Совершенствование узловых соединений элементов деревянных конструкций тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.05, кандидат наук Орлов Александр Олегович

• Орлов Александр Олегович
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Орлов Александр Олегович

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 Применение древесины и деревокомпозитных материалов в строительной отрасли

1.2 Применение древесины в конструкциях из деревокомпозитных материалов

1.3 Узловые соединения деревянных конструкций

1.3.1 Нагельные соединения

1.3.2 Гладкие кольцевые шпонки

1.3.3 Соединения на зубчатых (когтевых) шайбах и шпонках

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ УЗЛОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

2.1 Определение несущей способности стержневых деревянных конструкций

2.2 Расчетная модель для определения несущей способности узлового соединения в БК

2.3 Математическая модель когтевого коннектора работающего в упруго-вязко-пластичной среде

2.4 Математическая модель работы и расчета когтей коннектора в зависимости от угла внедрения в древесину

2.5 Расчетная модель узлового соединения «древесина-древесина» на когтевых коннекторах

2.6 Выводы по главе

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Цель, задачи и программа экспериментального исследования

3.2 Характеристики испытываемых материалов

3.3 Методика экспериментального исследования

3.4 Планирование эксперимента

3.5 Выводы по главе

4 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ УЗЛОВОГО СОЕДИНЕНИЯ

4.1 Общие идеи метода конечных элементов (МКЭ)

4.2 Численный расчет напряженно-деформированного состояния узлового соединения

4.3 Выводы по главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Пример расчета клеефанерной и клеедощатой стойки с

применением когтевого коннектора

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Технология изготовления деревянных стоек с применением когтевых коннекторов

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование узловых соединений элементов деревянных конструкций»

Актуальность темы

Древесина и деревокомпозитные материалы широко применяют в современном домостроении. Древесина представляет собой экологически чистый возобновляемый материал с высокими удельными физико-механическими характеристиками. Стандартные конструктивные решения узловых соединений и элементов не предусматривают возможности применения новых материалов и современных технических решений, позволяющих повысить прочностные и деформационные характеристики соединений. Поэтому необходимо провести исследования по совершенствованию узлов элементов из древесины и деревокомпозитных материалов с разработкой новых видов соединений. Следовательно, проведенные исследования в этом направлении являются актуальными.

Объект исследования: Узловое соединение элементов деревянных конструкций.

Предмет исследования: напряженно-деформированное состояние (НДС) узловых соединений стержневых деревокомпозитных конструкции (ДКК) с оценкой прочности, жесткости и сдвигоустойчивости.

Область исследования соответствует требованию паспорта научной специальности ВАК РФ 05.21.05 - «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки» пп. 1, 2, 4.

Цель работы - совершенствование узловых соединений элементов деревянных конструкций с применением зубчатых пластин (когтевых коннекторов).

Для достижения цели определены задачи:

1. Провести анализ технических решений узловых соединений деревянных конструкций;

2. Разработать уточненную математическую модель взаимодействия зубчатого элемента коннектора с древесиной;

3. Разработать методику экспериментальных исследований поведения зубчатого элемента коннектора в зоне контакта его с древесиной;

4. Уточнить зависимости геометрических характеристик зубчатых элементов и несущей способностью соединения;

5. Определить взаимосвязь зубчатых элементов на несущую способность соединения с учетом анизотропных свойств древесины;

6. Исследовать влияния количества зубьев коннектора на прочность соединения с древесиной в зоне контакта;

7. Выполнить компьютерный анализ напряженно-деформированного состояния узлового соединения в зоне контакта.

Научная новизна результатов исследования:

- разработана математическая модель взаимодействия элементов узлового соединения с учетом анизотропных свойств древесины;

- определены параметрические зависимости прочности и деформативности узловых соединений деревянных элементов с различными характеристиками коннектора;

- установлены новые характеристики прочности, жесткости и сдвигоустойчивости элементов узлового соединения с коннектором.

Практическая значимость работы.

Разработаны конструктивные решения эффективных узловых соединений деревянных элементов с когтевыми коннекторами. Результаты исследований могут быть использованы при изготовлении элементов узлов деревянных конструкций, разработке нормативных документов, алгоритмов расчета, в практике проектирования и учебном процессе.

Методы исследований.

При проведении теоретических исследований использованы методы математического анализа, строительной механики, теории упругости и пластичности анизотропных тел. Численные исследования проведены методом конечных элементов в среде Ansys Workbench 15.0. Экспериментальные исследования выполнены с применением методов планирования эксперимента, математической обработки результатов, методик численного и натурного эксперимента.

Достоверность результатов исследований обеспечивается корректными допущениями при замене реальных процессов математическими моделями,

приемлемым совпадением результатов теоретических и экспериментальных исследований, подтверждается решением задач в соответствии с классическими гипотезами и допущениями строительной механики и теории упругости анизотропных тел, использованием лицензионного расчетного программного комплекса ANSYS и современного аттестованного измерительно--вычислительного оборудования.

На защиту выносятся:

- результаты теоретических и экспериментальных исследований элементов узловых соединений на когтевых коннекторах для деревянных конструкций;

- уточненная расчетная математическая модель взаимодействия элементов узлового соединения древесины и коннектора;

- конечно-элементные параметрические модели взаимодействия коннектора и древесины;

- методика прочностного и деформационного расчета элементов узловых соединений деревокомпозитных конструкций с учетом анизотропии материалов и податливости соединений.

Личный вклад автора заключается в проведении аналитического обзора исследований по направлению диссертационной работы, формулировке цели и задач, разработке математических и конечно-элементных моделей узловых соединений, разработке методики проведения исследований, создании экспериментальной установки, проведении теоретических и экспериментальных исследований, обработке и анализе результатов, подготовке публикаций по теме исследования.

Реализация результатов работы.

Результаты выполненных исследований переданы в АО «НИЦ «Строительство» Центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций (ЦНИИСК) им. В.А. Кучеренко, «НПиПКЦ «АРМ».

Апробация результатов.

Основные положения работы представлены на международной научно-практической конференции «Традиционная и инновационная наука: история, современное состояние, перспективы» (г. Самара, 2015 г.), на международной научно-практической конференции «Наука третьего тысячелетия» (г. Курган, 2016

г.) на международной научно-технической конференции «Строительная наука XXI век: теория, образование, практика, инновации северо-арктическому региону» (г. Архангельск, 2016г.), на научной конференция «Развитие Северо-Арктического региона: проблемы и решения» (г. Архангельск, 2016г.), на международной научно-технической конференции «Строительная наука XXI век: теория, образование, практика, инновации северо-арктическому региону» (г. Архангельск, 2017 г.).

Публикации.

По результатам научных исследований опубликовано 11 печатных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 3 - Scopus и Web of Science.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, библиографического списка, изложена на 137 страницах, содержит 76 рисунков, 22 таблицы, 2 приложения.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 Применение древесины и деревокомпозитных материалов в строительной отрасли

Древесина - уникальный возобновляемый природный материал, использующийся на протяжении многих веков, практически во всех сферах человеческой деятельности. В период индустриализации основными материалами строительных конструкций являлись железобетон и металл, однако сейчас, использование древесины в качестве конструкционного материала выходит на первый план. Применение данного материала в качестве основы деревянных конструкций позволяет решать актуальные задачи в области экологии и энергоэффективности. К другим достоинствам древесины относятся конструкционно-технологические и физико-механические характеристики, стойкость при взаимодействии с кислотами и щелочами, высокая прочность, в том числе при воздействии сейсмических нагрузок, малая теплопроводность, и плотность и др. Такие недостатки как набухание, усушка, биопоражения, анизотропия свойств снижают прочностные свойства материала.

