автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Несущая способность и деформативность соединений деревянных конструкций композиционным материалом на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани

На правах рукописи

Линьков Николай Владимирович

НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ И ДЕФОРМАТИВНОСТЬ СОЕДИНЕНИЙ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ КОМПОЗИЦИОННЫМ МАТЕРИАЛОМ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНОЙ МАТРИЦЫ И СТЕКЛОТКАНИ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 Л £ [{

Москва 2010

004617808

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете

Научный руководитель:

кандидат технических наук, профессор Филимонов Эдуард Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Серов Евгений Николаевич

Ведущая организация:

кандидат технических наук, доцент Макаров Геннадий Прокопьевич

Центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций им. В.А.Кучеренко ОАО НИЦ «Строительство»

Защита состоится у>й&1Сй£р$ 2010 г. в /(5 часов на заседании диссертационного совета Д 212.138.04 при ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д.26, аудитория ^ХО^ЛМ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГСУ.

Автореферат разослан ъиОА&рЛ 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Каган П.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В современной промышленности строительство является основным потребителем деловой древесины, запасы которой уменьшаются при интенсивном росте лесозаготовок. Для сбережения лесных ресурсов следует рационально использовать древесину при изготовлении новых деревянных конструкций, а так же восстанавливать ограниченно работоспособные деревянные элементы в составе существующих зданий и сооружений. Этому способствует применение эффективных соединений деревянных конструкций, создаваемых на основе современных композиционных полимерных материалов (КМ-соединений), задаваемые физико-механические свойства которых наилучшим образом соответствуют свойствам естественного анизотропного полимера - конструкционной древесины.

Цель работы - исследования соединений элементов деревянных конструкций композиционным материалом на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани и разработка рекомендаций по расчету КМ-соединений. Необходимо решить следующие задачи:

• Определить прочностные и деформационные характеристики композиционного материала на основные виды напряженного состояния - растяжение, сжатие, изгиб и скалывание - характерные для работы КМ-соединений в деревянных конструкциях;

• Определить экспериментальными и численными методами на образцах несущую способность и деформативность соединений «КМ-обклейка» и «КМ-вкладыш» при сопротивлении сдвигу;

• Определить несущую способность деревянных конструкций составного сечения на соединениях «КМ-обклейка» и «КМ-вкладыш» по предельным состояниям 1-й и 2-й группы, с учетом податливости КМ-соединений при действии кратковременных и длительных нагрузок;

• Разработать методику расчета КМ-соединений деревянных элементов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- проведена оценка характера набора прочности во времени, определены прочностные и деформационные характеристики композиционного материала на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани;

- экспериментальными и численными методами определено напряженно-деформированное состояние образцов КМ-соединений;

- по результатам экспериментально-теоретических исследований определена несущая способность деревянных изгибаемых элементов составного сечения на КМ-соединениях при кратковременных и длительно действующих нагрузках.

Практическая значимость работы заключается в разработке конструктивных решений КМ-соединений для применения в деревянных конструкциях, в определении прочностных и деформационных характеристик КМ-соединений, в написании рекомендаций по расчету КМ-соединений для проектирования и усиления деревянных конструкций.

Достоверность результатов работы подтверждается согласованностью результатов численных исследований и экспериментальных данных при испытании образцов соединений и при испытании балок составного сечения в виде моделей и конструкций натурных размеров.

Автор выносит на защиту: результаты экспериментального изучения и определения по теории составных стержней А.Р.Ржаницыиа напряженно-деформированного состояния соединений деревянных элементов композиционным материалом на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани для двух типов конструктивных решений соединений на образцах, на балках-моделях и на балках натурных размеров составного сечения, в т.ч.:

• результаты определения несущей способности соединений «КМ-обклейка» при различных конструктивных решениях соедииений и выбор наиболее эффективного типа соединения «КМ-обклейка» для применения в конструкциях из дерева и пластмасс;

• результаты изучения численными методами напряженно-деформированного состояния соединений «КМ-обклейка» при различных толщинах композиционного материала;

• результаты экспериментального исследования несущей способности и де-формативности соединения «КМ-вкладыш»;

• результаты оценки влияния податливости КМ-соединений на несущую способность деревянных балок составного сечения по 1-й и 2-й группам предельных состояний при кратковременных и длительно действующих нагрузках;

• рекомендации по расчету КМ-соединений для проектирования и усиления деревянных конструкций.

Результаты исследований внедрены:

- ГУН «Моспроект-3» при разработке проекта и выполнении реставрационных работ на памятнике архитектуры по адресу: г. Москва, 4-й Сыромятнический пер., д.1 для усиления и сохранения подлинных деревянных конструкций постройки 1-й четверти Х1Х-го века;

- при разработке проекта и выполнении реконструкции покрытия над зданием ФГУК «Российская историческая библиотека» по адресу: г. Москва, Старосадский пер., д.9, стр. 1 для усиления деревянных стропильных конструкций постройки 30-х годов ХХ-го века;

- институтом ОАО «СахаПроект» при разработке проекта реставрации деревянных конструкций объекта исторического наследия «Дом Громова» по адресу: Республика Саха (Якутия), пос. Витим, ул. Ленина, д.8 и д.10;

- строительным концерном «КРОСТ» при разработке проекта реконструкции здания по адресу: г. Москва, Походный проезд, д. 8 для несущих продольных ребер каркаса клеефанерных плит покрытия пролетом 6 м в виде деревянных балок составного сечения.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались:

- на научно-технических конференциях профессорско- преподавательского состава ИСА МГСУ, Москва (2008 г., 2010 г.);

- на VI Международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Донбасской HACA, Макеевка, 2007 г.;

- на международных межвузовских научно-практических конференциях молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности», Москва (2007 г., 2008 г., 2009 г., 2010 г.);

- на Международном симпозиуме «Современные металлические и деревянные конструкции. Нормирование, проектирование и строительство», Брест, 2009.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из 2-х томов. Том 1 включает введение, шесть глав, основные выводы и приложение 1. Объем тома 1 диссертации: 186 страниц текста, в т.ч. 65 рисунков, 30 таблиц и список литературы из 133 наименований. Том 2 включает Приложения 2+5. Объем тома 2 диссертации: 63 страницы текста, в т.ч. 33 рисунка и 20 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются актуальность и направленность работы, определяется цель и устанавливаются задачи исследований.

В первой главе дается краткий обзор состояния исследований соединений деревянных конструкций на механических связях, соединений с применением клея и композиционных материалов. Исследования проводили Ю.М.Иванов,

B.Н.Быковский, Ю.В.Слицкоухов, В.М.Хрулев, А.М.Иванов, Л.М.Ковальчук, И.Г.Овчинникова, Е.И.Светозарова, Е.Н.Серов, Э.В.Филимонов,

C.Б.Турковский, А.А.Погорельцев, А.С.Фрейдин, К.Т.Вуба, В.Ю.Щуко, В.ДЛопов, С.В.Колпаков, П.А.Дмитриев, В.С.Шейнкман, Ж.Н.Оспанова, Е.И.Лукьянов и др. Рассмотрены методы усиления строительных конструкций полимерными растворами и композиционными материалами - работы И.М.Гуськова, В.Г.Микульского, В.В.Козлова, А.А.Шилина, В.А.Пшеничного и др.

На основании анализа опыта применения клеевых соединений и композиционных материалов (КМ) в строительных конструкциях предложены два вида соединений деревянных элементов композиционным материалом на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани (рис. 1) - «КМ-обклейка» в виде внешней обклейки соединяемых деревянных элементов и «КМ-вкяадыш» в виде адгезионной прокладки между смежными плоскостями соединяемых деревянных элементов.

1 - соединяемые деревянные элементы; 2 - шов сплачивания; 3 - композиционный материал; 4 - клеевой шов, создающий адгезионные связи на границе раздела "КМ-древесина".

Рис. 1, Соединение деревянных элементов композиционным материалом на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани'

а). "КМ-обклейка" - внешняя обклейка боковых поверхностей соединяемых

элементов в виде боковых накладок или обоймы;

б). "КМ-вкладыш" - адгезионный вкладыш, установленный между смежными

плоскостями соединяемых элементов.

Область применения соединений: деревянные элементы составного сечения, усиление существующих деревянных конструкций. Определены соотношения основных компонентов композиционного материала: матрица на основе эпоксидной смолы ЭД-20 (ГОСТ 10587-84*), отверждение которой происходит при добавлении отвердителя ПЭПА (полизтилен-полиамин) в пропорции смо-ла-отвердитель 100:15; армирующий наполнитель стеклоткань Т-13 (ГОСТ 19170-2001). КМ формируют на деревянной конструкции послойной выкладкой стеклоткани, пропитанной полимерным составом. Адгезионная связь КМ

с деревянными элементами создается в процессе отверждения матрицы одновременно с формированием композиционного материала.

