NUMERICAL ANALYSIS OF NODES OF SOLID-WOOD TRUSSES ON STEEL GLUED FLAT RODS
Authors: Лисицкий И.И. , Жаданов В.И. 
Published: July 2024

Деревянные ферменные конструкции находят широкое применение как в отечественном, так и в зарубежном строительстве. Процесс их совершенствования неразрывно связан с разработкой новых типов узловых соединений, обеспечивающих повышение несущей способности и жесткости ферм. Достичь существенного эффекта в этом направлении возможно за счет применения в узлах ферм новых типов соединительных элементов, к которым относятся и стальные вклеенные плоские стержни. Однако до настоящего времени особенности их работы в узлах деревянных ферм не изучены. В статье рассмотрены вопросы исследования численными методами, при помощи программного комплекса ANSYS, напряженно-деформированного состояния узлов цельнодеревянных ферм, выполненных на стальных вклеенных плоских стержнях. Приведены параметры моделей узловых соединений, разработанных для проведения исследований. Выполнена оценка степени влияния на напряженно-деформированное состояние узлового соединения направления действия усилия на соединительный элемент относительно волокон древесины. При проведении исследований рассматривали варианты приложения силы вдоль, поперек и под углом к волокнам древесины. Также в расчетах в качестве варьируемых параметров были приняты длина вклеиваемого стержня, его ширина и толщина. Результаты, полученные численными методами, показали хорошую сходимость с ранее проведенными натурными испытаниями образцов стыков растянутого пояса деревянных ферм, что подтвердило адекватность разработанных расчетных моделей. В результате численных расчетов и опытно-конструкторских разработок определены оптимальные геометрические параметры вклеиваемых элементов, к которым относятся толщина плоского стержня 4-8 мм, его ширина 40-100 мм и длина вклеиваемой части, зависящая от ширины фасонки, выполняющей функцию объединения соединяемых стержней фермы в единый шарнирный узел. Выявлено, что жесткость соединения зависит от угла приложения силы к вклеенному стержню по отношению к волокнам древесины. При одинаковых параметрах наибольшей степенью жесткости отличаются узлы, в которых усилие направлено вдоль волокон древесины, наименьшей – поперек волокон. Показано, что во всех случаях соединения на стальных вклеенных плоских стержнях отличаются высокой жесткостью по сравнению с известными конструктивными решениями узлов ферм.

Wooden trusses are widely used in construction in our country and abroad. The process of their improvement is inextricably linked with the development of new types of nodal joints that ensure the increased load-bearing capacity and rigidity of trusses. This can be effective provided the new types of connecting elements in the truss nodes are used. It is also true for steel glued flat rods. However, the features of their work in the nodes of wooden trusses are currently understudied. The paper considers stress-strain condition of the nodes of solid-wood trusses made on steel glued flat rods by numerical methods using the ANSYS software package. The parameters of the nodal connection models developed for the research are provided. The authors analyse the degree of force influence on the connecting element relative to the wood fibers on the stressstrain condition of the nodal joint. In the process of research the options for applying force along, across, and at an angle to the wood fibers have been studied. Such parameters and the length of the glued rod, its width and thickness were taken as variables in the research. The results obtained by numerical methods demonstrated good convergence with the previously conducted field tests of joints of the stretched belt of wooden trusses, which validated accuracy and adequacy of the developed computational models. As a result of numerical calculations and experimental developments the optimal geometric parameters of individual elements have been obtained. These include the thickness of the flat rod of 4-8 mm, its width of 40 to 100 mm and the length of individual parts depending on the width of connection plate that functions as a connecting unit for the rod trusses to be assembled into one hinge joint. It has been found out that the stiffness of the joint depends on the angle of application of force to the glued rod in relation to the wood fibers. With the same parameters, the nodes in which the force is directed along the wood fibers are characterized by the highest degree of rigidity, and the lowest – across the fibers. It has been demonstrated that in all cases, the joints on steel glued flat rods are characterized by high rigidity in comparison with the known structural solutions of truss assemblies.