Исследованием физико-механических и конструкционных свойств древесины и деревокомпозитных материалов занимались: Е.К. Ашкенази, Ф.П. Белянкин, С.И. Ванин, В.Н. Глухих, А.Б. Губенко, Д.И. Журавский, В.И. Жаданов, Е.М. Знаменский, А.М. Иванов, И.С. Инжутов, А.В. Калугин, Г.Г. Карлсен, Л.М. Ковальчук, А.М. Копейкин, Б.В. Лабудин, Н.Л. Леонтьев, В.И. Мелехов, А.Н. Митинский, Р.Б. Орлович, Л.М. Перелыгин, С.Н. Пластинин, А.Д. Платонов, К.П. Пятикрестовский, С.И. Рощина, Е.И. Савков, Е.И. Светозарова, Е.Н. Серов, Ю.В. Слицкоухов, А.А. Тамби, В.И. Травуш, А.В. Турков, С.Б. Турковский, Б.Н. Уголев, В.М. Хрулев, П.Н. Хухрянский, А.Г. Черных, А.Н. Чубинский, P. Aune, R.L. Hankinson, B.O. Hilson, A. Meyer, T. Möller, M. Patton-Mallory, H. Riberholt и др. [3, 4, 7, 13, 25, 27, 28, 29, 31, 34, 35, 37, 39, 40,41, 45, 46, 51, 52, 63-65, 70, 73, 75-78, 8588, 90, 92-95, 99, 111, 112, 121, 123, 127, 129].

Одним из наиболее важных направлений использования древесины является ее применение в несущих и ограждающих конструкциях в промышленном и гражданском строительстве.

Во многих развитых странах из древесины возводятся многоэтажные жилые дома и большепролетные здания и сооружения любой формы и назначения [88, 130, 134].

В таких странах как Норвегия, Финляндия, Швеция построены микрорайоны, включающие жилые дома и здания общественного назначения, целиком выполненные из древесины. Известен опыт совместной работы инженеров из Австрии и Англии. Первым возведенным девятиэтажным зданием из древесины стал жилой дом Маррей Гров в г. Лондон (рис. 1.1.), высотой 30 метров, с офисными помещениями на первом этаже. Строительство осуществлялось только с применением ручного инструмента и одного крана, при этом монтажные работы надземной части здания заняли 28 дней [134].

Строительные конструкции из древесины успешно используются в сейсмически опасных районах, например, в Италии. Их применение, при строительстве спортзала в городе Аматриче (рис. 1.1.), в качестве большепролетных конструкций, позволило ему уцелеть. Кроме спортзала, в этом городе возведены школьные столовые с использованием древесины в аналогичных конструкциях, автором проекта является архитектор Стефано Боери [103]. В наиболее сейсмически опасных регионах мира, например, в Японии, ежегодно растет количество возведенных многоэтажных жилых домов из древесины. Большинство таких зданий располагаются в таких городах, как Канагава и Токио.

Рисунок 1.1 - Жилой дом Маррей Гров (слева) и столовая в г. Аматриче (справа)

Исследователи из США и Канады смогли найти применение и испорченной древесине. Например, пораженная древесина использовалась при возведении конькобежного центра «Олимпийский овал Ричмонда», строительстве многоэтажного офисного здания в Миннеаполисе, что поспособствовало сокращению сроков строительства объектов [128, 130]. В Северной Америке применение древесины в строительстве различных объектов является широко распространенной практикой, а СЬТ панели становится одним из основных материалов в жилом одно- и многоэтажном строительстве [6, 110].

Рисунок 1.2 - Олимпийский овал Ричмонда и офисное здание в Миннеаполисе

Нормы по обеспечению пожарной безопасности, составленные на 2017 год, запрещают строить дома из древесины выше двух этажей [79, 80]. Несмотря на это, деревянное строительство можно считать традиционным для России. Примерами использования древесины в качестве основных строительных конструкций являются Дворец водных видов спорта в г. Казань (рис. 1.3), аквапарки в городах Санкт-Петербург, Москва, Уфа [88].

Рисунок 1.3 - Дворец водных видов спорта в г. Казань

Дальнейшие исследования позволяют разрабатывать новые конструктивные решения несущих и ограждающих конструкций. Например, увеличение этажности зданий стало возможным за счет применения современных деревокомпозитных конструкционных материалов, к которым относятся (LVL. CLT. OSB др.).

К наиболее перспективным конструкционным древесным материалам можно отнести конструкционно композитную Structural Composite Lumber (SCL) и перекрестно-клееную древесину. Наиболее известные из них PSL, LVL, OSL, LSL [47, 83].

Клееные деревянные конструкции (КДК, Glued laminated timber) изготавливают за счет склеивания нескольких слоев заготовок, имеющих толщину до 45 мм, волокна древесины расположены в продольном направлении элемента. Максимальная длина КДК составляет 30 метров, высота - 2 метра. Возможно изготовление деревоклееных элементов большей длины.

Перекрестно-клееные панели (CLT) изготавливают за счет склеивания слоев заготовок, имеющих толщину от 16 до 43 мм, расположенных относительно друг друга крест-накрест. CLT-панели состоять из нечетного количества слоев (трех, пяти, семи и более слоев). Ширина CLT-панелей может составлять от 1,2 до 3,6 м, толщина - от 50 до 400 мм, длина от 5 до 18 м. Размеры обуславливаются, например, длиной производственной линии и требованиями транспортировки. Такие панели используют в качестве элементов перекрытий и стен.

КДК и CLT-панели обладают повышенными эксплуатационными качествами по сравнению с конструкциями из цельной древесины. Такие конструкции значительно прочнее, обладают большей влагостойкостью благодаря клеевым прослойкам; показатель степени огнестойкости массивных ДКК выше, чем у конструкций из металла и железобетона. Величина внутренних напряжений в ДКК значительно в меньшей степени зависит от влажности окружающего воздуха, а простота монтажа значительно сокращает сроки строительства.

Конструкционная композитная древесина (SCL) отличается стабильностью свойств и высокой однородностью, возможностью использования лиственных пород древесины и полнотой переработки первичного древесного сырья (до 75%).

PSL (Parallel strand lumber) - наиболее прочный материал в группе SCL. PSL изготавливают за счет склеивания полос шпона, расположенных параллельно, длиной от 1 до 2,5 м, толщиной 3 мм. Поперечное сечение PSL как правило составляет (b/h) 280x280 мм, 280x480 мм и др., а длина может достигать 20 м. PSL используют в качестве стержневых элементов конструкций (балок, раскосов, стоек, т.д.). PSL обладают высокой прочностью на растяжение и изгиб, хорошие декоративные качества.

