автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Совершенствование конструкции и методики расчета многоребристого пролетного строения моста из клееной древесины с учетом совместной работы перекрестной деревоплиты и балок

На правах рукописи

Кобзев Павел Николаевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И МЕТОДИКИ РАСЧЁТА МНОГОРЕБРИСТОГО ПРОЛЁТНОГО СТРОЕНИЯ МОСТА ИЗ КЛЕЕНОЙ ДРЕВЕСИНЫ С УЧЁТОМ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ПЕРЕКРЁСТНОЙ ДЕРЕВОПЛИТЫ И БАЛОК

Специальность 05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Омск - 2006

Работа выполнена в Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ)

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Уткин Владимир Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кадисов Григорий Михайлович, кандидат технических наук, доцент Катцын Павел Александрович

Ведущая организация - ООО «Научно-производственное объединение

«Мостовик»

Защита состоится «25» мая 2006 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д.212.250.01 в Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ) по адресу: 644080, г. Омск, пр. Мира, 5, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии.

Отзывы в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Телефон для справок: (3812) 65-01-45; факс (3812) 65-23-81, 65-07-55

Автореферат разослан « // » апреля 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

В.В. Сироток

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Отечественное деревянное мостостроение имеет огромнейший, накопленный веками опыт. Однако на современном этапе массового применения железобетона и металла древесина утратила лидирующее положение как конструкционный материал. Этому обстоятельству способствовали, во-первых, субъективные решения, связанные с отнесением деревянных мостов к категории временных, во-вторых, несоответствие их конструктивных форм современным требованиям.

В настоящее время деревянные мосты находят применение главным образом в лесных районах страны на автомобильных дорогах территориального значения в условиях удаления от развитых центров строительной индустрии. Большую часть из них строят по балочной схеме с пролётами не более б.. .8 м на свайных или рамных опорах. При этом многие не удовлетворяют современным нормам по грузоподъёмности и габаритам или находятся в аварийном состоянии. Средний срок службы таких сооружений не превышает 10... 12 лет.

Совершенно очевидно, что назрела проблема замены устаревших конструкций новыми, отвечающими современным требованиям по грузоподъёмности и обладающими долговечностью капитальных мостов.

Одним из эффективных направлений в решении данной проблемы является применение конструкций из клееной древесины. Преимущества таких конструкций подтверждены многими исследованиями и опытом строительства как в нашей стране, так и за рубежом. Малый монтажный вес и высокая несущая способность, сравнительная простота технологии изготовления, возможность получения элементов различных длин и поперечных сечений, высокая коррозионная стойкость и долговечность ставят конструкции из клееной древесины в один ряд с конструкциями из стали и железобетона. Также одним из преимуществ клееной древесины является её экологическая безопасность.

В известных конструкциях балочных пролётных строений в одних случаях поперечная клееная деревогагата проезжей части не включается в совместную работу с балками, в других - устройство продольной деревоп-литы требует достаточно сложной технологии обжатия древесины. Поэтому представляется перспективным применение новой конструкции дощато-клееного пролётного строения с плитой из перекрёстных слоёв досок в совместной работе с балками. При этом ожидается снижение материалоёмкости конструкции и повышение её долговечности. Указанные обстоятельства свидетельствуют об актуальности представляемой работы.

Таким образом, многоребристое пролётное строение из клееной древесины с перекрёстной деревоплитой проезжей части рассматривается в

качестве объекта исследования, а предметом исследования является его напряжённо-деформированное состояние.

Иель диссертационной работы заключается в совершенствовании конструкции и методики расчёта многоребристого пролётного строения моста из клееной древесины на действие статической нагрузки.

При этом поставлены следующие задачи:

- разработать новую конструкцию многоребристого пролётного строения из клееной древесины с деревоплитой проезжей части, включённой в совместную работу с продольными балками;

- разработать математическую модель новой конструкции многоребристого пролётного строения с перекрёстной деревоплитой проезжей части и балками из клееной древесины, алгоритм и программу для ЭВМ;

- проверить результаты теоретических расчётов экспериментальными исследованиями;

- оценить влияние геометрических параметров пролётного строения на его напряжённо-деформированное состояние под действием реальных нагрузок;

- разработать рекомендации по проектированию пролётного строения.

На защиту выносятся:

- конструкция многоребристого пролётного строения из клееной древесины с перекрёстной деревоплитой проезжей части;

- математическая модель многоребристого пролётного строения с перекрёстной деревоплитой проезжей части и балками из клееной древесины;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований напряжённо-деформированного состояния перекрёстной деревоплиты и пролётного строения от действия статической нагрузки;

- рекомендации по проектированию пролётного строения.

Научная новизна работы:

- разработана новая конструкция дощато-клееного пролётного строения, получен патент РФ на изобретение;

- изучена работа перекрёстной деревоплиты как самостоятельного несущего элемента и в совместной работе с продольными балками;

- разработана методика расчёта напряжённо-деформированного состояния многоребристого пролётного строения с перекрёстной деревоплитой проезжей части и балками из клееной древесины на действие статической нагрузки.

Достоверность научных положений и полученных результатов исследований обоснована применением современных средств измерительной

и вычислительной техники, а также сопоставлением результатов расчета и испытаний опытных моделей.

Практическая ценность. Методика расчёта и рекомендации по проектированию пролётного строения, разработанные автором, могут найти применение в проектных организациях.

Апробация работы и публикации. Методика расчёта применена автором при проектировании варианта пролётного строения моста через р. Оша в Омской области.

Результаты работы докладывались на круглом столе «Клееные деревянные конструкции. Новые решения и пути развития» в рамках Международной специализированной выставки архитектуры и строительства «Стройсиб-2003», на Международной научно-практической конференции «Творчество молодых XXI веку» в Северо-Казахстанском государственном университете в 2003 г., на международных научно-практической и научно-технической конференциях в Сибирской автомобильно-дорожной академии в 2003-2004 гг., на П1 Международной научно-технической конференции «Современные проблемы совершенствования и развития металлических, деревянных и пластмассовых конструкций в строительстве и на транспорте» в Самарском государственном архитектурно-строительном университете в 2005 г.

Основные результаты диссертации опубликованы в патенте на изобретение, монографии и 7 научных статьях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Материал изложен на 191 странице машинописного текста, содержит 48 рисунков, 17 таблиц, список литературы из 131 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается необходимость совершенствования конструктивно-технологических форм деревянных пролётных строений. Одним из эффективных направлений в решении данной проблемы рассматривается применение конструкций из клееной древесины. Показана актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, приводятся сведения о научной новизне, практической ценности и апробации работы.

В первой главе рассматриваются перспективы применения клееной древесины в мостовых конструкциях, даются анализ существующих конструктивных решений многоребристых пролётных строений с использованием клееной древесины и оценка опыта их эксплуатации. Предлагается новое конструктивное решение плиты проезжей части многоребристого пролётного строения.

Балочные пролётные строения из клееной древесины вошли в практику строительства мостов в начале 40-х гг. прошлого века. Простота конструкции, отсутствие сложных узлов и соединений определили их внедрение в практику строительства. Известно несколько конструктивных решений таких пролётных строений. Все они отличаются друг от друга конструктивным исполнением плиты проезжей части.

Одними из первых нашли применение дощато-клееные пролётные строения с поперечной клееной деревоплитой проезжей части. Деревопли-та в них выполнена из панелей шириной 1.. .2 м, уложенных на балки и закреплённых к ним металлическими элементами. В отечественной практике используется гребенчатая деревоплита из досок, уложенных на ребро с чередованием смежных рядов по высоте, в зарубежной практике - деревоплита из досок одного размера.

В нашей стране исследованию таких пролётных строений посвящены труды Е,В. Тумаса, H.H. Глинки, Н.Д. Поспелова, И.А. Тена и др. Результатом исследований был выпуск ряда типовых проектов пролётных строений длиной 6, 9, 12, 15 и 18 м под нагрузки Н-10, НГ-60 и Н-30, НК-80. Наиболее существенный недостаток этой конструкции заключается в том, что деревоплита, упруго распределяя временную нагрузку между балками, не участвует в совместной с ними работе.

В СоюзДорНИИ было запроектировано коробчатое пролётное строение, содержащее верхнюю клееную деревоплиту из продольных горизонтальных досок, объединённую в совместную работу с главными балками. Недостатком такой конструкции является то, что плита проезжей части подобрана из досок, работающих на изгиб поперёк волокон древесины. Неоправданно большая толщина деревоплита, сложность изготовления и трудоёмкость монтажа конструкции были причиной отказа от неё и прекращения дальнейших исследований в этом направлении.

