Экспериментальные исследования клееных деревянных армированных балок

УДК 624.011.1

Устарханов О.М.1, Калиева М.Х.2 ©

Д.т.н., профессор; преподаватель.

Дагестанский государственный технический университет, Махачкала

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КЛЕЕНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ

АРМИРОВАННЫХ БАЛОК

Ustarkhanov Osman

doctor of technical Sciences, professor of the Dagestan state technical University, Makhachkala

Madina Kalieva

lecturer of the Dagestan state technical University, Makhachkala EXPERIMENTAL STUDIES LAMINATED WOOD BEAMS REINFORCED

Аннотация

Цель исследования заключалась в определении эффективности клееных деревянных балок со специально расположенной стальной арматурой. Были проведены теоретические и экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния армированных дощатоклееных балок. Результаты исследований в статье приведены в виде графических зависимостей.

Ключевые слова: клееная деревянная армированная балка, экспериментальные исследования, стальная арматура, напряжения, деформации, прогибы, графические

зависимости.

Summary

The purpose of the study was to determine the effectiveness of glued laminated wood beams with a specially located steel reinforcement. Were carried out theoretical and experimental investigations of stress-strain state of reinforced glulam beams. The results of the research in the article in the form of graphical dependencies.

Keywords: laminated wood reinforced beam, experimental research, steel reinforcement, stress, deformation, deflections, graphical dependences.

Широкому применению дощатоклееных балок препятствует то, что большинство клееных конструкций являются весьма дорогостоящими, материалоёмкими и энергоёмкими строительными изделиями. А иногда перед проектировщиками стоит задача уменьшить высоту сечения элемента при сохранении несущей способности конструкции. В некоторых случаях возникает вопрос, связанный с увеличением действующей нагрузки в процессе эксплуатации, а это требует разработки проекта усиления конструкции, что связанно с дополнительными расходами. В предложенном нами варианте армирования дощатоклеенной балки специальным способом позволяет решить эти задачи (рис.1).

Для проверки эффективности представленных балок нами были проведены экспериментальные исследования. С этой целью были изготовлены 2 серии образцов. Первая серия образцов представляла собой дощатоклееные неармированные балки. Вторая серия образцов представляла собой дощатоклееные балки армированные специальным способом. Размеры представленных образцов были следующие:

1 серия дощатоклееных балок была представлена в двух вариантах, по 8 образцов в каждом:

© Устарханов О.М., Калиева М.Х., 2015 г.

балка Б-1 с размерами: b=2,8 см; h =4 см; Ь=50см; балка Б-2 с размерами: b=2,8 см; h =2 см; Ь=50см.

2 серия дощатоклееных армированных балок представлена в двух вариантах, по 8 образцов в каждом:

балка Б-1* с размерами: b=2,8 см; h =4 см; Ь=50см; балка Б-2* с размерами: b=2,8 см; h=2 см; Ь=50см; где b, h - размеры поперечного сечения; L - длина.

Дощатоклееная балка изготавливается путем соединения между собой n-го количества слоев пиломатериала. Слои между собой соединялись с помощью клея на основе хлоропреновых каучуков, фенолформальдегидных смол. Толщина клеевого шва составляет 0,1...0,3 мм. Клей наносился на предварительно очищенную и обезжиренную поверхность. Собранный пакет обжимался на прессе и выдерживался 24 часа. 2 серия образцов изготавливалась таким же образом и таких же размеров, которые армировались специальным способом.

1- наклонная арматура; 2 - горизонтальная арматура

В армированных балках арматура представляла собой гладкий стержень б=2мм. При этом наклонная арматура находилась в теле балки (рис.1., поз.1), горизонтальная арматура располагалась на определенном расстоянии от нижней поверхности балки (рис. 1 .,поз.2).

Эксперименты проводились на установке показанной на рисунке 2.

При помощи этой установки (рис.2) дощатоклееные балки нагружались равномерно распределенной нагрузкой. Рассматривались 2 случая:

1) Однопролетная балка шарнирно - закрепленная.

2) Однопролетная балка защемленная с обоих концов.

В процессе эксперимента определялись напряжения в балке при помощи тензорезисторов типа ПКБ с базой 20мм, а так же прогибов при помощи датчиков часового типа ИЧ.

Рис. 2. Установка для испытания образцов на действие равномерно распределенной нагрузки

1 - установка для защемления балочного элемента и обеспечения равномерности распределения нагрузки; 2- балочный элемент; 3 - камера; 4 - компрессор ; 5 - манометр; 6 - индикатор часового типа; 7 - тензодатчики; 8 - измерительный комплекс; 9 - редуктор; 10 - металлическая плита.

