Естественные и технические науки, № 4, 2015
Строительство и архитектура
Строительные конструкции, здания и сооружения
Бойтемиров Ф.А., кандидат технических наук, профессор Московского государственного строительного университета
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ДЕРЕВЯННЫХ АРМИРОВАННЫХ БАЛОК
В УСЛОВИЯХ ЧУКОТКИ
Приводятся результаты экспериментального исследования напряженно-деформированного состояния деревянных балок, армированных стальной арматурой, при длительном воздействии статической нагрузки в жестких метеорологических условиях. Исследование показало надежность работы армированных балок в течение 270 дней в условиях низких температур Чукотки. Кроме того оно показало, что армирование существенно снижает влияние допустимых природных пороков цельной древесины хвойных пород.
Ключевые слова: балка, эпоксидный компаунд, стальная арматура, статическая нагрузка, длительная нагрузка, температура, изгибная жесткость, деформации, напряжения, максимальная нагрузка, пороки древесины.
THE STUDY OF WOOD REINFORCED BEAMS IN TERMS OF CHUKOTKA
The results of experimental studies of the stress-strain state of the wooden beams reinforced by steel re-bar, prolonged exposure to static loads in the same resource meteorological conditions. The study showed the reliability of reinforced beams within 270 days at low temperatures Chukotka. In addition, it showed that the reinforcement significantly reduces the impact of a valid natural vices solid wood of coniferous breeds.
Key words: beam, epoxy compound, steel reinforcement, the static ones Skye load, long load, temperature, Flexural rigidity, the deformation information, voltage, maximum load, wood defects.
Актуальной проблемой, возникающей в процессе освоения отдаленных районов Крайнего Севера, является повышение эффективности применения деревянных конструкций в сборно-разборном строительстве. Повысить прочность и жесткость деревянных балок, а также облегчить их транспортабельность и монтаж можно вклеивая стальную арматуру в наиболее напряженных зонах. Однако возникают опасения относительно надежности деревянных армированных конструкций при эксплуатации в условиях действия низких температур ввиду различия термических свойств стали и древесины. С целью определения возможности применения деревянных балок, армированных стальной арматурой при длительном воздействии нагрузок в условиях низких температур были проведены исследования в одном из поселков Чукотки с жесткими метеорологическими условиями.
Исследование проводилось на брусчатых балках из древесины сосны сечением 100х170 мм и пролетом 4,9м. В качестве клея применялся эпоксидный компаунд холодного отверждения, приготовленный на основе эпоксидной смолы ЭД-6, полиэтиленпо-лиамина, полиэфира и портландцемента. Однопролетные балки были армированы симметрично по всей длине двумя стержнями периодического профиля диаметром 14 мм, вклеенными в предварительно выбранные пазы прямоугольной формы с помощью эпоксидного компаунда.
Испытательная нагрузка на балки составила 93% от расчетной. Экспериментальные балки в течение 175 дней находились под нагрузкой при минусовой температуре, кото-
Естественные и технические науки, № 4, 2015
рая в отдельные периоды опускалась до - 45...50оС и сохранялась в течение двух недель. Время экспозиции балок под нагрузкой составляло 270 дней. В процессе эксперимента производились замеры прогибов и относительных деформаций сжатой и растянутой граней брусьев, а также деформаций в обоих арматурных стержнях.
Анализ результатов измерений показал, что после приложения нагрузки напряжения в краевых волокнах древесины и арматурных стержнях оказались близки теоретическим значениям. Теоретические значения напряжений определялись из условия, что материалы работают упруго, а изгибающий момент воспринимается древесиной и арматурой пропорционально изгибным жесткостям их поперечных сечений.
Испытание балок длительной нагрузкой выявили перераспределение усилий. Краевые нормальные напряжения в сжатой зоне балок возросли на 40%, а в растянутой -уменьшились на 25%. В тоже время усилие в сжатом арматурном стержне увеличилось на 23%, а в растянутом - на 6%. При этом необходимо отметить, что на величины конечных значений напряжений определенное влияние оказал перепад температур воздуха в начале (-38 оС) и в конце (+2 оС) испытания, вызвавший дополнительные напряжения сжатия в арматуре и растяжения в древесине. Вертикальная деформация ползучести армированных балок составляла в среднем 19% от величины их полного прогиба.
По завершению длительных испытаний экспериментальные балки были разгружены, а затем сделана попытка довести их до разрушения под воздействием кратковременно действующей статической нагрузки. Однако все три пары балок разрушить не удалось из-за опасности потери устойчивости штучных грузов на грузовых площадках. При этом достигнутая максимальная нагрузка на пару балок составила 190% величины расчетной нагрузки.
Проведенное исследование показало надежность работы запроектированных армированных балок в течение всего срока в условиях низких температур Крайнего Севера. Кроме того оно показало, что армирование существенно снижает влияние таких допустимых природных пороков цельной древесины, как сучки и трещины. Несмотря на то, что их количество и размеры в экспериментальных образцах было больше, чем в лесоматериале, используемом для строительных целей, пороки древесины не явились причиной разрушения армированных балок.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бойтемиров Ф.А. Конструкции из дерева и пластмасс; - М.: Издательский центр "Академия", 2013.
2. Бойтемиров Ф.А. Экспериментальное исследование совместной работы вклеенных стальных стержней в деревянных конструкциях. «Научное обозрение», 2014, № 7, с.214-218.
3. Бондин В.Ф. Изгиб вязкоупругого армированного бруса при сложных нагружени-ях. «Известия вузов. Строительство», 2000, № 6, с. 17-25.
4. ГОСТ 10587-81. Эпоксидно-диановая неотвержденная смола марки ЭД-20.
5. ГОСТ 5781-82. Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций.
6. СП 64. 13330.2011. Деревянные конструкции. Ранее: СНиП 11-25-80 Актуализированная редакция. Утв. Приказом Минрегиона РФ от 27.12.2010 № 780.
7. Рекомендации по испытанию соединений деревянных конструкций. / ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко. М.: Стройиздат, 1980.
8. Фриштер Л.Ю. Анализ методов исследования локального напряженно-деформированного состояния в зонах концентрации напряжений. «Вестник МГСУ», 2008, №3, с.38-44.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.