В США в 1989 г. был применён способ включения продольной дере-воплиты в совместную работу с главными балками путём обжатия поперечными стержнями из высокопрочной стали. Эффективность данной конструкции обусловлена снижением материалоёмкости за счёт максимального использования прочностных свойств клееной древесины при совместной работе деревоплиты и балок и за счёт снижения их собственного веса. Теоретическим и экспериментальным исследованиям таких пролётных строений посвящены труды С. Баргер, X. Ганга-Рао, Дж. Давалос, X. Салим, Б. Диксон, С. Дэвис, Р. Лопез-Анидо, П. Раджу, С. Петро и др. К числу недостатков конструкции можно отнести затраты, связанные с применением элементов обжатия и контроля за усилиями натяжения стержней в процессе эксплуатации пролётного строения.

В отечественном мостостроении применение клееной древесины связано главным образом с работами по внедрению комбинированных конст-

рукций из клееных балок и железобетонной плиты проезжей части. Значительный вклад в исследование деревобетонных пролётных строений внесли В.М. Горелов, Б.А. Глотов, П.П. Рожко, В.И. Кулиш, В.П. Стуков, Ю.О. Мельников, A.B. Шумахер, П.А. Катцын, Б.С. Быков, И.Ю. Белуцкий и др. Разработаны ряд типовых проектов пролётных строений длиной 12, 15 и 18 м под нагрузку Н-30 и НК-80 с монолитными и сборными плитами, с различными типами связей между балками и плитой, построены и успешно эксплуатируются целый ряд мостов с деревобетонными пролётными строениями.

Рассмотренный опыт применения клееной древесины в мостостроении прежде всего указывает на необходимость защиты несущих балок со стороны проезжей части. Этому условию в наибольшей степени удовлетворяет конструкция монолитной железобетонной плиты и клееной продольной деревоплиты с обжатием посредством стальных стержней.

При участии автора разработано многоребристое дощато-клееное пролётное строение из клееных балок прямоугольного поперечного сечения и многослойной клееной деревоплиты из перекрёстных досок, являющейся одновременно элементом проезжей части и главных балок (рис. 1). Для обеспечения совместной работы деревоплиты с главными балками предусмотрено создание жёсткой связи в виде клеевых швов. Новизна конструкции пролётного строения подтверждена патентом РФ на изобретение.

Вторая глава посвящена разработке математической модели пролётного строения с балками и перекрёстной деревоплитой из клееной древесины.

В результате анализа существующих методов пространственного расчёта многоребристых железобетонных пролётных строений установлено, что их расчётные схемы могут быть в виде системы перекрёстных стержней (балочного ростверка), ребристой плиты или системы плит и рёбер.

Для расчёта конструкций по расчётной схеме в виде балочного ростверка применяют две группы методов. Методы первой группы ("упругих опор", X. Хомберга, Б.П. Назаренко и др.), благодаря своей простоте, малым затратам на вычислительные работы, получили достаточно широкое распространение. Вторые, более точные методы JI.C. Боголюбовой, В.А. Уткина, В.П. Стукова и др. нашли меньшее практическое применение, однако позволяют наиболее полно учитывать распределяющую способность поперечной конструкции с учётом её работы в составе единого сечения с главными балками. Расчётная схема, основанная на рассмотрении пролётного строения в виде ортотропной плиты, была предложена В.Г. Донченко.

С появлением ЭВМ стало практически возможным проводить расчёт балочных пролётных строений по более строгой расчётной схеме, основанной на представлении пролётного строения в виде системы плит и рёбер. Расчёт такой плитно-балочной системы можно вести по методу сил Б.Е. Улицкого и по методу перемещений A.B. Александрова. Напряжения в элементах и их деформации вычисляют методами сопротивления материалов и теории упругости.

В последнее время энергично развивается МКЭ. Однако его нельзя использовать без детальной проработки элементов, составляющих ансамбль, и без обоснования результатов, например, сопоставлением с результатами, полученными точным решением.

На основании оценки возможности применения существующих методов выбран метод перемещений A.B. Александрова, который позволяет сократить число основных неизвестных, при этом для составления системы канонических уравнений может быть использована матричная формулировка, предложенная Г.М. Кадисовым.

Для реализации выбранного метода перекрёстная деревоплита проезжей части представлена в виде пластины из анизотропного материала. Упругие постоянные материала и жёсткости пластины при изгибе вычислены с учётом её слоистой конструкции по зависимостям, разработанным С.Г. Лехницким для расчёта пластин из фанеры. При этом учтены ортогональное направление волокон смежных слоёв и угол между направлением волокон и продольной осью пролётного строения.

На основе принятой гипотезы об отсутствии угловых деформаций в материале перекрёстной деревоплиты из-за наличия жёстких прослоек клея, препятствующих сдвигу волокон (рис. 2), установлен закон Гука:

1 1

\ Мух Мху I

ег -—а.——о\,;£ =----сгг н--сг • =-т„.

* Ех х Еу у у Ех Еу ^ху

(1)

а)

о;

Рис. 2. Схематическое изображение деформации материалов при одноосном растяжении: а - цельная древесина; б - материал перекрёстной деревоплиты

В соответствии с этим разрешающие уравнения задачи изгиба и плоского напряжённого состояния анизотропной пластины приняты в виде

А

дГш дх4

сГт

1 а> Ехдх4'

1 ^Мух\ дА<р

^ ^ )дх2ду2 ЕУ ду*

л *

(2)

(3)

где ш - функция прогибов; ф - функция напряжений; Ех, Еу, ¡и^ - упругие постоянные материала; 2>л А- - жёсткости пластины при изгибе.

Для оценки правомерности гипотезы рассмотрена задача изгиба шар-нирно опёртой двумя сторонами пластины. Она решена с помощью метода М. Леви. Пластина загружалась поперечной равномерно распределённой нагрузкой (рис. 3). В результате решения уравнения (2) получены конечные выражения для вертикальных перемещений т, моментов Му и поперечных сил Qy в пластине, например, при загружении по схеме а:

Рис. 3. Схемы загружения пластины равномерно распределённой нагрузкой: а — на всей площади; б - на площадке; в - на полосе вдоль пластины

«г =2

В1=1

с^;, + ад +С2Е;2+С4Е;2+^

зт(/Ьс);

(4)

т=1

(5)

+ (с^ - Оуг1\С3Е?2 + С4Е;2)+ Я2 85П(^);

Л

ву = -с2е;х)+

+ ((¿У^ + >2 - ¿у23 )(с3£;2 - С4Е;2 )_|д3 зт(Ах), (6)

где Сь.. С4 - произвольные постоянные (находятся из граничных условий на кромках вдоль оси х); др- коэффициент разложения внешней нагрузки в ряд для »7-й гармоники; ±г,, ±г2- вещественные корни характеристического уравнения, полученного из (2); Е*х = ег,Ху; Е~{ = е~г>Ху\ Е*2 = ег>Ху; Е~2 = е~г'Ху;Л = тя/1.

Результаты сравнения расчётных и экспериментальных данных испытаний моделей деревоплиты на действие статической нагрузки, освещён-ные в главе 3, подтверждают правомерность гипотезы и возможность рассмотрения перекрёстной деревоплиты в виде анизотропной пластины.

Клееные балки рассмотрены в виде ортотропных пластин из материала, у которого главные направления упругости совпадают с осями пролётного строения.

В соответствии с расчётной схемой пролётное строение представлено в виде системы консольных, промежуточных и вертикальных пластин, жёстко соединенных вдоль узловых линий. Основная система получена путём введения вдоль узловых линий непрерывно распределённых связей, устраняющих все перемещения их точек. Условия задачи на кромках х = 0(/)

позволили напряжённо-деформированное состояние складчатой системы

10

выразить функциями, представляемыми одинарньми тригонометрическими рядами.

Реакции в связях пластин от единичных перемещений их кромок определены из решения уравнений (2) и (3). Амплитуды реакций на кромках промежуточной и консольной пластин в местной системе координат для гармоники п имеют вид

4Ру»*У-вУг?1а& + )+ (ОуМху - Я/22Х^Кг + АаЕ;2)У?-, (7) 0<и) %>уиху+2^)-,-а2е;,)+

+ + >2 - вуг1\а,е;2 - а4е;2)] Я3; (8)

= -(в^ + в2С% + в^ + в4с~& у и ; (9)

где g - вещественная и мнимая части комплексных корней ± (/ ± £г) характеристического уравнения, полученного из (3); а у... #1... в4 - произвольные постоянные (находятся из граничных условий на кромках вдоль оси я); ^ = зт^); С^ ^соз^Ду);

Амплитуды реакций на кромках вертикальной пластины в местной системе координат для гармоники п имеют вид

МУП) =[(°у(м*у-г2 + Р2)1ЛК + лс; + А^ + )-

-го^с; - Л25; +4С- )]д2; (11)

^ =[((^г + 22>и>-д(г3 -+ а2с;р - а^;р - а4с;р)+ + ((огмх2 + юх2)р - охзг2р -гъ)\а,с;р - а^р + азс;р - ; (12)

= +в2е-л + в,е}2+вае}2у2и-, (13)

= "(ВДя - ВгЛЕ'л + ВгГгЩг " В4/2Е-/2]я2к, (14)

где р, г - вещественная и мнимая части комплексных корней ±{р±гг) характеристического уравнения, полученного из (2); ф - вещественные корни характеристического уравнения, полученного из (3); — е^'Ху '■>

Е}, = е^;Е}2 = е^; Е}2 = е^;5+ = еР*зш^Ду);Я.?,

= е^ соз(Му); С}$ = е~/Ху со в{8Яу).

