ESTIMATE OF WOODEN GLULAM BEAMS EXTERNALLY REINFORCED BY METAL TOOTHED PLATES
Authors: Лабудин Б.В. , Попов Е.В. , Сопилов В.В. , Никитина Т.А. , Русланова А.В. , Фукалов А.А. , Кощеев А.А. 
Published: July 2024

Анализ многочисленных отечественных и зарубежных исследований в области усиления деревянных балок и деревоклееных конструкций показал, что для создания композитных деревянных конструкций широко используются методы армирования с помощью стальной проволоки, стальных и стеклопластиковых стержневых элементов и жесткой арматуры в виде швеллеров. Такие способы армирования являются либо нетехнологичными и достаточно сложными в исполнении, либо не позволяют создать предварительного напряжения, что необходимо при усилении существующих балок без их предварительной разгрузки. Основным элементом предлагаемой в статье технологии усиления деревянных изгибаемых балочных конструкций является внешнее армирование на основе металлической зубчатой пластины, представляющей из себя стальную полосу с выштампованными, отогнутыми перпендикулярно зубьями. Для существенного увеличения прочностных и деформационных характеристик изгибаемого элемента данный способ армирования может быть выполнен с двух сторон: в сжатой и растянутой зонах. На основании теории расчета составных стержней А. Р. Ржаницына предложена методика расчета деревянных балок, усиленных металлическими зубчатыми пластинами (МЗП), расположенными на участке пролета, с учетом податливости соединения на границе «балка–пластина» и величины растянутой зоны балки пластиной при создании в ней предварительного напряжения перед запрессовкой. Произведен расчет балки, усиленной МЗП, установленной симметрично в середине пролета со стороны растянутой зоны поперечного сечения, произведены вычисления краевых напряжений в сжатой и растянутой зонах, а также вертикальных перемещений балки. Рассмотрены два типа металлических зубчатых пластин, отличающихся толщиной основы, а также величиной и формой зубьев. Сформулированы выводы о влиянии типа пластин, длины усиливаемого участка балки и величины предварительного напряжения на увеличение прочностных и деформационных характеристик усиливаемого элемента.

The analysis of numerous national and international research results in the field of strengthening wooden beams and wooden glulam structures has revealed that reinforcement methods using steel wire, steel and fiberglass rods and rigid C-shape reinforcement are widely used to create composite wooden structures. Such methods of reinforcement are either low-tech and rather complicated, or do not allow creating prestress, which is necessary when reinforcing existing beams without their preliminary unloading. The main element of the technology proposed in the article for reinforcement wooden beams is an external reinforcement based on a metal toothed plate, which is a steel strip with stamped, forward-bent perpendicularly teeth. If it is necessary to significantly increase the strength and deformation characteristics of a bending element, this method of reinforcement can be performed from two sides: in a compressed and stretched zone. A method for calculating wooden beams reinforced with metal toothed plates (MTP) located on the plot of the span propose following the theory of calculating composite rods by A.R. Rzhanitsyn, taking into account the ductility of the connection at the “beam-plate” border and the size of the stretched zone of the beam by the plate when creation in it prestressing it before pressing. The beam, reinforced with the MTP, installed symmetrically in the middle of the span from the side of the stretched zone of the cross-section, has been calculated including the edge stresses in the compressed and stretched zones, as well as vertical displacements of the beam. Two types of metal toothed plates, differing in the thickness of the base, as well as the size and shape of the teeth have been considered. Conclusions have been formulated about the influence of the type of plates, the length of the reinforced section of the beam and the magnitude of the prestress on the increase in the strength and characteristics of deformation in a reinforced element.