Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

При расчёте несущей способность крепежа SHERPA под нагрузкой вдоль оси балки по сопротивлению на выдергивание шурупов должны учитываться воздействия от ветра и землетрясения на соединениях, вызывающие поперечное перемещение здания. Нагрузка, влияющая на наветренные стороны сооружений, зависит от характера фасада обдуваемого сооружения или предмета, жесткости крепления, его подвижности или условий его движения, назначения и плотности воздуха [1]. Нагрузка от ветрового воздействия на здание определяется в соответствии с [3]. Сейсмическое воздействие представляется одним из основных понятий в сейсмостойком строительстве и означает приложение колебательного возбуждения землетрясения к различным постройкам [2]. Воздействие от землетрясения определяется в соответствии с [4]. Соединение SHERPA в деревянных конструкциях из комбинации стеновой панели-CLT с балкой из LVL и CLT, состоит из двух алюминиевых деталей, образующих жесткое соединение по принципу классического «ласточкина хвоста» и крепится с использованием вертикальных и наклонных шурупов. В диссертационной работе автора было проведено численное и экспериментальное исследование несущей способности шурупов на выдергивание из панели из CLT и балки из LVL.

Целью настоящей работы является сформирование математического алгоритма для определения несущей способности соединения SHERPA по сопротивлению на выдергивание шурупов.

Экспериментальное исследование и расчётная схема по определению несущей способности крепежа по сопротивлению на выдергивание шурупов представлены на рис. 1.

а) б) в)

Рис. 1. Экспериментальное и численное исследование несущей способности соединения SHERPA по сопротивлению на выдёргивание шурупов: а— для стеновой панели с балкой из CLT; б— для стеновой панели-CLT с балкой из LVL; в— расчётная схема по определению несущей способности соединения SHERPA по сопротивлению на выдергивание шурупов

С учётом физико-механических и геометрических характеристик соединения SHERPA его несущая способность по сопротивлению на выдергивание шурупов зависит от следующих факторов:

• несущей способности шурупов на выдергивание, Н;
• прочности металлических накладок на растяжение, МПа;
• контактной площади между выступами двух металлических накладок, мм2;
• физико-механических характеристик деревянных материалов;
• поперечной нагрузки от ветра и землетрясения, Н.

Автором предложено новое сочетание формул для определения несущей способности соединения SHERPA по сопротивлению на выдергивание шурупов на основе различных норм, показанное в следующих уравнениях:

• несущая способность шурупа на выдергивание из панели-CLT, Н:

[5] (1)

[6] (2)

(3)

• несущая способность шурупа на выдергивание из балки-LVL вдоль волокон в соответствии с [7], Н:

(4)

(5)

(6)

• несущая способность соединения SHERPA по сопротивлению на выдергивание шурупов в деревянных конструкциях, Н:

(7)

где:

Ft,k,алю— прочность алюминиевого куба на растяжение; Ft,k,алю=6824,68 Н;

n— количество шурупов;

μα— коэффициент коррекции; при α=0°, μ0=1,1; при α=90°, μ0=1,2;

α— угол оси шурупа к волокнам древесины.

Для получения экспериментальных значений нормативной прочности в механической лаборатории СПбГАСУ проведены испытания на выдергивание и изгиб с использованием универсальной испытательной машины INSTRON 5989 (максимальный режим работы до 600 кН). Режим нагружения при непрерывном увеличении нагрузки составляла 2 мм/мин.

Поскольку в работах автора использованы конструкция «балка из LVL (брус из клееного шпона) и стеновой панели из CLT (панель из поперечно-клееной древесины)», необходимо определить плотности материалов из CLT и LVL. Температура в лаборатории 20±1℃ и влажность материалов 13%. На основе полученных результатов из испытания плотности определяются равным 495 кг/м3 для CLT и 560 кг/м3 для LVL.

Виды разрушения соединения SHERPA по сопротивлению на выдергивание шурупов представлены на рис. 2.

