автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Соединения элементов в конструкциях с применением ЦСП

ОРЕНЛ ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕЛОБАТЕЛЬСКНЯ й ПРОЕКТНО-ЭНСПЕРИУЕНТЙЛЬНЫН ИНСТИТУТ КОМПЛЕКСНЫХ ПРОБЛЕМ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И СООРУЖЕНИЯ иа.В.А.КУЧЕРЕНКО

I

(ИСК иа.Кцпевенко) ' !

На правах рнкописи

HE.XAH.MKQ5 ВИКТОР МИХАИЛОВИЧ

УДК 624.072.011.1

СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ 3 КОНСТРУКЦИЯХ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЦСП

. Специальность 05.23.01 - строительные конствккцнк.

здания Н С002Ч25НИ2 1

й 8 : 3 5 9 9 8 с а т диссзстации на соискание ученой степени кандидата технических нацк

Ч ПО VI? я —

юа? г

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знаиенк Центральной кацчно-иссдедовательскок к проектно-эксперккектальнон институте комплексных проблем строительных конструкций и соорще-нин инени В.Р..К"черенко

ЙЙУЧЯНЙ РУКОЕОЛйТЕЛЬ - доктор технических наук, профессор

Л.Н.К ОВАЯЬ ЧНН

- доктор технических наук. профессор И.Г.РОНйНЕНКОВ )

- кандидат технических кацк ^ А.б.ЖОРЕЛЬВЕВ 1

- ЦНИИЭП иы.йезикцева 1

Загита состоится ".1.4". У!. .1595*г. в ".(4" часов ка заседании специализированного совета Д.032.04.01 по защите диссертаций ка соискание ученой степени доктора технических нанк при ордена Трудового Красного Знамени Нейтральной научно—исследовательском и проектно-эксперикектальнои институте кокпдексннх пвоолек строительных конструкций к сооругенкй им.Е.й.Кучеренко по специальности 05.23.01 "Строительные конструкции.здания и сооругениа" по адресн: 109428. йосква. 2-а Институтская ул.. док 6.

С диссертацией мохно ознакомиться в библиотеке института йвтореферат разослан Й иаа 199-& г.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ СППЗНЕКТй

/I/

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических нанк

I

С.й.ВОРОБЬЕВА

- 3 -ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Благодаря более высоким (в сравнении с другими древесными плитами) эксплуатационным качествам ДСП являются хорошим материалом для ограждающих конструкций. Основной объем этик конструкций используется в малоэтажном панельном деревянном домостроении.

Испытания панелей с деревянным каркасом и обшивками из ДСП, показавшие более чем четырех кратное отношение несушей способности к расчетной нагрузке, выявили необходимость разработки более эффективных конструкций.

Наличие большого набора соединений ДСП с древесиной, жесткость которых может меняться от очень значительной (при клеемеханическом соединении) до нулевой (при свободном опирааии) дает возможность создания ограждающих конструкций различного назначения и для различных условий эксплуатации. При этом конструкции могут состоять из унифицированных высокоиндустриальных элементов.

В настоящее время имеются многочисленные данные о прочностных и деФорнадионных свойствах ДСП, её клеевых соединениях с древесиной. Сведения же о механических и клеемеханических соединениях разрознены и недостаточны для разработки конструкций с учетом жесткости соединений обшивок и каркаса.

Цель работы - разработка эффективных конструкций малоэтажного домостроения из ДСП и древесины, на основе комплексного изучения напряженно-деформированного состояния механических и клеемеханических видов соединений с учетом влияния технологических и эксплуатационных Факторов, на основе учета податливости соединений при совместной работе обшивок из ДСП и каркаса панелей.

Автор выносит на защиту:

- результаты разработки-"ограждающих нодулей" из ДСП с древесиной на различных видах соединений и эффективных способов их креплений к несушим элементам;

- результаты экспериментальных исследований прочностных и деформационных характеристик механических соединений ДСП с древесиной при работе на сдвиг и отрыв с учетом технологических и эксплуатационных Факторов;

- результаты теоретического и экспериментального исследования влияния степени податливости соединений ДСП с древесиной на их совместную несущую способность--с-учетон неравномерности распределения напряхений в обшивке; . •

- результаты экспериментального исследования влияния шага расстановки гвоздей и шурупов на прочность клеемеханического соединения ПСИ с древесиной;

- результаты теоретического и экспериментального исследования напря-хенно-деформированного состояния "ограхдаших модулей" и конструкций на их основе при поперечном изгибе с обоснованием инхенерной нетодики расчета.

Научная новизна. На основе экспериментальных исследовании соединений ПСИ с древесиной на механических связях - шурупах и гвоздях различных видов при работе на сдвиг и отрыв, предложены их расчетные прочностные и деФорнадионные характеристики,определены расчетные сопротивления ДСП выдергиванию и продавливанию гвоздей и шурупов. Дана опенка влияния влахностных воздействий, конструктивных и технологических Факторов на данные характеристики. На основе теоретических и экспериментальных исследований проанализировано влияние степени податливости соединения ИСП с древесиной на их совместную несушл способность. Определен шаг расстановки шурупов при запрессовке клеемеханического соединения. Разработана система эффективных ограхдаю-ших конструкций малозтахного домостроения. Вологда на основе "ограх-даишх нодулей*, состоящих из ДСП, подкрепленной деревянными поперечными ребрами на различных по степени податливости связях. Проведено- теоретическое и экспериментальное исследование напряхенно-де-Форнированного состояния "ограждающих нодулей" и конструкций на их основе. Дана методика инхенервого расчета разработанных "нодулей".