Во второй главе представлена методика проведения испытаний образцов соединений деревянных элементов «КМ-обклейка» и «КМ-вкладыш», моделей балок составного сечения с соединениями «КМ-вкладыш» и «КМ-обклейка», балок натурных размеров составного сечения с соединениями «КМ-вкладыш» кратковременной и длительно действующей нагрузками (рис.2). Исследования и оценку несущей способности соединений и конструкций проводили в соответствии с Рекомендациями ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко по испытанию соединений деревянных элементов и деревянных конструкций. При обработке результатов испытаний вычисляли деформации (для конструкций - прогибы) полные Бп и разность полных дЕ)п, по графикам «Нагрузка ^деформация дОп» определяли верхнюю границу области упругой работы образцов соединений (конструкций) и соответствующее усилие Ni.ii. По величине усилий Ыщ и разрушающей нагрузки требуемых коэффициентов надежности КХр-1,64*(1,94-0,116*^ 1), где I- время, приведенное к неизменному действию усилия № на образец, для конструкций - коэффициентов безопасности Кпл = 1,25*(1,88-0,106 I), оценивали несущую способность составных элементов и соединений «КМ-вкладыш» № /№| >Кхр , Ni.ii / № < 1.3, и определяли несущую способность составных элементов и соединений «КМ-обклейка» №< М / Кхр, № < N^/1,3.

Определены прочностные и упругие характеристики КМ при сжатии, растяжении, изгибе и скалывании, проведена оценка характера набора во времени прочности композиционным материалом при сжатии, изгибе и скалывании: прочностные характеристики, сопоставимые по величине с соответствующими нормативными сопротивлениями древесины сосны 2-го сорта, достигнуты композиционным материалом через 44-100 часов после начала

Рис. 2. Методика проведения экспериментальных работ: а) - схема образца для испытания соединений "КМ-обклейка"; б) - схема образца для испытания соединения "КМ-вкладыш"; в) схемы балок-моделей составного сечения на соединениях "КМ-обклейка" н "КМ-вкладыш"; г) - схема испытания балок длиной 3 м составного сечения на соединении "КМ-вкладыш" кратковременной и длительной нагрузками.

1- соединямые деревянные элементы; 2 - шов сплачивания; 3 - зона КМ-соедг.неншг.

отверждения, прочность КМ стабилизировались через 60 суток после начала холодного отверждения эпоксидной матрицы. При этом временные сопротивления КМ сжатию, растяжению, изгибу и скалыванию составили Квр сж = 78,4 МПа, Кврг =181,4 МПа, 11ари =178,9 МПа, Кврск=14,85 МПа, модуль упругости Есж=12737 МПа, Ер=12785 МПа, Еи=12460 МПа. Нормативные Яп кратковременные сопротивления КМ сжатию, растяжению, изгибу и скалыванию Инсж=63,8 МПа, ЯНр=145,3 МПа; 11ни= 155,4 МПа; Кнск=11,65 МПа.

В третьей главе представлены результаты исследований экспериментальными и численными методами образцов соединений «КМ-обклейка» и «КМ-вкладыш». Проведен анализ и сравнительная оценка несущей способности шести различных типов соединения «КМ-обклейка»: тип 1 - сплошная «КМ-обклейка» в 1 слой композиционного материала при толщине КМ-обклейки мм; тип 2 - сплошная «КМ-обклейка» в 2 слоя композиционного материала при 1ш2=0,8 мм; тип 3 - сплошная «КМ-обклейка» е 3 слоя композиционного материала при гкмз=1,2 мм; Тип 4 - комбинированная «КМ-обклейка» в 1 слой КМ с дополнительным размещением поперек каждого шва сплачивания по две полосы КМ шириной Ь=30мм с каждой стороны образца; Тип 5 - комбинированная «КМ-обклейка» в 1 слой КМ с дополнительным размещением под углом 40-45° к шву сплачивания по две полосы КМ шириной Ь=30мм с каждой стороны образца; Тип 6 - «КМ-обклейка» в 1 слой КМ, где в качестве связующего применили клеевой состав ЭПЦ-1. Были испытаны две серии образцов соединения «КМ-обклейка». В каждой серии на каждый тип соединения было испытано по 3 образца. Результаты испытаний двух серий образцов соединений «КМ-обклейка» представлены в таблице 1, графики деформаций и напряжений 2-й серии образцов - на рис. 3. Установлено, что все рассмотренные типы соединений «КМ-обклейка» обладают достаточной несущей способностью для применения в несущих деревянных конструкциях. По методике ЦНИИСК на основании коэффициентов надежности требуемых, которые составили Кх?=З.ОК3.06, были определены для каждого рассмотренного типа соединения «КМ-обклейка» величины расчетной несущей способ-

11

у

А-

X /

....

!»1 1*1 а» II» 11«

Напряжения 01 расчетные г ПК АБАСгиЗ (ПК

Р=№-и=16 кН

Напряжения О1 фактч чеолс-

Напряжения П| расчетные

ПКАВАОиЗ »ПКВСАР

Р=Ым1=1йкН

Оз фактические

Рис. 3. Результаты испытании образцов 2-й серии соединения "КМ-обклей ка": а - деформации полные, Оп, мм* 1000, фактические - средние по трем образцам, деформации расчетные в ПК АВ.АОШ при толщине обклейкл 5, 10 к 15 слоев КМ, б - напряжения я обклейке о) фактические и расчетные в ПК АВАОШ для образцов тип 1 при нагрузке на образец N1-11 = 16 кН. в -расчетные деформации конечно-элементных моделей образцов соединений "КМ-обклейка" при толщине обклейки (1) - 5 слоев. (2)-10 слоев. (3) - 15 слоев КМ

(3)

15 слоев КМ

В) (1) 5 слоев КМ

(2)

10 слоев КМ

ности образцов соединений Nn <Nt / КХр, а так же сопротивление соединений «КМ-обклейка» сдвигу: как погонную несущую способность соединения на 1 см длины шва TKM=Nn/(ncp*Lu]BA), и как сопротивление соединения сдвигающему усилию RKM=Nn/[nCp *(LuiBA*tKM)L ГДС пср = 4 - количество срезов КМ в образце, L„rM =15 см - длина шва в образце; tKM - толщина композициотюго материала в соединении.

Таблица 1

Результаты испытании образцов соединения «КМ-обклейка» среднее по трем образцам для каждого типа соединения__

ос К Nt NHI Nn mm Иет-ть роста Сопротивление соединения «КМ-обклейка» сдвигу

о. «J о а с н кН кН кН деф-й, mWkH Dni„n /Nj_n Но площади среза КМ, МПа Погонное, кН/см

1 25,67 17 8,47 0,00371 31,35 0,141

2 32,70 20,00 10,79 0,00254 22,49 0,180

3 39,60 23,00 13,18 0,00310 18,30 0,220

4 25,92 17,50 8,54 0,00351 24,13 0,142

5 30,20 18,00 9,95 0,00275 25,40 0,166

6 21,27 15,00 6,94 0,00381 17,80 0,116

1 26,23 16,50 9,06 0,00374 33,55 0,151

CN 2 34,33 20,00 12,03 0,00364 25,07 0,201

3 45,87 25,00 16,16 0,00328 22,44 0,269

Из рассмотренных типов соединений «КМ-обклейка» наибольшими прочностными характеристиками обладают соединения тип 1, тип 2 и тип 3 с обклейкой в 1, 2 и 3 слоя КМ соответственно. На второй серии образцов исследовали напряженное состояние КМ-обклейки на соединениях тип 1, тип 2 и тип 3. Установлены характер распределения и величина напряжений в продольном С|И в поперечном 02 направлениях КМ-обклейки при толщине композиционного материала в 1, 2 и 3 слоя. Средние значения напряжений на уровне расчетной несущей способности Кп образцов соединений составили: с>1=(-5.5)^(-8.0) МПа, а2=1.8^4 МПа; при этом максимальные значения напряжений Ст1 составили 25.4-^34.8%, напряжений а2 - 4,2-^7,8% от нормативных сопротивлений КМ. Установлено рекомендуемое соотношение между шириной обклеиваемых поверхностей Ьобкл деревянных элементов и толщиной композиционного материала в КМ-обклейке Хкм ~ 1 /40 Ь0бкл-

Выполнены расчеты конечно-элементных моделей образцов соединений «КМ-обклейка» тип 1, тип 2 и тип 3 в линейной постановке в ПК SCAD и в нелинейной постановке в ПК ABAQUS. Сравнительная оценка результатов расчета с фактическими деформациями соединений и напряжениями в КМ-обклейке показала, что расчетные деформации конечно-элементных моделей и напряжения в КМ-обклейке, полученные в ПК SCAD, больше фактических в среднем на 10-11,4% и на 10,8-20,5%, в ПК ABAQUS - на 2,5-3,6% и на 1,5-9,1% соответственно. Расчетом в ПК ABAQUS конечно-элементных моделей соединения при толщине КМ-обклейки 5 слоев (2 мм), 10 слоев (4 мм) и 15 слоев (6 мм) определены теоретические значения деформаций соединений (см. рис.З), нагрузок NHi = 36,6 кН, 58,6 кН, 74,6 кН, сопротивлений соединения сдвигу R-кмтеор = 23.5 МПа, 18.8 МПа и 16 МПа соответственно.

