Прочность и деформативность армированных деревянных балок при длительном действии нагрузки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат технических наук Молотовщиков, Сергей Леонидович

• Молотовщиков, Сергей Леонидович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Молотовщиков, Сергей Леонидович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АРМИРОВАННЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ИХ ИССЛЕДОВАНИЕ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА

1.1. Применение армированных деревянных конструкций в строительстве

1.2. Исследование работы армированных деревянных конструкций.

1.3. Анализ существующих законов, описывающих работу конструкций с учетом ползучести материала.

1.4. Цель работы и задачи исследования.

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ И ДЕФОРМАТИВНОСТИ АРМИРОВАННЫХ ДЕРЕВЯННЫХ БАЛОК ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ДЕЙСТВИИ СТАТИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ

2.1. Расчет изгибаемых армированных деревянных элементов с учетом ползучести.

2.2. Длительная несущая способность деревянных балок армированных стальной арматурой.

2.3. Практический способ расчета изгибаемых армированных деревянных элементов с учетом ползучести.

2.4. Численные исследования напряженно-деформированного состояния армированных деревянных балок с учетом фактора времени с применением ЭВМ.

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АРМИРОВАННЫХ ДЕРЕВЯННЫХ БАЛОК ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ДЕЙСТВИИ СТАТИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ

3.1. Методика экспериментального исследования.

3.2. Изготовление экспериментальных балок.

3.3. Результаты экспериментального исследования и их анализ.

Выводы по главе 3.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ КЛЕЕНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ БАЛОК С ПРОДОЛЬНЫМ АРМИРОВАНИЕМ ПРОЛЕТОМ 12 М 4.1. Методика исследования натурных конструкций.

4.2. Результаты испытаний натурных конструкций.

4.3. Технико-экономическая эффективность применения армированных деревянных балок.

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прочность и деформативность армированных деревянных балок при длительном действии нагрузки»

Актуальость темы. Разработка и исследование армированных деревянных конструкций для строительства являются частью важной народно-хозяйственной задачи по созданию новых видов несущих и ограждающих конструкций на основе древесины [2, 24].

Одним из обстоятельств, препятствующих внедрению армированных деревянных конструкций в практику строительства, является их недостаточная изученность.

Существующие методы расчета армированных деревянных конструкций основываются на результатах исследований кратковременно действующими нагрузками. В практике же строительные конструкции подвержены, как правило, длительному загружению. Поэтому массовое применение таких конструкций со стальной арматурой может иметь место лишь после их всесторонних испытаний, главным образом, длительно действующими нагрузками. Надежность эксплуатации таких конструкций будет обеспечена, если при расчете и проектировании будут учтены все особенности их работы во времени.

В настоящее время в связи со все возрастающей ролью древесины, как эффективного конструкционного материала, вопросы изучения и освоения армированных деревянных конструкций приобретают все большую актуальность. Армирование сечения деревянного элемента стальными стержнями, которые соединяются с деревом при помощи высокоэффективных клеев, обеспечивающих совместную работу этих материалов, открывает новые возможности перед проектировщиками и строителями, поскольку армирование дает возможность за счет увеличения несущей способности и жесткости снизить вес, уменьшить габариты и стоимость несущих деревянных конструкций [26, 36]. Высокие конструктивные показатели армированных деревянных конструкций позволяют расширить область применения деревянных конструкций и сделать их конкурентно-способными не только с железобетонными, но и с металлическими конструкциями [85, 88, 101, 105]. Кроме того армирование позволяет уменьшить влияние неоднородности и пороков древесины на прочность конструкций.

Увеличение объемов применения клееных деревянных конструкций в отечественной и зарубежной практике строительства предъявляет новые, более высокие требования к проектированию таких конструкций.

Диссертационная работа посвящена изучению напряженно-деформированного состояния армированных деревянных элементов в процессе длительного нагружения и выполнена в рамках целевой комплексной программы ГБ НиР О.Ц.ОЭ1, плана ГБ НиР кафедры строительных конструкций и архитектуры ВлГУ в соответствии с единым заказ-нарядом научно-исследовательских работ МОПО РФ.

Целью работы является изучение напряженно деформированного состояния клееных деревянных балок, армированных стальными стержнями, при длительном действии статических нагрузок на основе экспериментальных и теоретических исследований и разработка методики их расчета при длительно-действующей нагрузке.

