Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса и задачи исследований соединений деревянных строительнных конструкций на металлических зубчатых пластинах 9
1.1 Общая характеристика и опыт применения деревянных строительных конструкций на металлических зубчатых пластинах в строительстве 9
1.2 Обоснование выбранного направления и задачи исследований .22
ГЛАВА 2 Исследования влияния влажности на прочность и деформативность древесины при смятии узким прямоугольным штампом 30
2.1 Основные сведения 30
2.2 Влияние влажности на сопротивления древесины при смятии узким прямоугольным штампом 31
2.3 Влияние влажности древесины на значения коэффициента постели при смятии узким прямоугольным штампом 42
2.4 Выводы по главе 51
ГЛАВА 3 Экспериментально-теоретические исследования влияния влажности древесины на длительную прочность соединений на металлических зубчатых пластинах 53
3.1 Теоретическая оценка влияния влажности на длительную прочность соединений 53
3.2 Обоснование метода прогнозирования длительной прочности соединений с учётом влияния влажности древесины 64
3.3 Экспериментальная оценка влияния влажности древесины на длительную прочность соединений на МЗП 67
3.4 Выводы по главе 74
ГЛАВА 4 Экспериментально-теоретические исследования влияния влажности древесины на деформативность соединений на металлических зубчатых пластинах 75
4.1 Экспериментальные исследования влияния влажности древесины на ползучесть соединений 75
4.2 Теоретическая оценка влияния влажности древесины на деформативность соединений 90
4.3 Расчёт деформаций соединений с учётом длительности действия снеговой и постоянной нагрузок 99
4.4 Выводы по главе 108
ГЛАВА 5 Исследование процессов деформирования узловых соединений и составных деревянных балок на металлических зубчатых пластинах при длительном загружении
5.1 Экспериментальные исследования деформаций ползучести узловых соединений деревянных конструкций
5.2 Теоретические и экспериментальные исследования развития сдвиговых деформаций и перемещений составных деревянных балок при длительном загружении 116
5.3 Выводы по главе 130
Основные выводы 132
Список используемой литературы 134
Список опубликованных работ по теме диссертации
- Обоснование выбранного направления и задачи исследований
- Влияние влажности на сопротивления древесины при смятии узким прямоугольным штампом
- Обоснование метода прогнозирования длительной прочности соединений с учётом влияния влажности древесины
- Расчёт деформаций соединений с учётом длительности действия снеговой и постоянной нагрузок
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время одновременно с клееными деревянными конструкциями получило распространение производство деревянных конструкций с соединениями на металлических зубчатых пластинах (МЗП).
Металлические зубчатые пластины являются индустриальным видом связи, отвечающие требованиям скоростного строительства при массовом производстве конструкций. Деревянные конструкции с соединениями на МЗП изготавливаются в заводских условиях на автоматизированном оборудовании из заранее заготовленных стандартных элементов. Наряду с простотой изготовления деревянные конструкции на металлических зубчатых пластинах обладают хорошими экономическими показателями. Во-первых, это низкий расход древесины на единицу площади покрытия здания по сравнению с другими деревянными конструкциями с традиционными видами узловых соединений. Во-вторых, малая масса конструкций положительно сказывается на скорости их монтажа. Небольшие легкие конструкции могут устанавливаться вручную или с применением кранов небольшой грузоподъемности. Компактная конструкция соединений позволяет перевозить готовые изделия в пакетах, благодаря чему рационально используется грузоподъемность транспорта. Наконец, дороговизна земли в центре крупных городов приводит к необходимости реконструкции существующих зданий с плоской или холодной чердачной кровлей. Надстройка мансардного этажа с легкими несущими деревянными конструкциями на металлических зубчатых пластинах позволяет успешно решить эту задачу как с технической точки зрения (незначительная нагрузка на фундамент, легкость монтажа), так и с архитектурной (возможность создания выразительной кровли любой формы).