LVL (Laminated veneer lumber) изготавливают за счет склеивания однонаправленного шпона, имеющего толщину 3 мм. LVL применяется в качестве стержневых элементов балок, рам, ферм, и плитных конструкций. Длина плит может составлять до 23 м, толщина от 20 до 90 мм. LVL обладает высокими прочностными характеристиками, плотность - 500-600 кг/м3. Одним из наиболее перспективных направлений применения LVL является использование в качестве двутавровых балок (I-joist). Нагружать LVL-брус следует вдоль волокон, вследствие однонаправленной структуры. LVL-брус обладает высокими прочностными характеристиками. Это обуславливается в первую очередь технологией производства, обеспечивающей практически полное отсутствие различных дефектов в материале, которые являются следствием естественных пороков древесины. Кроме этого конструкции из LVL исключают возникновение "мостиков холода", гниения, требуют меньших затрат времени и финансов по сравнению с бетоном, металлом и кирпичом.

OSL (Oriented strand lumber) и LSL (Laminated strand lumber) уступают PSL и LVL по жесткости и прочности. В процессе их производства переработка древесного сырья достигает максимальной глубина, поэтому становится возможным использование низкосортной древесины. LSL изготавливают за счет склеиванием стружки, расположенной параллельно, длиной 30 см, толщиной 0,8 мм. Длина плит составляет до 11 м, толщина от 32 до 89 мм. OSL изготавливают за счет склеивания стружки, ориентированной послойно. OSL- и LSL- материалы используются в качестве плитных и балочных конструкций.

Наибольший интерес представляют КДК и CLT-панели. По сравнению с другими древесными конструкционными материалами в конструкциях из перекрестно-клееной и клееной древесины сохраняется целостность древесных

волокон и прочностных характеристик. Технология перекрестного склеивания слоев заготовок позволяет получить конструкционный материал, с характеристиками, сопоставимыми и превосходящими характеристики цельной древесины, применение которого позволит повысить эффективность и надежность несущих и ограждающих конструкций.

1.2 Применение древесины в конструкциях из деревокомпозитных материалов

Древесина применяется при строительстве жилых, общественных, производственных и сельскохозяйственных зданий, в виде деревянных каркасов, панельных, объемно-модульных и комбинированных домов, благодаря их высокой теплоэффективности и экологичности.

Ригели и стойки являются основными элементами поперечной конструкции двух- и трех-шарнирных рам каркасных зданий.

Стойки каркасных зданий можно классифицировать по следующим признакам [53]:

1. Функциональное назначение и схема: стойки двухшарнирных рам; стойки трехшарнирных рам - одна стойка защемлена в фундаменте, другая "качающаяся" с шарнирным опиранием ригеля и шарнирным креплением на фундаменте; стойка каркаса торцевой стены в зависимости от их высоты могут быть как "качающиеся", так и с одним верхним шарниром (при h>10 м) и с защемлением на фундаменте.

2. Материалы: цельномассивные клееные из досок (КДК) или LVL (рис. 1.4,

а); клеефанерные (рис. 1.4, б); выполненные из бревен и брусьев (рис. 1.4, в, г).

3. Вид соединений: клееные (клеедощатые, клеефанерные, рис. 1.4, а, б); на механических связях (нагелях, шпонках, колодках, рис. 1.4, в, г).

4. Внешний вид: плоские сплошные (рис. 1.4, а, б); плоские решетчато-сквозные (рис. 1.4, в, г).

5. Возможность и способ изготовления: заводское изготовление (рис. 1.4, а,

б); построечное изготовление (рис. 1.4, в, г).

6. Степень огнестойкости, материалоемкости, трудоемкости и тд.

Рисунок 1.4 - Конструкции стоек каркасных зданий

Клеедощатые и клеефанерные стойки прямоугольного (коробчатого) сечения отличаются технологичностью изготовления, обладают более высоким пределом огнестойкости в сравнении со стойками других конструкций. Изготовление стоек большой высоты (И>6м) отличается значительной материалоемкостью. Снизить материалоемкость изготовления можно за счет применения двутаврового сечения, однако, это снизит технологичность изготовления, что в конечном итоге приведет к увеличению стоимости изготовления конструкции.

Наименьшей материалоемкостью обладают клеефанерные (рис. 1.4, б) и решетчатые (рис. 1.4, в) стойки. Клеефанерные стойки широко применяются при строительстве зданий с химически агрессивной средой, обладают хорошим внешним видом, несмотря на малую массу обладают высокой прочностью и жесткостью, однако их применение может быть ограничено требованиями противопожарной безопасности, в случае не проведения соответствующих мероприятий. Клеефанерные стойки наиболее рационально применять при возведении сборно-разборных зданий, в качестве фахверковых, торцевых стоек зданий большой высоты.

Многолетняя практика применения решетчатых стоек показала, что они являются жесткими и прочными конструкциями основным недостатком которых

является значительно меньший предел огнестойкости по сравнению с массивными клеедощатыми стойками. Не рекомендуется применение данного вида стоек в зданиях с химическим производством агрессивных веществ (газ, пыль), которые ведут к быстрой коррозии элементов соединений или металла. В гражданском строительстве использование их ограничивается архитектурными соображениями.

Стойки из брусьев и бревен на колодках, несмотря на трудоемкость, могут применяться для возведения временных зданий при условии использования древесины как местного материала. Высота таких стоек ограничивается длиной лесоматериала [53].

Другими конструкциями, широко используемыми в деревянном домостроении являются балочные элементы, рамы, арки, фермы и др. Рассмотрим стропильные стержневые системы в покрытиях зданий. Такие конструкции состоят из отдельных стержней, соединенных между собой в узлах и работающих преимущественно на продольные усилия. Величина усилия в элементах фермы зависит от расстояния между поясами и расположения элементов решетки, которые соединяют эти пояса.

Рационально запроектированная ферма позволяет существенно сэкономить используемый материал (древесину или деревокомпозитные материалы). Кроме этого, в отличие от сплошной стенки плоскостных конструкций балок и рам, элементы решетки являются отдельными стержнями, что также приводит к экономии. Однако сквозные системы требуют устройства узловых соединений, что приводит к ухудшению эксплуатационных и эстетических качеств, дополнительным трудовым и материальным затратам.

Применение ферм является более рациональным решением при проектировании и строительстве объектов с пролетами более 24 м по сравнению с балочными конструкциями. При этом применение крупнопанельных ферм с клееным верхним поясом позволит повысить эффективность и долговечность конструкции, за счет отсутствия необходимости устройства множества узловых соединений и прочностных преимуществ клееных элементов.

Фермы различаются по очертанию поясов: треугольные (рис. 1.5 а), с параллельными поясами (рис.1.5 б), многоугольные (рис.1.5 г), трапециевидные (рис.1.5 в), сегментные (рис.1.5 д), с криволинейными поясами (рис.1.5 е).

а) б)

Рисунок 1.5 - Типы ферм по очертанию поясов и виду решетки

Решетки могут образовывать простые или сложные системы, например, для стропильных ферм характерна простая решетка.

В зависимости от расположения и направления раскосов различают следующие виды решеток:

- раскосная, при чередовании стоек и раскосов (рис. 1.5 б);

- треугольная, при чередовании раскосов разных направлений (рис.1.5 а, е);

- треугольная со стойками, при нахождении стоек между сходящимися раскосами (рис.1.5 в, г).

Другие типы решеток в деревянных фермах, как правило, не применяются.

Различают нисходящие (работающие на растяжения) и восходящие (работающие на сжатие) раскосы. Предпочтение стоит отдавать типу решетки с наибольшим количеством стержней, работающих на сжатие, так как крепление таких стержней к узлам фермы наиболее удобно и надежно

Фермы могут быть цельнодеревянными (выполненные из досок, брусьев, клееной древесины, круглого леса), металлодеревянными.

