ВПЛИВ ТРИВАЛОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ на несучу здатність дерев'яних ЕЛЕМЕНТІВ

Зморшків А.А., 1 Кереб С.А., 2 Дубрак С.В.3

1ORCID: 0000-0002-1524-0555, Кандидат технічних наук, 2ORCID: 0000-0002-9980-9867, 3ORCID: 0000-0001-5567-0114, Південно-Західний державний університет

ВПЛИВ ТРИВАЛОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ на несучу здатність дерев'яних ЕЛЕМЕНТІВ

анотація

У статті розглянуті підходи щодо визначення несучої здатності довгостроково експлуатованих згинаються і стиснутих елементів. Показано, що несуча здатність залежить від температурно-вологісних умов експлуатації і тривалості програми експлуатаційного навантаження. Отримані залежності базуються на багаторічних експериментальних дослідженнях дерев'яних елементів і досвіду обстеження будівельних конструкцій. Запропоновані формули дозволяють оцінити технічний стан конструкцій з деревини при їх тривалої експлуатації.

Ключові слова: тривала експлуатація, технічний стан, перевірочні розрахунки, несуча здатність.

Smorchkov A. A., 1 Kereb S .А., 2 Dubrakov S. V .3

1ORCID: 0000-0002-1524-0555, PhD in Engineering, 2ORCID: 0000-0002-9980-9867, 3ORCID: 0000-0001-5567-0114, South-West State University

THE INFLUENCE OF CONTINUOUS EXPLOITATION ON THE BEARING CAPACITY OF WOODEN ELEMENTS

Abstract

In the article the approaches to definition of bearing capacity of long -operated bending and compression elements. It is shown that the bearing capacity depends on the temperature and humidity conditions of operation and duration of application of the operational load . The obtained dependences are based on years of experimental studies of wooden elements and experience of inspection of building structures . The proposed formulas allow to evaluate the technical condition of structures of wood with their long -term operation.

Keywords: long-term operation, technical condition, check calculations, bearing capacity.

Клеєні дерев'яні конструкції мають більшу питому міцність, яку можна порівняти з міцністю стали, що дозволяє створювати легкі конструктивні системи високої несучої здатності при незначній масі на 1 м2 перекривається площі.

Масовими несучими конструкціями з клеєної деревини індустріального виготовлення є балки, ферми, рами, а також просторові конструкції - купола (ребристі, ребристо-кільцеві, сітчасті і т.п.), оболонки і т.п.

Ці конструкції відчувають напруги від вигину, стиску або їх комбінацій, що може викликати втрату стійкості (стійкість плоскої форми деформування при згині або при стисненні з вигином, стійкість при стисненні).

Оцінку технічного стану тривало експлуатованих конструкцій з деревини проводять за результатами перевірочних розрахунків, використовуючи дані при їх обстеженні: геометричні параметри елементів з урахуванням дефектів і пошкоджень; механічні і деформаційні характеристики матеріалу; величини навантажень і характеристики впливів.

Деревина є анізотропним матеріалом з реономнимі властивостями. Залежність механічних і деформаційних властивостей від вологості, температури, тривалості навантаження викликає необхідність в коректуванні основних формул чинного нормативного документа [1].

Метою цієї роботи є використання нових знань в оцінці несучої здатності елементів будівельних конструкцій з деревини після їх тривалої експлуатації.

Несучу здатність елементів, що працюють на вигин, з умови міцності за нормальними напруженням, можна визначити за формулою:

, (1)

де - міцність деревини при вигині (за результатами випробувань зразків відібраних певним чином з експлуатованої конструкції); - момент опору перерізу з урахуванням дефектів і пошкоджень.

Несучу здатність елементів, що працюють на вигин з умови стійкості плоскої форми деформування, можна визначити за формулою:

, (2)

де і - см. Формулу (1); - коефіцієнт стійкості плоскої форми деформування.

Величину коефіцієнта при тривалій експлуатації слід визначати за формулою:

, (3)

де , - модуль деформацій і міцність деревини на стиск з урахуванням вологісного впливу середовища і тривалості експлуатації; , , - довжина елемента, висота і ширина перетину відповідно; - коефіцієнт форми епюри згинального моменту [1].

В існуючих нормах [1] співвідношення . За даними досліджень Б.Є. Родина [2] і А.М. Іванова [3] відношення необхідно приймати з урахуванням вологості і тривалості прикладання навантаження (див. рис. 1).

Рис. 1 - Графік залежності від вологості ω при короткочасному (1) і тривалому навантаженні (2) (відкориговані авторами статті)

У балках з співвідношенням несуча здатність лімітується міцністю на сколювання в опорних зонах [4].

Несучу здатність елементів, що працюють на вигин з умови забезпечення міцності по дотичним напруженням, можна визначити за формулою:

, (4)

де - міцність деревини на сколювання (за результатами випробувань зразків відібраних певним чином з експлуатованої конструкції); і - момент інерції і статичний момент з урахуванням дефектів і пошкоджень; інші позначення наведені в формулах (1), (2) і (3).