Тензорезистор наклеивались в растянутой зоне балки в трех точках как показано на рис.9., в этих же точках закреплялись и индикаторы часового типа:

Рис. 3. Схема расположения индикаторов часового типа и тензорезисторов

Для определения перемещений использовались три индикатора часового типа

Рис. 4. Расположение индикаторов часового типа на экспериментальных образцах

Нагрузка создавалась при помощи воздуха, нагнетаемого в камеру компрессором и измерялась образцовым манометром типа ОБМ-1. Камера располагалась между металлической плитой и экспериментальной балкой (см.рис.2).

По результатам обработки экспериментальных данных были построены графики зависимости прогибов от нагрузки которые, показанных на рис. 5^8. Графики теоретических зависимостей были построены при помощи уравнений прогибов.

Рис.5. Экспериментальные графики зависимости прогибов f от нагрузки q в шарнирно-опертых(а) и защемленных(б) балках серий Б-1 и Б-1*

1 - график прогибов в балке Б-1(неармированной) в середине пролета;

2 - график прогибов в балке Б-1(неармированной) на расстоянии 10см от опоры;

1*- график прогибов в балке Б-1*(армированной) в середине пролета;

2*- график прогибов в балке Б-1*(армированной) на расстоянии 10см от опоры;

Рис. 6. Экспериментальные графики зависимости прогибов f от нагрузки q в шарнирно-

опертых(а) и защемленных(б) балках серий Б-2 и Б-2*

1 - график прогибов в балке Б-2(неармированной) в середине пролета;

2 - график прогибов в балке Б-2(неармированной) на расстоянии 10см от опоры;

1*- график прогибов в балке Б-2*(армированной) в середине пролета;

2*- график прогибов в балке Б-2*(армированной) на расстоянии 10см от опоры;

а)

Рис. 7. Теоретические графики зависимости прогибов f от нагрузки q в шарнирно-опертых

и защемленных(б) балках серий Б-1 и Б-1*

1 - график прогибов в балке Б-1(неармированной) в середине пролета;

2 - график прогибов в балке Б-1(неармированной) на расстоянии 10см от опоры;

1*- график прогибов в балке Б-1*(армированной) в середине пролета;

2*- график прогибов в балке Б-1*(армированной) на расстоянии 10см от опоры;

Рис. 8. Экспериментальные графики зависимости прогибов f от нагрузки q в шарнирно-

опертых(а) и защемленных(б) балках серий Б-2 и Б-2*

1 - график прогибов в балке Б-2(неармированной) в середине пролета;

2 - график прогибов в балке Б-2(неармированной) на расстоянии 10см от опоры;

1*- график прогибов в балке Б-2*(армированной) в середине пролета;

2*- график прогибов в балке Б-2*(армированной) на расстоянии 10см от опоры;

Выводы:

1. Прогиб в армированных металлическими стержнями балках на 30-40% меньше чем в неармированных балках.

2. Оптимальный процент армирования балок составляет 1-2%.

3. Уменьшение процента армирования до < 1 незначительно увеличивает жесткость

балки.

4. Оптимальное расстояние от опоры по нижней грани до узла соединения наклонной арматуры с горизонтальной составляет 0,2^0,25L.

5. Оптимальное расстояние между нижней гранью дощатой балки до центра тяжести поперечного сечения арматуры составляет (1/7^1/8)йб.

6. Наклонную арматуру находящуюся в теле балки рекомендуется брать периодического профиля, а горизонтальную можно гладкого профиля.

7. Для увеличения несущей способности армированной балки можно использовать возможность натяжения нижней арматуры на упоры. Так, создание обратного прогиба в 1мм позволило увеличить нагрузку на 10^15%.

Литература

1. Щуко В.Ю., Рощина С.И. Клееные армированные деревянные конструкции // Учебное пособие.

- Владимир, ВлГУ, 2008. - 82с.

2. Рощина С.И., Грязнов М.В., Щелокова Т.Н. Экспериментальные исследования армированных деревянных балок. // Современные строительные конструкции из металла и древесины. Часть II.

- Одесса, ОГАСА, 2008. C. 4-8.

3. Рощина С.И. Теоретические методы расчета изгибаемых армированных деревянных конструкций с учетом длительного действия нагрузки на основе теории упругой наследственности / Известия Орел ГТУ. Научный журнал Серия «Строительство». - №2, 2009. С. 34-37.