Статистической обработкой результатов испытаний 2-х серий по 12 образцов соединения «КМ-вкладыш» при толщине композиционного материала в соединении txM.i-0,3 мм и tKM.3-0,9 мм установлены прочностные и деформационные характеристики соединения «КМ-вкладыш»: нормативное с обеспеченностью по минимуму 0,95 сопротивление соединения сдвигу Rh=4. 14-4.52 МПа; деформативность соединения «КМ-вкладыш» (интенсивность роста деформаций в пределах упругой работы соединения) с обеспеченностью по максимуму 0,95 Dn /N=0,001375 мм/'кН. При этом коэффициенты надежности фактические больше требуемых в среднем в 1,22—1,3 раза.

В четвертой главе проводится анализ напряженно-деформированного состояния балок-моделей длиной L=1 м составного сечения из двух слоев на соединениях «КМ-вкладыш» и «КМ-обклейка» при работе конструкций на поперечный изгиб. Соединения размещали в опорных зонах составных элементов на участках протяженностью '/з L и % L симметрично с противоположных сторон конструкций, нагрузку прикладывали в виде двух сосредоточенных сил в % и в 14 пролета конструкций в соответствии со схемой расположения КМ-соединений. В моделях балок на соединении «КМ-обклейка»

выполняли обклейку в один, в два и в три слоя композиционного материала. Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Результаты испытаний деревянных балок-моделей составного сечения _на соединениях «КМ-вкладыш» и «КМ-обкленка»_

Наименование Ед. изм. Вид соединения и схема нагружения балки при испытании

КМ-вкладыш КМ-обклейка

173 Ь/4 173 174 173 Ь/4 173 Ь/4

Кол-во слоев в КМ-обклейке - - 1 слой 2 слоя 3 слоя

Кол-во балок 2 3 1 1 1 1 1 1

N1 кН 4.67 5.4 3,3 3,6 4,04 4,2 5,1 5,3

Ии кН 3.45 4.4 2,1 2,4 2,7 3 3,3 3,6

Клу 1 1 0,739-0,769 0.956 - 0.969 0.974 -1

Кж 1 1 0.644 - 0.65 0.854 -0,89 0.878-0.89

Кпл Треб. 2,10+2,14 2,109-2,126

Кб Фактич. 2,10-2,77 Определяли коэффициенты К\у

Соединение «КМ-вкладыш» обеспечивает совместную работу отдельных слоев составного сечения без потерь на податливость соединения: коэффициенты К\у и Кж, учитывающие снижение несущей способности балок за счет податливости связей сдвига, имеют по результатам испытаний значения К\у=1, Кж=1. Характер эпюр нормальных напряжений по высоте поперечного сечения в зоне чистого изгиба конструкций, значения фактических нормальных напряжений оФАкт и фактических прогибов в середине пролета балок £&акт, которые были в среднем на 2-8% меньше расчетных значений о и £ определешплх как для конструкций цельного сечения, характеризуют работу на поперечный изгиб составных балок на соединении «КМ-вкладыш», как работу элементов цельного сечения.

Несущая способность деревянных балок-моделей составного сечения на соединении «КМ-обклейка» зависит от толщины КМ-обклейки (см. рис. 4), и расчет деревянных конструкций составного сечения на соединении «КМ-обклейка» следует выполнять с учетом коэффициентов К^ и Кж, величина которых зависит от толщины и жесткости КМ-обклейки ЕюАм- Было исследовано влияние податливости соединения «КМ-обклейка» на несущую

а).

Валки-модепи. КМ-обклвйко, напряжение в Цз

61.

Верхний Ярус, -40. -20

<апряжения сжимающие, М П а -60 -40 -20 , 0 -60 -40 -20

О 0,1 0,2 0,3 О п. мм Прогиби балок в середине пролета, ни Дефсрнацш сдвига на опоре, мн

прогиби фактические, полные fn, мн;

--прогиби расчетные в/т балки цельного сечения, им,-

= проги5ч расчетные для балки (остабиого мчшя без связей сдбага, мн; - - йефорнацтг сдбчга на опор« полные Оп , нм

ьу

и й брус,

Схема погружения L/3

0 20 10 60 пряжения растя.

Схема погружения I/4

3 * 0.7

Л.5*

И м

9.97 Г м }.9Н 3.974

/ ф* c.es ш /Л* 0.« 0.89

0.781 • У / / 0.739t / г J 7

от! ( 06$ i

— Kw среднее Кж среднее

Слоед, шт ^ Л Л Л Л Л +

Гаящина т, нн в.« о.в и о,и м ?.? г КМ, ММ

Толщина к омпозици онно г о материала

Рис. 4. Результаты испытаний балок-моделей составного сечения на соединении "КМ-о5клейка" нагружением в 1/3 пролета: а - графики прогибов в середине пролета и деформаций сдвига на опорах; б - эпюры нормальных напряжений в середине пролета балок; б - Влияние толщины обклейки на напряженно -деформированное состояние балок-моделей составного сечения на соединении "КМ-обклейка".

способность деревянных балок составного сечения, определены значения коэффициентов и Кж при различной жесткости КМ-обклейки Екм1км, которую выразили через жесткость создаваемого деревянного элемента ЕдДвр: при жесткости композиционного материала 2,25% от жесткости балки, т.е. ЕюЛкм =0,0225*Ед>1бр, коэффициенты составили Ку,=0.739-0.769, Кж=0.644-0.65, при ЕиЛш —0,04 ЕдрЬр - К\у-0.956^0.969, Кж=0.854-Ю.891, при Еш1км=0,06*ЕдР1БР -К№=0.974-1, Кж=0.878-0.89.

В пятой главе рассматриваются результаты экспериментальных и теоретических исследований несущей способности деревянных балок составного сечения длиной 3 м на соединении «КМ-вкладыш» при испытаниях кратковременной и длительно действующей нагрузками. Расчетная несущая способность балок из условия действия нормальных напряжений и без учета податливости КМ-соединений составила №=17,88 кН. Результаты испытаний трех балок кратковременной нагрузкой представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Результаты испытаний деревянных балок длиной Ь=3 м _составного сечения на соединении «КМ-вкладыш»_

Показатель Ед.изм. Марка балки Среднее

ББ-1 ББ-2 ББ-3

Nt кН 55 51 57 54,3

N,.d кН 24 24 27 25

DC.IU мм*1000 25,5 27,5 32 28,33

О ФАКТ 1-1! МПа 17,17 17,9 19,18 18,08

О РАСЧ I II ЦЕЛЫ1 МПа 17,45 17,45 19,63 18,18

f Ф АКТ 1-11 мм 13,25 16,35 13,35 14,32

f РАСЧ III ЦЕЛЫ! мм 12,79 15,609 13,1 13,83

Kw 0,962 + 1 0,987

Кж 0,938 + 0,981 0,967

Оценка несущей способности балок, выполненная по методике ЦНИИСК показала, что коэффициенты безопасности фактические для балок составили Кб= № /Ып =2,85-^-3.18, что больше коэффициентов безопасности требуемых Кпл = 2.05-^2.07. В соответствии с методикой ЦНИИСК по оценке работы соединений получено отношение Nj.ii / N11 =1,34, 1.34 и 1,51 > 1.3, что под-

тверждает работоспособность соединения «КМ-вкладыш» при обеспечении совместной работы отдельных ветвей в деревянных изгибаемых элементах составного сечения. В пределах упругой работы конструкций интенсивность роста нормальных напряжений и прогибов в середине пролета составили в среднем £/N=0,724 МПа/кН, {'/N=0,576 мм/кН, где N - нагрузка на балку в соответствии со схемой испытания. Установлен показатель деформативности соединения «КМ-вкладыш» в составных деревянных балках Опш/Тсдвш = =0,000283 мм/кН суммарного сдвигающего усилия в шве сплачивания. Экспериментально установлены значения коэффициентов К^ и Кж, учитывающих влияние податливости соединения «КМ-вкладыш» на несущую способность деревянных изгибаемых элементов составного сечения: для уровней нагруже-ния в пределах N ш определяющие величину коэффициента К\у отношения СТфакт/орасч составили 0,962-1,032, в среднем коэффициент К\у=1; определяющие величину коэффициента Кж отношения й&акт^расч составили 0,938-0,981, в среднем Кж =0,967.