Однако из практики эксплуатации деревянных конструкций на МЗП зданий различного назначения известны случаи их отказов. Одной из основных причин таких отказов является игнорирование при расчете соединений содержания в древесине связанной влаги. Отличительная особенность древесины состоит в гидрофильности ее целлюлозных составляющих и содержания определенного количества связанной влаги, соответствующей средним значениям относительной влажности воздуха и температуры помещения. Таким образом, древесина в конструкциях всегда частично пластифицирована влагой, оказывающей влияние на её механические свойства, прочность и деформативность соединений на податливых связях. Проведёнными В.А. Цепаевым исследованиями установленная ярко выраженная зависимость прочности и деформативности соединений на металлических зубчатых пластинах от величины и продолжительности действия нагрузки. Однако до последнего времени отсутствовали сведения о влиянии влажности древе-
сины на длительную прочность и ползучесть этого вида соединений. Соединения элементов деревянных конструкций на МЗП обладают свойством упругого последействия, которое проявляется в постепенном увеличении их деформаций под нагрузкой с течением времени. Поэтому расчет таких соединений по деформациям под расчётной нагрузкой, учитывающей влажностное состояние древесины, может оказаться определяющим для обеспечения долговечности конструкций зданий.
Учитывая перспективность соединений деревянных конструкций на металлических зубчатых пластинах можно считать, что задача исследований работы соединений в условиях длительного загружения с учетом содержания связанной влаги в древесине является актуальной, решение которой позволит повысить эксплуатационную надежность конструкций.
Целью диссертационной работы являются экспериментально-теоретические исследования влияния влажности древесины на длительную прочность и ползучесть соединений на металлических зубчатых пластинах и разработка метода расчета соединений по деформациям от действия на конструкции эксплуатационных нагрузок.
Для достижения поставленной цели в процессе проведения научно-исследовательских работ решаются следующие основные задачи:
исследование деформационно-прочностных характеристик древесины при смятии узким прямоугольным штампом в зависимости от направления волокон и влажности древесины;
нормирование расчетных характеристик древесины в соединениях строительных конструкций на металлических зубчатых пластинах с учетом влажности древесины;
экспериментально-теоретические исследования влияния влажности древесины на длительную прочность соединений на металлозубча-тых пластинах;
экспериментально-теоретические исследования влияния влажности древесины на ползучесть соединений на металлозубчатых пластинах;
разработка метода расчета соединений на МЗП по деформациям с учетом длительности действия на конструкции снеговой и постоянной нагрузок;
экспериментальные исследования деформаций ползучести соединений деревянных элементов под углом на МЗП;
экспериментально-теоретические исследования развития сдвиговых деформаций и перемещений составных деревянных балок на МЗП при длительном загружении;
апробация методики прогнозирования развития деформаций соединений на металлических зубчатых пластинах во времени с учетом влажностного состояния древесины на основе результатов длительных испытаний узловых соединений и составных деревянных балок;
внедрение результатов исследований в производственную прак
тику.
Научная новизна работы:
получены эмпирические зависимости для определения временных сопротивлений древесины и коэффициентов постели при смятии в зависимости от ширины сминающего штампа, направления волокон и влажности древесины;
впервые определены значения расчетных характеристик древесины в соединениях на металлических зубчатых пластинах в зависимости от влажности (расчетные сопротивления и нормативные коэффициенты постели древесины при смятии под углом к направлению волокон);
впервые установлены общие закономерности снижения прочности и роста деформаций соединений на МЗП при длительном загруже-нии в зависимости от влажности древесины;
определены значения коэффициента условий работы к расчетной несущей способности соединений, учитывающего эксплуатационную влажность древесины конструкций;
получено выражение для определения характеристики ползучести соединений на МЗП, используемой для оценки развития во времени деформаций соединений при длительном загружении;
разработана методика расчета соединений на МЗП по деформациям с учетом режима и длительности действия на конструкции эксплуатационных нагрузок;
проведены длительные испытания составных деревянных балок на металлозубчатых пластинах под действием расчетной нагрузки, определенной с учетом фактической влажности древесины балок;
получены аналитические выражения для определения развивающихся во времени сдвиговых деформаций и прогибов составных деревянных балок на МЗП с учетом влияния влажности древесины, достоверность которых подтверждена результатами длительных испытаний балок.
Практическая значимость работы. Результаты выполненных исследований позволят учесть влияние эксплуатационной влажности древесины на снижение прочности и развитие деформаций соединений строительных конструкций на металлических зубчатых пластинах в течении заданного срока их службы. Реализация результатов работы позволит обеспечить необходимую долговечность деревянных конструкций покрытия на МЗП зданий с различными температурно-влажностными условиями эксплуатации на стадии проектирования.