Практическое значение работы состоит в обосновании прочностных и деформационных характеристик соединений ДСП с древесиной с учетон эксплуатационных и технологических воздействий. Разработанная систе на "Вологда* на основе "ограхдаюших модулей" позволяет решить основ ные проблемы, стоящие перед малоэтажным домостроением, снизить дре-весиноёнкость конструкций в 2-3 раза, обеспечить высокие эксплуатационные качества.

Результаты исследований использованы ери разработке нормативных документов:

- "Рекомендаций по проектированию, изготовлению и применению конструкций на основе дементностружечных плит*. / ДШИСК, -Н.: 1986. -75с.,

- '"ШШ-13-0249563-20-87. Балки комбинированные со стенкой из ДСП для деревянных доков. "Технические условия" /БНТО "Союзнаучстан-дартдок", - Н.: 1987. -4с.

- "Технологической инструкции по изготовлению комбинированных балок со стенками из ДСП для панелек деревянных домоб. " /БНТО "Союзналг-стандартдон". - Н.: 1987. - 4с.

- "ТУ 10-69-SA-8B. Панели стен и плиты покрытия с деревянный каркасов. Технические условия. * / ШШХ - Е.: 1968. - Юс.

- ДП. 4. Об. 90. "Одноквартирный 3-х коннатный хилой дои". Рабочий проект. / ЭПСУ "Нодуль", - Вологда, 1990 г.

Адробадия работа. Основные результаты долохены на конференциях молодых ученых: Вологда 198Б г., НЕСИ ик.Б.Б.Куйбышева 1586 г., ШШСЕ ик. Кучеренко 1988 г. » 1

Объем, работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, обшкх выводов, списка литературы из наименований. Она содержит 1М стр. м. п. текста, 7 & рисункоь ъо таблиц,

СОДЕР1ШЕ РАБОТЫ \ Во введении Обосновывается актуальность темы исследований, излагаются структура работы и основные полученные результаты.

,В первой главе на основании приведенного аналитического обзора современного состояния производства и применения ДСП в малоэтажном домостроении кратко изложено состояние вопроса, обосновываются и ставятся цель и задачи работы.

В процессе массового освоения выпуска плит зарубежные данные о свойствах ДСП были дополнены исследованиями, проводившннися Лияько-вым И. Н., Бойтемировой И. Е . Нихайловын А. Ф. в ПНИИСК ин. Кучеренко, Вашипко Т. К., Дмитриевым С. И., Королевым В. Е. в НЛТИ, Бухаркиным В. К,, Гольцевой Л. В. в БНТО "Союзнаучплитпрон". Исследования неханических свойств первых отечественных плит и клеевых соединении выполнены в ЦНИИСК ин. Кучеренко в работах Фрейдина А. С., Хука В. В., Шанариной Л. Н. Пшенова А. А.. Шртоукя R и

Малоэтажное домостроение, как основная область применения ДСП, представлено такими конструктивными схемами: панельная - на основе панелей пролетом 1.2 н; крупнопанельная - на основе панелей пролетом более 2,4 м; блочно-секционная - на основе блоков. Находят применение как панели с несушим каркасом, так и цельноплитные. Большая часть конструкций изготавливается с соединениями на основе дискретных связей обшивки с каркасом, йатериалом каркаса преимущественно является древесина.

Поставлены следующие задачи работы: :- разработка конструкций малоэтажного домостроения на -основе- "ограждающих модулей" из ДСП и древесины на различных видах соединений I эффективных способов их крепления к несушин эленентам;

- экспериментальные исследования механических соединений ДСП с древесиной при работе на сдвиг и отрыв с учетом технологических и эксплуатационных Факторов;

- теоретическое и экспериментальное исследование влияния податливости соединений ДСП с древесиной на их совместную работу в составе конструкции;

- экспериментальное исследование зависимости шага расстановки связе] и прочности клеемеханического соединения ДСП с древесиной;

- комплексные исследования напряженно-деформировашого состояния "ограждающих модулей" и конструкций на их основе при поперечном изгибе, разработка методом инженерного расчета конструкций данной систены.

Во второй глапс тта основании анализа многочисленных литературнн: данных и опыта эксплуатации, результатов натурных обследований можн выделить несколько первоочередных проблем, решение которых будет способствовать не только повышению качественных показателей конструкций, но и повышению капитальности деревянных панельных домов, их долговечности. Среди проблен главная - снижение материалоёмкости, в частности, древесиноёмкости конструкций, проблема стыка и связанная с ним экономия топливно- энергетических ресурсов, проблема усадки утеплителя, ремонтоспособности конструкций и унификации элементов. Применяющиеся в настоящее время панели шириной 1,2 м /115 серии/ и шириной 2,4 и 4,8 м /серии 231/ решают частично одну из проблем за счет усугубления других при введении мелких конструктивных дополйе-

нш. Б целом проблемы остаются.

Решение проблем предлагается в виде системы ограждающих конструкций жилого дона различного Функционального назначения на основе модульных элементов из ПСП. при разработке которой-был учтен накопленный опыт панельного и каркасно'-шитовсго домостроения, блочного полносборного из отдельных элементов сельскохозяйственного строительства. Кроме того, при конструировании учитывались специфические требования к ПСП н ее соединениям.