При этом решались следующие задачи: определение влияния армирования стальными стержнями на длительную прочность и деформативность деревянных элементов при поперечном изгибе; выявление особенностей перераспределения напряжений между арматурой и древесиной при длительном действии нагрузки; проведение численных исследований напряженно-деформированного состояния изгибаемых армированных деревянных элементов при длительном действии статических нагрузок; уточнение инженерной методики расчета изгибаемых армированных деревянных элементов при длительном действии статических нагрузок на основе экспериментальных исследований; оценка технико-экономической эффективности и внедрение конструкций клееных деревянных балок, армированных стальной арматурой.

Научную новизну работы составляют: теоретическим и экспериментальным путем изучена работа и выявлены особенности изменения напряженно-деформированного состояния изгибаемых деревянных элементов, армированных стальными стержнями, при длительных силовых воздействиях; предложена инженерная методика расчета изгибаемых армированных деревянных элементов при длительном действии нагрузки с учетом перераспределения усилий между арматурой и древесиной во времени.

На защиту выносятся: результаты теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния армированных стальной арматурой клееных деревянных балок при изгибе длительно действующей нагрузкой в области затухающей ползучести; практический способ расчета изгибаемых армированных стальными стержнями деревянных балок с учетом ползучести при длительном действии нагрузки.

Практическое значение работы заключается в разработке и внедрении в проектирование метода практического расчета армированных стальной арматурой деревянных балок с учетом фактора времени, что позволит повысить эксплуатационную надежность изгибаемых конструкций, сократить расход древесины при их изготовлении, снизить монтажную массу.

Заключение диссертации по теме «Строительные конструкции, здания и сооружения», Молотовщиков, Сергей Леонидович

- 119-ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Результаты экспериментально-теоретических исследований работы клееных деревянных конструкций, армированных стальной арматурой при длительном действии нагрузок позволили сделать следующие выводы:

1. Клееные деревянные балки, армированные стальной арматурой, имеют несущую способность в 2 - 2.5 раза выше, чем аналогичные неармированные конструкции за счет восприятия высокопрочной арматурой значительной части изгибающего момента.

2. Длительная прочность изгибаемых армированных деревянных конструкций подчинена общим временным закономерностям изменения прочности древесины при длительном действии нагрузки, которые могут быть описаны затухающей экспоненциальной зависимостью.

3. Деформативность армированных балок при длительном действии нагрузки, близкой к расчетной эксплуатационной, практически прекращается через 40 - 60 суток (у неармированных - через 90 -120 суток) и в среднем на 25 - 30% ниже, чем у неармированных, что объясняется сдерживающим влиянием арматуры на ползучесть древесины.

4. С течением времени происходят значительные изменения напряженно-деформированного состояния балок, заключающиеся в перераспределении усилий в арматуре и древесине, что приводит к снижению напряжений в древесине и росту их в арматуре, которое достигает 10 - 44% и зависит от коэффициента армирования.

5. Установлено выражение для коэффициента перераспределения усилий, характеризующее прирост прогибов конструкций и напряжений в арматуре, а также снижение напряжений в древесине в условиях длительного загружения.

6. Разработанный метод расчета позволяет определять напряженно-деформированное состояние армированных деревянных изгибаемых элементов в любой момент времени. Для практических расчетов предложены формулы, отражающие установившееся напряженно-деформированное состояние конструкций и учитывающие длительность действия нагрузки.

7. Испытания длительно действующими нагрузками деревянных балок, армированных стальной арматурой, показали высокую надежность и жесткость соединения арматуры с древесиной эпоксидно-песчаным компаундом.

8. Клееные армированные балки - эффективные несущие конструкции, имеющие расход клееной древесины в деле на 40-55%, монтажную массу на 20-35%, стоимость на 10-20% меньше, чем аналогичные неармированные типовые балки, т. е. армированные балки имеют более высокие показатели, чем неармированные.

9. Результаты длительных испытаний и опытно-промышленной проверки деревянных конструкций со стальной арматурой в эксплуатационных условиях дают возможность приступить к массовому применению нового эффективного вида деревянных конструкций.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Молотовщиков, Сергей Леонидович, 1999 год

1. Алимов С.А. Длительная прочность и деформативность клееной древесины при изгибе. - Сб. "Исследования строительных конструкций с применением полимерных материалов", вып. 2, ВГУ, Воронеж, 1975.-С. 97-102.

2. Армированные деревянные конструкции (материалы совещания-семинара 19-20 мая 1976 г.).- Уфа, 1976. С. 3-4.

3. Арутюнян Н.Х., Зевин A.A. Расчет строительных конструкций с учетом ползучести. М., Стройиздат, 1988.

4. Белянкин Ф.П. Длительное сопротивление древесины, ОНТИ, 1934.

5. Белянкин Ф.П., Яценко В.Ф. Деформативность и сопротивляемость древесины как упруго-вязко-пластического тела, АН УССР, К, 1957.