Результаты диссертационной работы внедрены:
при проектировании мансардного этажа с использованием состав
ных деревянных элементов на металлических зубчатых пластинах над
домом № 60 по ул. Ильинской в г. Н.Новгороде;
при проектировании двускатной кровли с использованием треугольных деревянных ферм на металлических зубчатых пластинах над зданием проходной на КС-22 в п. Абашево (Чебоксарское ЛПУМГ);
при определении остаточного ресурса и оценке технического состояния зданий с составными деревянными элементами на металлических зубчатых пластинах при экспертизе промышленной безопасности ООО «ИКЦ «Промтехбезопасность».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на VIII Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» в г. Пензе (2004 г.); на X Нижегородской сессии молодых ученых в г. Дзержинске (2005 г.); на IV международной научно-технической конференции «Итоги строительной науки» в г. Владимире (2005 г.); на III международной научно-технической конференции «Современные проблемы совершенствования и развития металлических, деревянных, пластмассовых конструкций в строительстве и на транспорте » в г. Самаре (2005г.); на XI Нижегородской сессии молодых ученых в г. Кетово (2006 г.); на научно-технических конференциях аспирантов и магистрантов Нижегородского государственного архитектурно-строитель-ного университета (2005, 2006, 2007 г.г.)
На защиту выносятся:
результаты исследований прочности и деформативности древесины разной влажности при смятии узким прямоугольным штампом;
определение расчетных характеристик древесины в соединениях на металлических зубчатых пластинах с учетом влажности;
результаты экспериментально-теоретических исследований длительной прочности соединений на МЗП в зависимости от влажности древесины;
результаты экспериментально-теоретических исследований деформаций ползучести соединений на МЗП в зависимости от влажности древесины;
метод расчета соединений на металлозубчатых пластинах по деформациям с учетом режима и длительности загружения снеговой и постоянной нагрузками;
результаты экспериментально-теоретических исследований узловых соединений и составных деревянных балок на металлических зубчатых пластинах при длительном загружении.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка и четырех приложений. Общий объем работы составляет 152 страницы, в том числе 53 рисунка в виде схем, графиков и фотографий, 27 таблиц, библиографического списка, включающего 109 наименований.
Обоснование выбранного направления и задачи исследований
Во все времена здания и конструкции из дерева были популярны, несмотря на главный недостаток материала — его горючесть. Но у дерева огромное количество положительных качеств, как например: доступность этого материала, прочность, экологичность, относительно небольшой вес, лёгкость в обработке. А пожаростойкость и долговечность дерева стали успешно улучшать, пропитывая материал специальными составами. Все это делает и сегодня строительство из дерева популярным. При всей популярности деревянного строительства, постоянно оставалась проблема прочного скрепления деревянных деталей конструкции. Приходится учитывать, что деревянные строительные элементы по мере изменения степени их влажности постоянно меняют свои размеры и склонны к деформативности. В результате возникают большие и долговременные усилия в местах их соединений и прилеганий. Также надо помнить, что как правило, в расчете на небольшой вес и эластичность деревянных строений, они часто строятся на лёгких фундаментах, а это зачастую ведет к изменению геометрии сооружения, и как следствие — возникновению всевозможных напряжений в местах соединений конструкции. Поэтому вопрос надёжного прочного соединения деревянных конструкций (ферм, рам, балок, брусов, досок и т.п.) очень важен при строительстве. Замечательным решением проблемы надежного соединения деревянных элементов конструкций и стали металлические зубчатые пластины (МЗП).
На многих зарубежных деревообрабатывающих предприятиях одновременно с клееными деревянными конструкциями массивного сечения получила распространение прогрессивная технология изготовления строительных конструкций (ферм, рам и т.п.), тары мебели, несущие элементы которых имеют соединения на металлических зубчатых пластинах, обеспечивающие высокую прочность и жесткость конструкций [46, 79, 80]. При этом используется не только самое современное оборудование для работы с древесиной, но и последние компьютерные технологии, облегчающие процесс проектирования и расчётов геометрии каждого элемента конструкции, что обеспечивает при дальнейшей сборке точную геометрию самой конструкции. Применение конструкций с узловыми соединениями на металлических зубчатых пластинах является одним из путей снижения материалоемкости этих конструкций, их монтажной массы и стоимости, а также сокращения трудоемкости монтажа и сроков строительства.