а,1) а,2)

б,1) б,2)

Рис. 2. Виды разрушения соединения SHERPA по сопротивлению на выдергивание шурупов: а,1—для панели-CLT с балкой из CLT; а,2— для металлической накладок, которая крепится к стеновой панелью-CLT; б,1— для стеновой панели-CLT с балкой из LVL; б,2— пластическое разрушение металлических накладок

Для расчётов и обработки результатов использовались программ Microsoft Excel, Origin pro, IBM SPASS Statistics, Mathcad.

Экспериментальные результаты определения несущей способности соединения SHERPA по сопротивлению на выдергивие шурупов даны в табл.1 в соответствии с зависимостью «нагрузка-перемещение» на рис. 3.

Таблица 1

Экспериментальные результаты определния несущей способности соединения SHERPA по сопротивлению на выдергивание шурупов

Примечания: Fax,test — фактическая несущая способность, Н; Fax,max — максимальная несущая способность, Н; Fax,теку— предел текучести материала, Н; ωСLT/LVL — приращение Fax,test,LVL и Fax,test,CLT;

Рис. 3. Зависимость «нагрузка-перемещение» для определения несущей способности соединения SHERPA по сопротивлению на выдергивание шурупов: красная кривая— для балки из CLT; чёрная кривая— для балки из LVL

Из табл. 1 видно, что экспериментальные результаты для комбинации стеновой панели-CLT с балкой из CLT ниже на 12,94%, чем комбинации стеновой панели-CLT с балкой из LVL. Металлические накладки SHERPA изготовляют из алюминиевого материала-EN 6082, прочность оправляется по BS EN 755-2:2008. С учётом контактной площади при сжатии несущая способность металлических накладок на растяжение составляет 6824,68 Н.

На основе предложенных уравнений, сравнение расчётных и экспериментальных результатов определения несущей способности соединения SHERPA по сопротивлению на выдергивание шурупов с несущей способностью на растяжение металлических накладок представлено в табл. 2 в соответствии с графиком на рис. 4.

Таблица 2

Сравнение расчётных и экспериментальных результатов определения несущей способности соединения SHERPA по сопротивлению на выдергивание шурупов с несущей способностью на растяжение металлических накладок

Примечания: Fр— расчётная несущая способность на выдергивание, Н; Fф— фактическая несущая способность на выдергивание, Н; ωр— приращение Fр и Fалю;; ωф— приращение Fф и Fалю;

Рис. 4. Сравнение расчётных и экспериментальных результатов определения несущей способности соединения SHERPA по сопротивлению на выдергивание шурупов с несущей способностью на растяжение металлических накладок

Из табл. 2 и рис. 4 видно, что расчётные результаты несущей способности соединения SHERPA по сопротивлению на выдергивание шурупов для панели-CLT выше на минимально 103,14%, чем несущая способность алюминиевых накладок на растяжение, а экспериментальные результаты выше на минимально 64,96%, чем то же. Расчётные результаты несущей способности соединения SHERPA по сопротивлению на выдергивание шурупов для материалов LVL выше на минимально 256,59%, чем прочность на растяжение алюминиевых накладок, а экспериментальные результаты выше на минимально 86,30%, чем то же. С другой стороны, в соединениях SHERPA появилось отчётливое пластичное разрушение, потому что прочность металлических накладок не удовлетворяет условию сопротивления на выдергивание шурупов в соединениях деревянной конструкции в целом. Для того, чтобы повысить несущую способность соединения по сопротивлению на выдергивание шурупов и усовершенствовать конструкцию соединения SHERPA, необходимо выбрать наиболее рациональный материал.

Выводы

1. Получены экспериментальные результаты определения несущей способности соединения SHERPA по сопротивлению на выдергивание шурупов в деревянных конструкциях из комбинации стеновой панели-СLT с балкой из CLT или LVL;

2. Теоретически проверены и экспериментально подтверждено соотношение разрушения от несущей неспособности соединения SHERPA по сопротивлению на выдергивание шурупов с учётом прочности металлических накладок на растяжение;

3. Предложена новая сочетания формул для расчёта несущей способности соединения SHERPA по сопротивлению на выдергивание шурупов и оптимизация проектирования соединения SHERPA.

Рецензенты:

Глухих В.Н., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой технической механики, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет», г. Санкт-Петербург.

Черных А.Г., д.т.н., профессор, ректор СПГХПА, г. Санкт-Петербург.