Амплитуды грузовых реакций на кромках промежуточных и консольных пластин, например для схемы загружения а (см. рис. 3), имеют вид аргумента при вт(/&) в (5) и (6).

Окончательное напряжённо-деформированное состояние конструкции пролётного строения определяется суммарным воздействием найденных перемещений узловых линий и внешней нагрузки. Например, при перемещении узловых линий функция прогибов ш имеет вид:

- для промежуточных и консольных пластин

&= Е (АК + +АъЕ$ + А^)&т{Ях)- (15)

Л!=1

- для вертикальных пластин

I (АХ + + А4С~)зт(Ях). (16)

/и=1

Выражения для нормальных ах, ау и касательных тхг, т^ напряжений в случае изгиба пластин от перемещений узловых линий и от внешней нагрузки могут быть получены по известным зависимостям сопротивления материалов, используя выражения (5)...(8) и (11), (12), при этом следует выполнять суммирование всех членов ряда.

Выражения для нормальных ах, ау и касательных тху напряжений от перемещений узловых линий в плоскости пластин в местной системе координат имеют следующий вид:

- для промежуточных и консольных пластин

^ = ¿[я,И;,+2/^ - ё2Б}г)+ в2{/'с% - -

т=1

+ +2/^ -g2SJg)+ВА~ё2Ск) Л25т(Ах); (17)

°у +В2С% + +ВАС'/?)я25т(Яа)- (18)

т=1

V-- £ + В2(/С% -

т=1

- В3{/Бл - В4(/С~А + со5(ЯХ); (19)

- для вертикальных пластин

"х = ЦвгР2К + В2р2Е; + Щг2Е,: + В,г2Е;У 81п(Аг); (20)

№1=1

ту = -t{BiEp + вгЕР + % К + В&У sin(Ax); »1=1

= - YjfrpEp - ВгрЕ~ + В3гЕ, - В4гЕ;]я2 cos(Ax).

(22)

т=1

На основе полученной математической модели автором разработан алгоритм расчёта, реализованный в прикладной программе APLORT. Апробация алгоритма была выполнена на примере расчёта исследуемого пролётного строения L-24 м с геометрическими размерами, сопоставимыми с железобетонным пролётным строением, рассмотренным A.B. Александровым. В результате установлено соответствие характера распределения нагрузки между балками (рис. 4).

|Р=1

и. 2000 I 2000 J, 2000 I 2000 Т 2000 j

- исследуемое пролётное строение

- железобетонное пролётное строение

V]

о 8 о о"

00 OS т —

о о

Рис. 4. График изменения коэффициента влияния нагрузки на балки в среднем сечении пролётного строения

В третьей главе приведены результаты экспериментального исследования моделей перекрёстной деревоплиты и пролётного строения с перекрёстной деревоплитой в сравнении с теоретическими данными.

Модели компоновались в соответствии с теорией подобия, при этом выполнены динамические условия, предполагающие соответствие их материалов с натурой. Масштабы геометрических размеров при моделировании принимались равными 10, масштаб нагрузки - 100. Для исследования были изготовлены две модели перекрёстной деревоплиты из четырёх и пяти сло-

13

ёв реек и две модели пролётного строения с деревоплитой из такого же количества слоёв реек.

Модели деревоплиты изготавливались из реек 4x15 мм и имели расчётный пролёт 170 мм, ширину 340 мм, толщину 16 (20) мм. Модели шар-нирно опирались на жёсткие рёбра и загружались в середине пролёта по двум схемам: равномерно распределённой полосовой нагрузкой и сосредоточенной нагрузкой, размещённой в центре плиты. Полосовая нагрузка прикладывалась ступенчато через 1,5 кН/м в интервале от 0 до 6 кН/м, сосредоточенная нахрузка - через 0,5 кН в интервале от 0 до 2 кН. В процессе испытаний измерялись: прогибы среднего сечения и осадки опорных сече- <

ний индикаторами с ценой деления 0,01 мм, деформации нижней фибры проволочными тензорезисторами.

Модели пролётного строения изготавливались полной длиной 1500 1

мм и компоновались из двух рёбер сечением 100x22 мм с расстоянием между осями 160 мм, которые объединялись клеевыми швами с деревоплитой шириной 200 мм и толщиной 16 (20) мм. Модели шарнирно опирались на жёсткие рёбра и загружались в середине пролёта сосредоточенной нагрузкой, размещенной в поперечном направлении по трём схемам: над обоими рёбрами, в середине пролёта плиты, над одним ребром. Нагрузка в первой схеме прикладывалась ступенчато через 1 кН в интервале от 0 до 4 кН, во второй и третьей схеме — через 0,5 кН в интервале от 0 до 2 кН. В процессе испытаний измерялись: прогибы среднего сечения индикаторами с ценой деления 0,01 мм, деформации верхних и нижних фибр рёбер, а также верхней и нижней фибр плиты в направлении продольной оси проволочными тензорезисторами.

На этапе планирования эксперимента установлено, что при наличии двух моделей заданному значению вероятности Н = 0,95 отвечает погрешность подобия Д = 0,08. В результате погрешность в оценке относительных деформаций при переходе от модели к натуре не превышает +7 и -9 %, а в оценке перемещений ±4 %.

Упругие постоянные цельной древесины определялись путём испы- с

тания стандартных образцов на сжатие. Среднеарифметические значения упругих постоянных составили Еа = 1,12335хЮ4 МПа, Ег = 0,04335х104 МПа, = 0,46916, /4а = 0,0181, £/„. = 0,04861 х 104 МПа.

Для получения напряжений по данным измерений относительных деформаций материала деревоплиты экспериментально были получены его модули упругости, которые определялись по результатам испытаний двух типов образцов на статический изгиб. Конструкция образцов установлена при рассмотрении деревоплиты в виде системы перекрёстных стержней. Длина образцов и методика проведения испытаний приняты стандартными. Образцы типа 1 содержали три слоя с продольным направлением волокон и

два соединяющих их слоя с поперечным направлением волокон. Образцы типа 2 составлены из двух слоёв с продольным направлением волокон и одного слоя, соединяющего их, с поперечным направлением волокон. В результате испытаний установлено Е^ = 1,154x104 МПа, Е\ = 1,276x104 МПа.

Модуль упругости материала деревоплиты под углом ф=45° к волокнам определён при рассмотрении деформированного состояния перекрёстной системы из двух стержней типа 1 и 2, составляющих угол 45° со сторонами опирания плиты, в сравнении с воображаемым стержнем, ось которого нормальна к сторонам опирания. Соответствующий модуль упругости определён по формуле

Е9>=(Е^+Е^)вт2<р, (26)

где — приведённые модули упругости материалов стержней;

Е?р = Е?а; Е? =£|у0, (27)

где a = JlIJ^, Р = 3 \ 7 - момент инерции сечения стержней с учётом всех слоёв; У2 ~ моменты инерции сечений стержней 1 и 2, вычисленные с учётом слоёв с продольной ориентацией волокон.

Модули упругости материала деревоплиты из четырёх и пяти слоёв под углом ф=45° к волокнам составили Е^ = 0.3665х104 МПа, Ер5 = 0.4168x104 МПа.

С учётом найденных упругих постоянных выполнялись обработка результатов измерения относительных деформаций и расчёты моделей деревоплиты и пролётного строения. Анализируя теоретические и экспериментально полученные результаты при испытании моделей, можно отметить следующее:

1. Прогибы моделей деревоплиты в зоне приложения нагрузки, полученные теоретически, больше замеренных в процессе испытаний в среднем на 7 %. Расхождения в величине нормальных напряжений в зоне приложения нагрузки не превышают 8 %, причём теоретические значения в большинстве случав превышают экспериментальные.

2. Расхождения в величине экспериментальных и теоретических прогибов моделей пролётного строения в зоне приложения нагрузки при всех схемах загружения не превышали 4 %, в величине нормальных напряжений в рёбрах - 5 %, в величине нормальных напряжений в плите - 7 % (рис. 5).

3. В пределах расчётной нагрузки, при которой напряжения в сечениях достигают расчётных сопротивлений, остаточных деформаций не отмечено, приращение прогибов и напряжений происходит линейно.