Для анализа результатов испытаний использовали теорию составных стержней А.Р.Ржаницына, согласно которой рассматривали балку как составной стержень, состоящий из двух отдельных стержней (ветвей), соединенных между собой связями сдвига.

Для стержня, состоящего из двух брусьев сечением ЬхЬ каждый, дифференциальное уравнение для одного шва двухслойной балки:

у = Д1]Х7ЧД13 (1)

где £ - коэффициент жесткости связей сдвига, определявшийся из эксперимента;

1 1 А2 2 А2 А А МЛ )г ,, Д„ =-+-+-=-= —+- , Д = Д,„=——— =--хА/,.;

" ^^ £2К, ЕР 2Е1 2Е1 0

м

Ь - расстояние между центрами'тяжести сечепий смежных стержней; Мо - изгибающий момент в монолитной балке; ХШ - суммарная жесткость стержня.

2

Для стержней равной жесткости и толщины ^ £,/, = 2Е1, = Е2Рг = ЕЕ,

где I - момент инерции одного бруса, Б - площадь одного бруса. 2 й2

Обозначим у = д.. =—+-, тогда уравнение (1 ) для определения усилия

ЕР 2 Е!

в шве составного

— ~ухТ = А(х) Решение уравнения ( 2) имеет вид:

£ г'

Т = С, xshAx+C2xchAx+~$o A(t)shA(x-t)dt

(2) (3-1).

Погонное сдвигающее напряжение в шве равно т =

ЛГ. dx '

т =С,ЛхМх+С1Л*1}1Лх + ^'оА(!)с}1А(х-1)Ж (3-2) где С1 и С2 - произвольные постоянные, которые определяли из граничных условий; Л = ^ху- корень характеристического уравнения однородной системы. Граничные условия, когда нет препятствий сдвигу на торцах балки: Т(0) = Т(!) - о, где I - длина балки. Опуская промежуточные вычисления и преобразования получим решение для определения Т(х) и т(х):

- для крайних участков балки 0<Х<а = -1, -1<Х<1

Г = -

Ph

rZEI

сЩ--а)

ЛсН» 2

-xshAx-x

т = -

Ph

rLEl

сЩ--а)

г Л1

ch— 2

-хскЛх:-1

(4-1)

1 2

■ для среднего участка балки а=~1<Х <-1

Ph

сюЛ-х) г

-—х shXa—

Ach*L 3

т = -

Ph

-x-4л—xshAa

ГЪ* ch»

(4-2)

Для определения нормальных напряжений в произвольной точке Y поперечного сечения составного стержня, где в сечении балки действует изгибающий момент Мо, рассмотрим напряжения в балке цельного сечения сгц и в балке составного сечения без связей сдвига о0тд :

Оц = Мо Угаах / 1цельн > <*ОТД = Мо Уошах /Но, где утах - расстояние от точки Y до нейтральной оси балки цельного сечения; 1цельн - момент инерции балки цельного сечения; уо тах - расстояние от точки Y до нейтральной оси составляющего бруса; £1о - суммарный момент инерции

составляющих брусьев. Если в точке У от единичного сдвигающего усилия

Т(=1 возникает напряжение стг, то общее нормальное напряжение в точке Y

а = сТотд + Т * ( 5 )

Phx

Для балки цельного сечения Т= Т„ = —=— и оц= с0тд + Тм * от . Тогда

V °т = Щ ~ оотд ■ Выразим отсюда ст = (оц - а0тд) / Тм и подставим в (5): о = Оотд + (оц - СТотд)* т / Тм = Сотд (1- Т/Тм ) + оц*Т/Тм .

Введем обозначение ЧР = Т/Тм и получим для нормальных напряжений о = оОТд(1-4Р) + ац* (6)

Расчеты выполняли в приложении MS EXCEL. Коэффициент жесткости связей сдвига ^ определяли на каждой ступени нагружения конструкции по деформациям 5С =Dno.nH взаимного сдвига брусьев балки ББ-1 по формуле:

р _ Тсхт

где Тс - сдвигающее усилие, приходящееся на одну дискретную связь; m -количество связей, приходящееся на единицу длины шва; 5с - деформация взаимного сдвига смежных волокон соединяемых элементов составного стержня при усилии Тс. Разбивая прослойку КМ по длине на равновеликие по несущей способности участки, принимали шаг разбивки равным толщине соединяемых элементов h6pyCi=100 мм. Тогда количество связей на единицу длины шва т=0,01 св./мм. Расчетом по теории составных стержней А.Р.Ржаницына определяли на каждой ступени нагружения конструкции сдвигающие силы в шве составной балки по формулам (4-1, 4-2) и нормальные напряжения в зоне чистого изгиба конструкции по формуле (6).

Полученные результаты расчета по теории составных стержней А.Р.Ржаницына сопоставляли с результатами испытаний балки ББ-1. Расчетные значения сдвигающих усилий Тсдв больше фактических сдвигающих усилий, вычисленных по методике сопротивления материалов на основании фактических нормальных напряжений в балке ББ-1: в пределах упругой работы конструкции на 2,2-4.2%, в интервале нагружения от NI.II=24 кН до

2,5№г=45 кН на 4,3-7,6%. Расчетные значения нормальных напряжений в зоне чистого изгиба конструкций о , полученные по формулам теории составных стержней А.Р.Ржашщына, больше фактических нормальных напряжений, полученных при испытании балки ББ-1: в пределах упругой работы конструкции на 0,7-2.3%, в интервале нагружения от М1.ц=24 кН до 2№т=36 кН на 0,52%. При нагрузках выше 2*№г фактические напряжения становятся больше расчетных по ТСС на 1-3%. Хорошая сходимость расчетных и экспериментальных данных подтверждает правомерность применения для оценки несущей способности деревянных балок составного сечения на КМ-соединениях аппарата теории составных стержней А.Р.Ржашщына.

Испытания одной балки Ъ=3 м длительно действующей нагрузкой N¡1=18 кН =1,25Ррасч.дл показали, что стабилизация прогибов, относительных деформаций в зоне чистого изгиба и деформаций взаимного сдвига брусьев над опорами наступила на 211-'-225-е сутки работы конструкции под постоянной нагрузкой: прогибы составили ^=17,49 мм, деформации сдвига 0П=0,0357 мм, увеличившись в 1,55 и в 1,44 раза по сравнению с первоначальными значениями; относительные деформации увеличились в 1,34 раза по сравнению с первоначальными значениями, которые соответствовали нормальным напряжениям ст=13,28 МПа, Определена величина коэффициента условия работы, учитывающего приращение прогибов конструкции составного сечения на соединении «КМ-вкладыш» при действии постоянной нагрузки: тд =0,71.

В шестой главе рассматриваются вопросы внедрения результатов исследований в практику строительства. Внедрение было осуществлено в трех направлениях: разработаны рекомендации по расчету КМ-соединешш для проектирования и усиления деревянных конструкций; на соединении «КМ-обклейка» разработаны проектные решения и проведено практическое восстановление существующих деревянных конструкций при реставрации деревянных частей зданий в г. Москве и на территории республики Саха (Якутия); на соединении «КМ-вкладыш» разработаны конструкции утепленных клее-фанерных плит покрытия плит с продольными ребрами составного сечения

пролетом 6 м для совмещенного покрытия реконструируемого здания в г. Москве. Внедрение результатов исследований в проектирование и строительство деревянных частей зданий подтверждает актуальность и практическую ценность выполненной работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Для усиления существующих и создания новых деревянных элементов составного сечения разработаны, исследованы и апробированы в практике строительства два вида соединений деревянных элементов композиционным материалом на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани (КМ-соединений): «КМ-обклейка» и «КМ-вкладыш».

2. Для соединений «КМ-обклейка» установлены: сопротивление сдвигу К-км-обюг^5,98-33,55 МПа, деформативность соединения в пределах упругой работы Вп/ГчГигЮ,00254-0,00381 мм/'кН; для соединения «КМ-вкладыш» определены нормативное сопротивление сдвигу 11н=4.14-4.52 МПа и деформативность соединения в пределах упругой работы Бл /N¡.¡¡=0,001375 мм/кН. Полученные данные позволяют производить практические расчеты несущей способности КМ-соединений по методике СНнП П-25-80 «Деревянные конструкции».