Основным зленентон систены, названной "Вологда", является "ограждающий модуль" /"ОН"/, представляющий собой лист ДСП определенной длины, подкрепленный поперечными деревянныни /или из ПСП/ рёбрани 26-32 * 47 мм (рис. 1). Основное назначение элементов "ОН"-сбор нагргзки с большей ограждающей плошади - работа на поперечный изгиб, что дает возможность более эФективно загрузить несущие элементы каркаса малоэтажного здания, уменьшить их количество. Несущая способность /прочность и жесткость/ "ОН" обеспечивается видом соединения лодкрсплякйГгЕ ребер с ДСП - степенью его податливости. Для "Ой" стен, перегородок, подвесных потолков, Франтонов и карнизов достаточно податливого соединения рёбер с листом, обеспечивающего не только изгибную жесткость, но и свободу деформирования по ширине листа при тенпературно-влажностных воздействиях. Толщина ДСП минимальная - Ю мм.

Для наиболее Еагрухенных в домах "Ограждающих модулей" пола, находящихся в постоянных тенпературно-влажностных условиях, соединение, рёбер с листок ДСП жесткое - клеенеханическое, в результате которого резко возрастает несущая способность, что дает возможность уменьшить голшину листа до 16 мм /с 24 мм/, увеличить ударную прочность. Шаг рёбер для "ОН" пола, исходя из различных условий прочности /как пли-гы и ребра, так и соединения/, принят равный 360 ни. Элененты покры-гая имеют аналогичную конструкцию, но отличаются видом соединения -юдатливого, что обеспечивает не только необходимую прочность и жесткость, но и свободу деформирования при влажностных воздействиях.

Для соединения "ОН" с несужини эленентани-стойками - разработан :тык, обеспечивающий не только гернетизадию и теплоизоляцию - непробиваемость, но и дополнительную экономию древесины за счет безгвоз-;евого соединения обшивок как наружных, так и внутренних. Поперечные

Наружное стеновое ограждение

11 —• •------ <{[.■ ----1

и., —:,|1 11 ■*". " —.........

- \оК'С.1. £

Перегородки Г' /.ОН и

Й- "!!

•ПОО

4-

Перекрытия —

0

'т --~

1-1

т в

31" £2

Щ Е

•а

Ж

Ж

Ж

Ж

ж

Рис. 1..Ограждающие конструкции малоэтажных зданий.на основе ограждавших модулей из ДСП /ОМ'/

ребра, подкрепляющие ШЛ. обепечивают не только несущую способность обшивки, но и раскрепляют от потери устойчивости стойку, дополнительно создают промежуточное опираете и обхатие утеплителя - снижают его усадку. Стык двух "ОН" на одном элементе инеет хороший внешний вид и не требует дополнительных затрат при отделке. Крепление наружных "ОН" к стойкан при помощи нашельников обеспечивает не только свободу деФорнаоий по длине листа /наиболее опасных/, но и высокую ренонтоспособность и реконструируеность конструкций.

сравнение разработанной системы ограждающих конструкций "Вологда"- проведено с конструкциями 115 и 231 серии. Применение разработанной систены позволит снизить материалоемкость конструкций: древесины - в 1,5 - 2 раза, ЦСП - на 20 - ЗОХ, причен. с увеличением тол-шины ограждений /утеплителя/ расход древесины снижается ешё значительнее, особенно для перекрытий. Данные показатели достигнуты в результате более эффективной загрузки несущих элементов - на 76-95К от расчетной несушей способности.

На основе разработанной системы унифицированных ограждающих и несущих элементов -"Вологда"- запроектирована серия каркасно-панель-ных зданий, древесиноемкость которых снижена в 3 раза.

В третьей главе приведена комплексная методика экспериментальных «¡следований на основные виды напряженного состояния: сдвиг, отрыв 1ри кратковременных и длительных нагрузках. Кроме того в методике чтены и эксплуатационные Факторы, работа связей на выдергивание, на [родавливание, определены технологические параметры внедрения свя-ей. Нетодика составлена на основе анализа известных отечественных и арубежных данных. В качестве образцов для испытаний используются рагненты натуральных конструкций, охватывающие все применяющиеся в астояшее время виды соединений - шурупы, гвозди гладкие и с насеч-эй - толщины плиты - 10,16,24 нм - технологии внедрения - вдавлива-ге без и с предварительным сверлением, завинчивание. Нетодика даёт )змохность получить расчетные прочностные и деформационные характе-1стики соединений, необходимые для проектирования.

В четвертой главе представлены результаты испытаний соединений сдвиг и отрыв. По графическим зависиностян деформаций сдвига соединяй от нагрузки, согласно методике Ю. Н. Иванова,.получены расчетная сушая способность и жесткостные характеристики при сдвиге /табл 1 /

Прочность и деФорнативиость соединений ПСП с древесиной на механических связях ври сдвиге

наименование Шуруп 4*40 Гвоздь 3*50

характеристик гост 1145-80 ТУ69 -214-83 ГОСТ 4028-63* 3725-1202-81

Толщина ПСП, нн 10 16 10 16 10 10

Расчетная не-

сушая способ- 0, 56 0, 72 0, 62 0, 76 0, 50 0,67(0,27)

ность, кН

КоэФ. податли- 1, 10 0,92 1,00 0, 67 1,48 1,30(2, 23)

вости-3, нн/кН

Наибольшие показатели имеет шурупы 4*40 /ТУ 69-214-83/.