4. Вертикальные перемещения и нормальные напряжения, полученные в результате эксперимента, с достаточной степенью точности совпадают с теоретически вычисленными значениями. Это позволяет считать

15

правомерной гипотезу об отсутствии угловых деформаций в материале де-ревоплиты и свидетельствует о достоверности результатов, получаемых по разработанному математическому аппарату.

а)

Р=2,0 кН

Р=2,0 кН

б)

Р=2,0 кН

51§ 3§

АГ ГО Оч СП

<N1 СО I п I

ннтттиип

в)

14,05 14,44 (14,96) (14,96)

Р=2,0 кН

£

2 0,73 -4,9 { (-4,851)

З-т

' ^тТПТГГгг^

00 ^ Оч *

о"?

Ж

чо

2 <ч

5,73 (7,05)

7,01 (7,05)

3-5,01 (-4,85)

ю оо 00 Гг СЧ сч" ~-7

о 9.

-8,88 I. (-9,19)

V

11,65 3,03 [В (11,95) (3,01)

1-1,81 (-1,62)

Обозначения:

- экспериментальные данные

- теоретические данные

Рис. 5. Сопоставление экспериментальных'и теоретических нормальных напряжений ах в МПа в середине пролёта модели 2: а - схема 1; б — схема 2; в - схема 3

В четвёртой главе исследовано влияние геометрических параметров пролётного строения на его напряжённо-деформированное состояние от действия реальной нагрузки. Разработаны рекомендации по проектированию пролётного строения.

На примере расчёта пролётного строения 1=15 м, загруженного в середине пролёта сосредоточенными силами по симметричной схеме, установлена эффективность деревоплиты в совместной работе с главными балками. Оценка эффективности выполнялась путём сравнения напряжённого и деформированного состояний клееной балки с перекрёстной деревопли-

*

той и обычной клееной балки. Установлено, что деревоплита толщиной 200 мм увеличивает жёсткость балки на 33,7 %, уменьшает нормальные напряжения на нижней и верхней фибрах соответственно на 28,7 и 43 %, касательные напряжения в опорном сечении - на 17,5 % (рис. 6).

200

б)

11,80

0,893

1600

> > 200

-2,15 -0,23

7-6,72

.¿С

7

8,41

0,128 0,033

.0,261

0,737

Рис. 6. Эпюры напряжений в балке без плиты и в балке с плитой: а - нормальные напряжения ах в МПа в сечении Ы2\ б - касательные напряжения т„ в МПа в опорном сечении

Влияние геометрических параметров пролётного строения на его напряжённо-деформированное состояние оценивалось по результатам расчётов пролётного строения длиной 15 м, габаритом Г-8+2х1,0 на действие постоянной нагрузки от собственного веса и временных нагрузок АН и НК-80. Характеристики упругости и жёсткости деревоплиты и главных балок определены с использованием нормативных упругих постоянных обычной древесины. Показатели прочности материала клееных балок приняты по существующим нормативным документам, материала перекрёстной деревоплиты - по таблице. Расчётные сопротивления материала деревоплиты на изгиб „ получены по формуле

кльмь= • &, (28)

где - расчётное сопротивление клееного бруса высотой до 50 см при изгибе; к = Е„/Еа.

Напряжённое состояние Расчётные сопротивления, МПа

Обозначение Величина

Изгиб 4 - слойной плиты в направлении 45" к волокнам нижнего слоя 5,3

То же для 5 и 7 - слойных плит ^¿45,я 6,4

То же для 6 - слойной плиты ^<Я>45, п 5,9

Скалывание под углом 45и к волокнам по клеевым швам при изгибе ^¿45 0,78

В связи с тем, что в настоящем исследовании не ставилась задача нормирования показателей прочности материала деревоплиты, полученные по формуле (28) значения расчётных сопротивлений требуют в дальнейшем подтверждения более широкими экспериментальными исследованиями.

С учётом требований ГОСТ 20850-84 «Конструкции деревянные клееные. Общие технические условия» и возможностей действующих предприятий по изготовлению клееных деревянных конструкций приняты следующие исходные данные: толщина доски-заготовки 33 мм; максимальные размеры клееной балки - длина 20 м, высота 2 м, ширина 0,2 м.

Геометрические размеры деревоплиты устанавливались при невыгодном положении временной нагрузки в середине её пролёта. Напряжённо-деформированное состояние деревоплиты оценивалось в зависимости от количества слоёв досок, длины её пролёта и высоты клееных балок (рис. 7).

Рис. 7. Графики зависимости максимальных нормальных напряжений в середине пролёта деревоплиты от расстояния между балками

Из рассмотрения графиков видно, что деревоплита с четырьмя слоями не удовлетворяет условию прочности на изгиб ни в одном из случаев, согласно чему из условий работы на изгиб рекомендована деревоплита с пятью, шестью или семью слоями досок длиной 1,2, 1,4 и 1,6 м соответственно.

Далее рассмотрено напряжённо-деформированное состояние пролётного строения с определёнными выше параметрами деревоплиты в зависимости от высоты балок. Графики зависимости нормальных и касательных напряжений в балках от их высоты для случая деревоплиты пролётом 1,2 м приведены на рис. 8.

9,0 ---1—— 0,5 ---1—»-

1,0 1,1 1,2 1,3 Ь,м 1,0 1,1 1,2 1,311, м

Рис 8. Графики зависимости максимальных напряжений в сечениях пролётного строения от высоты балок: а - нормальные напряжения в середине пролёта; б - касательные напряжения в опорном сечении; 1 - на нижней фибре балки; 2 - в балке; 3 - на контакте плиты и балки

Установлено, что семислойная деревоплита не может иметь пролёт более 1,4 м из условий прочности на скалывание древесины балки и по контакту плиты и балки. В случае пяти- и шестислойной деревоплиты её пролёт не должен превышать 1,2 м. Высота балок при этом должна быть не менее 1/15 длины пролётного строения.

Проведённые расчёты позволили сделать следующие рекомендации по конструированию пролётного строения:

- в поперечном сечении размещать чётное количество балок с расстоянием между осями 0,8... 1,2 м;

- балки принимать прямоугольного сечения толщиной не более 0,2 м, высотой 1/12... 1/15 от длины пролёта;

- перекрёстную деревоплиту назначать толщиной 1/6... 1/8 от её расчётного пролёта, но не менее 150 мм, при этом количество слоёв принимать 5 или 6.

Расчёт пролётного строения рекомендуется выполнять с использованием разработанного алгоритма или реализующей его программы APLORT.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ существующих конструктивных решений многоребристых пролётных строений с применением клееной древесины позволил установить, что до настоящего времени не предложено конструкции плиты проезжей части из клееной древесины, включённой в совместную работу с балками без применения металлических элементов. Разработана новая конструкция дощато-клееного пролётного строения с перекрёстной де-ревоплитой проезжей части, включённой в совместную работу с продольными балками посредством клеевых швов.

2. Анализ существующих методов пространственного расчёта многоребристых пролётных строений выявил, что до настоящего времени не предложено методики расчёта таких конструкций из анизотропных материалов. На основе метода перемещений для расчёта дискретно-континуальных систем предложена новая математическая модель многоребристого пролётного строения из анизотропных материалов. Апробация математической модели позволила установить, что она корректно учитывает особенности работы элементов пролётного строения.

3. В результате сравнения теоретических и экспериментальных данных исследований напряжённо-деформированного состояния перекрёстной деревоплиты при изгибе установлена правомерность гипотезы об отсутствии угловых деформаций в её материале и доказана возможность рассмотрения деревоплиты в виде анизотропной пластины из однородного материала с приведёнными упругими постоянными и жесткостями. Расхождения в величине экспериментальных и теоретических нормальных

напряжений не превышают 8 %, в величине вертикальных перемещений

- 7 %.

4. При сравнении экспериментальных и теоретических данных испытания моделей пролётного строения установлено, что разработанная математическая модель с достаточной степенью точности описывает его фактическое напряжённо-деформированное состояние. Расхождения в величине экспериментальных и теоретических прогибов моделей пролётного строения в зоне приложения нагрузки не превышают 5 %, в величине нормальных напряжений в рёбрах - 8 %, в величине нормальных напряжений в плите - 7 %.

5. В результате экспериментально-теоретических исследований выявлена высокая эффективность перекрёстной деревоплиты, которая работает одновременно в поперечном и продольном направлениях, включаясь в совместную работу с балками. Установлено, что деревоплита в зависимости от её толщины способна увеличить жёсткость клееной балки до 40 %, уменьшить нормальные напряжения на нижней фибре балки до 34 %, уменьшить скалывающие напряжения до 24,7 %.

6. По оценкам влияния геометрических параметров пролётного строения на его напряжённо-деформированное состояние от действия реальной нагрузки получены наиболее рациональные размеры его элементов и разработаны рекомендации по проектированию. Сделан вывод, что толщина деревоплиты не может быть менее 150 мм из условий работы её на изгиб, расстояние между балками - более 1,2 м, высота балки - менее 1/15 от длины пролёта.