МЗП представляет собой стальную оцинкованную пластинку, толщиной обычно 1,0...2,0 мм с выштампованными и отогнутыми в одну или две стороны зубьями. Важно, что производство выдает на строительную площадку все конструкции в готовом виде, с точной геометрией, не требующих подгонки на месте, и способствует быстрому монтажу кровельных конструкций, причем конструкции выдаются в готовом виде вне зависимости от сложности конфигурации. Применение в конструкциях сухой, строганной и антисептированной древесины обеспечивает качество кровельных и внутренних отделочных работ. Существенное достоинство этой технологии достигается за счет высокого уровня механизации и показателей производительности труда, возможности быстрой наладки оборудования для изготовления различной продукции небольшими партиями (например, на один объект). Известны случаи применения МЗП для соединения элементов в пространственных деревянных конструкциях с параллельными поясами. МЗП нашли применение не только в стропильных конструкциях, но и при устройстве междуэтажных перекрытий в виде решетчатых и перекрестных балок, каркасов деревянных панелей, связей жесткости и др.
Изготовление конструкций происходит путем вдавливания пластин в древесину соединяемых элементов с двух сторон (рис. 1.1 и рис. 1.2). Наибольшее распространение в зарубежной практике строительства получили МЗП системы «Gang-Nail» (США), «TTS-100» (ФРГ), «N» и «Торех-81» (Финляндия), «MiTek» (Великобритания) - рис. 1.3, «Arpad» (Венгрия) -рис. 1.4, а в СССР и России применялись соединения на МЗП типа МЗП-1,2 и МЗП-2, которые были разработаны ЦНИИСК им. Кучеренко, МЗП 1,2 х 70 фирмы «Металлимпресс» - рис. 1.5, пластины толщиной 1,0 и 1,2 мм ЗАО «Техкомплект». Это пластины с однонаправленным расположением зубьев, отличающиеся размерами, толщиной листа, сечением зубьев. Для большинства пластин соотношение основных геометрических параметров к толщине металла сохраняется практически постоянным.
Для изготовления конструкций на металлических зубчатых пластинах используются остроганные по 4-м сторонам пиломатериалы с равновесной влажностью 12...20 %. Отторцованные по чертежам элементы собирают на специальном оборудовании, оснащенном гидравлическими прессами, а также приспособления для центровки и фиксации пластин в узлах изготавливаемых конструкций. Следует отметить, что оборудование для запрессовки МЗП изготавливается в двух исполнениях (рис. 1.7 — рис. 1.9): стационарном (пресс, устанавливаемый в цехах) и мобильном (подвесная пресс-скоба с кондуктором) [81,92].
Влияние влажности на сопротивления древесины при смятии узким прямоугольным штампом
Соответственно при передаче усилия узкой плоскостью зуба t несущая способность определится в зависимости от величины коэффициента kt(co) ,( ) = J2+ Ru -1, (3.7) С течением времени под действием длительных нагрузок прочность древесины снижается, вследствие чего напряжения смятия по длине зуба перераспределяются. Характер распределения сминающих напряжений учитывается коэффициентами къ(со) и kt(co). Кроме длительности действия нагрузок на перераспределение напряжений смятия по длине зуба, а следовательно, и на значения коэффициентов кь(со) и kt(a ) оказывает влияние влажность древесины. Для определения длительной прочности соединений элементов строительных конструкций на заданный период эксплуатации в формулы (3.1)...(3.12) вместо временных следует вводить значения длительных сопротивлений древесины на смятие, определяемый по формуле Rdc co) = RZ mdc , (3.13) где тСм - коэффициент длительного сопротивления древесины смятию, определяемый из выражения (2.12) главы 2. Количественной оценкой снижения прочности соединений на МЗП под нагрузкой с течением времени служит коэффициент длительного
В таблицах 3.1... 3.6 приведены значения кратковременной и длительной несущей способности зуба пластины при передаче усилия как широкой, так и узкой плоскостью вдоль и поперёк направления волокон древесины в зависимости от её влажности, а также коэффициенты длительного сопротивления древесины и коэффициенты условий работы Wg, а на рис. 3.1...3.6 приведены графики зависимости длительной несущей способности зуба от влажности древесины. Все вычисления выполнялись для древесины сосны и ели с временным сопротивлением при сжатии вдоль волокон для стандартной 12% - ной влажности, равным R}J = 33 МПа (нормативное сопротивление согласно СНиП П-25-80). Сопротивление материала зуба изгибу равнялось Ru = 512 МПа.