Наибольшую деФорнативность показали соединения на гладких гвоз' дях, причем при внедрении гвоздей в плиту без предварительного све: ления отверстии несушая способность резко снижалась /более чен в 2 раза/, а податливость соответственно возрастала почти в 2 раза. Из анализа и характера разрушения следует, что при внедрении гвоздей насечкой в районе гнезда нарушалась структура ПСП. Это и приводило снижению сопротивления плита смятию. Кроне того, в большинстве слу ■чаев при вагруженш гвоздя в несте его выхода появлялся выкол пит что снижало плошадь контакта связи в гнезде и увеличивало эксдентг ентет сдвнгаипих сил.

Влияние влажности на несущую способность н жесткость соединен! прк сдвиге принято учитывать соответствующими коэффициентами уело; работа - . Полученные по данный испытаний коэффициенты предста: лены в табл. £.

/

Коэффициенты условий работы соединений при сдвиге, учитывающие влияние влажности ЦСП

Влажность ЦСП, 2 8«/ л*.

для несущей способности для_ жесткости

8 1 1

20 0,85 1,25

32 0,?0 1,50

Для анализа характера деформирования соединений ЦСП с древесиной на различных видах связей (шурупах, гвоздях, гвоздях с насечкой), под действием длительно действующей нагрузки по результатам испытаний построены графические зависимости сдвиговых деформаций соединений во времени, а также графики характеристик сдвиговой ползучести --¿А. Полученные результаты позволяют дать оценку длительной сдвиговой податливости -

= ^ ' >

где ^ - козф.податливости соединений при кратковременном действии сдвигавших усилий - / таблЛ /,

характеристика сдвиговой ползучести при длительном действии нагрузки / табл.3 /,

Шце-.коэф. условий работ, учитывающий влияние влажности ЦСП / табл.2 /.

Полученные результаты 2-ой серии длительных испытаний с различными уровнями нагрузки полностью подтвердили возможность назначения расчетных характеристик соединений по данным кратковременных испытаний" с использованием известной методики Ю.М.Иванова.

Сравнительные испытания на выдергивание из древесины гвоздей гладких и с насечкой, шурупов, влияние влажности древесины на показатели позволили методом интерполяции определить расчетное сопротив-

леине древесины выдергиванию гвоздя с насечкой / ТУ-25-1202-81 / —0,75 НПа. которое превышает данную характеристику для гладкого гвоздя в 2.5 раза.

По результатам кратковременных испытаний с учетон регрессионной зависимости с коэф. корреляции Е-0.89, полученной по данным длительных испытаний / 1е 1 : 16,6(1-ти. )■ где коэФ. длительного сопротивления ДСП /, определены расчетные сопротивления ПСП выдергиванию гвоздей и шурупов и продавливанию их шляпками / табл. 4 /.

Таблица 4.

Сопротивление ДСП выдергиванию гвоздей и шурупов и продаливанию их шляпкани, НПа

Вид сопротивления Ем К

Выдергивание шурупов 9,44 7,4& 2, 82

Выдергивание гвоздей диаметром 3,5мм 2,62 1,61 0, 50

. Продавливание шляпкани 4,70 3,84 1,48

Расчетные сопротивления ПСП выдергиванию гвоздей различных диаметров определяются по Формуле

\ Е = Игл * П, « Пг* П» ,

1

1 где Е-5.Г - расчетное сопротивление ДСП выдергиванию гвоздя диа-нетрон 3,5нм / табл. 4 /, п | , п г - переходные коэффициенты дли сопротивления ДСП выдергиванию гвоздей других диаметров, зависящие от толщины плиты и наличия предварительно просверленного отверстия / табл. 5 /, - коэф. условия работа ври увлажнении ДСП / табл. 6 /.

Значения коэффициентов П1 , п*

КоэФ. Толшина ПСИ, Отверстие Диаметр гвоздя, мм

— нм <1отв/<1гв. 2.5 3,0 3,5 4,0

п, 10 0 1,2 1,1 1,0 0,9

П, 16 0 1,7 1,35 1,0 0,8

16 I 1 0,8 - 0,85 1,0 1,1 1,3 1,6

Таблица б.

Коэффициенты условий работы при увлажнении ДСП

Влажность ПСП, у. 9 + 3 20 + 2 32 + 2

т.*. 1 0,7 0,6

Расчетная пес тая способность связи при выдергивании определяется по Формуле Т = И *7Г * <1 * 1, .

Расчетное усилие продавливания, исходя из технологических параметров выполнения соединения, иохет быть найдено:

. 7.... . п. п г 1

•ПпР

гдэ гил. - радиус шляпки гвоздя, шурупа или шайбы,

Ь» - толщина продавливания, равная толшине плиты за вычетом

глубины зенковки, 8 - расчетное сопротивление ПСП продавливанию (растяжению) (табл.4) с учетон коэффициента условия работ (табл. б),

А - с! 1

пг.р - 1 - ( ^-р—-—г-—) - коэффициент, учитываший вели-

и чину предварительного сверления

где <1„ь . <1ш , ша - ЩнЖ^оо^щвенно: отверстия, шурупа

Полученные результаты длительных испытаний позволяют дать оденк деФорнативности соединения ДСП с древесиной на шурупах при отрывающей усилии во времени. Она ножет быть выражена коэффициентом жестко сти соединения - £ : "

= JJ±A-.