По типу узловых соединений различают фермы на кольцевых и зубчатых шпонках, на гвоздях, на цилиндрических стальных нагелях и болтах, на металлических зубчатых пластинах, на клеестальных шайбах, на лобовых врубках и на других видах механических связей.

По величине перекрываемых пролетов фермы можно классифицировать: малого (9-15 м), среднего (18-24 м) и большого (более 24 м) пролета. По способам изготовления различают фермы индустриального и построечного изготовления.

Фермы треугольной формы применяются как правило применяются для кровель. Верхний пояс таких ферм может выполнятся из: брусьев, клееных блоков, пластинчатых нагелях. Нижний пояс как правило изготавливают из круглой или профильной стали. Реже нижний пояс выполняют из бруса или клееной древесины. Повышение степени индустриализации при изготовлении треугольных ферм можно обеспечить за счет решетки с минимальным числом элементов.

Одними из основных несущих конструкций покрытий жилых и общественных зданий являются сегментные фермы. Данный вид ферм получил широкое распространение за счет следующих преимуществ: надежность, низкая значения напряженности решетки, простота процесса изготовления ферм, пояса ферм полностью используют несущую способность древесины. Зачастую, сегментные фермы находят применение в зданиях с пролетами от 12 до 36 м., в случае применения арок, которые состоят из двух сегментных ферм, пролет достигает 60-72 м.

К основными характеристиками схем сегментных ферм относятся: схема решетки, высота фермы, очертания верхнего пояса, число панелей поясов.

По очертанию верхний пояс может быть в виде эллипса, параболы, других кривых, симметричных относительно какой-либо оси. В зависимости от величины перекрываемого пролета устанавливается количество панелей верхнего или нижнего пояса. На рис. 1.6. приведены возможные схемы многоугольных и сегментных ферм.

Рисунок 1.6 - Сегментные и многоугольные фермы

Одним из наиболее важных вопросов, связанных с проектированием деревянных стоек и ферм, является обеспечение жесткости, прочности и несущей способности узловых сопряжений, в том числе узла сопряжения стойки с фундаментом (опорного узла). Однако, вопросы проектирования, расчета, узловых соединений деревянных конструкций изучены не в полном объеме, что приводит к ограничению их использования. Ниже рассмотрим основные конструктивные решения узлов ля стержневых конструкций.

1.3 Узловые соединения деревянных конструкций

Сортаменты могут значительно ограничивать размеры пиломатериалов, используемых в качестве элементов той или иной деревянной конструкции, вследствие чего стали необходимыми такие операции, как сплачивание или сращивание.

Анализ конструктивного исполнения пространственных конструкций типа шатров, арок, куполов (стержневых), ферм, сводов, рам показал наличие множества узловых и стыковых соединений.

Выбор того или иного типа соединения деревянных конструкций определяется характером работы элементов соединения, способом передачи усилий между ними, то есть зависят от вида механических связей.

Для элементов, испытывающих нагрузку сжатия, целесообразно в качестве способа соединения использовать лобовые упоры или врубки с установленными дополнительными накладками, стянутыми болтами (соединенными гвоздями), которые стабилизируют работу соединения.

Для элементов или стыков, испытывающих растягивающую нагрузку, расположенных под углом друг к другу, требующих сплачивания, целесообразно в качестве способа соединения использовать соединения на механических связях.

Классифицировать такие связи можно, например, в зависимости от характера работы:

1) скалывающие (на смятие);

2) сдвиговые;

3) изгибающие;

4) растягивающие.

1.3.1 Нагельные соединения

Такие соединения, как правило, применяются в конструкциях временного и постоянного назначения. Они применяются при сборке деревянных конструкций, при их ремонте, восстановлении, усилении.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Орлов Александр Олегович, 2019 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Арленинов Д.К. Конструкции из дерева и пластмасс. / Д.К. Арленинов, Ю.Н. Буслаев, В.П. Игнатьев и др. - М.: АСВ, 2002. - 280 с.

2. А.С. 1807185, МКИ Е 04 В 1/38. Узловое соединение стержней деревянных несущих конструкций/Б.В. Лабудин, В.Д. Попов, В.В. Яковлев, А.В. Вешняков, -№4930924/33; Заявл. 23.04.91; Опубл. 07.04.93, - Бюл. №13.

3. Ашкенази Е. К. Анизотропия древесины и древесных материалов / Е. К. Ашкенази. - М.: Лесная промышленность, 1978. - 224 с.

4. Белянкин Ф.П. Деформативность и сопротивляемость древесины как упруго-вязко-пластического тела / Ф.П. Белянкин, В.Ф. Яценко // Киев: Изд. АН УССР, 1957. - 200 с.

5. Богданович Н.И. Планирование эксперимента в примерах и расчетах: учеб. пособие / Н.И. Богданович, Л.Н. Кузнецова, С.И. Третьяков, В.И. Жабин // -Архангельск: Северный (Арктический) федеральный университет, 2010. - 126 с.

6. Бойтемирова И.Н. CLT-панели эффективный материал из древесины для несущих и ограждающих конструкций зданий / И.Н. Бойтемирова, Е.А. Давыдова // Вестник научных конференций №12-1, 2016. - с.18-21

7. Ванин С.И. Древесиноведение / С.И. Ванин // М.: Гослесбумиздат, 1949. -472 с.

8. Ветрюк И. М. Исследование работы когтевых шайб Леннова в соединениях клееных элементов. Строительные конструкции и теория сооружений. Строительные конструкции: сборник / ГОССТРОЙ БССР, Ин-т стр-ва и архитектуры - с. 157-165.

9. Ветрюк И.М. Конструкции из дерева и пластмасс. Учебное пособие для ВУЗов по специальности «ПГС», 2-е изд. перераб. и доп. Минск, Высшая школа,1978г.- 125 с.

10. Волков И.К., Канатников А.Н. Интегральные преобразования и операционное исчисление: Учеб. Пособие для вузов / 2-е изд. - М. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 228 с.

11. Гестеши Т. Деревянные сооружения гражданские и инженерные. Основы расчёта и конструирования. Под ред. П. Я. Каменцева. М., Гостехиздат, 1929 г.

12. Гетц К. Г., Хоор Д., Мелер К., Наттерер Ю. Атлас деревянных конструкций. Пер. с нем. - М.: Стройиздат, 1985. - 272 с.

13. Глухих В.Н. Анализ модуля упругости анизотропного материала на примере древесины / В.Н. Глухих, С.С. Красильникова // Вестник гражданских инженеров -2017. - №3. - с. 21-26.

14. Горшков А.Г., Старовойтов Э.И., Тарлаковский Д.В. Теория упругости и пластичности, 2002, ФИЗМАТЛИТ, М., 2011. - 416 с.

15. ГОСТ 11701-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение тонких листов и лент.; введ. 01.01.1984. - М.: Изд-во стандартов, 1984 г., 15 с. -(Межгосударственный стандарт).

16. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. введ. 01.01.1984. - М.: Изд-во стандартов, 1986 г., 29 с. (Межгосударственный стандарт).

17. ГОСТ 16483.10-73*. Древесина. Отбор образцов и методы испытаний. [Электронный ресурс] - 1989 - информационно-поисковая система Norma CS.