7. При сравнении пролётного строения с перекрёстной деревоплитой и типовой конструкции пролётного строения с поперечной клееной деревоплитой выявлено, что исследуемая конструкция эффективнее на 20...25 % по материалоёмкости и 21 % по сметной стоимости.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Уткин В. А., Кобзев П. Н. Деревянные клееные конструкции в мостостроении // Дорожно-транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура: Материалы Международной научно-практической конференции. 21-23 мая 2003 г. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2003.-Кн. 2. -С.136—139.

2. Уткин В. А., Кобзев П. Н. Современные проблемы клееных деревянных мостов // Творчество молодых XXI веку: Материалы Международной научно-практической конференции молодых учёных и студентов. Т.2. Петропавловск: СКГУ, 2003.-С.141-144.

3. Уткин В. А., Кобзев П. Н. К вопросу об исследовании перекрёстной де-ревоплиты пролётного строения из клееной древесины // Вестник Си-6АДИ, вьш. 1. - Омск: Изд-во "ЛЕО", 2004. - С.36-42.

4. Уткин В. А., Кобзев П. Н. Экспериментальное исследование прочности клеевого шва соединения деревянных элементов // Материалы Международной научно-технической конференции: Дорожно-транспортный комплекс как основа рационального природопользования. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2004. - Кн. 1. - С.144-148.

5. Уткин В. А., Кобзев П. Н. Автодорожные деревянные мосты нового поколения: Монография. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2004. - 56 с.

6. Кобзев П. Н. Исследование напряжённо-деформированного состояния плиты из клееной древесины при изгибе // Межвузовский сборник трудов студентов, аспирантов и молодых учёных - Омск: Изд-во СибАДИ, 2005. - Вып. 2, ч. 1,- С.170-176.

7. Уткин В. А., Кобзев П. Н. Исследование напряжённо-деформированного состояния ребристого пролётного строения из клееной древесины // Известия вузов. Строительство. - 2005. - №10. - С.94-100.

8. Уткин В. А., Кобзев П. Н. Исследование совместной работы перекрёстной клееной деревоплиты и клееных балок пролётного строения // Сборник научных трудов III Международной научно-технической конференции: Современные проблемы совершенствования и развития металлических, деревянных и пластмассовых конструкций в строительстве и на транспорте. - Самара: Изд-во СГАСУ, 2005,- С.313-317.

9. Пат. RU 2204644 С2, МПК7 Е Ol Д 2/00, 2/04. Дощато-клееное пролётное строение / В. А. Уткин, В. И. Пузиков, П. Н. Кобзев (РФ). - Заявлено 23.05.2001; Опубликовано 20.05.2003.

Подписано в печать 14.04.2006 г. Формат 60x90/16. Бумага писчая. Оперативный способ печати. Уч.-изд. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ №

Отпечатано в ПЦ издательства СибАДИ 644099, г. Омск, ул. П. Некрасова, 10

СfZA^

P- 82 27

i

(

Введение.

1. Обоснование актуальности совершенствования конструктивных форм балочных пролётных строений из клееной древесины.

1.1. Перспективы применения клееной древесины в мостовых конструкциях.

1.2. Анализ существующих конструктивных решений балочных пролётных строений из клееной древесины.

1.2.1. Пролётные строения с поперечной деревоплитой.

1.2.2. Пролётные строения с продольной деревоплитой.

1.2.3. Пролётные строения с железобетонной плитой.

1.3. Оценка опыта эксплуатации пролётных строений с применением клееной древесины.

1.4. Постановка вопроса. Цель и задачи исследования.

1.5. Конструкции пролётного строения с перекрёстной деревоплитой проезжей части.

2. Математическая модель многоребристого пролётного строения с перекрёстной деревоплитой проезжей части.

2.1. Анализ методов пространственного расчёта многоребристых пролётных строений.

2.1.1. Расчёт пролётных строений в виде системы перекрёстных стержней.

2.1.2. Расчёт пролётных строений в виде ребристой плиты или системы плит и рёбер.

2.1.3. Расчёт пролётных строений по методу конечных элементов.

2.1.4. Оценка возможности применения существующих методов для расчёта пролётного строения с перекрёстной деревоплитой.

2.2. Исследование перекрёстной деревоплиты как многослойной анизотропной пластины.

2.2.1. Характер анизотропии упругих свойств материала многослойной пластины.

2.2.2. Жесткости и приведённые характеристики упругости материала многослойной пластины.

2.2.3. Напряжённо-деформированное состояние анизотропной пластины при действии внешней нагрузки.

2.3. Применение метода перемещений A.B. Александрова для расчёта складчатой системы из анизотропных материалов.

2.3.1. Элементы складчатой системы.

2.3.2. Основная система метода перемещений.

2.4. Определение единичных реакций в общей системе координат.

2.4.1. Связь общей системы координат конструкции с местными системами координат.

2.4.2. Определение амплитуд реакций в связях при изгибе пластин от единичных смещений кромок в местной системе координат.

2.4.3. Определение амплитуд реакций в связях при плоском напряжённом состоянии пластин от единичных смещений кромок в местной системе координат.

2.5. Определение грузовых реакций в общей системе координат.

2.6. Определение окончательных напряжений и деформаций.

2.7. Апробация математической модели.

Для возведения мостов в России издавна используется древесина. Отечественное деревянное мостостроение имеет огромнейший опыт, накопленный веками. Ещё в 1960 году на автодорогах России из общего количества мостов 92 % были деревянными. Однако, принятая в 60-е годы прошлого столетия командно-административная установка о массовом переходе к строительству капитальных автодорожных мостов с применением железобетонных и металлических конструкций в корне изменила ситуацию. К концу 80-х годов на автомобильных дорогах федерального значения деревянные мосты почти полностью были заменены железобетонными или стальными. На дорогах других категорий деревянные мосты также утратили своё лидирующее положение и доля их постоянно снижается. В связи с этим практически утраченным оказался и накопленный опыт проектирования и строительства деревянных и комбинированных (с использование деревянных конструкций) мостов. Ранее разработанные серии типовых проектов деревянных мостов устарели.

В настоящее время деревянные мосты находят применение главным образом в лесных районах страны через малые водотоки, в условиях удаления от развитых центров строительной индустрии. Опоры таких мостов устраивают обычно деревянными, а длины пролётных строений не превышают 4.6 м. В этих условиях часто наблюдаются заторы льда, засорение отверстий карчеходом, обрушение опор и пролётных строений.

Фактором, оказывающим негативное влияние на долговечность деревянных конструкций мостов, стал отказ от мероприятий по комплексной защите древесины от гниения, приведший к сокращению срока службы таких мостов до 10-12 лет.

В результате сложилось суждение о деревянных мостах как о временных сооружениях. Вместе с тем многолетняя мировая практика свидетельствует, что долговечность мостов из антисептированной древесины составляет 50 и более лет [109]. "Применение мероприятий, предохраняющих древесину от загнивания, а также создание новых типов деревянных пролётных строений на основе водоустойчивых клеевых соединений, должно изменить взгляд на деревянные мосты, как на мосты временного типа. Разработка новых конструкций клееных деревянных балок, арок и развитие индустриальной базы для их изготовления, превратит строительство деревянных мостов в индустриальное строительство. В этом случае мосты будут конкурировать с мостами из других материалов как по стоимости, по трудоёмкости постройки, так и по продолжительности их срока службы" [92].

Таким образом, задача по созданию конструкций деревянных мостов на основе новых конструктивно-технологических форм и решений была и остаётся актуальной в наше время. Применение клееных деревянных конструкций - одно из наиболее эффективных направлений в решении поставленной задачи.

Преимущества конструкций из клееной слоистой древесины доказаны и подтверждены многими экспериментально-теоретическими исследованиями и опытом строительства в нашей стране и за рубежом [49; 69; 77; 88; 115; 116]. Малый монтажный вес и высокая несущая способность, сравнительная простота технологии изготовления, возможность получения элементов различных длин и поперечных сечений, высокая коррозионная стойкость и долговечность ставят конструкции из клееной древесины в один ряд с конструкциями из стали и железобетона. При этом наибольший экономический эффект может быть достигнут при использовании местного сырья, в приближении высокомеханизированных производственных предприятий по изготовлению клееных конструкций к опорным пунктам лесозаготовителей, в сокращении транспортных расходов и в использовании местной рабочей силы. В настоящее время должен ставиться вопрос не о целесообразности применения клееных деревянных конструкций, а о налаживании их индустриального производства на основе последних достижений науки и техники. Богатейшая лесная, сырьевая база нашей страны даёт хорошую возможность осуществить это.