- ^ »

где Ни - усилие отрыва, действующее на связь.

Эй - деФорнадия отрыва при длительно действующей нагрузке, - коэффициент условий работы, учитывающий влияние гигроско пического увлажнения шшты и древесины.

При эксплуатации соединения в условиях с относительной влажность] окружающего воздуха 60-75'/. этот коэффициент равен 1.0. При влажност воздуха, по данным испытаний, он равеНч1.4. Коэффициент жесткости практически не зависит от величины длительно действующей нагрузки и ножет быть равным 0,91 кН/мн.

Исследования технологических параметров при внедрении связей в ПСП дали следующие показатели: максимальный крутящий момент при закручивании шурупов 4«40 в ПСИ толщиной 24 мм составил 5 Нн, с увеличением толщины плиты и дианетра гвоздя возрастает усилие для его внедрения от 0,14 до 0.3 Н/мн. Удельное усилие вдавливания гвоздей j древесину в 3-5 раз меньше, чем при вдавливании в ДСП. Усилие вдавливания гвоздей с насечкой практически не отличается от соответствующих характеристик гладкого гвоздя. \

Шаг расстановки шурупов иле гвоздей в клеемеханическои соединении, создающий равнопрочное с ДСП клеевое соединение, при толщине ю нн равеи 350 нн, при 16 нн - 400 нм.

Атмосферные испытания панельных конструкций с деревянный каркасом и обшивками из ДСП подтвердил]! надую стойкость клеенеханическогс соединения при работе на открытой воздухе с перененной температурой и влажностью.

С целью выявления характера включения обшивок из ДСП в работу ребристых панелей при изгибе были проведены теоретические и экспериментальные исследования влияния геометрических разнеров обшивок и ребер при различном по податливости виде их соединения на их совнес: ную несущую способность. Конструктивная схема ребристой панели пред-

ставляет собой каркас из 3 или 4 несущих ребер с присоединенными к нии одной или двумя обшивками из Ю толщиной обычно 10 или 16 мн. Для исследований из панелей условно выделялись элементарные балки составного двутаврового или таврового сечения. Стенкой балки являлось деревянное ребро, а волками - ю шириной 400 мн. Соединение между ними принималось как жестким / клеевым или клеемеханическин /, так и податливым / на шурупах /. Сравнение несущей способности составных балок на связях различного вида производилось с контрольной балкой -деревянный ребром.

В теоретических исследованиях использовались основные положения теории составных стержней.

Результаты расчетов и теоретических исследований влияния вида соединения на несущую способность балок составного сечения представлены графиками / рис. 2 /. Из них видно, что наибольшее влияние на несущую способность балок оказывает жесткое соединение. Пркчен, если при расположении полки (обшивки) из ДСП толщиной 16 мн сверху несущая способность повышается и этот эффект увеличивается с уменьшением высоты ребра, то при расположении ибвивкн снизу с увеличением высоты ребра процент повышения несушей способности резко снижается, а при ребре 70 нм и более несушая способность составного сечения падает по сравнению с несушей способностью ребра. В случае применения податливого соединения / без связей / несушая способность незначительно повышается ( до Ю-/ ) лишь при высоте ребра 50 мм. Расположение полок заметного влияния на несущую способность не оказывает при применении в соединениях более жестких связей ( шурупов ). Причем, если при высоте ребра 200 нм повышения несушей способности от включения полок г работу пс наблюдается,' то при высоте 50 нн этот эффект достигает уже 30'/ для двутаврового сечения и 20"/ для таврового. Наилучший эФФект включения ДСП в работу ребра 50 мм в зависимости от жесткости - податливости соединений и был применен при разработке ограждающих модулей различного функционального назначения для различных условий эксплуатации.

Экспериментальная оценка была осуществлена на эленентах цельяодер&вянвого и составного сечения с ребрани из древесины сосны сечениен 35*120, 35*54 н и обшивкани з ДСП шириной 400 нн и толщиной 16 ми. Хесткое соединение ДСП с ребрани имитировали клеевым (запрес-

Расчетная несущая способность составных элементов из ДС1 толщиной 10 и 16 мм и деревянных ребер различной высоты

способа их соединения с ЦСП 16 мм: К - клеевого, клза-механического; М - механического; П - податливого без связей сдвига

>вка в прессе на клее ФРФ-50) и клеенеханическин (запрессовка шуру-1ни 4*50 с шагон 250 мн) способами, податливое соединение - на шу-азах 4*50 с шагон 250 нн. Результаты испытании подтвердили установке теоретическим анализом закономерности изменения несушей спорности составного изгибаемого эленента в зависимости от работы, ;бра и положения обшивки.

Величины редукционных коэффициентов, найденные по данный тевзо-?трических измерений распределения нормальных напряжений в обшивке, 'едставлены в табл. 7.

Таблица 7.

Величины редукдионнных коэффициентов для опытных балок составного сечения

Пролет, нм 1200 1600 3000

Ширина полки ДСП, мм 400 400 1200

Редукц.коэффициент: расчетный 0,95 0, 97 0,93

экспериментальный 0,94 0,95 0,80

В пятой главе предложен метод теоретического исследования напря-:Ено-деформированного состояния "ограждающих модулей" при их работе

системе панели. ,

I \

.Принятая для испытаний плита покрытия инела размеры 1,2*3,0 м и стояла из продольных несущих ребер сечением 150*44 нм, на которые [ирался ноэ с поперечными подкрепляшиии ребрами сечениен 32*47 мм гон 360 мн и ДСП толщиной 16 мм. Продольные и поперечные ребра бы; выполнены из древесины сосны. Податливое соединение инитироЕалось 'еплениен обшивки к подкрепляющим ребрам шурупами 4*60 по ГОСТ 45-80 с шагом 255 мм, -жесткое - тени хе шурупами с предварительной 'омазкой клеем ФРФ-50л.