3. Для расчета деревянных элементов составного сечения на КМ-соединениях по методике СНиП П-25-80 рекомендованы коэффициенты К\у и Кж, учитывающие снижение несущей способности балок за счет податливости связей сдвига. Для составных элементов на соединении «КМ-вкладыш» коэффициенты К\у=1, Кж=0,967. Для составных элементов на соединении «КМ-обклейка» коэффициенты К\у и Кж зависят от жесткости композиционного материала обклейки ЕккДкм- Для изгибаемых деревянных элементов составного сечения оптимальная жесткость КМ-обклейки ЕКМ1КМ составляет 2-6% от жесткости создаваемой балки цельного сечения Едр1цЕЛЬн- В указанном диапазоне жесткости коэффициенты составили К\у=0.739-1, Кж—0.644-0,89. Для конструирования соединений «КМ-обклейка» рекомендуемое соотношение между шириной обклеиваемых поверхностей Ь0бкл деревянных элементов и

толщиной композиционного материала в КМ-обклейке tkm = 1 /40 Ь0бкл • Дальнейшее увеличение толщины КМ-обклейки не приводит к снижению де-формативности соединения. По результатам длительных испытаний постоянной нагрузкой установлена величина коэффициента условия работы, учитывающего приращение прогибов конструкции составного сечения на соединении «КМ-вкладыш» Шдл= 0,71.

4. По результатам исследований осуществлено внедрение в трех направлениях: разработаны рекомендации по расчету КМ-соединений для проектирования новых и усиления существующих деревянных конструкций; совместно с ГУЛ «Моспроект-3», ОАО «СахаПроект», ООО «ПСФ "КРОСТ"» на основе КМ-соединений разработаны проектные решения и выполнено практическое усиление существующих деревянных конструкций, разработаны для дальнейшего применения конструкции деревянных элементов составного сечения.

Основные положения диссертационном работы содержатся в следующих публикациях:

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации:

1. Филимонов Э.В., Линьков Н.В. Оценка прочности и деформативности полимерных соединений деревянных конструкций. - Журнал «ПГС» № 4 -М.: «ООО издательство ПГС», 2006 г. - с. 53-54.

2. Линьков Н.В., Филимонов Э.В. Моделирование средствами ПК SCAD соединения деревянных элементов композиционным материалом на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани. «Вестник МГСУ». Спецвыпуск № 1/2009 - М.: МГСУ, 2009 с. 50-53.

3. Филимонов Э.В., Линьков Н.В. Прочность и деформативность композиционного материала на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани. - «Вестник МГСУ», № 1/2010 - М.: МГСУ, 2010. - с. 235-243.

4. Линьков Н.В. Несущая способность и деформативность соединений деревянных конструкций композиционным материалом на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани. - Журнал «ПГС» № 10/2010 - М.: ООО «Издательство ПГС», 2010 г., с. 28-31.

Статьи, опубликованные в других научных журналах и изданиях:

1. Филимонов Э.В. Линьков Н.В. Усиление эпоксидной композицией на основе стеклоткани деревянных балок в памятнике архитектуры XVIII-ro века. -В сб. докладов VI Международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов - Донбасская национальная академия строительства и архитектуры. - Макеевка, 2007,- с. 4

2. Линьков Н.В. Кобазев Ю.В. Несущая способность и деформативность соединений на основе полимерной композиции для деревянных элементов составного сечения. - В сб.: «Строительство - формирование среды жизнедеятельности»: научные труды Одиннадцатой международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов. - М: - МГСУ, 2008.-е. 115-119.

3. Филимонов Э.В. Линьков Н.В. Напряженно-деформированное состояние модели деревянной балки составного сечения с соединениями в виде эпоксидной композиции на основе стеклоткани. - В сб. докладов Международной научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ИСА МГСУ. - М: - МГСУ, 2008.-е. 62-72.

4. Линьков Н.В. Математическая модель соединения деревянных элементов композиционным материалом на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани в программном комплексе «SCAD». - В сб. «Современные металлические и деревянные конструкции. Нормирование, проектирование и строительство». Науч. Тр. Международного симпозиума г.Брест, 15-18 июня 2009 г. -г. Брест, 2009. с. 164-167.

5. Линьков Н.В. Прочностные и деформационные характеристики композиционного материала на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани. - В сб. докладов Н.Т. конф. профессорско-преподавательского состава ИСА МГСУ- М: - МГСУ, 2010 . с. 239 - 245.

Подписано в печать 25.11. Юг. Формат 60x84 1/16 Печать офсетная И-39 Объем 1,50п.л. Тир. 100 Заказ 89

Издательство КЮГ (И11 Кудряков Ю.Г.), 129337, Москва , Ярославское т., 26. тел./ф (499) 183-3865, jody@mgsu.ru

г • Стр. ] Введение . .-------. .-------------. 4К

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ- ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Клеевые соединения для деревянных конструкций

I 1.21 Усиление строительных конструкций с применением I композиционных материалов

Выводы по главе 1. Направление и задачи исследования

I 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ СОЕДИНЕНИЙ И ДЕРЕВЯННЫХ 5 ' ■ КОНСТРУКЦИЙ СОСТАВНОГО СЕЧЕНИЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ 1 СВОЙСТВ; КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА.

2.1. Методика сравнительных испытаний образцов соединения деревянных элементов «КМ-обклейка»

2.2. Методика* испытаний и статистического анализа несущей способности и деформативности образцов соединения деревянных элементов «КМ-вкладыш»

2.3. Изготовление и методика испытаний моделей балок и балок ¡. натурных размеров составного сечения на соединениях

КМ-обклейка» и «КМ-вкладыш».

2.4. Определение прочностных и упругих характеристик композиционного материала

• . . ■ • ■

Выводы по главе • ■ ■

3. ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ СОЕДИНЕНИЙ ДЕРЕВЯННЫХ

I КОНСТРУКЦИЙ «КМ-ОБКЛЕЙКА» И «КМ-ВКЛАДЫШ».

3.1. Результаты испытаний образцов,соединения «КМ-обклейка»

3.2. Расчет соединения «КМ-обклейка» в программных комплексах SCAD и ABAQUS f 3.3. Несущая способность и деформативность соединения «КМ-I вкладыш» .1.

Выводы по главе

4. ИСПЫТАНИЯ МОДЕЛЕЙ ДЕРЕВЯННЫХ БАЛОК | СОСТАВНОГО СЕЧЕНИЯ НА СОЕДИНЕНИИ t «КМ-ОБКЛЕЙКА» И «КМ-ВКЛАДЫШ»

4.1. Определение расчетной несущей способности балок-моделей и методика оценки влияния податливости соединений- . 7 .

4.2. Результаты испытаний балок на соединениях «КМ-вкладыш»

4.3. Результаты испытаний балок на соединениях «КМ-обклейка»

4.4. Сравнение балок на соединениях «КМ-вкладыш» и «КМ-обклейка».

Выводы по главе

5. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ БАЛОК -ПРОЛЕТОМ 3 М СОСТАВНОГО СЕЧЕНИЯ НА СОЕДИНЕНИИ

КМ-ВКЛАДЫШ».

5.1. Определение расчетной несущей способности деревянных балок составного сечения на соединении «КМ-вкладыш».

5.2. Результаты испытаний кратковременной нагрузкой деревянных балок составного сечения пролетом 3 м на соединении «КМ-вкладыш».

5.3. Анализ результатов испытаний составных балок на соединении «КМ-вкладыш» по теории составных стержней А.Р.Ржаницына.

5.4. Результаты испытаний балки Ь=3м составного сечения на соединении «КМ-вкладыш» длительно действующей нагрузкой

Выводы по главе

6. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В ПРАКТИКУ СТРОИТЕЛЬСТВА.

6.1. Разработка рекомендаций по расчету КМ-соединений для проектирования и усиления деревянных конструкций.

6.2. Применение соединений «КМ-обклейка» для усиления существующих деревянных конструкций.

6.3. Применение соединений «КМ-вкладыш» для разработки новых деревянных конструкций с несущими элементами составного сечения.

Выводы по главе

В современной промышленности строительство является основным потребителем деловой древесины. Древесина - естественный полимер и строительный материал, обладающий уникальными свойствами, которые обеспечивают для деревянных конструкций эффективное применение в несущих и ограждающих частях зданий и сооружений. Так же возможно, в отличие от многих видов современного сырья, возобновление лесных ресурсов, но их естественный и постепенный прирост в рамках нарушенных экосистем перекрывается интенсивностью лесозаготовок, возрастающие объемы которых во многом определяются потребностями современного строительства.

Для сбережения лесных ресурсов следует рационально использовать древесину при изготовлении новых деревянных конструкций, а так же восстанавливать работоспособные деревянные конструкции в составе существующих зданий и сооружений. Решение указанных задач требует применения эффективных соединений деревянных конструкций, создаваемых на основе современных композиционных материалов, задаваемые физико-механические свойства которых наилучшим образом соответствуют свойствам естественного анизотропного полимера - конструкционной древесины.

Разработка и исследование эффективных многоцелевых соединений на основе современных композиционных материалов (КМ-соединений) для применения в конструкциях из дерева и пластмасс является задачей важной и актуальной, поскольку способствует совершенствованию применяемых и сохранению существующих строительных конструкций из дерева и пластмасс, расширяет использование прогрессивных конструкций из древесины и композиционных материалов, обеспечивает сохранение лесных ресурсов.