Исследования, проведённые в нашей стране и за рубежом [108] свидетельствуют, что наибольший экономический эффект достигается при применении клееной древесины в несущих конструкциях автодорожных мостов малых и средних пролётов. Статистические же данные показывают, что мосты именно с такими пролётами являются основным видом транспортных сооружений на автомобильных дорогах нашей страны. Следовательно, в этой области необходимо сосредоточить усилия по совершенствованию конструктивных форм пролётных строений.

В известных конструкциях балочных пролётных строений в одних случаях поперечная клееная деревоплита проезжей части не включается в совместную работу с балками, в других случаях устройство продольной дере-воплиты требует достаточно сложной технологии обжатия древесины. В связи с этим представляется перспективным применение новой конструкции дощато-клееного пролётного строения с плитой из перекрёстных слоёв досок в совместной работе с балками. При этом ожидается снижение материалоёмкости конструкции, и повышение её долговечности. Указанные обстоятельства свидетельствуют об актуальности представляемой работы.

Таким образом, многоребристое пролётное строение из клееной древесины с перекрёстной деревоплитой проезжей части рассматривается в качестве объекта исследования, а предметом исследования является его напряжённо-деформированное состояние.

Целью диссертационной работы является совершенствование конструкции и методики расчёта многоребристого пролётного строения из клееной древесины на действие статической нагрузки.

При этом поставлены следующие задачи:

1. Разработать новую конструкцию многоребристого пролётного строения из клееной древесины с деревоплитой проезжей части, включённой в совместную работу с продольными балками.

2. Разработать математическую модель новой конструкции многоребристого пролётного строения с перекрёстной деревоплитой проезжей части и балками из клееной древесины, алгоритм и программу для ЭВМ.

3. Проверить результаты теоретических расчётов экспериментальными исследованиями.

4. Оценить влияние геометрических параметров пролётного строения на его напряжённо-деформированное состояние под действием реальных нагрузок.

5. Разработать рекомендации по проектированию пролётного строения.

На защиту выносятся:

- математическая модель многоребристого пролётного строения с перекрёстной деревоплитой проезжей части и балками из клееной древесины;

- результаты теоретического и экспериментального исследования напряжённо-деформированного состояния перекрёстной деревоплиты и пролётного строения;

- рекомендации по проектированию пролётного строения.

Научная новизна работы:

- разработана новая конструкция дощато-клееного пролётного строения, получен патент РФ на изобретение;

- изучена работа перекрёстной клееной деревоплиты как самостоятельного несущего элемента и в совместной работе с продольными балками;

- разработана методика расчёта напряжённо-деформированного состояния многоребристого пролётного строения с перекрёстной деревоплитой проезжей части и балками из клееной древесины от действия статической нагрузки.

Достоверность научных положений и полученных результатов исследований обоснована применением современных средств измерительной и вычислительной техники, а также сопоставлением результатов расчёта и испытаний опытных моделей.

Практическая ценность. Разработанные в диссертации алгоритм расчёта и рекомендации по проектированию пролётного строения могут найти применение в проектных организациях.

Апробация работы и публикации. Программа для ЭВМ, разработанная автором, применена при проектировании варианта пролётного строения моста через р. Оша в Омской области.

Результаты работы докладывались на круглом столе «Клееные деревянные конструкции. Новые решения и пути развития» в рамках Международной специализированной выставки арихитектуры и строительства «Стройсиб-2003», на Международной научно-практической конференции «Творчество молодых XXI веку» в Северо-Казахстанском государственном университете в 2003 г., на международных научно-практической и научно-технической конференциях в Сибирской автомобильно-дорожной академии в 2003-2004 гг., на III Международной научно-технической конференции «Современные проблемы совершенствования и развития металлических, деревянных и пластмассовых конструкций в строительстве и на транспорте» в Самарском государственном архитектурно-строительном университете в 2005 г.

Основные результаты диссертации опубликованы в патенте на изобретение, монографии и 7 научных статьях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Материал изложен на 191 странице машинописного текста, содержит 48 рисунков, 17 таблиц, список литературы из 131 наименования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

1. Анализ существующих конструктивных решений многоребристых пролётных строений с применением клееной древесины позволил установить, что до настоящего времени не предложено конструкции плиты проезжей части из клееной древесины, включённой в совместную работу с балками без применения металлических элементов. Разработана новая конструкция дощато-клееного пролётного строения с перекрёстной деревоплитой проезжей части, включённой в совместную работу с продольными балками посредствам клеевых швов.

2. Анализ существующих методов пространственного расчёта многоребристых пролётных строений выявил, что до настоящего времени не предложено методики расчёта таких конструкций из анизотропных материалов. На основе метода перемещений для расчёта дискретно-континуальных систем предложена новая математическая модель пролётного строения из анизотропных материалов. В результате апробации математической модели установлено, что она корректно учитывает особенности работы элементов пролётного строения.

3. В результате сравнения теоретических и экспериментальных данных исследований напряжённо-деформированного состояния перекрёстной дере-воплиты при изгибе установлена правомерность гипотезы об отсутствии угловых деформаций в её материале и доказана возможность рассмотрения де-ревоплиты в виде анизотропной пластины из однородного материала с приведёнными упругими постоянными и жесткостями. Расхождения в величине экспериментальных и теоретических нормальных напряжений не превышают 8.0 %, в величине вертикальных перемещений - 7.0 %.

4. При сравнении экспериментальных и теоретических данных испытания моделей пролётного строения установлено, что разработанная математическая модель с достаточной степенью точности описывает его фактическое напряжённо-деформированное состояние. Расхождения в величине экспериментальных и теоретических прогибов моделей пролётного строения в зоне приложения нагрузки не превышают 5 %, в величине нормальных напряжений в рёбрах - 8 %, в величине нормальных напряжений в плите - 7 %.

5. В результате экспериментально-теоретических исследований выявлена высокая эффективность перекрёстной деревоплиты, которая работает одновременно в поперечном и продольном направлении, включаясь в совместную работу с балками. Установлено, что деревоплита в зависимости от её толщины способна увеличить жёсткость клееной балки до 40 %, уменьшить нормальные напряжения на нижней фибре балки до 34 %, уменьшить скалывающие напряжения до 24.7 %.

6. В результате оценки влияния геометрических параметров пролётного строения на его напряжённо-деформированное состояние от действия реальной нагрузки получены наиболее рациональные размеры его элементов и разработаны рекомендации по проектированию. Сделан вывод, что толщина деревоплиты не может быть менее 150 мм из условий работы её на изгиб, расстояние между балками более 1.2 м, высота балки менее 1/15 от длины пролёта.

7. При сравнении пролётного строения с перекрёстной деревоплитой и типовой конструкции пролётного строения с поперечной клееной деревоплитой выявлено, что исследуемая конструкция эффективнее на 20.25 % по материалоёмкости и 21 % по сметной стоимости.

1. Алабужев П.М., Геронимус В.Б., Минкевич J1.M., Шеховцов Б.А. -Теории подобия и размерностей. Моделирование М. Высшая школа, 1968-208 с.

2. Александров A.B. Метод перемещений для расчёта плитно-балочных конструкций. В сб.: Строительная механика. Тр. МИИТ, Вып. 174, М., 1963.-С. 4-18.

3. Александров A.B., Лащеников Б.Я., Шапошников H.H. Строительная механика. Тонкостенные пространственные системы. М.: Стройиз-дат, 1983.-488 с.

4. Ашкенази Е.К. Анизотропия древесины и древесных материалов. -М.: «Лесная промышленность», 1978. 224 с.

5. Боголюбова Л.С. Приближенный метод учёта распределения временной нагрузки между главными балками с учётом сопротивления пролётного строения кручению. Автореферат дис. . канд. техн. наук. -М., 1955.

6. Боровиков A.M., Уголев Б.Н. Справочник по древесине: Справочник. Под ред. Б.Н. Уголева. М.: Лесная пром-ть, 1989. - 296 с.

7. Быков Б.С., Корляков В.Д. Результаты статических и динамических испытаний клееных деревянных мостов с железобетонной плитой // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1972. - №11 - С. 138141.

8. Варданян Г.С. Применение теории подобия и анализа размерностей к моделированию задач механики деформируемого твёрдого тела -М.,1980- 104 с.

9. Варфоломеев Ю.А. Оценка стойкости клееных конструкций из лиственницы и сосны к неравномерным температурно-влажностным воздействиям // Известия вузов. Строительство. 1991. - №4 - С. 56-58.

10. Васильев В.В. О теории тонких пластин / Изв. РАН. МТТ. 1992 -№3 - С. 26-47.

11. Гибшман Е.Е. Деревянные клееные мосты в Финляндии // Автомобильные дороги. 1967. -№1.

12. Гибшман Е.Е., Калмыков Н.Я., Поливанов Н.И., Кириллов В.С. Мосты и сооружения на дорогах. М.: Автотрансиздат, 1961.