18. ГОСТ 20022.2-80. Защита древесины. Классификация

19. ГОСТ 24454-80. Пиломатериалы хвойных пород. Размеры (с изменениями 1,2).

20. ГОСТ 380-94 - Сталь углеродистая обыкновенного качества. введ. 01.01.1998. - М.: Изд-во стандартов, 1997 г., 8 с. - (Межгосударственный стандарт).

21. Гребень Е.С. К расчету перекрытия методом членения нагрузки / Е.С. Гребень // Исследования по строительной механике: труды / ЛИИЖТ. - Л., 1962. -№ 190.

22. Гринь И.М. Строительные конструкции из дерева и строительных материалов. Проектирование и расчет. Киев, 1975. - 297 с.

23. Губенко А.Б. Клееные деревянные конструкции в строительстве / А.Б. Губенко // М.: Стройиздат, 1957. - 240 с.

24. Данилов Е.В. Развитие методов расчета из однонаправленного клееного бруса с когтевыми шайбами. Дисс. канд. техн. наук. - Санкт-Петербург, 2019. - 186 с.

25. Жаданов В.И. Исследование напряженно-деформированного состояния крупноразмерной ребристой плиты с обшивкой, приклеенной на части длины

конструкции / В.И. Жаданов, И.С. Инжутов, В.М. Никитин // Изв. ВУЗов «Строительство», 2008. - №7. - с. 4-10.

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

27. Знаменский Е.М. Совершенствования норм проектирования деревянных конструкций / Е.М. Знаменский // Состояние и перспективы исследований в области деревянных строительных конструкций: сб. научн. тр. / ЦНИИСК им. Кучеренко. М., 1983. - с. 10-22.

28. Инжутов И.С. Блок-фермы на основе древесины для покрытий зданий: автореферат диссертации доктора технических наук / И.С. Инжутов. -Новосибирск, 1995 - 38 с.

29. Инжутов И.С. Конструкции из дерева и пластмасс / И.С. Инжутов, В.И. Жаданов, И.П. Пинайкин // - Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2009. - 292 с.

30. Ишмаева Д.С. Жёсткие узловые соединения на вклеенных стальных шайбах в балочных структурах из клеёных деревянных элементов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Пенза, 2014. - 171 с.

31. Калугин А.В. Деревянные конструкции. Учебн. пособие (конспект лекций) / Калугин А.В. - М. Издательство АСВ, 2003. - 224 с.

32. Каратеев Л.П. Расчет стоек деревянного каркасного здания: метод. Указания СПбГАСУ. - СПб., 2013. - 52 с.

33. Карельский А.В. Технология изготовления составных деревянных конструкций с металлическими зубчатыми пластинами. Дисс. канд. техн. наук. -Архангельск, 2015. - 138 с.

34. Карлсен Г.Г. Деревянные конструкции / Г.Г. Карлсен // 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Госстройиздат. 1961. - 643 с.

35. Ковальчук Л.М. Производство деревянных клееных конструкций / Л.М. Ковальчук // М.: Лесная промышленность, 1979. - 215 с.

36. Кононов В. А. Расчет многонагельных соединений деревянных конструкций с учетом неточности их сборки и изготовления элементов: Автореф. дисс. канд. техн. наук: 05.23.01 / В. А. Кононов. - Ленинград, 1988. - 27 с.

37. Копейкин A.M. Перспективы развития технологии лесопиления Текст. / А.М. Копейкин // М.: Лесная промышленность, 1989. - 104 с.

38. Кузнецов Г.Ф. - Деревянные конструкции. Справочник проектировщика промышленных сооружений. Главная редакция строительной литературы. Москва

- Ленинград, 1937. - 955 с.

39. Лабудин Б.В. Совершенствование клееных деревянных конструкций с пространственно-регулярной структурой: монография. - Архангельск: АГТУ, 2007.

- 267 с.

40. Лабудин Б.В., Морозов В.С., Карельский А.В., Петрова А.Л., Орлов А.О / Совершенствование конструктивных решений основных стоек каркасных зданий // Сборник трудов VIII международной научно-технической конференции «Строительная наука - XXI век: теория, образование, практика, инновации Североарктическому региону» / Архангельск, 2017 - с. 124-136.

41. Лабудин Б.В., Гурьев А.Ю., Каратеев Л.П., Мамедов Ш.М. Металлодеревянные фермы. Учебное пособие. г. Архангельск, 2015, 205 с.

42. Леннов, В. Г. Штампованные когтевые шайбы, как новый тип связей элементов деревянных конструкций / В. Г. Леннов // Труды / Горьк. инженер.-строит. институт. - Горький, 1949. - Вып. 1. - с. 169-181

43. Леонтьев Н.Л. Длительное сопротивление древесины / Н.Л. Леонтьев // М.-Л.: Гослесбумиздат, 1957. - 132 с.

44. Матвеев Р.П., Лабудин Б.В., Морозов В.С., Орлов А.О. / Численный анализ прочности и жесткости биомеханической системы «кость-аппарат» // Экология человека / Архангельск, 2017. - № 4. - с. 58-63.

45. Мелехов В.И. Ресурсосберегающие технологические процессы обработки древесины: дисс. докт. техн. наук / В.И. Мелехов. - Архангельск, 1998. - 54 с.

46. Митинский А.Н. Упругие постоянные древесины, как трансверсально-изотропного материала / А.Н. Митинский // Труды Ленинградской лесотехнической академии им. С.М. Кирова - Л., 1949. - № 67. - с. 51-68.

47. Нестле Х. Справочник строителя. Строительная техника, конструкции и технологии / Х. Нестле, Х. Фрей, А. Херрманн // - М.: Техносфера, 2013. - 864 с.

48. Никитин Г.Г. Расчет нагельных соединений с учетом деформаций, развивающихся во времени. Дисс. канд. техн. наук. - Ленинград, 1964. - 192 с.

49. Нормы и технические условия проектирования деревянных конструкций (Н и ТУ-2-47). М., Стройиздат, 1948 г.

50. Образцов И.Ф., Савельев Л.М., Хазанов Х.С. Метод конечных элементов в задачах строительной механики летательных аппаратов: Учеб. Пособие для студентов авиац. Спец. Вузов. - М.: Высш. Шк. 1985. - 392 с., ил.

51. Орлович Р.Б. Деформативность упругоподатливых соединений в деревянных конструкциях при длительных воздействиях / Орлович Р.Б, Лабудин Б.В. // Изд. вузов. Лесной журнал. - Архангельск, 1993. - №1. - с.78-82.

52. Орлович Р.Б. Длительная прочность и деформативность конструкций из современных древесных материалов при основных эксплуатационных воздействиях. Дис. канд. техн. наук. / Р.Б. Орлович. - Брест, 1991. - 500 с.

53. Отрешко А.И. Справочник проектировщика. Деревянные конструкции. - М.: Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре, 1957. -267 с.

54. Патент № 1201449. Крепежный элемент (его варианты). Автор: Пискунов Ю.В. Заявка 3808674, 06.11.1984. МПК: Е04В 1/49. Опубликовано: 30.12.1985.

55. Патент № 12280. Приспособление для соединения брусьев в деревянных фермах Автор: Грейм В. Заявка 21180, 20.09.1927 Коммандитное общество Сименс-Бауунион, общество с огр. отв. МПК: Е04В 1/49 Опубликовано: 31.12.1929.

