor D., Mohler K., Natterer J. Holzbau Atlas. Munchen, 1978, 272 p.

4. Кислый В.В. Деревянные клееные конструкции: информационно-справочное сопровождение [Электронный ресурс] // Строительный эксперт, №9. 2003, Режим доступа: http://www.proektstroy.ru/publications/view/5271 (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус

5. Найчук А.Я., Серов Е.Н., Захаркевич И.Ф. Некоторые особенности расчета клееных деревянных конструкций [Текст]. Там же, Брест, 2009 г. С. 212-218.

6. Найчук А.Я. Клееная древесина - строительный материал будущего [Электронный ресурс] // Архитектура и строительство» - 2009 г. №3 (202)., Режим доступа: http://ais.by/story/1942 (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус.

7. Стяпин Р.А. Унификация изгибаемых клееных деревянных конструкций по принципу подобия [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона» 2013, №2, - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n2y2013/1608 (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус.

8. Василькин А.А., Рахмонов Э.К. Системотехника оптимального проектирования элементов строительных конструкций [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона» 2013, №4, - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n4y2013/2203 (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус.

9. Пурязданхах М. Исследование не симметрично армированной балки из клееной древесины натурных размеров [Текст] // КОМУНАЛЬНЕ ГОС- ПОДАРСТВО МІСТ. Харків: ХНУГХ, 2013. Вип. 110. С. 39-44.

10. Фурсов В.В. Пурязданхах М. Бойко Т.К. Экспериментальное исследование натурных балок из клееной древесины [Текст] // Науковий вісник будівництва. Харків: ХНУБА, 2013. Вип.73. С. 175-179.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Пиломатериалы из древесины хвойных пород, отборного сорта. Изготовление клееной массивной древесины. Типы столярных плит. Получение и применение фенолоформальдегидных смол. Характеристика гитары как изделия из древесины. Свойства лакокрасочных материалов.

    контрольная работа [396,2 K], добавлен 17.06.2009

  • Конструктивное решение покрытия. Расчет рабочего настила на первое и второе сочетание нагрузок. Материал для изготовления балок. Расчетные сопротивления древесины. Проверка прочности, устойчивости плоской фермы деформирования и жесткости клееной балки.

    курсовая работа [556,5 K], добавлен 04.12.2014

  • Расчёт клееной утеплённой плиты покрытия с фанерными обшивками. Оценка плиты на прочность. Расчёт треугольной металлодеревянной фермы с клеёным верхним поясом покрытия складского здания. Мероприятия по защите деревянных конструкций от возгорания, гниения.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 02.05.2012

  • Применение древесины в строительстве, оценка ее положительных и отрицательных свойств. Средства соединения элементов деревянных конструкций. Расчет конструкций рабочей площадки, щита и прогонов кровли, клееной балки, центрально-сжатой стойки (колонны).

    курсовая работа [306,1 K], добавлен 12.03.2015

  • Определение геометрических параметров и показателей внешнего вида. Влажность древесины деталей оконных рам. Определение предела прочности при статическом изгибе и угловых соединениях. Определение предела прочности древесины при сжатии вдоль волокон.

    лабораторная работа [21,3 K], добавлен 12.05.2009

  • Разновидности и особенности древесных пород. Характеристика строения древесного ствола. Описание наиболее распространенных пороков древесины. Загнивание и возгорание древесины, способы защиты. Область применения полуфабрикатов и конструкций из древесины.

    реферат [2,6 M], добавлен 07.06.2011

  • Сведения о древесине: достоинства, недостатки, качество, область применения. Физические и механические свойства древесины, методы повышения ее долговечности. Свойства модифицированной древесины; полимеры-модификаторы. Строительные изделия из древесины.

    реферат [202,9 K], добавлен 01.05.2017

  • Определение характеристик клеефанерной панели. Проверочный расчет прочности и жесткости. Расчет треугольной арки с затяжкой. Сбор нагрузки на стойку. Расчет прикрепления стойки к фундаменту. Защита деревянных конструкций от гниения и возгорания.