В результате проведённых вычислений установлено, что увеличение влажности древесршы от 12 до 30% приводит к снижению длительной прочности соединений на МЗП: - при передаче усилия широкой плоскостью зуба вдоль и поперёк направления волокон на 35,5...42,5%; - при передаче усилия узкой плоскостью зуба вдоль и поперёк направления волокон на 47,1.. .52,4%.
Средние значения коэффициента условий работы тсв для случаев передачи усилия широкой Ъ и узкой / плоскостями зуба, вычисленные по данным табл. 3.1...табл. 3.6, для влажности древесины 15...30% представлены в табл. 3.7. Отметим, что отклонения коэффициента тсв от его крайних значений (для влажности древесины 15...30%) не превышает 6,22%.
Практическое значение для определения длительной прочности соединений на МЗП конструкций, эксплуатируемых в «сухих» и «влажных» условиях отапливаемых зданий, а также в не отапливаемых зданиях имеет изменение влажности древесины в диапазоне 12...25% (глава 1 диссертации). Поэтому для учёта влияния влажности на длительную прочность соединений на МЗП примем с некоторым приближением среднее значение коэффициента условий работы тсв для случаев передачи усилия как широкой, так и узкой плоскостями зуба, приведённого в табл. 3.8.
Таким образом, по формуле (3.24) определяется продолжительность нахождения образца соединений до разрушения под постоянном уровне нагрузки T{t) = Твр. Для серии испытанных образцов соединений с одной влажностью древесины mi имеется своя прямая долговечности (луч в пучке прямых
T(t,a>i)-\gT) и отвечающее ей значение a(a>f), являющееся функцией влажности при постоянной температуре. Следовательно, для построения прямых долговечности T(lgr) соединений на МЗП с разной влажностью древесины необходимо испытать ряд одинаковых образцов при нескольких скоростях нагружения \V^ >VJ0 >,...,> Vf J. По данным испытаний определяются значения времени до разрушения [t[ і Длительная прочность соединений Дг) на металлических зубчатых пластинах (МЗП) согласно исследований [69] может быть изображена прямой в полулогарифмических координатах Т - lgr (где г- время до разрушения, с). При обработке результатов экспериментов [69] с достаточно большой длительностью испытаний (до 2-х лет) установлено, что опытные точки достаточно закономерно располагаются на прямой по уравнению Характерной особенностью соединений деревянных конструкций на металлических зубчатых пластинах (МЗП) является ярко выраженная зависимость их прочности и деформативности от величины и продолжительности действия нагрузки [69]. Известно, что влажность древесины оказывает значительное влияние на её механические свойства. Влияние влажности на длительную прочность соединений на МЗП рассмотрено в главе 3 диссертации. В то же время, сведения о влиянии влажности древесины на деформативность этого вида соединений носят ограниченный характер [69]. Для оценки влияния влажности древесины на ползучесть соединений на МЗП проведены длительные испытания опытных образцов соединений. Образцы соединений представляли собой стык двух деревянных элементов размером 32 х 100 х 150 мм каждый, соединённых между собой с зазором в 5 мм двумя металлическими зубчатыми пластинами. Металлические зубчатые пластины толщиной t = 1,2 мм с общим числом зубьев, равным 48, изготавливались методом холодной штамповки из стали марки 08 КП. Зубья пластины имели призматическую форму шириной Ъ = 2,4 мм и длиной / = 12,0 мм. Длительные испытания проводились на образцах двух видов. В образцах первого вида деревянные элементы соединялись пластинами при передаче усилия широкой плоскостью зуба вдоль направления волокон древесины (угол а = 0), в образцах второго вида усилие передавалось зубом поперёк направления волокон (угол а — 90). При соединении деревянных элементов под углом а = 0 зубья пластины запрессовывались в тангенциальном направлении, а в образцах, соединённых поперёк волокон, в радиальном направлении по отношению к годовым кольцам древесины. Деревянные элементы были изготовлены из двух свежесрубленных сосновых кряжей. Из одного кряжа выполнялись образцы соединений под углом а = 0, из другого - под углом а = 90. Кряжи подвергались продольной распиловке. Полученные при распиловке доски выдерживались в помещении с постоянным температурно — влажностным режимом почти до требуемого влагосодержания. Деревянные элементы разной влажности выбирались непосредственно