56. Патент № 1705522. Деревянный строительный элемент. Автор: Пискунов Ю.В. Заявка 4728815, 16.08.1989. МПК: Е04С 3/12. Опубликовано: 15.01.1992

57. Патент № 26424. Приспособление для соединения деревянных частей в конструкциях. Автор: Кабаков Н.П. Заявка 85232, 18.03.1931 МПК / Метки МПК: Е04В 1/49 Опубликовано: 31.05.1932

58. Патент № 2790. Кольцевая шпонка для соединения конструктивных деревянных частей Авторы: Гюннебек, Менникен Заявка 2511, 06.04.1925 МПК: B27F 1/16 публиковано: 30.04.1927 (шпонки Деггаль).

59. Патент № 30419. Кольцевая шпонка для соединения конструктивных деревянных частей/ Автор Янушкевич А.М. Заявка 114526, 15.08.1932 МПК: Е04В 1/48/ Опубликовано: 31.05.1933.

60. Патент № 5521. Соединение деревянных частей в конструкциях посредством кольцевого шипа, вставляемого в кольцевые пазы соединяемых частей Автор К.

Тухшерер Заявка 12755, 11.09.1926 МПК / Метки МПК: B27F 1/16, Е04В 1/38 Опубликовано: 31.05.1928 (шпонка Тухререра).

61. Патент №: 29009 Шпонка из листового металла для деревянных конструкций Автор: Хорьков М.М. Заявка 90817, 05.05.1931 МПК: Е04В 1/49 Опубликовано: 31.01.1933.

62. Патон Е.О., Клех Е.А., Дятлов А.В. Опытное исследование соединений элементов деревянных конструкций. Сборник института транспортного строительства. ОГИЗ - Гострансиздат. Москва, 1931.

63. Перелыгин Л.М. Строение древесины / Л.М. Перелыгин // М., 1954. - 199 с.

64. Пластинин С.Н. Производство клееной продукции на лесопильных предприятиях / С.Н. Пластинин // М.: Лесная промышленность, 1983. - 48 с.

65. Платонов А.Д. Исследование прочности древесины при длительной постоянной нагрузке / Т.К. Курьянова, А.Д. Платонов, Н.М. Федоткин, И.С. Фокина // Лесотехнический журнал - 2012. - №2. - с. 7-10.

66. Попов Е.В. Совершенствование конструкции и технологии изготовления деревокомпозитных плитно-ребристых изделий для домостроения. Дисс. канд. техн. наук. Архангельск, 2016. - 175 с.

67. Попов Е.В. Соединения элементов деревянных конструкций на шпонках и шайбах В.И. Римшин, Б.В. Лабудин, В.И. Мелехов, Е.В. Попов, С.И. Рощина // Вестник МГСУ - Москва, 2016. - №9. с. 35-50.

68. Пособие по расчётным характеристикам клеевых соединений для строительных конструкций. М., Издательство литературы по строительству, 1972 г. - 211 с.

69. Пуртов В. В. Легкие деревянные стропильные фермы с соединениями на стальных пластинах и дюбелях. - Дисс. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. -Новосибирск: НИСИ, 1988. - 279 с.

70. Пятикрестовский К.П. Пространственные деревянные конструкции / К.П. Пятикрестовский // Состояние и перспективы исследований в области деревянных конструкций. - М.: ЦНИИСК, 1983. - с. 49-65.

71. Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. М., "Наука". 1966. - 752 с.

72. Рекомендации по проектированию и изготовлению деревянных конструкции с соединениями на пластинах с цилиндрическими нагелями (системы КирПи -ЦНИИСКУЦНИИСК им. В. А. Кучеренко. - М., 1988. - 77 с.

73. Рощина С.И. Длительная прочность и деформативность треугольных арок с клееным армированным верхним поясом: дисс. канд. техн. наук / С.И. Рощина -Владимир, 1 999. - 223 с.

74. Руководство по изготовлению и контролю качества деревянных клееных конструкций - М.: Стройиздат, 1982. - 79 с.

75. Савков Е.И. Исследования физико-механических свойств древесины сосны / Е.И. Савков // Труды ЦАГИ. Вып. 62. - М., 1930.

76. Светозарова Е.И. Конструкции из клееной древесины и водостойкой фанеры. Примеры проектирования. / Е.И. Светозарова, С.А. Душечкин, Е.И. Серов // - Л.: ЛИСИ, 1961. - 133 с.

77. Серов Е.Н. Рациональное использование анизотропии прочности материалов в клееных деревянных конструкциях массового изготовления: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук/ Серов Е.Н. - Ленинград, 1988 - 521 с.

78. Слицкоухов Ю.В. Исследование работы симметричных сопряжений элементов деревянных конструкций на нагелях из круглой стали. Дисс. канд. техн. наук. - М: МИСИ, 1955

79. СП 2.13130.2012 Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты, Москва, 2012. - 39 с.

80. СП 4.13130.2013 Системы противопожарной защиты. Ограничение распространения пожара на объектах защиты. Требования к объемно-планировочным и конструктивным решениям, Москва, 2013. - 183 с.

81. СП 64.13330.2017. Деревянные конструкции. Актуализированная редакция СНиП 11-22-81. - Москва 2017 - 66 с.

82. СтАДД-3.2-2011. Стандарт организации. Деревянные конструкции. Соединения деревянных элементов с использованием зубчатых пластин. - СПб., 2012. - 40 с.

83. Сушков С.И. Использование современных строительных материалов в лесном комплексе: учебное пособие / С.И. Сушков, А.А. Арзуманов, В.Н. Макеев,

A.С. Сушков - Воронеж, 2014. - 136 с.

84. Сюй Юнь. Повышение несущей способности соединений элементов деревянных конструкций на металлических накладках с использованием металлической зубчатой пластины: диссертация кандидата технических наук: 05.23.01/Сюй Юнь; - Санкт-Петербург, 2015. - 198 с.

85. Тамби A.A. Технология склеивания древесины с применением рентгенографии для контроля клеевых соединений: дисс. канд. техн. наук / А.А. Тамби - СПб.: СПб, 2009. - 180 с.

86. Травуш В.И. Опыт проектирования и применения большепролетных деревянных клееных конструкций в промышленном и гражданском строительстве /

B.И Травуш, В.И. Матвеев, Б.Г. Максимович // Расширение применения деревянных клееных конструкций в строительстве. - Материалы всесоюзной научно-практической конференции. - М.: ЦНИИСК им. Кучеренко, 1983. - с. 9296.

87. Турков А.В. Взаимосвязь задач динамики и статики сплошных и составных деревянных конструкций: дисс. докт. техн. наук / А.В. Турков // - Орел, 2008. - 341 с.

88. Турковский С.Б. Клееные деревянные конструкции на вклеенных стержнях в современном строительстве (Система ЦНИИСК) / С.Б. Турковский, А.А. Погорельцев, И.П. Преображенская. - М.: РИФ «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ», 2012. -300 с.

89. Турковский С.Б. Узловые соединения элементов деревянных клееных конструкций на вклеенных стержнях / Турковский С.Б.// Новые исследования в области технологии изготовления деревянных конструкций: Сб. науч. тр./ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. - М., 1988. - с. 46-55.