    курсовая работа [502,7 K], добавлен 09.03.2013

  • Дерево как материал XX века в органической архитектуре и способ гуманизации городской среды. Развитие деревянной архитектуры в России: совершенствование конструкций, индустриальные методы строительства. Многофункциональное использование клееной древесины.

    реферат [3,6 M], добавлен 07.07.2014

  • Ограждающие конструкции покрытия для неотапливаемого здания. Определение нагрузки на м2 горизонтальной проекции здания. Расчет спаренного прогона, на который опирается двойной дощатый настил. Определение несущей конструкции покрытия в виде клееной балки.

    курсовая работа [5,3 M], добавлен 12.03.2013

  • Расчет трехшарнирной дощатоклееной рамы с зубчатым соединением стоек и ригеля. Геометрические размеры рамы. Проверка рамы на устойчивость плоской формы деформирования. Расчет опорного узла. Основные мероприятия по защите древесины от гниения и возгорания.

    курсовая работа [954,6 K], добавлен 15.10.2010

  • Значение древесины в обыденной жизни и технике. Механические, физические, химические свойства древесины. Прочность, твёрдость и износостойкость. Абсолютная и относительная влажность древесины. Разбухание древесины, усушка, гигроскопичность, коробление.

    презентация [1,9 M], добавлен 03.05.2015

  • Компоновка сборного железобетонного каркаса здания с установлением геометрических параметров. Определение нагрузок на раму и ее статический расчет. Конструирование фундамента под колонну. Расчет предварительно напряженной безраскосной фермы пролетом 18 м.

    курсовая работа [375,9 K], добавлен 13.12.2009

  • Характеристика здания, его шатровая функция над хоккейным кортом. Особенности расчетов панели, подбор сечений, геометрическая схема фермы. Сущность ответственности при эксплуатации деревянных конструкций, методы предотвращения гниения древесины.

    дипломная работа [450,3 K], добавлен 09.11.2010

  • Достоинства и недостатки древесины. Классификация оборудования сушильных устройств. Ограждение сушильных камер. Камеры непрерывного действия с противоточной циркуляцией. Техника безопасности при выполнении сушки. Защита древесины, консервирующие вещества.

    реферат [1,0 M], добавлен 02.12.2010

  • Роль легких строительных деревянных конструкций в строительстве. Выбор конструктивной схемы, расчёт щита с двойным перекрёстным настилом. Анализ нагрузок на спаренный неразрезной прогон. Расчёт клеефанерной панели покрытия, треугольной трехшарнирной арки.

    курсовая работа [141,0 K], добавлен 09.12.2011

  • Анализ этапов подготовки поверхности к отделке изделия: шпатлевание, шлифование и крашение древесины. Ознакомление со свойствами и методами изготовления лакокрасочных покрытий, пленочных и листовых материалов, декоративных бумажно-слоистых пластиков.

    контрольная работа [35,6 K], добавлен 27.02.2010

  • Исследование метода конечных элементов, его реализации и применения в программе APM Structure3d. Анализ результатов расчёта напряжённого состояния стержневой конструкции. Создание фермы, выбор рабочей нагрузки. Дальнейшее улучшение конструкции фермы.

    курсовая работа [2,8 M], добавлен 06.06.2013

  • Тип фермы и кровли. Максимальный изгибающий момент. Шаг расстановки досок настила. Число гвоздей с каждой стороны забоя. Расчет пятиугольной металлодеревянной фермы с клееным верхним поясом. Усилия в элементах фермы. Расчет клеедощатой армированной балки.

    курсовая работа [2,0 M], добавлен 28.01.2012

  • Выбор конструктивного решения покрытия. Подбор сечения балки. Расчет двухскатной клееной балки из пакета досок. Материал для изготовления балок. Проверка прочности, устойчивости плоской фермы деформирования и жесткости балки. Нагрузки на балку.

    курсовая работа [67,2 K], добавлен 27.10.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.