13. Гибшман Е.Е. Проетирование деревянных мостов. М.,1976. - 272 с.

14. Глинка Н.Н., Поспелов Н.Д. Клееные пролётные строения мостов.-М.: Транспорт, 1964. 88 с.

15. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. -М.: Высш. шк., 1998. 479 с.

16. Губенко А.Б. Изготовление клееных деревянных конструкций и деталей. М.-Л.: Гослесбумиздат, 1957. - 347 с.

17. Губенко А.Б. Клееные деревянные конструкции в строительстве М.: Госстройиздат, 1957. - 240 с.

18. Дайчик М.Л., Пригоровский Н.И., Хуршудов Г.Х. Методы и средства натурной тензометрии: Справочник. М., Машиностроение, 1989. -240 с.

19. Деревянные клееные конструкции: между прошлым и будущим // Архитектура и строительство Сибири. 2003. - №11-12 - С. 34-36.

20. Деревянные конструкции СНиП П-25-80*: Введ. в действие с 01.01.82//-М.: Госстрой СССР, 1981.

21. Дмитриев П.А. Новое в зарубежном строительстве деревянных автодорожных и пешеходных мостов // Известия вузов. Строительство. -1997.-№1-2-С. 84-89.

22. Донченко В.Г. Пространственный расчёт балочных автодорожных мостов. — М.: Автотрансиздат, 1953.

23. Древесина. Показатели физико-механических свойств. М., Госстрой-издат, 1962.-48 с.

24. Золотухин Ю.Д. Испытание строительных конструкций Мн., Выш. Школа, 1983-208 с.

25. Елизаров C.B., Бенин A.B., Тананайко О.Д. Современные методы расчёта инженерных конструкций на железнодорожном транспорте. Метод конечных элементов и программа COSMOS/M. СПб.: ПГУПС, 2002. - 226 с.

26. Иванова В.М. Математическая статистика М.: Высш. Школа. 1981 -368 с.

27. Иванова Е.К. Современные деревянные мосты на автомобильных дорогах США. М.: 1961. - 36 с.

28. Испытания строительных конструкций с применением электротензо-метрического метода измерения деформаций. М.: Стройиздат, 1970.

29. Кадисов Г.М. Динамика складчатых систем при подвижных нагрузках: Монография. Омск: СибАДИ, 1997. - 178 с.

30. Кадисов Г.М. К оценке погрешности пространственных расчётов пролётных строений мостов // Теоретические и экспериментальные исследования мостов.: Межвуз. сб. Новосибирск, 1977. - С. 110-120.

31. Кадисов Г.М. Методы пространственных расчётов неразрезных плит-но-ребристых пролётных строений и тонкостенных призматических упругих систем. Омск: СибАДИ, 1982. - 80 с.

32. Кадисов Г.М. Некоторые задачи теории устойчивости сооружений // Вестник СибАДИ, вып. 1. Омск: Издательский дом "JIEO", 2004. -С. 22-29.

33. Кадисов Г.М. Об усечении тригонометрических рядов при расчётах токностенных призматических плитно-ребристых систем // Теоретические и экспериментальные исследования мостов: Сб. научн. тр./Омск: СибАДИ, 1981. С. 88-100.

34. Кадисов Г.М. Статический расчёт тонкостенных призматических складок с регулярным набором диафрагм // Исследования по строительной механике и строительным конструкциям. Томск: ТГУ, 1992. - С. 22-27.

35. Канн Э.А., Серов E.H. Деревянные конструкции в современном строительстве. Кишинёв: Штиинца, 1981. - 180 с.

36. Катцын П.А. Анализ работы на скалывание клееных деревобетонным мостовых балок // Разработка рациональных методов проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог и мостов. -Томск: ТГУ, 1981. С. 47-52.

37. Катцын П.А. Влияние влажности на образование трещин в клееных деревянных мостах //Автомобильные дороги. 1972. - №9. - С. 23.

38. Катцын П.А. Исследование напряжённого и деформированного состояния неразрезных клееных деревянных балок, работающих совместно с железобетонной плитой проезжей части автодорожных мостов. Дис. . канд. техн. наук. Омск, 1973. - 117 с.

39. Кириллов А.Н. Конструкционная фанера. М.: Лесная промышленность, 1981.- 112 с.

40. Клееные деревянные конструкции и технологии их изготовления. Под ред. А.Б. Губенко. М.: Гослесбумиздат, 1962. - 180 с.

41. Ковальчук Л.М. Технология изготовления и надёжность деревянных конструкций // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1988. -№8-С. 24-28.

42. Ковальчук Л.М., Жукова A.C. Влияние влажности древесины на качество склеивания // Новые исследования в области технологии изготовления деревянных конструкций: Сб. науч. тр./ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко-М., 1988.-С. 34-42.

43. Ковальчук JI.M., Славик Ю.Ю., Знаменский Е.М., Преображенская И.П. Прочность деревянных клееных конструкций серийного изготовления // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1978. - №12 -С. 16-21.

44. Ковальчук Л.М., Турковский С.Б., Пискунов Ю.В. и др. Деревянные конструкции в строительстве. М.: Стройиздат, 1995. - 248 с.

45. Костелянец Б.А., Картопольцев В.М. Деревянные мосты на автодорогах России // Известия вузов. Строительство. 1997. - №1-2 - С. 8993.

46. Крылов H.A., Глуховский К.А. Испытание конструкций сооружений -Л.,1970.-209 с.

47. Кулиш В.И. Исследование работы и расчёт на прочность деревянных клееных конструкций балочных мостов, объединённых с железобетонной плитой проезжей части. Автореферат дис. . канд. техн. наук. -Омск, 1965.-25 с.

48. Кулиш В.И. Клееные деревянные мосты с железобетонной плитой. -М.: Транспорт, 1979. 160 с.

49. Кулиш В.И. Особенности расчёта балок, работающих с различными модулями упругости при сжатии и растяжении // Мосты и автомобильные дороги: Сб. науч. тр. Хабаровск, ХабПИ, 1969. - С. 28-30.

50. Кулиш В.И, Белуцкий И.Ю., Быков Б.С., Цуканов В.П. Опыт проектирования, строительства и эксплуатации клееных деревянных мостов с железобетонной плитой //Автомобильные дороги. 1982. - №10. -С. 7-9.

51. Леонтьев Н. Л. Упругие деформации древесины. М.-Л., 1952, 117 с.

52. Лехницкий С.Г. Анизотропные пластинки. М.: Гостехиздат, 1957. -464 с.

53. Мастаченко В.Н. Надёжность моделирования строительных конструкций М.: Стройиздат, 1974. - 88 с.

54. Мельников Ю.О. Применение метода начальных параметров для расчёта деревобетонных мостовых балок / Теоретические и экспериментальные исследования мостов и строительных конструкций. Сб. научных трудов Омск: 1970. - №1 - С. 27-34.

55. Методика определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений М.: ВНИИТИ, 1982. - 41 с.

56. Митинский А. Н. Упругие постоянные древесины как ортотропного маетериала. Тр. ЛТА, № 63, Л., 1948. С. 22-54.

57. Мосты и трубы. СНиП 2.05.03-84*: Введ. в действие с 01.01.96// М.: ГПЦПП, 1996.-216 с.

58. Мухин А,А. Мосты из клееной древесины //Автомобильные дороги. -1982. -№1. С. 13-14.

59. Назаренко Б.П. Железобетонные мосты. М.:Транспорт, 1964. - 429 с.

60. Назаренко Б.П. Распределение нагрузки в пролётных строениях сборных железобетонных мостов // Труды ХАДИ. Вып. 12 Харьков, 1952.

61. Нетушил Н.Е. Влияние впитываемости клея на прочность клеевых соединений // Новые исследования в области технологии изготовления деревянных конструкций: Сб. науч. тр./ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко -М., 1988. С. 181-185.

62. Овчинников Ю.С. Исследование прочности склейки под углом деревянных элементов // Клееные и клеефанерные конструкции с применением пластических масс: Сб. науч. тр. — JI., ЛИСИ, 1961. Вып. 34.- С. 150-155.

63. Павлов А.П. Деревянные конструкции и сооружения M.-JI.: Гослес-бумиздат, 1955.-451 с.

64. Пекло М.И. Рациональное использование древесины в строительстве.- М.: Стройиздат, 1977. 224 с.

65. Питлюк Д.А. Испытание строительных конструкций на моделях. JI., 1971.- 160 с.

66. Поляков Л.П., Файнбурд В.М. Моделирование строительных конструкций. -Киев.: «Будивельник», 1975. 160 с.

67. Поспелов Н.Д., Ляк С.И., Брук А.Ю. Опыт эксплуатации клееных деревянных мостов // Автомобильные дороги. 1976. - №9. - С. 10-11.

