Прочность и деформативность клееных армированных деревянных конструкций при длительном действии нагрузки (12.10.2009)

Автор: Рощина Светлана Ивановна

Рис. 6. Зависимость изменения прогибов элементов арок

от времени действия нагрузки

Установлено что, длительная прочность сжато-изгибаемых армированных деревянных конструкций согласуется с общими временными закономерностями изменения прочности древесины.

за счет арматуры и деревянной не разрушенной части сечения.

Рост деформаций последействия в арках при длительном действии нагрузки, близкой к расчетной эксплуатационной, практически прекращается через 60 – 80 суток, что на 20 – 23 % ниже, чем у неармированных (рис. 6).

С течением времени под нагрузкой в армированных деревянных элементах происходит перераспределение усилий, ведущее к снижению напряжений в древесине и росту их в арматуре на 15 ... 30 %. Этот факт указывает на большую эффективность армированных конструкций, чем обычных, т. к. происходит разгружение древесины, наиболее слабого материала комплексной конструкции.

Предлагаемый метод расчета позволяет определить напряженно-деформированное состояние сжато-изгибаемых элементов в любой момент времени.

Сжато - изгибаемые армированные деревянные элементы имеют несущую способность в 2,5-3 раза превышающую несущую способность неармированных.

Остаточная прочность деревянных армированных сжато-изгибаемых элементов после испытаний длительно действующей нагрузкой составляет 94 ... 99 % от начальной, а у контрольных (неармированных) – 80 ... 87 %.

В шестой главе приведены результаты экспериментальных исследований трехслойных панелей с армированным деревянным каркасам.

В практике строительства в качестве несущих ребер каркаса панелей, прогонов и т.п. используются армированные балки малой высоты сечения, равной 1/25…1/40 пролета, работ которых изучена недостаточно. С целью определения характера изменения напряженно-деформированного состояния таких предельно низких балок были проведены испытания панелей покрытия с армированным деревянным каркасом.

Были изготовлены и испытаны 3 панели размером 1,5 * 6 м с нижней обшивкой из ЦСП толщиной 10мм и ребрами каркаса сечением 50 * 150 мм, армированные симметрично 2(14 мм А-III, под кровлю из профнастила или асбестоцементных волнистых листов. Соединение обшивок с элементами каркаса осуществлялось на податливых связях – оцинкованных шурупах 4 *50 мм.

Нормативная нагрузка создавалась штучными грузами и равномерно распределилась по верхней плоскости панелей.

Испытания проводились в лаборатории ВлГУ, где поддерживался постоянный температурно-влажностный режим.

В процессе испытаний фиксировались прогибы панелей и относительные деформации арматуры и древесины.

Основные результаты испытаний панелей приведены в таблице 4.

Получена зависимость, учитывающая характер перераспределения усилий между арматурой и древесиной во времени для армированных деревянных элементов каркаса панелей покрытия.

В результате перераспределения усилий между арматурой и древесиной элементов каркаса при длительном действии нагрузки напряжения в арматуре увеличились в среднем на 23 %, а в древесине уменьшались на 17 %.

Установлено, что для армированных деревянных изгибаемых элементов с относительной высотой сечения равной 1/40 пролета характеристика ползучести (t в среднем на 17% выше чем у элементов с высотой сечения 1/17…1/20 пролета и составляет 0,210.

Прирост деформаций панелей покрытия при длительном действии нормативной нагрузки практически прекращается через 30 – 45 суток после загружения, что характерно для балок с высоким (более 3%) коэффициентом армирования.

Панели покрытия с армированным деревянным каркасом обладают повышенной надежностью против обрушения, поскольку даже после разрыва растянутых волокон древесины ребер жесткости сохраняется целостность сцепления арматуры с древесиной, и плиты способны выдерживать нагрузку, составляющую 0,2...0,3 от разрушающей, т. е. близкую к нормативной нагрузке.