один за другим вдоль волокон древесины. Окончательное установление необходимой влажности достигалось путём подсушивания элементов. После достижения требуемой влажности деревянные элементы помещались в герметические сосуды для выравнивания влажности по объёму. После запрессовки пластин образцы соединений были влагоизолированы слоем парафина толщиной 1 мм и герметично упаковывались в полиэтиленовую плёнку. Влажность древесины опытных образцов составила 6,25; 9,54; 18; и 21,9 % для соединений под углом а = 0, а для соединений углом а = 90 - 9,5; 15,5; 25,4; и 30 %. Влажность древесины контролировалась стандартным методом по ГОСТ 16483.7 - 71 и с помощью измерителя влажности ВИМС-2. Длительные испытания образцов соединений проводились на рычажных установках, обеспечивающих поддержание устойчиво постоянной во времени нагрузки (рис. 4.1). Нагрузка на образцы передавалась через стальные шары, расположенные в геометрических центрах стальных опорных плит. Деформации соединений измерялись индикаторами часового типа ИЧ-10 с ценой деления 0,01 мм, стационарно установленных на двух противоположных гранях образцов. Для каждого из принятых в исследованиях значениях влажности древесины испытывалось по три образца. Рис. 4.1. Длительные испытания образцов соединений Испытания соединений проводились под расчётной нагрузкой, определяемой по методике работы [72] и главы 3. Величина расчётной нагрузки на один зуб пластины Т(со) из условия прочности соединений на МЗП с учётом влажности древесины со определялась по формуле Tf(co) = b.t-JRu-RCM(co), (4.1) Ru = 472 МПа - сопротивление материала зуба изгибу; RCM{co) - расчётное сопротивление древесины гнезда смятию, определяемое по формуле главы 2 ксм W — тдл Ут ут - коэффициент надёжности по материалу, равный 1,17 при смятии древесины вдоль волокон и 1,25 - при смятии поперёк волокон [56], т$л= 0,4 -коэффициент длительного сопротивления древесины смятию в гвоздевых соединениях и соединениях на МЗП [72]; R"M(co) - нормативное сопротивление древесины смятию, определяемое по фактической прочности древесины соединений из выражения главы 2: коэффициент вариации прочности при сжатии чистой древесины [56]; i?c(12) - среднее значение временного сопротивления при сжатии образцов, отобранных из заготовок предназначенных для изготовления деревянных элементов соединений, и испытанных по ГОСТ 16483.10-73. Следует отметить значительное снижение расчётной нагрузки на соединения при увеличении влажности древесины. Так, например, для соединений под углом а = 0 увеличение влажности древесины с 6,25 % до 21,9% приводит к снижению расчётной нагрузки в 1,63 раза, а для соединений под углом а = 90 изменение влажности древесины от 9,5 % до 30 % снижает расчётную нагрузку в 1,68 раза. Экспериментальные кривые деформаций ползучести Sn(r) соединений на МЗП вдоль и поперёк направления волокон древесины .с разной влажностью древесины, определяемые по формуле Sn(T) = S(T)-8y, (4.3) приведены на рис. 4.2 и рис. 4.3. Здесь 8{т) - полная деформация соединения к моменту времени наблюдения т, а ду - упруго-мгновенная деформация соединения, вызванная расчётной нагрузкой, приложенной в «нулевой» момент времени. Анализ процесса деформирования соединений на МЗП во времени показывает следующее. Под действием на соединения расчётной нагрузки в условиях, исключающих влагообмен с окружающей средой, независимо от влажности древесины и направления волокон ползучесть соединений происходит с затухающей скоростью. Для каждого из принятых в исследованиях видов соединений испытывалось по три образца. В результате для каждого вида образцов построены экспериментальные кривые деформаций ползучести (рис. 5.3, 5.4), которые незначительно отличаются от теоретических. Согласно проведённых испытаний установлено, что деформирование соединений под углом 30 происходит во времени более интенсивно, чем у Т — образного стыка. Теоретические и экспериментальные исследования развития сдвиговых деформаций и перемещений составных деревянных балок при длительном загружении Металлические зубчатые пластины используются в составных деревянных балках для соединения по высоте досок (слоев) и играют роль податливых связей. Составные деревянные балки на МЗП имеют повышенную деформативность в результате взаимных сдвигов отдельных слоев по швам их сплачивания, эти сдвиги обусловлены деформацией зубьев пластин, включая