68. Поспелов Н.Д., Постовой Ю.В., Ивянский М.Г., Хариф Л .Я. Пролётные строения мостов из клееной древесины //Автомобильные дороги.- 1982.-№10.-С. 9-10.

69. Предложения по проектированию и изготовлению конструкций пролётных строений автодорожных мостов из клееных и клеефанерных элементов/СоюздорНИИ. М.:1962. - 77 с.

70. Прокофьев A.C. Почему продолжают разрушаться клееные деревянные конструкции // Строитель 1991. - №4 - С. 34-35.

71. Прокофьев A.C. Проектирование мостов с учётом усталости клееной древесины

72. Прокофьев A.C., Масалов A.B., Мебония И.К. Работоспособность клееных деревянных балок // Известия вузов. Строительство. 1992.- №8 С. 24-26.

73. Пролётные строения из клееной древесины заводского изготовления длиной 6, 9, 12, 15 и 18 м для экспериментального строительства автодорожных мостов. Серия 810-К / Разраб. Ленинградским филиалом ГИПРОДОРНИИ. Ленинград, 1974. - 44 с.

74. Рабинович А. Л. Об упругих постоянных и прочности анизотропных материалов. Тр. ЦАГИ, М., 1946, № 582. 56 с.

75. Рудяков Г., Покрасс Л. Деревянные мосты заводского изготовления // Автомобильные дороги. 1962. -№12. - С. 13-15.

76. Руководство по изготовлению и контролю качества деревянных клееных конструкций / ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. М.: Стройиздат, 1982.-79 с.

77. Рыбина И.И. Сравнительный анализ программных комплексов для расчёта строительных конструкций // Материалы VI Международной конференции: Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте. СПб.: ПГУПС, 2004. - С. 113.

78. Светозарова Е.И. Хапин A.B. Некоторые вопросы исследования прочности клеедощатых балок // Конструкции из клееной древесины и пластмасс: Сб. науч. тр. Л., ЛИСИ, 1980. - С. 12-19.

79. Семенец Л.В. О классификации пространственных методов расчёта мостов // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1970. - №10

80. Семенец Л.В. Пространственный расчёт балочных мостов с учётом кручения // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1 959. -№5-С. 55-63.

81. Семенец Л.В. Пространственные расчёты плитных мостов. Киев, Вища школа, 1976. - 164 с.

82. Серов E.H. Учёт трансверсальной изотропии клееной древесины при расчёте изгибаемых элементов // Облегченные конструкции из древесины, фанеры и пластмасс: Сб. науч. тр. Л., ЛИСИ, 1984. - С. 19-30.

83. Смирнов А.Ф., Александров A.B., Шапошников H.H., Лащеников Б.Я. Расчёт сооружений с применением вычислительных машин. М.: Изд-во литературы по строительству, 1964. - 380 с.

84. Соболев Ю.С. Древесина как конструкционный материал. М.: «Лесная промышленность», 1979. - 248 с.

85. Стуков В.П. Клееная древесина и мостовые конструкции // Автомобильные дороги. 1990. - №6. - С. 11-12.

86. Стуков В.П. Мосты с балками комбинированного сечения из клееной древесины и железобетона / Арханг. Гос. Техн. Ун-т. Архангельск: 1997.- 175 с.

87. Стуков В.П. Пространственный расчёт балочных пролётных строений мостов на лесовозных дорогах по методу "упруго оседающих и поворачивающихся опор" // Известия вузов. Лесной журнал. 1973. - №6 - С. 55-62.

88. Тарасов A.M. Исследование пространственной работы мостовых сооружений современными методами моделирования / Автореф. дис. канд. техн. наук М., 1975. - 23 с.

89. Тен И.А. Поспелов Н.Д. Внедрять клееные деревянные конструкции // Автомобильные дороги. 1961. - №4. - С. 10-11.

90. Толмачёв К.Х. Основы проектирования мостов. — Омск: 1963. 261 с.

91. Тумас Е.В., Поспелов Н.Д. Обоснование некоторых прочностных характеристик клееной древесины и бакелизированной фанеры // Труды СоюзДорНИИ 1969. - Вып. 31. - С. 83-95.

92. Улицкий Б.Е. Пространственные расчёты балочных мостов. М.: Ав-тотрансиздат, 1962.- 181 с.

93. Уткин В.А. Об одном способе пространственного расчёта балочных пролётных строений // Теоретические и экспериментальные исследования мостов и строительных конструкций. Сб. трудов №4. Омск, 1971.-С. 59-76.

94. Уткин В.А., Кобзев П.Н. Автодорожные деревянные мосты нового поколения: Монография. Омск: Изд-во СибАДИ, 2004. - 56 с.

95. Уткин В. А., Пузиков В. И., Казанцев Б. В., Кобзев П. Н. Испытания дощато-гвоздевой конструкции моста // Автомобильные дороги и мосты №3 - 2002.

96. Уткин В.А., Кобзев П.Н., Пузиков В.И., Тараданов E.JI. Экспериментальное исследование модели дощато-гвоздевого коробчатого блока // Строительные материалы 2005 - №10 - С. 36-37.

97. Фаизов И.Н., Курганский В.З. К вопросу о моделировании клееных деревянных элементов и конструкций // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1977. - №10 - С. 23-26.

98. Хрулёв В.М. Прочность клеевых соединений. М. Стройиздат, 1973. -84 с.

99. Хрулёв В.М. Синтетические клеи и мастики. М.: 1970.

100. Хрулёв В.М., Гребенщиков В.И., Мартынов К.Я. Технология изготовления клееных конструкций // Индустриальные деревянные конструкции в сельском строительстве Сибири. Новосибирск, ЗападноСибирское книжное издательство, 1972. - С. 22-39.

101. Шумахер A.B. Исследование выносливости клееных балок, объединённых с железобетонной плитой. Дис. . канд. техн. наук. Омск, 1967.-216 с.

102. Andrzej S. Nowak; Vijay Saraf Reliability analysis of plank decks for bridges. Pp 225-231 in Ritter, M.A.; Duwadi, S.R.; Lee, P.D.H. (Ed.) National Conference on Wood Transportation structures; 23-25 October 1996,

103. Madison, WI: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Product Laboratory.

104. Gutkowski R.; Williamson T Timber bridge: State of the art // Journal of Structural Engineering, 1983. - Vol. 109, №9. - P.2175-2191.

105. Sheila R. Duwadi; Michael A. Ritter Timber bridges in the United States. Pp 32-40 in Public roads Winter 1997, Vol 60, No.3.

106. Sheila R. Duwadi; Michael A. Ritter; Edward Cesa Wood in Transportation Program. Pp 310-315 in Transportation Research Record No. 1696, Vol.1. Fifth International Bridge Engineering Conference, 3-5 April 2000, Tampa, Florida.

107. ГОСТ 1145 80 Шурупы с потайной головкой. Конструкция и размеры - М.: Изд-во стандартов, 1981.

108. ГОСТ 4028 63* Гвозди строительные - М.: Изд-во стандартов, 1964.

109. ГОСТ 8486 86*Е Пиломатериалы хвойных пород. Технические условия - М.: Изд-во стандартов, 1987.

110. ГОСТ 16483.0 89 Древесина. Общие требования к физико-механическим испытаниям. - М.: Изд-во стандартов, 1989.

111. ГОСТ 16483.9 73 Древесина. Методы определения модуля упругости при статическом изгибе. -М.: Изд-во стандартов, 1974.

112. ГОСТ 16483.24 73 Древесина. Метод определения модуля упругости при сжатии вдоль волокон. - М.: Изд-во стандартов, 1974.

113. ГОСТ 16483.25 73 Древесина. Метод определения модуля упругости при сжатии поперёк волокон. - М.: Изд-во стандартов, 1974.

114. ГОСТ 16483.29 73 Древесина. Метод определения коэффициентов поперечной деформации. - М.: Изд-во стандартов, 1974.

115. ГОСТ 16483.30 73 Древесина. Метод определения модулей сдвига. - М.: Изд-во стандартов, 1974.

116. ГОСТ 20850 84 Конструкции деревянные клееные. Общие технические условия. - М.: Изд-во стандартов, 1985.

117. ГОСТ 25884 83 Конструкции деревянные клееные. Метод определения прочности клеевых соединений при послойном скалывании. - М.: Изд-во стандартов, 1984.

118. Пат. Яи 2169812 С1, МПК7 Е 01 Д 2/04. Дощато-гвоздевое пролётное строение / В. А. Уткин, В. И. Пузиков (РФ). Заявлено. 08.10.1999; Опубликовано. 27.06.2001.

119. Пат. 1Ш 2204644 С2, МПК7 Е 01 Д 2/00, 2/04. Дощато-клееное пролётное строение / В. А. Уткин, В. И. Пузиков, П. Н. Кобзев (РФ). Заявлено. 23.05.2001; Опубликовано. 20.05.2003.