Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в зарубежной практике высокосортная конструкционная древесина представлена разнообразными типоразмерами элементов заводской готовности, склеиваемых из отдельных досок-заготовок. Стало возможным изготавливать элементы произвольной длины, требуемого очертания, нужных размеров поперечного сечения и собирать из них пролетные строения различных конструктивных форм.
Применению клееной древесины в качестве конструкционного материала способствует целый ряд ее замечательных свойств: высокая прочность и малый собственный вес; обрабатываемость конструкций и технологичность их изготовления; низкие энергозатраты на обработку сырья и изготовление конструкций, на транспортировку и монтаж.
Опыт США, Канады и Скандинавских стран указывает на эффективность применения клееной древесины в мостостроении.
Широкое развитие получили пролетные строения на основе поперечного обжатия клееных балок и плит в плитных и плитно-ребристых системах усилиями напрягаемой стержневой арматуры. В результате мостостроение получило конструкции пролетных строений, отличающиеся от традиционных (металлических и железобетонных) легкостью, высокой ин-дустриальностью, относительной дешевизной, экологической и архитектурной востребованностью. Вместе с тем высокая деформативность древесины при поперечном обжатии и связанными с ней потери напряжений потребовали постоянного контроля за усилиями в арматурных стержнях и периодических «дотяжек» их до проектных значений. Это, несомненно, снижает эксплуатационные качества конструкций.
Автором совместно с коллегами по научной работе предложены технические решения дощато-клееных пролетных строений, содержащих в своем составе многослойную деревоплиту, изготавливаемую из ортогональных слоев досок-заготовок на месте строительства. Эксплуатационная надежность её выше зарубежного аналога. Она обладает высокой водонепроницаемостью, обеспечивает водоотвод и защиту несущих балок от атмосферных воздействий, что способствует увеличению долговечности всей конструкции. Наконец, как элемент проезжей части она включена в совместную работу с балками, что позволяет снизить материалоёмкость и трудоемкость конструкции пролётного строения в целом.
Мировой опыт указывает на все возрастающие потребности в деревянных конструкциях в различных отраслях строительства, эффективность их применения как в промышленном и гражданском, так и транспортном строительстве. Отечественный опыт свидетельствует, прежде всего, о не использовании имеющихся в нашей стране возможностях, имея
в виду огромный сырьевой, научный, производственный потенциал, потребности народного хозяйства, масштабы лесопереработки. Выход нашей страны на передовые позиции использования продукции лесоперерабатывающей промышленности в дорожном строительстве и, особенно, в мостостроении является весьма актуальной задачей.
Предмет исследования - рациональные параметры многоребристых балочных пролетных строений с многослойной плитой проезжей части из перекрестных досок.
Цель исследования - теоретическое обоснование и разработка новой конструкции пролетных строений с включенной в совместную работу с главными балками многослойной деревоплитой из ортогонально перекрестных слоев горизонтальных досок, склеенных по пласти на месте строительства.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:
теоретически и экспериментально обосновать упругие характеристики и свойства многослойной деревоплиты, необходимые для проектирования рассматриваемых систем;
разработать методику расчета плитных и плитно-ребристых систем пролетных строений с учетом влияния на напряженно-деформированное состояние (НДС) различных физико-механических свойств деревоплиты и балок, конструктивных решений и статико-геометрических параметров;
разработать конструкцию пролетных строений из клееной древесины заводского изготовления с проезжей частью, включенной в совместную работу с балками, отличающуюся от известных решений более простой в изготовлении и содержании конструкцией деревоплиты;
разработать рекомендации по проектированию и технологии изготовления предлагаемых конструкций пролетных строений из клееной древесины;
произвести технико-экономическое обоснование целесообразности и эффективности применения пролетных строений из клееной древесины.
