CC BY
40АРХИТЕКТУРА
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ
НАГЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В КОНСТРУКЦИЯХ ИЗ
КЛЕЕНОГО ОДНОНАПРАВЛЕННОГО ШПОНА (ЪУЪ)
1 "2 Ростовщикова Е.А. , Тимофеев В.Е.
1 Ростовщикова Екатерина Анатольевна - студент магистратуры; 2Тимофеев Владислав Евгеньевич - студент магистратуры, кафедра металлических и деревянных конструкций, факультет безотрывных форм обучения, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, г. Санкт-Петербург
Аннотация: проведены испытания нагельных соединений в деревянных конструкциях из клееного однонаправленного шпона марки Ш^а1ат-Я. Для испытаний были взяты нагельные соединения диаметром 4 мм, 5 мм, 6 мм. Образцы были изготовлены для приложения нагрузки вдоль и поперек волокон древесины. Результатом испытаний стало определение фактической несущей способности нагельных соединений. По результатам испытаний был проведен анализ характера разрушения образцов, а также анализ и сравнение прочностных свойств нагельных соединений различных диаметров при углах приложения нагрузки 0° и 90°.
Ключевые слова: брус из клееного однонаправленного шпона, иига1аш-К, LVL, нагельные соединения, прочность.
Широкий ряд достоинств LVL позволяет применять его в ответственных конструкциях (стойках, главных и второстепенных балках, ригелях, поясах и решетке ферм). Однако физико-механические свойства данного материала изучены не в полном объеме. Поэтому LVL применяется лишь в простейших конструкциях, причем зачастую с многократным запасом прочности, что в свою очередь
увеличивает стоимость строительства и ограничивает повсеместное использование. Российские строительные нормы не учитывают ряд факторов при расчете нагельных соединений, в первую очередь фактические прочностные характеристики LVL, ввиду недостатка информации и практических прочностных исследований нового перспективного материала [1].
Одним из широко применяемых видов соединения конструкций из клееного однонаправленного шпона является нагельное. Нагельными называются соединения с помощью гибких связей, которые сами работая на изгиб, препятствуют взаимному сдвигу соединяемых деталей. В нагельных соединениях действующее усилие распределяется между большим числом податливых, вязко работающих связей, что превышает надежность изделий, которые разрушаются в основном от смятия соединяемых элементов или от изгиба нагелей [3].
Сопоставление реальной несущей способности для разных размерных схем нагельных соединений из ЦИга1ат^, при варьировании диаметров нагелей и вариантов приложения нагрузки даст возможность оценить реальный прочностной ресурс исследуемого материала.
Для испытаний было изготовлено по шесть образцов с нагельным соединением 4 мм, 5 мм и 6 мм диаметром (рис. 1). Каждый образец представляет собой 3 бруска из ЬУЬ (100 х 200 х 30 мм), соединенных нагелями вдоль и поперек.
Рис. 1. Образцы для проведения испытаний
Испытания проводились в лаборатории механических испытаний строительных материалов и конструкций СПбГАСУ на универсальной электромеханической машине 100 кН.
Величину разрушающей нагрузки определяли с точностью до 10 Н.
Рис. 2. Схемы приложения нагрузки: а - сжатие соединения
вдоль волокн;
б - сжатие соединения с перпендикулярным расположением
волокон
Испытания показали, что максимальная нагрузка, которую выдержало нагельное соединение диаметром 4 мм, составила 14,71 кН при сжатии вдоль волокон. Величина перемещения составила 7 мм (рис. 3). При сжатии с перпендикулярным расположением волокон максимальная нагрузка меньше на 1,09 кН, что составляет 13,62 кН, при этом величина перемещений больше на 2 мм и составляет 9 мм (рис. 4).
Рис. 3. Испытание нагельных соединений 4 мм при сжатии
вдоль волокон
Рис. 4. Испытание нагельных соединений 4 мм при сжатии
Максимальная нагрузка, которую выдержало нагельное соединение диаметром 5 мм, составила 22,17 кН при сжатии вдоль волокон. Величина перемещения составила 8,5 мм (рис. 5). При сжатии с перпендикулярным расположением волокон максимальная нагрузка меньше на 0,84 кН, что составляет 21,33 кН, при этом величина перемещений больше на 2 мм и составляет 10,5 мм (рис. 6).
Нагельные соединения 5 мм, вдоль
—I—'¿—к—\—I—1—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—(—I—I—I— О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Перемещение [ггт]
Рис. 5. Испытание нагельных соединений 5 мм при сжатии
вдоль волокон
Нагельные соединения 5 мм, поперёк
251-
О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Перемещение [тт]
Рис. 6. Испытание нагельных соединений 5 мм при сжатии
поперек волокон
Максимальная нагрузка, которую выдержало нагельное соединение диаметром 6 мм, составила 23,86 кН при сжатии вдоль волокон. Величина перемещения составила 8 мм (рис. 7). При сжатии с перпендикулярным расположением волокон максимальная нагрузка меньше на 2,4 кН, что составляет 21,46 кН, при этом величина перемещений больше на 2,5 мм и составляет 10,5 мм (рис. 8).
Нагельные соединения 6 мм, вдоль
_____—*
"к
Образец №
0 1 23 456 78 9 10 11 12 Перемещение [тт]
Рис. 7. Испытание нагельных соединений 6 мм при сжатии
вдоль волокон
Нагельные соединения 6 мм, поперёк
А.
'С1—
1 /
Образец N°
О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Перемещение [тт]
Рис. 8. Испытание нагельных соединений 6 мм при сжатии
Разрушение образцов происходило по различным формам деформирования:
• разрушение только стальных нагелей было характерно для образцов при сжатии поперек волокон (рис. 9);
• разрушение как самой древесины, так и стальных нагелей (у образцов при сжатии вдоль волокон) (рис. 10).
Рис. 9. Разрушение образца при сжатии поперек волокон
Рис. 10. Разрушение образца при сжатии вдоль волокон
Выводы:
1) Угол приложения силы оказывает незначительное влияния на несущую способность. При приложении силы под углом 90° несущая способность ниже, чем под углом 0°.
2) Наибольшее влияние на величину выходного параметра оказывает диаметр нагеля. Изначально, при росте величины диаметра, наблюдается небольшое снижение несущей способности, но далее функция резко возрастает, что свидетельствует о сильном увеличении несущей способности.
3) Анализируя характер разрушений образцов, можно сделать вывод, что стальные нагели в основном работают на изгиб, а древесина элементов - на смятие. При больших сдвигах древесина скалывается.
Список литературы
1. Животов Д.А. Применение бруса, клеенного из однонаправленного шпона, в плоских балочных фермах: автореферат дис. ... канд. техн. наук. СПб.: СПбГАСУ, 2009. 22 с.
2. Рекомендации по испытанию соединений деревянных конструкций. ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. М.: Стройиздат, 1981. 41 с.
3. Бызов В.Е., Миронова С.И., Григорьев К.С., Данилов Е.В., Коваль П.С. Методические указания к проведению цикла работ по дисциплине «Деревянные конструкции. Расчет и проектирование», 2013. 87 с.
4. Черных А.Г., Григорьев К.С., Коваль П.С., Данилов Е.В., Бакрышева В.В., Кашапов И.Т. К вопросу определения несущей способности нагельных соединений в конструкциях из бруса, клееного из однонаправленного шпона (XVI) // Современные проблемы науки и образования, 2012. № 4.