Выполненные ранее исследования позволили для описания общего пряженного состояния принять следующую схему. НОЭ П-образного се-ния рассматривался как призматическая оболочка, шарнирно опертая диафрагмы, абсолютно жесткие в своей плоскости и гибкие из нее. В язи с этин на торцах оболочки имеют место лишь касательные напря-

жения, а продольные нормальные напряжения равны нулю. С учетом раз работанного конструктивного решения горизонтальная и вертикальные грани оболочки представлены двумя ортотропными материалами (древес ной и ДСП).

Для раскрытия внутренней статической неопределимости описанной расчетной схемы использована система канонических уравнений смешан ного метода. Как известно, при использовании классических методов расчета статически неопределимых систем к пространственный констру дням типа призматических оболочек неизвестные функции, выражающие усилия или перенешения в направлении образующей (по координате X), разлагают в одинарные тригонометрические ряды синусов и косинусов, которые автоматически удовлетворяют граничным условиям шарнирного опирания на торцах оболочки. Таким образом расчет сводится к решет одномерной краевой задачи для системы обыкновенных диФФерендиальнь уравнений по координате V, направленной перпендикулярно к образуюте В таких системах при параметрах разложения постоянных вдоль оси X отдельные гармоники разделяются и расчет может быть произведен для каждой из них отдельно с последующим суммированием. Элементами сис темы при этом являются пластинки, образующие грани оболочки. В оснс ной системе метода перемещений по линиям пересечения граней (узлое линиям) накладываются непрерывно распределенные по длине оболочки линейные и угловые связи. Б уравнениях метода сил отброшенные связ по узловым линиям заменяют неизвестными усилиями. При определении коэффициентов системы канонических уравнений, представляющих обобщенные силы для метода перемещений от единичных усилий, действуюпп по направлению соответствующих связей, рассматривается напряженно-деформированное состояние пластинок - граней оболочки. При рассмот рении изгиба пластинок использован метод И. Леви, при рассмотрении плоского напряженного состояния пластинок - метод файлона-Рибьера.

Выбор указанного метода позволяет учесть изгибающие момента № Ну, деформацию контура поперечного сечения оболочки, деформации сдвига срединной поверхности оболочки и другие основные Факторы, необходимые для выявления особенностей напряженно-деформированног< состояния оболочки. Расчет по разработанному методу может быть произведен как с использованием ЭВН, так и вручную с приемлемым д. практических лелей приближением.

E seстог главе даны результаты чкслешткг исследовании панели с аоногью метода конечных зленентов. Расчет реализован с поношью стандартной универсальной программы для расчета строительных конструкций "ЛИР/." при этом продольные и подкрепляющие ребра рассматривались как зространствекные стержни / 5-й тип конечного зленеЕта /, обспгека как 1ЛК7а / и-к тип ЕЭ /. Сетка ери разбавке принятаравнонерной с некоторый учащением е середине конструкции. стерта' / продольные к поперечные /, узлами которых являются соответствующие узлы зленент:-е iлиты■ соединены с псследникн связями конечной жесткости / элемент 5 51 /. применяющимися для характеристики соединений в зависимости >т направления. Ври описании связи указывают код степени свободы, по вправлению которой введена связь и жесткость введеной связи, опре-ieлeннaя ранее экспериментально.

¿ксперинентальное исследование напряхенно-деФоркйРОЕаннсгс сос-гоянкя обшквок "ограждавших нодулей" осуществлялось при различных способах загрухенкл к типах совдинекик. Р^зли^нке способы зоt*?rii.4 зт:лючалн изучение совместной и раздельной работы ограждающих модулей ; продольных ребер плит покрытия - перекрытия: :хека 1 - получение контрольных напряжении н деооркаснэнных характеристик продольных несущих деревянных ребер ;

.тена 2 - получение плоского напряженного состояния / ПЬ'С / "(Ж* от -силки сдвига и прогиба кромок, вызванных действием равнонернорасн->еделенной нагрузки ч с передачей ее на продольные ребра; :хена 3 - получение ИКС "ОХ" .при поперечном изгибе в направлении юдкреплязэших ребер от нагрузки - ч , передаваемой непосредственно ;а ребра;

:хена 4 - получение ЯНС при изгибе'ОК" в поперечном направлении и ¡есткон изгибе / между подкрепляшини ребрами / в продольной Еаправ-leroffl без влияния общего изгиба и сдвигающих усилий в продольной управлении;

:хема 5 - получение суммарного ПНС от усилий сдвига и изгиба в про-юльнон и поперечной направлении;

:хены б. 7,8 - получение напряжений и прогибов в "ОН" при действии осредоточенной нагрузки.

