ДЕРЕВОКОМПОЗИТНАЯ БАЛКА

Полезная модель относится к области строительства, в частности к несущим балкам перекрытия и покрытия зданий и сооружений.
Известна конструкция композитной балки (патент №2365716, E04C 3/292 от 07.03.2008, опубл. 27.08.2009), авторы Ковалев В.Д., Гимбатов В.П., Русанов Г.Г., Шипилов С.В., Напалков А.В. Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в качестве балок перекрытия, прогонов покрытия и поясов металлодеревянных ферм. Деревометаллическая балка выполнена из обработанных антисептиком и антипиреном деревянных продольных накладок, металлического сердечника, двух наружных швеллеров, соединенных воедино с помощью металлических полых нагелей и заклепок точечной сварки. Сердечник состоит из двух металлических швеллеров, соединенных между собой точечной сваркой. Металлический сердечник и наружный швеллер соединены между собой заклепками точечной сварки.
Известен металлодеревянный строительный элемент, содержащий деревянные обкладки, между которыми смонтирована металлическая часть двутаврового сечения с полками и стенкой, и крепежные детали. Полки двутавровой металлической части выполнены в зоне растяжения в виде жестко закрепленных на стенке горизонтальных утолщений, а в зоне сжатия - в виде полосовых накладок, также жестко закрепленных на стенке. Высота металлической части меньше высоты деревянных обкладок, поэтому металлическая часть обжата с боков этими обкладками посредством крепежных деталей, расположенных горизонтально и пропущенных сквозь деревянные обкладки и металлическую часть. Деревянные обкладки обработаны антисептиком и антипиреном, а металлическая часть защищена антикоррозионным покрытием. Стыки деревянных обкладок между собой и с металлической частью закрыты герметиком. Стенка металлической части может быть снабжена выступающими из ее плоскости вертикальными выпуклостями замкнутого профиля. Горизонтальное утолщение стенки металлической части может быть выполнено в виде уголков (Россия, патент 2109893 от 1998 г., МКИ E04C 3/292). Соответственно, недостатком данного технического решения является высокая трудоемкость и стоимость монтажных работ, большой вес готового изделия.
Известна деревянная балка составного сечения, составленная по высоте из двух или нескольких элементов, соединенных на пластинчатых нагелях из твердых пород дерева (В.Е. Шишкин. Деревянные конструкции. - М: Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре и строительным материалам, 1958. - С. 104, рис. 54). Балки состоят по высоте из двух или трех брусьев или окантованных бревен, плотно прилегающих друг к другу и соединенных в швах при помощи пластинок. Соединительные элементы выполняют в основном функцию элементов местной жесткости и, в современных условиях эксплуатации, недостаточно эффективно передают поток нагрузок (перерезывающие силы и моменты, как в плоскости нагрузки, так и от возмущающих сил, действующих из плоскости основных потоков нагрузки). Соответственно, недостатком данного технического решения является малая прочность конструкции. Кроме того, установка соединительных элементов имеет высокую трудоемкость и увеличивает стоимость монтажных работ.
Прототипом разработанной балки может являться составная деревокомпозитная балка с использованием стеклоткани (Филимонов Э.В., Линьков Н.В. Оценка прочности и деформативности полимерных соединений деревянных конструкций. - Журнал «ПГС» №4 - М.: «ООО издательство ПГС», 2006 г. - с. 53-54). На основании анализа опыта применения клеевых соединений и композиционных материалов (КМ) в строительных конструкциях авторами предложены два вида соединений деревянных элементов композиционным материалом на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани - «КМ-обклейка» в виде внешней обклейки соединяемых деревянных элементов и «КМ-вкяадыш» в виде адгезионной прокладки между смежными плоскостями соединяемых деревянных элементов. Область применения соединений: деревянные элементы составного сечения, усиление существующих деревянных конструкций.
Недостатком составной деревокомпозитной балки является излишняя податливость соединения элементов, уменьшающая прочность и жесткость конструкции в целом.
Задача предлагаемого изобретения заключается в создании балки с минимальным количеством сборочных элементов, исключающей податливость связей и обладающей высокой прочностью и жесткостью.
Технический результат - деревокомпозитная балка, состоящая из цельнодеревянного бруса и стеклоткани, соединенных при помощи эпоксидной матрицы с включением в ее состав углеродных нанотрубок.
Основными элементами разработанной деревокомпозитной балки (см. фиг. 1) служат цельнодеревянный брус 1, стеклоткань на основе базальтового волокна 2 и эпоксидная матрица 3, с включенными в ее состав углеродными нанотрубками. Стеклоткань приклеивается в нижней (растянутой) зоне балки, ширина отреза выбирается по ширине сечения бруса. Крепление стеклоткани к телу балки выполняется при помощи эпоксидной матрицы, с включением в ее состав УНТ.
В результате экспериментально-теоретических исследований деревокомпозитных балок, проведенных во Владимирском государственном университете установлено, что в предложенной конструкции деревокомпозитных балок уменьшено поперечное сечение на 20-25%, монтажная масса на 30-40% по сравнению с обычными деревянными балками.