Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Сюй Ю... 1

---

1 ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»

Предложена наиболее расчётная схема, позволяющая найти оптимальный подход для повышения несущей способности соединения SHERPA в деревянных конструкциях из комбинации стеновой панели-CLT с балкой из CLT и LVL. Рассмотрена расчётная методика применения металлических зубчатых пластин для повышения прочности смятия в гнезде древесины, которая зависит от прочности смятия в гнездах древесины, МЗП, металлических накладок и прочности шурупа на изгиб. Автором предложен численный алгоритм. С целью проверки достоверности численного исследования проведены испытания для определения несущей способности соединения SHERPA с укреплением МЗП. Проведен сравнительный анализ полученных расчётных и экспериментальных результатов, показана удовлетворительная сходимость. Подтверждена эффективность использования МЗП для повышения несущей способности соединения на изгиб в целом.

Статья в формате PDF

865 KB

МЗП

повышение несущей способности на изгиб

соединение SHERPA

1. Албаут Г.П., Пуртов В.В., Павлик А.В., Табанюхова М.В. Исследование соединений деревянных элементов на металлических зубчатых пластинах и дюбелях с зубчатыми шайбами поляризационно-оптическим методом при действии кратковременных нагрузок, Известия вузов 7/2007 г.

2. Краткий обзор истории развития расчёта несущей способности соединения на металлических зубчатых пластинах [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://ostroykevse.ru/Obrabotka_dereva/Soedinenie_Dereva_6.html

3. Общие сведения методики расчёта несущей способности соединения на металлических зубчатых пластинах [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://derevok.narod.ru/publ/soedinenija_na_metallicheskikh_zubchatykh_plastinakh/1-1-0-22

4. Blaß, H. J.; Schmid, M.; Werner, H.: Verstärkung von Verbindungen, Bauen mit Holz, Heft 9, 2001.

5. Kevarinmäki, A., Kangas, J., Nokelainen, T., und Kanerva, P. 1995. Nail-plate reinforced bolt joints of Kerto-FSH structures. Publication 51, Helsinki University of Technology/LSEBP, ISSN 0783-9634. 23 p.

МЗП (Металлические Зубчатые Пластины), изготавливаемые из листовой стали с толщиной от 1 до 2 мм по методу холодной штамповки, применяются в соединениях элементов деревянных конструкций. MЗП состоит из системы зубьев, формируемых в результате штамповки и отогнуты относительно поверхности пластины под прямым углом [3]. Несущую способность деревянных конструкциях на МЗП определяют по условиям смятия древесины в гнездах и изгиба зубьев пластин, а также по условиям прочности пластин при работе на сжатие, растяжение и сдвиг [2]. Поскольку прочности смятия в гнезде древесины наиболее влияет на несущую способность соединений SHERPA сдвигу в деревянных конструкциях, может быть повышена несущая способность соединения на изгиб.

Исследование соединений деревянных элементов на металлических зубчатых пластинах и дюбелях с зубчатыми шайбами поляризационно-оптическим методом при действии кратковременных нагрузок известны работы [1]. Методика повышения несущей способности соединений с укреплением МЗП была предложена в работе [4] впервые. В работе [5] были проведены испытания соединения деревянных конструкций на цилиндрических нагелях с укреплением МЗП и был предложен численный алгоритм в соответствии с нормами EC5 и 1052:2008-12.

Целью настоящей работы является сформирование математического алгоритма для определения несущей способности соединения SHERPA с укреплением МЗП в деревянных конструкциях и проверка достоверности экспериментального и численного исследования.

В диссертационной работе автора было проведено численное и экспериментальное исследование несущей способности шурупа с укреплением МЗП на сдвиг и автором предложен численный алгоритм. На основе этих работ несущая способность соединения SHERPA c креплением МЗП зависит от следующих факторов:

• прочности шурупов на выдергивание и изгиб;
• прочности смятия в гнезде древесины, МЗП и металлических накладок;
• физико-механических характеристик деревянного элемента;
• расположения и количества шурупов;

Автором предложен численный алгоритм для определения несущая способность соединения SHERPA c креплением МЗП, показанный в следующих уравнениях:

• несущая способность шурупа c укреплением МЗП при сдвиге под углом α к волокнам, Н:

(1)

(2)

(3)

(4)

Где:

Fv,α,k,1 — несущая способность шурупа без МЗП при сдвиге под углом α к волокнам, Н;

Fv,α,k,2 — несущая способность шурупа с укреплением МЗП при сдвиге под углом α к волокнам, Н;

fh,α,k — прочность смятию в гнезде древесины под углом α к волокнам, МПа; для CLT и LVL при α= 0。,; при α=90。, [SIA 265:2003];

My— прочность шурупа при изгибе, МПа; для CLT; для LVL [ENV 1998-1 1:1993];

fu,k — прочность шурупа на растяжение, МПа; fu,k = 600 МПа [Europäische technische Zulassung ETA-12/0067];

Fax,k — несущая способность шурупа на выдергивание под углом α к волокнам, Н; для CLT ,[DIN 1052:2008]；для LVL , , [ SIA 265:2003];

fax,90,k —прочность на выдергивание шурупы поперек волокон, МПа;

fy,k — предел текучести МЗП, МПа;fy,k = 187 МПа ; ρk — плотность древесины, кг/м3;

n — соотношение b1 и b2; n=b2/b1; n=1; m — соотношение b1 и b3; m=b3/b1; m=β—1;