Сопоставление прогибов продольных ребер плиты свидетельствует об я увеличении с ростом податливости соединений. Наибольший прогиб

продольных ребер наблюдался у плит, не инеюших креплений обшивки с продольныни ребрани (абсолютно податливые соединения). Экспериментально полученные максимальные значения прогибов при нормативной нагрузке ( 1/4731 ) ниже предельно допустимых, что свидетельствует достаточной жесткости исследуемых конструкций. Прогибы поперечных ребер пролетом 1,2 м по схеме загружения К 5 также удовлетворяют требованиям нормативных документов, однако при расчете на зыбкость необходимого для конструкции цокольных плит и плит перекрытий малоэтажного домостроения, нормативным требованиям I I 0,5 нм ) соответствует только жесткое соединение обнизки с ребрами, Зто указывае на необходимость использования данного типа соединения обшивок с подкрепляющими ребрами в конструкциях цокольных плит к плит перекры тия.

Распределение нормальных напряжении по верхней к нижней граням обшивки б середине пролета при абсолютно податливом, податливом и жестком соединениях определяется параболой. Однако податливое ( на шурупах ) соединение по верхней грани обпивки характеризуется относительно равнонернан характером распределения напряжений по ширине обшивки, различие между напряжениями на опорах и в середине ей ринн составляет 4, Ъ'/. . Анализ нормальных напряжений при жестком сое дкнении обшивки с продольными ребрами свидетельствует об увеличении значений нормальных напряжений при загружении по схене К 5 по сравнению со схемой Е 2, что связано с большим включениен в работу обшивки при ее непосредственной загружении в результате местного из гиба.

Экспериментально полученный характер распределения напряжений и значения этих напряжений достаточно точно согласуются с вычисленным] вручную теоретическими значениями для случая жесткого соединения обшивки с ребрами по схене загружения Н 1. Расхождение численных значений нормальных напряжений у опор составляет Ш , а в середине ширины плиты - 17. , что свидетельствует о правильно выбранной метод! расчета плит.

Выше приведенные варианты расчета конструкций покрытий и перекрытий из ограждающих модулей позволяют наиболее точно выявить картину напряженно-деформированного состояния элементов конструкции, но являются трудоёмкими. Для упрощения расчетов предлагается упрощенны!

нженерный расчет конструкции как плитно-балочной системы, состояшей з плита, работавшей по короткону направлению, второстепенных н лавных балок.

Расчет состоит из 4-х частей: . Обшивку расчитываен как иногопролетную неразрезную балку с сечением , расчетная ширина которого Во = 0, б*В (ширина обшивки). Подкреплявшие ребра, расположенные- с шагон 1л>, проверяем из расчета составной балки таврового сечения, однопролетной, шарнирно допертой. Расчетная ширина полки определяется с учетон редукционного коэффициента К=0,95, полученного эксперинентнын путей. Учет хесткостннх характеристик соединения ДСП с древесиной в расчете производится в соответствии с теорией составных стержней. При жестком соединении расчет ведется по методу приведенного сечения, п?и тпруго-податливон соединении, учитывается работа связей сдвига, через коэффициенты жесткости соединений. Продольные деревянные ребра, как основные несущие балки, расчитываются как однопролетные шарнирно опертые. Расчетная ширина сечения сбшзвкн при совместной работе определяется с учетон редукционного коэффициента к=0, з. При жесткой соединении расчет ведется по методу приведенного сечения, при упруго-податливом - ввиду налой разницы - расчет ведется без учета'работы связен сдвига, без учета обшивки из ПСП.

Суммарные напряжения, определяемые для жесткого соединения ограждающего модуля с продольными деревянными ребрани, равны сунне ^ напряжении в обшиЕке, полученных в 1 и 3 части расчета.

- го -

ОБШИБ ВЫВОДЫ

1. На основании аналитического обзора состояния вопроса устаноз лена целесообразность исследований перспективных видов соединений ДСП в конструкциях. СФорнулированы основные задачи комплексных иссле дований соединений и новых конструкций разработанных на их основе (типа "модуль" и "Вологда").

2. Анализ новых проектов малоэтажных домов показывает, что разработанная система зданий "Вологда" на базе ограждавших нодулей из унифицированных зленентов обеспечивает значительное снижение расход древесины и ДСП. Средний расход пиломатериалов на нетр квадратный площади составляет 0,11 нЗ, а ДСП - 0,07 нЗ.

3. Разработана нетодика комплексных экспериментальных исследова кий различных соединений ДСП и каркаса. С целью определения расчет ных характеристик и рекомендаций по проектированию. Особенность не-тодики состояла в максимальном приближении к натурным конструкциям 1 условиям эксплуатации как при выборе экспериментальных образцов и фрагментов, так и при назначении режимов испытаний, в т. ч. учет влажности материалов, длительности нагрузки, отрицательных температур, способов изготовления к др.

4. Экспериментальные исследования соединений ДСП на сдвиг кратковременной нагрузкой показали, что наибольшую несущую способность имеют соединения на шурупах (около 2,5 кН), наименьшую - на гладких гвоздях (около 1 кН). Установлено, что она зависит от толщины ДСП, от способа постановки связей и влажности ДСП. Так, постановка гвоздей без предварительного сверления отверстий вдвое снижает несущую способность соединения, повышение влажности ДСД с 8 до 30'/- снижает прочность соединения до 31*. Причен это влияние на-прочность и жесткость имеет пропорциональный характер.

5. Исследованиями на сдвиг длительной нагрузкой найдены характеристики сдвиговой ползучести для соединений с принятыми видами связей. Наибольшую интенсивность роста деформации имеют соединения на гладких гвоздях. Она не зависит от толшинн ДСП и возрастает при нагрузках превышающих о, з от разрушающей.