90. Уголев Б. Н. Древесиноведение и лесное товароведение: учебник для средних специальных учебных заведений / Б. Н. Уголев. - М.: Экология, 1991. -256 с.

91. Федорова Н. Н., Вальгер С. А., Данилов М. Н., Захарова Ю. В. Основы работы в ANSYS 17. - М.: ДМК Пресс, 2017. - 210 с., ил.

92. Хрулев В.М. Долговечность клееной древесины / В.М. Хрулев // М.: Стройиздат, 1971. - 160 с.

93. Хухрянский П.Н. Прочность древесины / П.Н. Хухрянский // М.: Гослесбумиздат, 1955. - 152 с.

94. Черных А.Г. К вопросу определения несущей способности нагельных соединений в конструкциях из бруса, клееного из однонаправленного шпона (LVL) / А.Г. Черных, К.С. Григорьев, П.С. Коваль, Е.В. Данилов, В.В. Бакрышева, И.Т. Кашапов // Современные проблемы науки и образования - 2012. - №4. - С. 109118.

95. Чубинский А.Н. Формирование клеевых соединений древесины / А.Н. Чубинский // СПб., 1992. - 163 с.

96. Шведов В. Н. Административно-служебное здание в конструкциях типа "Модуль". // Бюллетень технической информации. Техническое управление капитального строительства министерства обороны. - 1986, - N 10. - с. 28-31.

97. Шешукова Н.В. Несущая способность и деформативность нагельных соединений деревянных конструкций при циклическом нагружении. Санкт-Петербург, 2001. - 156 с.

98. Antonin Lokaj, Kristyna Klajmonova. Round timber bolted joints exposed to static and dynamic loading. Vsb-Technical University of Ostrava, Faculty of Civil Engineering Department of Building Structures Ostrava, Czech Republic. wood research 59 (3): 2014 р. 439-448.

99. Aune, P., Patton-Mallory, M. Lateral load-bearing capacity of nailed joints based on the yield theory - Theoretical development verification. US Department of Agriculture, Forest Product Laboratory. Research Papers FPL 469 and 470. 1986.

100. Bahnolze, Н. Sporthallendoch in Holzfachwekkonstrukion. - Schweizer Baublatt, 1976, N35.

101. Blass, H.J., Schädle, P. Ductility aspects of reinforced and non-reinforced timber joints // Engineering Structures. 2011. Vol. 33. Pp. 3018-3026.

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

103. Boeri: «Let's start again from wood» URL: http://www.abitare.it/en/habitat-en/urban-design-en/2017/03/12/stefano-boeri-amatricewood/ (дата обращения 12.03.2017).

104. Boudaud C, Humbert J, Baroth J, Hameury S, Daudeville L. Joints and wood shear walls modelling II: Experimental tests and FE models under seismic loading. Engineering Structures 11/2014; 101(101): 743-749.

105. El-Mahdi Meghlat, Marc Oudjene, Hacene Ait-Aider. Load carrying capacity of timber-to-concrete connections reinforced with punched metal plates. World Conference of timber Engineering, 2014.

106. EN 912. Timber fasteners - Specification for connectors for timbers; German version EN 912:2011

107. Eurocode 5. Design of timber structures. Part: General rules and rules for buildings. ENV 1995-1-1. Brussels: CEN, 1993. 133 p.

108. Fachwerkramen für eine Beithalle. - Bau mit Holz, 1976, N I L - s.519-523.

109. Forest Products Journal. 1977. vol. 28. N3. Pp. 15-18.

110. Gintoff, V. CLT and the future of wood: The timber revolution comes to industrial architecture / V. Gintoff URL: https://www.archdaily.com/782264/clt-crosslaminated-timber-and-the-future-of-wood-the-timber-revolution-comes-to-industrialarchitecture (дата обращения 15.08.2017).

111. Hankinson, R.L. Investigation of crushing strength of spruce at varying angles to the grain. Air Service Information Circular. 1921. Vol. 3. № 259.

112. Hilson, B.O., Whale, L.R.J., Smith, I. Characteristic properties of nails and bolted joints under short-term lateral load. Part 5 - Appraisal of current design data in BS 5268; Part 2 - Structural Use of Timber. Journal of the Institute of Wood Science. 1990. Vol.11 (6). Pp. 208-212.

113. Hornbostel, C. Construction materials. New York. 1978. - s.878

114. Johan Sjödin. Steel-to-timber dowel joints - influence of moisture induced stresses. School of Technology and Design Växjö University Växjö, Sweden 2006.

115. Jorgen L. Jensen, Takanobu Sasaki, Akio Koizumi. Moment-resisting joints with hardwood dowels glued-in parallel to grain. Proceedings PRO 22, Stuttgart, Germany, 2001, Pp. 403-412.

116. Karadelis J., Brown P. Punched metal plate timber fasteners under fatigue loading. Construction and Building Materials. 2000. Vol. 14. Pp. 99-108.

117. 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.

118. Koizumi, Akio; Jensen, J0rgen L.; Sasaki, Takanobu. Structural joints with glued-in hardwood dowels. Joints in Timber Structures(International RILEM Symposium, proceedings pro022), 2001, ISBN:2-912143-28-4, Pp. 403-412.

119. Lukas Blesak, Jaroslav Sandanus, Ferdinand Draskovic. Modification of physical, mechanical and stiffness features of timber and its influence on the resistance of a connection timber-timber. Wood research 57 (4): 2012. Pp. 601-612.

120. Meghlat E, Oudjene M, Ait-Aider H, Batoz J. A new approach to model nailed and screwed timber joints using the finite element method. Construction and Building Materials 2013;4: 263-9.

121. Meyer, A. Die Tragfähigkeit von Nagelverbindungen bei statischer Belastung / Holz als Roh- und Werkstoff. 1957. Vol. 15. Iss. 2 Pp. 96-109.

122. Milan Smak, Bohumil Straka. Development of new types of timber structures based on theoretical analysis and their real behaviour. Wood research 59 (3): 2014 459-470.

123. Möller, T. En ny metod för beräkning av spikförband. Report № 117, Chalmers University of Technology, Sweden. 1951.

124. Orlov A.O. Calculation of shear stability of conjugation of the main pillars with the foundation in wooden frame buildings / Vladimir Rimshin, Boris Labudin, Vladimir Morozov, Alexandr Orlov, Aram Kazarian, Vagan Kazaryan Advances in Intelligent Systems and Computing // Advances in Intelligent Systems and Computing, vol. 2, 2019

125. Orlov A.O. Improvement of strength and stiffness of components of main struts with foundation in wooden frame buildings / Rimshin V.I., Labudin B.V., Melekhov V.I., Orlov A.O., Kurbatov V.L. // ARPN Journal of engineering and applied sciences, vol. 13, № 11, 2018. P. 3851-3856.

126. Oudjene M, Meghlat E, Ait-Aider H, Batoz J. Non-linear finite element modelling of the structural behaviour of screwed timber-to-concrete composite connections. Composite Structures 2013:102:20-28.

127. Pirnbacher, G. Beanspruchungs- und Optimierungspotentiale selbstbohrender Holzschrauben / Internationales Holzbau-Forum. 2009. Vol. Band 1 Biel. Pp 1-18.

128. Pyhtila, H. Environment: Pine beetle kill no longer just dead wood / H. Pyhtila // URL: http://www.ipsnews.net/2009/03/environment-pine-beetle-kill-nolonger-just-dead-wood/ (дата обращения 15.08.2017).