Умова міцності згинаного елемента виконується, якщо мінімальний згинальний момент з трьох значень: , і буде більше максимального згинального моменту в конструкції від діючих навантажень в реальному розрахункової ситуації, тобто .:

, (5)

де М g - максимальний згинальний момент в конструкції від діючих навантажень в реальному розрахункової ситуації.

На величину прогину елементів з деревини впливають фактори, які не враховуються в сучасній нормативній літературі [1].

По-перше, величина граничного прогину по СП 20.13330.2011 [6] встановлюється тільки в залежності від довжини прольоту.

Авторські дослідження показують, що поряд з урахуванням відносини , Необхідно диференційовано підходити до величини граничного прогину в залежності від ставлення l / h (див. Табл. 1) [4].

Таблиця 1 - Відносні граничні прогини елементів при короткочасному і тривалому навантаженнях

Ставлення l / h σ, МПа Граничні величини прогинів - (f / lp) короткочасні тривалі l / h≤8.0 5,0 1/1250 1/1460 10,0 1/620 1/500 15,0 1/420 1/290 l / h≥8.0 5,0 1/710 1/630 10,0 1/350 1/340 15,0 1/240 1/160

Примітка: σ - напруга в елементі.

По-друге, відношення модуля пружності до модуля зсуву не є постійним, як прийнято по СП 64.13330.2011 [1], а залежить від сорту деревини (див. Табл. 2) [4].

Таблиця 2 - Ставлення модуля деформації і зсуву в залежності від сорту деревини

Несучу здатність стиснутих елементів можна визначити за формулою:

, (6)

де - міцність деревини при стисканні (за результатами випробувань); - площа перерізу елемента з урахуванням дефектів і пошкоджень; - коефіцієнта поздовжнього вигину.

Як показують дослідження Л.П. Дроздової [5], величина критичної напруги при стисненні залежить від гнучкості елемента і тривалості прикладання навантаження.

Для тривало експлуатованих конструкцій, з урахуванням [2], [3] і [5], коефіцієнт слід визначати за формулою:

, (7)

де - коефіцієнт, що враховує тривалість навантаження конструкції [5]; tе - час експлуатації, с.

Умова стійкості стиснутого елемента виконується, якщо

, (8)

де - максимальна стискаюча сила від діючих навантажень; - см. Формулу (6).

література

1. СП 64.133330.2011. Дерев'яні конструкції. Актуалізована редакція СНиП II-25-80. [Текст]. - Мінрегіон Росії, 2011. - 88 с.
2. Родін, Б.Є. Методика розрахунку на поздовжній вигин дерев'яних стрижнів з урахуванням вологості і різного ставлення модуля пружності деревини до межі її міцності на осьовий стиск. [Текст] / Б.Є. Родін // Питання міцності, довговічності і деформативності деревини і конструкційних пластмас. - МІСД, 1981. - С. 7-13.
3. Іванов, А.М. Розрахунок елементів дерев'яних конструкцій з урахуванням тривалості впливу навантаження. [Текст]. Воронеж: Висі, 1957. - 71 с.
4. Горностаєв С.І. Питання безпеки будівельних конструкцій з композиційних матеріалів / С.І. Горностаєв [и др.] - Курськ .: ТОВ "Планета +", 2015. - 156 с.
5. Дроздова, Л.П. Стійкість цілісних центрально-стиснутих елементів дерев'яних конструкцій при тривалому навантаженні: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.23.01 / Л.П.Дроздова. - М. 1978. - 18с.
6. СП 20.13330.2011. Навантаження і впливи. Актуалізована редакція СНиП 2.01.07-85 *. [Текст]. - Мінрегіон Росії, 2011. - 85 с.

References

1. SP 64.133330.2011. A wooden structure. The updated edition of SNiP II-25-80. [Text]. - Minregion Of Russia, 2011. - 88 p.
2. Rodin, BE The Method of calculating the longitudinal bending wooden rods with the humidity and different relations of modulus of elasticity of wood to the limit of her strength for axial compression. [Text] / BE Rodin // strength, durability and deformability of wood and structural plastics. - IISS, 1981. - P. 7-13.
3. Ivanov, AM Calculation of elements of wooden structures, taking into account the duration of the impact load. [Text]. Voronezh: VISI, 1957. - 71 S.
4. Gornostayev SI security Issues building structures from composite materials / SI Gornostaev [et al.] - Kursk .: OOO Planeta + ", 2015. - 156 p.
5. Drozdovа, LP Stability one-piece Central compressed elements of wooden structures for long-term stress: author. dis. ... candidate. tekhn. Sciences: 05.23.01 / LP Drozdovа. - M. 1978. - 18s.
6. SP 20.13330.2011. Loads and impacts. The updated edition of SNiP 2.01.07-85 *. [Text]. - The Ministry Of Regional Development, 2011. 85 p.