Цель работы - исследования соединений элементов деревянных конструкций композиционным материалом на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани и разработка рекомендаций по расчету КМ-соединений.

Объекты исследования. Объектами исследования являются: соединения деревянных конструкций композиционным материалом на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани; деревянные конструкции составного сечения, в которых совместная работа отдельных ветвей обеспечивается« КМ-соединениями.

Методы исследования. В ходе проведения теоретических исследований использовались классические методы сопротивления материалов и строительной механики, в т.ч. теория составных стержней, разработанная

A.Р.Ржаницыным. При проведении экспериментальных исследований и обработке полученных результатов использовались методы математической статистики, и. рекомендуемые методики оценки несущей способности деревянных конструкций и соединений, разработанные в ЦНИИСК им.

B.А.Кучеренко /93,101/.

Достоверность результатов работы подтверждается согласованностью экспериментальных данных и результатов численных исследований образцов соединений^ и балок составного сечения в виде моделей и конструкций натурных размеров.

Автор выносит на защиту: результаты экспериментального изучения и определения по теории составных стержней А.Р.Ржаницына напряженно-деформированного состояния соединений деревянных элементов композиционным материалом на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани для двух типов конструктивных решений соединений на образцах, на балках-моделях шна балках натурных размеров составного сечения, в т.ч.:

• результаты определения несущей способности соединений «КМ-обклейка» при различных конструктивных решениях соединений и выбор наиболее эффективного типа соединения «КМ-обклейка» для применения в конструкциях из дерева и пластмасс;

• результаты изучения численными методами напряженно-деформированного состояния соединений «КМ-обклейка» при различных толщинах композиционного материала;

• результаты экспериментального исследования несущей способности и де-формативности соединения «КМ-вкладыш»;

• результаты оценки влияния податливости КМ-соединений на несущую способность деревянных балок составного сечения по 1-й и 2-й группам предельных состояний при кратковременных и длительно действующих нагрузках;

• рекомендации по расчету КМ-соединений для проектированиями усиления деревянных конструкций.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- проведена оценка характера набора прочности во времени, определены прочностные и деформационные характеристики композиционного материала на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани;

- экспериментальными и численными методами определено напряженно-деформированное состояние образцов КМ-соединений;

- по результатам экспериментально-теоретических исследований определена несущая способность деревянных изгибаемых элементов составного ^ сечения на КМ-соединениях при кратковременных и длительных нагрузках.

Практическая, значимость работы заключается в разработке конструктивных решений КМ-соединений для применения в деревянных конструкциях, в определении прочностных и деформационных характеристик КМ-соединений, в написании рекомендаций по расчету КМ-соединений для» проектирования и усиления деревянных конструкций.

Результаты исследований внедрены:

- ГУП «Моспроект-3» при разработке проекта и выполнении реставрационных работ на памятнике архитектуры по адресу: г. Москва, 4-й Сыромятнический пер., д.1 для усиления и сохранения подлинных деревянных конструкций постройки 1-й четверти Х1Х-го века;

- при разработке проекта и выполнении реконструкции покрытия- над зданием ФГУК «Российская историческая библиотека» по адресу: г. Москва,

Старосадский пер., д.9, стр. 1 для усиления деревянных стропильных конструкций постройки 30-х годов ХХ-го века;

- институтом, ОАО «СахаПроект» при разработке проекта реставрации деревянных конструкций объекта исторического наследия «Дом Громова» по адресу: Республика Саха (Якутия), пос. Витим, ул<. Ленина, д.8 и д.10;

- строительным концерном «КРОСТ» при разработке проекта реконструкции здания по адресу: г. Москва, Походный проезд, д. 8 для несущих продольных ребер каркаса клеефанерных плит покрытия пролетом 6 м в,виде деревянных балок составного сечения.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались:

• на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ИСА МГСУ, Москва,(2008 г., 2010 г.);

• на УВ Международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Донбасской национальной академии строительства и архитектуры, Макеевка, 2007 г.;

• на, международных межвузовских научно-практических конференциях молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности», Москва (2007г., 2008 г.,2009 г., 2010 г.);

• на Международном симпозиуме «Современные металлические и- деревянные конструкции. Нормирование, проектирование и строительство», Брест, 2009.

Публикации. По теме-работы опубликовано 9 статей, в т.ч. 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура И'объем работы. Диссертация состоит из 2-х томов. Том 1 включает введение, шесть глав, основные выводы и приложение 1. Объем тома 1 диссертации: 186 страниц текста, в т.ч. 65 рисунков, 30 таблиц! и список литературы из 133 наименований. Том 2 включает Приложения 2^-5. Объем тома 2 диссертации: 59 страниц текста, в т.ч. 33 рисунка и 20 таблиц.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Для усиления существующих и создания^ новых деревянных элементов составного сечения разработаны, исследованы и апробированы в практике строительства два вида соединений- деревянных элементов? композиционным материалом на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани (КМ-соединений): «КМ-обклейка» и «КМ-вкладыш».

2. Для соединений «КМ-обклейка» установлены: сопротивление сдвигу К-км-обкл=1 5,98-33,55 МПа, деформативность соединения в пределах упругой работы Бп/КГыгЮ,00254-0,00381 мм/кН; для соединения «КМ-вкладыш» определены нормативное сопротивление сдвигу Кн=4.14-4.52 МПа и деформативность соединения, в пределах упругой работы Бп /N1.11=0,001375" мм/кН. Полученные данные позволяют производить практические расчеты несущей способности КМ-соединений по методике СНиП П-25-80 «Деревянные конструкции».

3. Для расчета деревянных элементов составного сечения на КМ-соединениях по методике СНиП П-25-80 рекомендованы коэффициенты К\у и Кж, учитывающие снижение несущей способности балок за счет податливости связей сдвига. Для составных элементов на соединении «КМ-вкладыш» коэффициенты К\у=1, Кж=0,967. Для составных элементов на соединении «КМ-обклейка» коэффициенты и Кж зависят от жесткости композиционного материала обклейки ЕКм1км- Для изгибаемых деревянных элементов составного сечения оптимальная жесткость КМ-обклейки ЕКМ1КМ составляет 2—6% от жесткости создаваемой балки цельного сечения Едр1цельн- В указанном диапазоне жесткости коэффициенты составили К\у=0.739-1, Кж=0.644-0,89. Для конструирования соединений «КМ-обклейка» рекомендуемое соотношение между шириной обклеиваемых поверхностей Ьобкл деревянных элементов и толщиной композиционного материала в КМ-обклейке ^м = 1 /40 Ьобкл -Дальнейшее увеличение толщины КМ-обклейки не приводит к снижению де-формативности соединения. По результатам длительных испытаний постоянной нагрузкой установлена величина коэффициента условия работы, учитывающего приращение прогибов конструкции составного сечения на соединении «КМ-вкладыш» Шдл= 0,71.

4. По результатам исследований осуществлено внедрение в трех направлениях: разработаны рекомендации по расчету КМ-соединений для проектирования новых и усиления существующих деревянных конструкций; совместно с ГУП «Моспроект-3», ОАО «СахаПроект», ООО «ПСФ "КРОСТ"» на основе КМ-соединений разработаны проектные решения и выполнено практическое усиление существующих деревянных конструкций, разработаны для дальнейшего применения конструкции деревянных элементов составного сечения. s/fä) ^ 171

1. Ашкенази E.K. Прочность анизотропных древесных и синтетических материалов. - М.: Лесная промышленность, 1966.

2. A.C. № 421912 на изобретение «Устройство для испытания на сдвиг образцов фанеры». Бюллетень № 12 . - ЦНИИПИ , 1974.

3. Белова А.Н. Жесткие узловые соединения сжато-изгибаемых деревянных конструкций с вклеенными связями. Автореферат дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. - М.: ЦНИИСК им. В.А Кучеренко, 1991.

4. Берестнева Г.Э. Нагельные соединения деревянных элементов с впрессованными стеклопластиковыми втулками. / Автореферат дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. М.: МГСУ, 1993.

5. Бойтемирова И.Н. Исследование прочностных и деформативных свойств фанеры из древесины лиственницы, как конструкционного материала для строительства. Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. - М.: ЦНИИСК им. В.А Кучеренко, 1977.

6. Бойтемиров Ф.А. Исследование работы клеевых соединений листов бакелизированной фанеры в строительных конструкциях. — Автореферат дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. Новосибирск: НИСИ, 1974

7. Бондин В.Ф., Бойтемиров ФА. О некоторых упругих постоянных бакелизированной фанеры. Изв.ВУЗов, «Строительство и ахитектура», 1974, №3.