Научная новизна:
- разработаны новые конструкции дощато-клееных пролётных строений с многослойной деревоплитой проезжей части из перекрестных досок;
- разработана методика приведения упругих постоянных многослой
ной деревоплиты к однородной ортотропнои пластинке с учетом влияния
количества слоев и их ориентации;
- получены новые результаты по НДС многослойных плит из перекре
стных досок с учетом анизотропных свойств слоев древесины при растя
жении (сжатии). Дано теоретическое и экспериментальное обоснование
для применения в пролетных строениях мостов многослойных плит с ори
ентацией досок внешних слоев вдоль пролета;
- разработаны теоретические основы для проектирования плитно-
ребристых пролетных строений с многослойной плитой проезжей части из
клееной древесины с учетом совместной работы ее с балками, в том числе:
методика распределения временной нагрузки между плитой и ребрами с
использованием метода двух расчетных схем. Впервые дана оценка влия
ния на конструкцию пролетных строений опорных горизонтальных диа
фрагм, исследован вопрос предупреждения отрыва плиты от ребер;
определены рациональные параметры плитно-ребристых пролетных строений с многослойной деревоплитой проезжей части;
разработаны рекомендации по изготовлению пролетных строений из элементов заводского изготовления в условиях строительства;
дано технико-экономическое обоснование эффективности и целесообразности применения инноваций в дорожном строительстве.
Достоверность теоретических положений, математических и физических моделей, обоснованность выводов обеспечивается корректностью поставленных задач и использованием общепринятых в механике твердого тела и в строительной механике гипотез и допущений. Сравнение численных результатов расчетов по предлагаемой теории подтверждается удовлетворительным согласованием данных о НДС опытных конструкций, полученных в ходе экспериментов, сопоставлением результатов с расчетом по ВК Mathcad, COSMOS/M, SK01.
Практическая значимость исследований заключается в следующем:
- изучены и определены свойства нового конструкционного мате-
риала-многослойной деревоплиты из ортогонально перекрестных слоев
досок, склеенных по пласти на месте строительства, для применения их в
качестве несущих конструкций;
- созданы перспективные новые конструкции плитных и плитно-
ребристых цельноклееных пролетных строений, содержащих многослой
ную деревоплиту, собранных из элементов заводского изготовления;
- разработаны методики их расчета и даны рекомендации по назна
чению основных параметров при проектировании;
разработаны технология и способ производства, даны рекомендации по изготовлению клееной деревоплиты на месте строительства моста с учетом отечественного и зарубежного опыта в области изготовления ДКК;
определены основные технико-экономические показатели изготовления балочных пролетных строений из клееной древесины на месте строительства.
Личный вклад автора в решение проблемы заключается в определении цели и задач исследования, выполнении значительной части теоретических и экспериментальных исследований, обобщении результатов, разработке конструктивно-технологических форм, разработке практических рекомендаций. В решение проблемы внес свой вклад канд. техн. наук П.Н. Кобзев, выполнивший под научным руководством автора исследование совместной работы деревоплиты с балками при ориентации ортогонально перекрестных досок в слоях под углом 45 к балкам.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
-
Гипотеза приведения многослойной деревоплиты к однородной пластинке с осредненными механическими характеристиками.
-
Качественный анализ прочностных и деформативных свойств конструкционного материала деревоплиты с различной ориентацией досок в слоях.
-
Инженерный метод расчета многоребристых пролетных строений с многослойной плитой проезжей части из клееной древесины по двум расчетным схемам.
-
Результаты многочисленных расчетов НДС многоребристых пролетных строений с различными статико-геометрическими параметрами и конструктивными решениями, позволяющие на стадии вариантного проектирования выбирать наиболее эффективные конструкции.
-
Рациональные параметры и конструктивные решения новых систем балочных пролетных строений из клееной древесины.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались: на круглом столе «Клееные деревянные конструкции. Новые решения и пути развития» в рамках Международной специализированной выставки архитектуры и строительства «Стройсиб-2003»; Международной научно-технической конференции в Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (2004 г.); III Международной научно-технической конференции «Современные проблемы совершенствования и развития металлических, деревянных и пластмассовых конструкций в строительстве и на транспорте» в Самарском государственном архитек-
турно-строительном университете (2005 г.); Всероссийской конференции «Проблемы оптимального проектирования сооружений» в Новосибирском государственном архитектурно-строительном университете (2008 г.).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в пяти патентах на изобретение, монографии и 10 научных статьях в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Материал изложен на 233 страницах машинописного текста, содержит 117 рисунков, 25 таблиц, список литературы из 190 наименований и приложения отдельной книгой на 41 странице.