сюда смятие древесины в гнездах под действием сдвигающих усилий, передаваемых плоскостью зубьев. С течением времени т происходит рост сдвиговых деформаций и прогибов составных деревянных балок на МЗП. Предполагается, что балки работают под действием эксплуатационных нагрузок, от которых напряжения а в слоях балок не превышают предела вынужденной высокоэластичности древесины 7ВЭ. При этом, как показывает анализ экспериментальньж данных [28], деформации последействия при а авэ изменяются линейно в зависимости от величины действующего напряжения а. Сдвиги в швах составной деревянной балки на МЗП могут быть выражены через кривизну отдельных слоев балки в середине пролёта, работающих независимо один от другого, в предположении отсутствия связей в швах. Кривизна \1рс составляет часть полной кривизны балки \1р. Остальная часть кривизны балки \/р0 отвечает её изгибу в предположении монолитности балки, т.е. отсутствия сдвигов по швам. Полная кривизна составной деревянной балки на МЗП может быть определена по формуле Изгибаемые составные балки на МЗП являются внутренне статически неопределимыми конструкциями, для расчёта которых необходимы сведения об упругих и прочностных характеристиках древесины и соединений. Работа древесины принимается упругой с пониженным значением модуля упругости к моменту времени т. За характеристику деформативности соединений на МЗГТ принимается величина отношения del Тс с учётом справедливости зависимости [35] где дс - деформация связей в предельном состоянии, соответствующая их расчётной несущей способности Тс, с учётом в необходимых случаях длительности действия нагрузки; 8 с - деформация соединения под действием усилия Т С ТС. Влияние сдвигов по швам составной деревянной балки на МЗП в общем случае может быть определено приближенным методом с использованием зависимостей (5.1)...(5.5), связывающих кривизну и прогиб отдельных досок и балки в целом. Полная величина предельного изгибающего момента М может быть представлена в виде суммы двух слагаемых [35] где Мс — изгибающий момент, воспринимаемый отдельными не связанными между собой слоями; Мо — изгибающий момент, воспринимаемый всем сечением, работающим как цельное. Полагая изгибающие моменты Мс и М0 пропорциональными соответствующим составляющим полной кривизны \1р0 и \1рс, или составляющим полного прогиба и/с, а также моментам инерции цельного сечения 10 и отдельных досок Ic=-Y h (равного сумме моментов инерции 1\), запишем [35] Количество связей, необходимых для постановки в швах составной балки, определяется по расчёту на сдвигающие усилия. Сдвигающее усилие Т по всей ширине балки, равное г Ь, вычисляется по формуле Распределение сдвигающих усилий по длине / балки аналогично распределению касательных напряжений г . Полное сдвигающее усилие в балке на участке от опоры до точки, где Т = 0, будет геометрически равно площади треугольника, на котором усилия Т являются ординатами. Для равномерно распределенной нагрузки Т— 0 при х = / / 2. тогда полное сдвигающее усилие в швах составной балки на половине её пролёта определяется из выражения [59] В составной деревянной балке на МЗП значение сдвигающего усилия i//2 T\i остаётся постоянным. Однако в результате податливости зубьев пластин и сдвига досок балки треугольная эпюра превратится в криволинейную, близкую к косинусоиде [35]. Если связи расставить по длине балки равномерно, то каждая связь может воспринимать сдвигающее усилие Тс, равное её несущей способности, а все связи должны воспринимать полное сдвигающее усилие, т.е. В этом случае, как это доказано в работе [59], связи, находящиеся около опор, будут перегружены в 1,5 раза. Поэтому в нормах проектирования [60] величина сдвигающего усилия J6p Сдвигающее усилие T можно выразить также через усилия Тс в связях, поставленных в том же шве в количестве пс равномерно по всей длине балки. Полагая изменение усилий в связях, как и сдвигов в швах, происходящим по длине балки по закону косинуса, в работе [35] была получена следующая зависимостьОбоснование метода прогнозирования длительной прочности соединений с учётом влияния влажности древесины
Расчёт деформаций соединений с учётом длительности действия снеговой и постоянной нагрузок
Похожие диссертации на Влияние влажности древесины на длительную прочность и ползучесть соединений строительных конструкций на металлических зубчатых пластинах