8. Быковский В.Н. Учет напряжений в клеевых швах при проектировании клееных дощатых элементов. В кн.: Исследования деревянных конструкций. -М., Машстройиздат, 1953.

9. Галахов М.С. Соединения деревянных конструкций на вклеенных кольцевых шпонках. Автореферат дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. — Пенза.: Пензенская ГАСА, 2001.

10. ГОСТ 4651-82. Пластмассы. Метод испытания на сжатие.

11. ГОСТ 4648-71. Пластмассы. Метод испытаний на статический изгиб.

12. ГОСТ 8325-93 (ИСО 3598-86). Стекловолокно. Нити крученые комплексные. Технические условия.

13. ГОСТ 9550-81. Пластмассы. Методы определения модуля упругости.

14. ГОСТ 9620-72. Древесина слоистая клееная. Отбор образцов и общие требования при испытании.

15. ГОСТ 9621-72. Древесина слоистая клееная. Методы определения физических свойств.

16. ГОСТ 9622-72. Древесина слоистая клееная. Метод определения предела прочности и модуля упругости при растяжении.

17. ГОСТ 9623-72. Древесина слоистая клееная. Метод определения предела прочности и модуля упругости при сжатии.

18. ГОСТ 9624-72. Древесина слоистая клееная. Метод определения предела прочности при скалывании.

19. ГОСТ 9625-72. Древесина слоистая клееная. Метод .определения предела прочности и модуля упругости при статическом изгибе.

20. ГОСТ 10292-74. Стеклотекстолит конструкционный. Технические условия.

21. ГОСТ 10587-84*. Смолы эпоксидно-диановые неотвержденные. Технические условия.

22. ГОСТ 10635-78*. Плиты древесностружечные. Методы определения предела прочности и модуля упругости при изгибе.

23. ГОСТ 11262-76. Пластмассы. Метод испытания на растяжение.

24. ГОСТ 14236-81. Пленки полимерные. Метод испытания на растяжение.

25. ГОСТ 14359-69. Пластмассы. Методы механических испытаний. Общие технические требования.

26. ГОСТ 15613.1-84. Древесина клееная массивная. Методы определения прочности клеевого соединения при скалывании вдоль волокон.

27. ГОСТ 16483.3-73. Древесина. Метод определения предела-прочности при статическом изгибе.

28. ГОСТ 16483.9-73. Древесина. Методы определения модуля упругости при статическом изгибе.

29. ГОСТ 16483.10-73. Древесина. Методы определения предела прочности при сжатии вдоль волокон.

30. ГОСТ 16483.23-73. Древесина. Метод определения предела прочности при растяжении вдоль волокон.

31. ГОСТ 16483.24-73. Древесина. Метод определения модуля упругости при сжатии вдоль волокон.

32. ГОСТ 16483.26-73. Древесина. Метод определения модуля упругости при растяжении вдоль волокон.

33. ГОСТ 16483.29-73. Древесина. Метод определения коэффициентов поперечной деформации.

34. ГОСТ 17302-71. Пластмассы. Метод определения прочности на срез.

35. ГОСТ 19170-2001. Стекловолокно. Ткань конструкционного назначения. Технические условия.

36. ГОСТ 25.601-80. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания плоских образцов на растяжение при нормальной, повышенной и пониженной температурах.

37. ГОСТ 25.602-80 Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания на сжатие при нормальной, повышенной и пониженной температурах.

38. ГОСТ 25.604-82 Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания на изгиб при нормальной, повышенной и пониженной температурах.

39. ГОСТ 25885-83. Конструкции деревянные клееные. Метод определения прочности клеевых соединений древесноплитных материалов с древесиной.

40. ГОСТ 26277-84. Пластмассы. Общие требования к изготовлению образцов способом механической обработки.

41. ГОСТ Р 50583-93. Материалы композиционные полимерные. Номенклатура-показателей.

42. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984,- 428с.

43. Городецкий A.C., Евзеров И.Д. Компьютерные модели конструкций -Киев: Факт, 2005. -343 с.

44. Губенко А.Б. Клееные деревянные конструкции в строительстве. — Гос.изд.лит. по стр-ву и арх., М.: 1957.

45. Губенко А.Б. Строительные конструкции с применением пластмасс. -Изд.лит. по стр-ву. М.: 1970.

46. Гуськов И.М. Ремонт деревянных конструкций. М.: МИСИ* им. В :В .Куйбышева, 1981.

47. Деревягин B.C. Безметальные составные балки и металлодеревянные сборные фермы. М.: Гос. изд-во строит, литер. - 1947.

48. Деревянные конструкции в строительстве / Ковальчук JI.M., Турковский С.Б., Пискунов Ю.В. и др. М.: Стройиздат, 1995.

49. Деревянные конструкции. Справочник проектировщика промышленных сооружений. Промстройпроект, ОНТИ НКПТ СССР, М.-Л., 1937.

50. Древесина. Показатели физико-механических свойств. Руководящие технические материалы / ЦНИИМОД М.: 1962.

51. Знаменский Е.М. О совокупной оценке и нормировании уровня надежности деревянных конструкций по доминирующим факторам. В кн.: Исследования в области деревянных конструкций. М.: ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко, 1985, - с. 12-23.

52. Знаменский Е.М. Совершенствование нормирования расчетных характеристик элементов деревянных конструкций. // Тр.ин-та / ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко 1989 — В сб. «Разработка и* совершенствование деревянных конструкций». — С. 36-47.

53. Зотова И.М. Жесткость и прочность деревянных клееных балок с наклонно вклеенными стержнями. // в сб. Исследования в области ДК . Тр. ин-та/ ЦНИИСК им. Кучеренко 1985, с. 74 -82.

54. Иванов Ю.М. О предельных^ состояниях деревянных элементов соединений и конструкций. / М.: Гос.изд-во стр. литературы., 1947.

55. Иванов Ю.М. Предел пластического течения древесины / М.: Гос.изд-во стр. литературы., 1948.

56. Иванов Ю.М. Определение несущей способности деревянных конструкций методом ЦНИПС. Стройиздат Наркомстроя, 1943.

57. Иванов В.А., Рабинович^ A.JL, Хохлов А.Р. Методы компьютерного моделирования для исследования-полимеров и биополимеров М.: Научный мир, 2009.' - 328 с.

58. Исследования прочности и деформативности древесины! Сб.статей под ред. Г.Г.Карлсена. / М.: Гос.изд-во лит. по стр-ву и арх., 1956.

59. Исследования физико-механических свойств древесины, строительной фанеры, пластмасс и конструкций с их применением. Сб.тр. МИСИ, 1973.

60. Карлсен Г.Г. (под ред.) Конструкции из дерева и пластмасс / Г.Г. Карлсен, В.В.Большаков, М.Е.Каган, Г.В. Свенцицкий изд. 2-е , - M.-JL: Гос.изд.лит. по стр. и арх, 1952.

61. Карлсен« Г.Г. , Слицкоухов Ю.В. (под ред.) Конструкции из дерева и пластмасс / Ю.В.Слицкоухов, В.Д.Буданов, М.М.Гаппоев, Э.В.Филимонов и др.- изд. 5-е, перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1986.

62. Карпиловский B.C., Криксунов Э.З., Маляренко A.A., Перельмутер A.B., Перельмутер М.А. SCAD Office. Вычислительный комплекс SCAD.1 М.: Изд-во АСВ; 2004.

63. Клеевые соединения древесины и бетона в строительстве / Шутенко JI.H., Клименко В.З., Кузнецов Ю.Д. и др. К.: Будивэльнык, 1990.

64. Ковальчук Л.М. Производство деревянных клееных конструкций; 3-е изд., иерераб; идош-Ml: ООО РИФ «Стойматериалы»; 2005;

65. Ковальчук Л.М. Склеивание древесных материалов- с: пластмассами и металлами. -М:, «Лесная промышленность», 1968.

66. Козлов В:В. Исследование возможности усиления: железобетонных; конструкций с помощью» эпоксидных клеев , на действие: кратковременных динамических нагрузок. Дисс: на соиск. уч.ст. к.т.н. — Mi: МИСИ им: В.В.Куйбышева, 1969.

67. Козлов В.В. Обеспечение монолитности строительных конструкций клеевыми композициями; Дисс. на< соиск. уч.ст. д.т.н. — М:: МИСИ им. В. В .Куйбышева, 1990.

68. Коченов В М. несущая* способность элементов и соединений деревянных^ конструкций. М.: Гос. изд-во строит, литер. - 1955.

69. Краткие рекомендации по обеспечению эксплуатационной надежности деревянных клееных конструкций. ФГУП «НИЦ «Строительство». ЦНИИСК им. В;А.Кучеренко - М.: 2005.

70. Леонтьев П.Л. Техника статистических вычислений. Изд. 2-е, персраб. и дои. -М.: Лесн. пром-сть, 1966.