6. Результаты длительных испытаний подтвердили возможность назначения расчетных характеристик соединений по результатам кратковре-

- ai -

ионных испытании с применением методики Ю. Иванова.

7. Установлен™ величины сопротивления древесины выдергиванию связей различных типов при изменении влажности. Паприке?, эта величина для гвоздей с насечкой в 2.7 раза вьае чек для гладких при влажности древесины 6'/.. При влажности 30"/. -этот показатель снижается соответственно на гг и 26::. для еурупоб сопротивление выдергиванию примерно s г раза вы^е чем для гвоздей с насечкой.

8. Анализам результатов испытаний связей ка выдергивание из ДСП подтверждена предпосылка о нормальной законе распределения показателей прочности, даны рекомендации по выбору кила связей. лучшие результаты покззалн зурупы, установленные б отверстия дианетрон

0. 75-0, Ь. При б-нвдрэнии б кромку диаметр шурупов нэ должен превышать 4 ми.

Дл« гзо;-дг-а «ани-ль^ин зФФект достигается при дканс-трах г, 5 к 3 ни. Увеличение дпаиотта треоует постановки б проса-ряенныг отверстая. получен« гишегпччекие ¿¿ьисаностк для с-средеяення сопроткзле-ния ДСП выдергивать г^здек различных диаметров, е т. ч. с учетом способов погрг«-нк>:. Ь соединениях доп по кроккан гвозди не допуска-

ÎOTC л,

\

9. При расчете соединений со связями. работавшими на выдергивание аз ДСП в условиях т е i i п о р атур к о-вяaïhос тик s ЕоздейсТЕНи снижение сопротивления ДСП допускается учитывать коэффициентом условий работы

= 0,75.

Ю. Предложена экспериментальная Формула для расчета величины ссьретивяенкя цеа продавашанк» шляпками связей, доказано, что эти величины близки длй различных '¿улов связей и зависят лшь от техно-иогии внедрения.

11. Установлена регрессионная зависимость коэффициента длительного сопротивления соединений ДСП ка отрыв от логарифма времени и дана >ценка дефоркатаваости соединения ДСП с древесиной на шурупах во зремени.

12. Исследовано влияние технологических, а такхе атмосферных и юнетрлггивных Факторов на качество соединений ДСП, в т.ч. усилия ¡даБлшзания гвоздей ;в ДСП в 5 раз выше. чек з древесине), шага шуру-юв для клеенеханических соединений (350-400 мм), вида защитных покрытий и др.

- гг-

12. Экспериментально к теоретически обоснована целесообразность включения ПСЕ б совместную работу с каркасом конструкций тина " Модуль " посредством податливых и жестких соединений. Установлены рациональные области применения "модулей" с жесткими и податливыми сеязянк. Получены необходимые расчетные характеристики соединений е основе гвоздей с насечкой.

14. Теоретические исследования статической работы "ограждающего модуля" с помощью смешанного метода позволили разработать методику расчета напряженно-деформированного состояния конструкций,

15. Сравнением результатов численных к экспериментальных исследс ваний £ с ерш; "ограждающих модулей" в натуральную величину доказана возможность использования вычислительного комплекса "Лира" для опре деления напряженно-деформированного состояния таких конструкций. Хесткость дискретных связей между конечными элементами (стержнями г плитами) принималась Фактическая из эксперимента.

16. Ка оснований теории составных стержней с использованием найденных экспериментально и численным путем, ряда коэффициентов раз работаЕ инженерный нетод расчета "ограждающих модулей". Метод используется для предварительных расчетов и позволяет проверку обшво ребер ортогонального направления и связей между ними.

17. Комплекс исследований, проведенных в настоящей работе, позво лил разработать эффективную систему "Вологда" и реализовать ее в экспериментальном строительстве. За счет использования рациональных решений, унификации сечений удалось снизить вдвое расход древесины, на зох ДСП, а также эксплуатационные затраты.

Основные положения диссертационной работы изложены в-следшпих публикациях:

1. Кехаников В.Н. Неханические соединения элементов в конструкциях с применением ДСП. - Тез. док. IV областной НТК. - Вологда, 1986, с. 31.

. 2. Неханкков В. Н.. Паскакин Е. Е Исследование совместной работы ценентно-стружечных плит с древесиной //Тр.ин-та/ ДНИЕСК ик.В.А.Кучеренко. - 1988. - Новые исследования в области технологии изготовления деревянных конструкций. - с. 73-77.

3. Нехаников В.К., РассФ.В., Боктемирова E.H. Исследование'нал ряженно-деФорнированного состояния нодульных ограждающих элементов

из ценектно-струхечных шшт //Тр. ин-та / ПНКИСК ин. В. А. Кучеренко. -

- 1989. - Разработка и совершенствование деревянных конструкций. -

- с. 79-85. ■

4. Неханнков В. Н. Модульные ограхдашие элементы из денентно -

- стружечных плит // Тр. ин-та / ПНШО ин. В. А. Кучеренко. - 1989. -Исследования по строительным конструкциям. - с. 67-71.

5. Нехаников В, Н., Кондратенко Б. Е. Разработка несущих элементов деревянных донов каркасно-панельной конструкции: - Развитие налозтаж-ного домостроения, на основе древесного сырья: Тез. док. Всесоюзного совеэд,- Носква, 1989. с. &6-В7. /

У \