Разработана методика расчета армированных деревянных элементов каркаса панелей покрытия с высотой сечения 1/25…1/40 пролета с учетом длительного действия нагрузки. Для практических расчетов предложены формулы, отражающие установившееся напряженно-деформированное состояние при длительном действии нагрузки.

Таблица 4

Результаты испытаний плит нормальной длительно-действующей нагрузкой

Обозначение

панелей Временное сопротивле-ние

, МПа Относительные деформации, х 10-6 Прогиб, мм

П-1 489 581 711 598 758 548 679 560 701 20,3 28,1 24,8 0,221

П-2 504 533 695 540 731 519 668 556 687 19,5 28,1 23,6 0,210

П-3 521 496 703 512 719 465 660 478 652 19,9 28,1 23,9 0,201

Примечание: приведены средние значения относительных деформаций.

1. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований решен комплекс научно обоснованных вопросов прочности и деформативности армированных деревянных конструкций при длительно действующей нагрузке. Показана необходимость в новом подходе к определению прочности, деформативности, долговечности и надежности армированных деревянных конструкций, основанные на концепции комплексного влияния реологии древесины, характера и вида напряженно – деформированного состояния.

Экспериментально исследованы прочностные и деформационные свойства армированных деревянных конструкций при длительных силовых воздействиях. Результаты исследования внедрены в производство и проектную практику.

2. Установлены обобщенные закономерности сопротивления армированных деревянных конструкций при длительных силовых воздействиях. Показано, что влияние длительных силовых воздействий необходимо учитывать при эксплуатации. Результаты длительных испытаний несущих армированных деревянных конструкций при изгибе и сжатии с изгибом доказали возможность использования полученных зависимостей для прогнозирования напряженно-деформированного состояния во времени и надежности с учетом перераспределения усилий, при котором происходит разгружение древесины и передача части усилий арматуре. Установлено определяющее влияние относительной высоты сечения армированных деревянных конструкций, коэффициента армирования и уровня напряжений на развитие деформаций ползучести и изменение напряженно-деформированного состояния.

3. Проведены экспериментальные исследования армированных деревянных конструкций при изгибе и сжатии с изгибом при длительном действии нагрузки близкой к эксплуатационной, которые позволили установить влияние относительной высоты сечения и коэффициента армирования на деформативность армированных деревянных конструкций при длительно действующей нагрузке и придти к выводу, что деформативность армированных деревянных конструкций при этом значительно ниже чем обычных деревянных конструкций. При этом армированные деревянные конструкции обладают более высокой надежностью против обрушения.

4. В результате проведенных теоретических и численных исследований основанных на классических зависимостях теории ползучести и теории надежности зданий и сооружений установлены закономерности влияния геометрических параметров и коэффициента армирования на напряженно-деформированное состояние армированных деревянных конструкций.

5. разработан прикладной метод расчета армированных деревянных конструкций, учитывающий ползучесть древесины при длительном действии нагрузки.

Предложенный метод расчета в сочетании с системой коэффициентов влияния, учитывающих условия работы армированных деревянных конструкций во времени, позволяет определить напряженно-деформированное состояние в любой момент времени, что дает возможность обеспечивать требуемую долговечность зданий и сооружений на стадии их проектирования.

6. Комплексные экспериментальные исследования натурных конструкций и моделей армированных деревянных конструкций при длительных нагрузках, а также наблюдения за армированными деревянными конструкциями в процессе эксплуатации, подтвердили основные положения разработанного метода расчета, а также достоверность теоретических предпосылок, принятых при проектировании и обоснованность способов реализации принципов конструирования, что согласуется с проведенной статистической обработкой результатов полученных в настоящей работе автором и данными ранее приведенных исследований армированных деревянных конструкций.

7. Результаты выполненных исследований являются основой для разработки раздела действующей главы СНиП «Деревянные конструкции» и СТО «Деревянные и цельнодеревянные конструкции». Материалы исследований использованы при разработке и проектирования опытных армированных деревянных конструкций, в экспериментальном строительстве и учебном процессе.


загрузка...