6. Бондин В.Ф. О расчете армированных деревянных балок.-Журн. Строительная механика и расчет сооружений. М., 1976, №2.-С. 34-37.

7. Бондин В.Ф. Усилия в опорных участках деревянных армированных балок.- В кн.: Проблемы совершенствования строительных конструкций на Дальнем Востоке.- Сб. науч. тр. Хабаровск, 1982. С. 120-126.

8. Васидзу К. Вариационные методы в теории упругости и пластичности/ Пер. с англ.- М.: Мир, 1987. 542 с.

9. Васильев В.В. Механика конструкций из композиционных материалов.- М.: Машиностроение, 1988. С. 34.

10. Воинов А.П. Несущая способность деревянных балок с учетом фактора времени, АН УССР, К., 1954.

11. Вылегжанин Ю.Б. О деформативности деревянных армирван-ных балок под длительно действующей нагрузкой.- Сб.: Армирование деревянных конструкций.- НИИПромстрой, Уфа, 1976.-С. 34, 35.

12. Гречухо И.Г. Сжато-изогнутый стержень в упруго-пластической стадии."Строительная механика и расчет сооружений.", 1960,6. С. 23-28.

13. Гринь И.М. Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов. Проектирование и расчет.- Киев: Вища школа,1975.-С. 59, 64.

14. Губенко А.Б., Фрейднн A.C. Синтетические клеи для склеивания строительных конструкций, ЦНИИСК, вып. 24, Госстройиз-дат, 1963.

15. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике.- М.: Мир, 1975.-480 с.

16. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация/ Пер. с англ.- М.: Мир, 1986.- 318 с.

17. Иванов Ю.М. Длительная несущая способность деревянных конструкций. Известия вузов "Строительство и архитектура", № 11, 1972.-С. 6-12.

18. Иванов Ю.М. и др. Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирования. Учеб. пособие для ВУЗов.-Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1981. С. 59, 64.

19. Иванов Ю.М. О предельных состояниях деревянных элементов, соединений и конструкций, Стройиздат, 1947.

20. Карлсен Г.Г., Большаков В.В., Каган М.Е. и др. Конструкции из дерева и пластмасс.- М., Стройиздат, 1975. С. 218, 220.

21. Касаткин В.Б. Бондин В.Ф. Долговременные испытания армированных балок в условиях Крайнего Севера. Известия вузов "Строительство и архитектура.", № 11, 1972. С. 12-14.

22. Клееные армированные деревянные конструкции. Отчет о научно-исследовательской работе.- Владимир, 1979. Гос. per. № 624.0II.6. С. 5.

23. Кляйман М.А. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук., МИСИ, 1980.

24. Ковальчук Л.М. Склеивание древесных материалов с пластмассами и металлами, Лесная промышленность, М., 1968.

25. Козулин А.Я., Щуко В.Ю. Исследование сжато-изогнутых клееных армированных элементов.- Сб.: Армирование деревянных конструкций.- Уфа, 1976. С. 50-52.

26. Колпаков C.B., Грохотов В.И., Савойский В.М. О работе под длительной нагрузкой балок с различными способами армирования.- Сб.: Армирование деревянных конструкций.- Уфа, 1976.-С. 36, 37.

27. Колпаков C.B., Грохотов В.И., Савойский В.М. Оценка эффективности армирования деревянных изгибаемых элементов.- Сб.: Армирование деревянных конструкций.- Уфа, 1976. С. 58, 59.

28. Коченов В.М. Несущая способность элементов и соединений деревянных конструкций, Госстройиздат, 1953.

29. Леннов В.Г. Исследование сопротивления древесины сосны с учетом влияния фактора времени, Сб. научно-технического общества строительной промышленности, Госстройиздат, 1956.

30. Леннов В.Г. Исследование прочности и деформативности древесины сосны под действием длительной нагрузки применительно к теории расчета элементов деревянных конструкций, Труды ГИСИ, вып. 27, Горький, 1957.

31. Ли В.Д. Влияние температурно-влажностных факторов на работу армированных деревянных балок.- Сб.: Промышленное производство и применение клееных деревянных конструкций в строительстве.- Гомель, 1977. С. 79, 80.

32. Ли В.Д. Долговременные испытания образцов соединения арматуры с древесиной. В кн."Исследования по строительной механике и строительным конструкциям", Томск, 1984. С. 74-77.

33. Линьков И.М. Армированные клееные деревянные конструкции, МОД ЦНИИТЭИ леспрома, 1967, № 4.

34. Линьков И.М. Клееные фанерные армированные панели, Материалы Всесоюзного совещания "Повышение эффективности конструкционного использования древесины в строительстве",38