γ — соотношение f1 и f2;γ=2fy,k/fh,α,k; β — соотношение f1 и f3; β=f3/fh,α,k;

b1 — длина распределения действующего напряжения смятия в гнезде древесины, мм;

b2 — длина распределения действующего напряжения смятия в гнезде МЗП, мм;

b3 — длина распределения действующего напряжения смятия в гнезде металлической накладки, мм; b3 = 8 мм;

t1 — эффективная длина резьбы, мм; t1 = 42 мм; t2 — толщина металлической накладки, мм; t2 = 1 мм;

a1 — длина распределения действующего напряжения смятия в гнезде древесины, мм;

a2 — длина распределения действующего напряжения смятия в гнезде металлической накладки, мм;

• несущая способность смятию в гнезде металлических накладок, Н:

(5)

• несущая способность соединения SHERPA при изгибе в панели-CLT и балке из CLT и LVL, Н:

(6)

(7)

(8)

Где:

Fv,k,панель,sherpa — несущая способность соединения SHERPA при изгибе в деревянных конструкциях из комбинации стеновой панели-CLT с балкой из CLT и LVL, Н;

Fv,k,sherpa — несущая способность соединения SHERPA при изгибе в стеновой панели-CLT, Н;

Fv,k,балка,sherpa — несущая способность соединения SHERPA при изгибе в балке из CLT и LVL, Н;

Rax,k — несущая способность шурупа на выдергивание под углом к волокнам, Н;

μ — коэффицент силы трения; μ= 0,25; n — количество шурупов;

м1/2 — виды разрушения в соответствии с теорией Johansen;

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)», нужны 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 деревянных элементов, МЗП и металлических накладок в деревянных конструкциях из комбинации стеновой панели-CLT с балкой из CLT и LVL представлены на рис. 1-3.

а,1) а,2)а,3) б,1)б,2)б,3)

Рис. 1. Виды разрушения опытных деревянных образцов: а,1)-а,3) для стеновой панели-CLT с балкой из CLT; б,1)-б,3) для стеновой панели-CLT с балкой из LVL

а,1)а,2)б,1)б,2)

Рис. 2. Виды разрушения МЗП: а,1)-а,2) для стеновой панели-CLT с балкой из CLT; б,1-б,2) для стеновой панели-CLT с балкой из LVL

а,1)а,2)б,1)б,2)

Рис. 3. Виды разрушения металлических накладок: а,1)-а,2) для стеновой панели-CLT с балкой из CLT; б,1)-б,2) для стеновой панели-CLT с балкой из LVL

Расположение металлических накладок из соединения SHERPA в деревянных конструкциях и установка опытных деревянных образцов на экспериментальном стенде представлены на рис. 4.

Для выполнения расчётов и обработки данных использовались программ Microsoft Excel, Origin pro, IBM SPASS Statistics, Mathcad. Экспериментальные результаты представлены в табл. 1 в соответствии с зависисмотью «нагрузка-перемещение» (рис. 5).

а) б)

Рис. 4. Испытание по определению несущей способности SHERPA на изгиб: а— расположение соединения SHERPA; б— установка деревянных опытных образцов на экспериментальном стенде

Таблица 1

Экспериментальные результаты определения несущей способности соединения SHERPA с креплением МЗП в деревянных конструкциях

Примечания: ωСLT/LVL — приращение Fv,test,LVL и Fv,test,CLT; ;

Рис. 5. Зависимость «нагрузка-перемещение»: красная линия— для балки из CLT; чёрная линия— для балки из LVL

Из рис. 5 видно, что по экспериментальные результаты оперделения несущей способности соединения SHERPA в балке из CLT выше, чем в балке из LVL. Это зависит от прочности шурупа на выдергивание и сдвиг под углом к волокнам. Таким образом, можно сделать вывод о том, что с использованием МЗП можно повысить несущую способность соединения на изгиб.

Сравнение расчётных результатов определения несущей способности соединения SHERPA в деревянных конструкциях на основе предложенных уравнений и экспериментальных представлены в табл. 2.

Таблица 2

Сравнение расчётных и экспериментальных результатов определения несущей способности соединения SHERPA с укреплением МЗП в деревянных конструкциях

Примечания: Fv,ф,CLT,МЗП - фактическая несущая способность соединения SHERPA с укреплением МЗП при изгибе, Н; Fv,р,CLT,МЗП— расчётная несущая способность соединения SHERPA с укреплением МЗП при изгибе, Н; μ— приращение Fv,ф,CLT,МЗП и Fv,р,CLT,МЗП;

Из табл. 2 видно, что расчётные результатов определения несущей способности соединения SHERPA c укреплением МЗП в деревянных конструкциях ниже на 14,66%, чем экспериментальные. Несущая способность соединения SHERPA с укреплением МЗП при изгибе в балке из CLT выше, чем в балке из LVL.

Для обоснования и подтверждения эффекстивности методики расчёта соединений с применением МЗП, cравнение расчётных и экспериментальых результатов несущей способности соединения SHERPA без укрепления и с МЗП в деревянных конструциях из комбинации стеновой панели-CLT с балкой из CLT и LVL представлено в табл. 3 и 4.

Таблица 3

Сравнение расчётных результатов определения несущей способности соединения SHERPA без укрепления и с МЗП в деревянных конструкциях

Библиографическая ссылка