129. Riberholt, H. Glued Bolts in Glulam / Proposals for CIB Code, Proceedings, CIB Meeting 21. Parksville, British Columbia, Canada, 1988.

130. Robarts, S. Largest «mass timber» building in the US opens its doors. URL: http://newatlas.com/t3-minneapolis-timber-building/46731/ (дата обращения 25.08.2017).

131. Roche S., Robeller C., Humbert L., Weinand Y. On the semi-rigidity of dovetail joint for the joinery of LVL panels // European Journal of Wood and Wood Products. 2015. Vol. 73. Iss. 5. Pp. 667-675.

132. Tomasi R., Crosatti A., Piazza M. Theoretical and experimental analysis of timber-totimber joints connected with inclined screws // Construction and Building Materials. 2010. Vol. 24. Iss. 9. Pp. 1560-1571.

133. Voigt, H. Anwendung von stahlspeizdubeln. - Bauplanung - Bautechnik, 1980, N10. - s. 471-472.

134. Walford, G.B. Multistorey timber building in UK and Sweden / G.B. Walford // NZ Timber design journal, Issue 2, Volume 10, 2001. - P.6-13.

135. Wider Roof Spane with Stronger Joints. - Farmers Weekly, 1973, vol.79, N6. -p.73.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Пример расчета клеефанерной и клеедощатой стойки с применением когтевого коннектора.

Таблица 1 - Исходные данные

Клеедощатая стойка Клеефанерная стойка

Наименование параметра прямоугольного сечения (рисунок 4.24) коробчатого сечения (рисунок 4.25)

Шаг между поперечными 6 6

рамами (В), м

Пролет рамы (Ь), м 15 15

Длина стойки (Н), м 7.5 7.5

Сечения стойки, мм Ь•Ь=195 627 Ь•Ь=185•725

Расчетный изгибающий

момент у основания стойки 103.7 80

(М), кНм

Постоянная вертикальная

нагрузка, включая собственную массу (Кп), кН 41.3 52.8

Коэффициент 0.93 0,81

Диаметр болтов (ёб), мм 16 16

Коэффициент, учитывающий

долю Кп, приходящуюся на 2.78 2.78

растянутую зону стойки (еД)

Плечо реактивной пары сил (е), мм 568 644

Максимальная величина нагрузки в анкерах, кН М, = М - Мп = е т 103.7 41.3 N = М -М" = р К ^2 80 52.8

0,568 • 0.93 2.78 = 0,60 • 0.81 2 =

= 181.5 кН. = 138.2 кН.

Несущая способность болта Тн = 2.5й] = Тн = 2.5й] =

на один срез, кН = 2.5 -162 = 6.4 кН. = 2.5 -162 =6.4 кН.

Количество болтов 181.5 __ п = —- =-= 28 Тн 6.4 138.2 п = —— =-= 22 Тн 6.4

Подставив числовые значения в формулы (4.36, 4.37, 2.16-2.22), получим для следующие результаты для клеедощатой стойки:

1.* =

1

100 3 • 6 627 5 • 6

= 5.6 2.а3< = тах

= 20.9

1.1 • 50 = 55мм 7 • 16 = 112мм . 3.к2 = тт 80 мм

1

112

1,5 • 50

= 1.49'

4.к3 - тт

590

350

5.ГуИ - 25 -1-1-1- 5015 - 8838Н - 8.8кН.

6.Г,

у,М ,соп

- 8838 + 6400 -15238Н -15.2кН.

7. Количество когтевых шайб с болтами для крепления накладок составит:

N.

181.5

п - ■

Г 15 2

1 у,Мк ,соп 15,2

-11,9

Принимаем количество коннекторов п = 8 (устанавливаем в два ряда). Рассчитаем количество когтевых коннекторов для клеефанерной стойки коробчатого сечения.

8.к -

1

100 3 • 6.5 185 5 • 6.5

- 5.1 . 9.а3г - тах

- 5.7

1.1 • 50 - 55мм 7 • 16 - 112мм . 10.к2 - тт

80 мм

1

98

1,5 • 50

-1.3

11. к - тт

590 350

-1.4

12.ГуМ - 25 • 1 • 1 • 1 • 5015 - 8838Н - 8.8кН.

131 тсоп - 8838 + 6400 -15238 Н15.2 кН.

Количество когтевых шайб с болтами для крепления накладок составит:

N „

138.2

п - ■

Г 15 2

1 у,Мк ,соп 15.2

- 9.1

Принимаем количество коннекторов п = 10.

1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Технология изготовления деревянных стоек с применением когтевых коннекторов

1. Выполняется раскрой круглого леса

2. Пиломатериал сушится до 12%...15%.

3. Производится сортировка пиломатериалов по наличию пороков и ориентации годичных слоев.

4. Формируются заготовки для стоек

5. Производится антисептирование всех поверхностей заготовок

6. Отсортированные по группам пиломатериалы подают на сборочный стапель.

7. Размещение элементов конструкции в проектное положение и закрепление с помощью зажимных средств.

Элементы конструкции маркируются и размещаются в требуемое положение, контуры элементов фиксируются друг относительно друга на соседних элементах за счет струбцины.

8. Сверление отверстий для стяжных болтов.

9. Установка когтевых коннекторов в предусмотренные проектом места. Для предотвращения смещения коннекторы закрепляют гвоздями за счет предусмотренных монтажных отверстий.

10. Запрессовка слоев конструкции гидравлическим домкратом с полым штоком. Для многослойных конструкций для сохранения необходимой точности сборку производят вначале внутренних слоев, затем внешних.

11. Установка стяжных болтов с соблюдением зазоров между сплачиваемыми элементами, равных толщине коннектора.

12. Получившаяся конструкция транспортируется на участок ОТК для прохождения испытаний на прочность и жесткость.

15. Выполняется маркировка продукции, составляются паспорт и сертификаты.

16. В случае особых требований производится упаковка конструкции в полиэтиленовую пленку.

17. Готовая продукция транспортируется на склад.

Запрессовка конструкции может осуществляться за счет:1) стационарного пресса; 2) передвижного пресса; 3) кондукторного стола, с закрепленными на нем прессами; 4) подвесной пресс скобы с кондуктором.

Преимущества и недостатки для каждого вида оборудования приведены в таблице 2.

Таблица 2. Оборудование для запрессовки когтевых коннекторов

Оборудование Достоинства Недостатки

Стационарный пресс - компактность; - не требуется установка дополнительного фундамента - обеспечивается равномерная запрессовка по всей площади. - используется только для запрессовки составных конструкций; - низкая скорость запрессовки.

Передвижной пресс - мобильность; - возможность конструкций практически любой формы - необходимость наличия ровного и твердого основания; -низкая скорость запрессовки.

Кондукторный стол с закрепленными на нем прессами - отсутствие смещения заготовок во время монтажа; - высокая скорость запрессовки; - удобство при раскладке заготовок. - дороговизна и сложность в эксплуатации; - требуется установка отдельного фундамента; - возможность запрессовки только плоских конструкций

Подвесная пресс-скоба с кондуктором - высокая скорость запрессовки; - удобный процесс контроля запрессовки. - смещения заготовок при запрессовке; - требуется установка рельсового пути и ровного покрытия пола.