71. Линьков В.И. Несущая способность и деформативность соединений деревянных конструкций: на: наклонных стержнях без применения клея:. -Аавтореф: на соиск. уч. ст. к. г.н. М:::МИСИ им; В:В¿Куйбышева - 1988;

72. Лукин А.Г. Стеьслопластиковая седловидная мембрана на прямоугольном плане с треугольными бортовыми элементами. / Автореферат дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н: М.: МИСИ им. В.В.Куйбышева, 1989.

73. Лукьянов Е.И. Прочность и деформативность, вклеенных анкеров, в соединениях деревянных конструкций. Автореферат дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. - М.: ЦНИИСК им: В.А Кучеренко, 1992.

74. Методы статических испытаний армированных пластиков. Справочное пособие. «Зинатие», Рига, 1972.

75. Методы физико-механических испытаний'модифицированной древесины. Под ред. Иванова Ю.М./ ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко- М.:Стройиздат, 1973.

76. Микульский В.Г., Козлов В.В. Склеивание бетона. -М.: Стройиздат, 1975.

77. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. — М:: «Наука», 1971.

78. Нуштаев Д.В., ТропкиаС.В. Abaqus для начинающих. М.: 2010. 78с.

79. Нуштаев Д:В., Тропкин С.В. Пособие по применению SIMULIA/Abaqus в инженерных задачах. М.: 2010. -98с.

80. Отрешко А.И. Справочник проектировщика. Деревянные конструкции. М.: Гос. изд-во литер, по строительству и арх. - 1957

81. Перельмутер A.B., Сливкер В.И. Расчетные модели сооружений и возможности их анализа . Киев: Изд-во Сталь, 2002.

82. Погорельцев A.A. Сдвиговая прочность изгибаемых клееных деревянных конструкций с поперечным армированием. Автореферат дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. - М.: ЦНИИСК им. В.А Кучеренко, 1989.

83. Попов В.Д., Серов E.H. Упрочнение приопорных зон клеедощатых балок. В кн.: Конструкции из клееной древесины- и пластмасс. МежвузовскийIтематический сб. трудов. — Л.: ЛИСИ, 1978,"с. 15-21.

84. Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП П-25-80) / ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко. М.: Стройиздат, 1986.

85. Расширение применения деревянных клееных конструкций в строительстве // Материалы всесоюзной НТК. под ред. Л.М.Ковальчука / ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко, 1983.

86. Репнин В.А. Деревянные балки с рациональным армированием. -Автореферат дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. Владимир: Владимирский гос. университет, 2000.

87. Рекомендации по проектированию и изготовлению дощатых конструкций с соединениями на МЗП. М.: ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко, 1983.

88. Рекомендации по контролю качества клеевых соединений деревянных клееных конструкций / ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко М.: Стройиздат, 1981.

89. Рекомендации по испытанию соединений деревянных конструкций /ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко. М.: Стройиздат, 1980. - 40 с.

90. Рекомендации по проектированию соединений элементов деревянных конструкций с передачей усилий стальными стержнями, вклеенными поперек волокон. М., - ЦНИИПромзданий, 1984.

91. Рекомендации по проектированию и изготовлению деревянных конструкций с соединениями на пластинах с цилиндрическими нагелями (системы КирПИ-ЦНИИСК) М.: ЦНИИСК им. В.А Кучеренко, 1988.

92. Рекомендации по восстановлению и усилению полносборных зданий полимеррастворами. ТбилЗНИИЭП. - М.: Стройиздат, 1990.

93. Рекомендации по обеспечению долговечности и надежности строительных конструкций гражданских зданий из камня и бетона с помощью композиционных материалов. НИИЛЭП ОИСИ. - М.: Стройиздат, 1988.

94. Рекомендации по обеспечению надежности и долговечности железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений при их реконструкции и восстановлении. — Харьковский ПромстройНИИпроект. -М.: Стройиздат, 1990.

95. Рекомендации по ремонту и восстановлению железобетонных конструкций полимерными составами. НИИЖБ Госстроя СССР. - М.: 1986

96. Рекомендации по методам испытаний древесных плит для строительства / ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко. М.: 1984.

97. Рекомендации по испытанию деревянных конструкций. / ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко. М.: Стройиздат, 1976.

98. Рекомендации по испытаниям клеевых соединений деревянных строительных конструкций. М., ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко Госстроя России. 2003.

99. Ржаницын А.Р. Теория составных стержней строительных конструкций. М.: Сторойиздат - 1948.

100. Ржаницын А.Р. Основы теории расчета составных стержней. Методические указания ФПК преподавателей ВУЗов. М.: МИСИ им. В.В.Куйбышева - 1977.

101. Ржаницын А.Р. Составные стержни и пластинки. М.: Стройиздат -1986.

102. Ролийчус И.В., Кассиров В.П., Турковский С.Б. Исследование соединений растянутых элементов на наклонно вклеенных и клееввинченных стержнях. / Исследование зависимости прочности деревянных конструкций от технологии изготовления. /Тр. ЦНИИСК. М., 1982.

103. Рощина С.И. Длительная прочность и деформативность треугольных арок с клееным армированным верхним поясом. Автореферат дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. - Владимир: Владимирский гос. университет, 1999.

104. Руководство по изготовлению и контролю качества деревянных клееных конструкций. / ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко.- М.: Стройиздат, 1982.

105. Светозарова Е.И. О напряжениях в клеедощатых балках увеличенной высоты. В кн.: Конструкции из клееной древесины и пластмасс. Межвузовский тематический сб. трудов. - Д.: ЛИСИ, 1978, с. 10-15.

106. СНиП П-25-80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования. М.: Стройиздат, 1982.

107. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия./ Госстрой России. М.: ГУЛ ЦПП, 2003.

108. СТО 36554501-002-2006. Деревянные клееные и цельнодеревянные конструкции. Методы проектирования и расчета. — ФГУП «НИЦ «Строительство». М.: 2006.

109. Справочник по пластическим массам. Изд. 2-е, пер. и доп. В 2-х т. М.: «Химия», 1975.

110. Справочник по клеям и клеящим мастикам в строительстве. Под ред. Микульского В.Г. М.: 1984.

111. Стандарт СЭВ 394-76. Строительные конструкции и основания. Основные положения по расчету. — М.: Изд. стандартов, 1977.

112. Тарнопольский Ю.М., Кинцис Т.Я. Методы статических испытаний армированных пластиков. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1981.

113. Турковский С.Б. Разработка и экспериментальные исследования несущих деревянных конструкций на основе соединений с наклонно вклеенными связями. — Дисс. в форме доклада на соиск. уч. ст. д.т.н. — М.: ЦНИИСК им. В.А Кучеренко, 2001.

114. Турковский С.Б., Саяпин В.В. Исследование монтажных узловых соединений клееных деревянных конструкций. / Несущие деревянные конструкции. Тр. ЦНИИСК . М., 1981.

115. Турковский С.Б., Кассиров В.П. Исследование анкеровки стальных закладных деталей в растянутых элементахдеревянных конструкций. Строительство и архитектура. Сер. 8. Строительные конструкции. ВНИИИС. - М.: 1985. Вып. 2.

116. Филимонов Э.В. (под ред.) Конструкции из дерева и пластмасс / Гаппоев М.М., Ермоленко Л.К., Филимонов Э.В. и др. изд. 6-е, перераб. и доп. - M.: АСВ, 2004.

117. Фрейдин A.C., Турковский С.Б., Ролийчюс И.В. Влияние вида клея на прочность клеевинтовых соединений древесины. — Э/И. Стр. И арх. Сер.8. вып.10г-М.:ВНИИС, 1985.- с.14-20. -

118. Фрейдин А.С., Вуба К.Т. Прогнозирование свойств клеевых соединений древесины.-М.: Лесн.пром-ть, 1980.

119. Фролов А.Ю; Прочность и деформативность монтажных стыков сборно-разборных клееных деревянных рам.:- Автореферат дисс. на соиск. уч: ст. к.т.н. М.: МИСИ им. В.В Куйбышева, 1991.

120. Хрулев В.М; Прочность клеевых соединений. М.: Стройиздат, 1973.

121. SIMUL1A Abaqus/CAE Users Manual v 6.9 2009 -http://www.simulia.com/products/abaqus multiphysics.html

122. Hashin, Z., "Failure Criteria for Unidirectional Fiber Composites," Journal of Applied Mechanics, vol. 47, pp. 329-334, 1980.

123. Hashin, Z., and A. Rotem, "A Fatigue Criterion for Fiber-Reinforced Materials," Journal of Composite Materials, vol. 7, pp. 448-464, 1973.

124. EN 302-1: 2004. Adhesives for load-bearing timber structures Test methods Part 1: Determination of bond strength in longitudinal tensile shear strength.