Особенности применения сортовой клееной древесины в лесовозных мостах

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

для значительного увеличения устойчивости рабочего слоя земляного полотна за счет передачи основной нагрузки на скелет грунта.

Рис. 2. Кривые изменения давления в поровой воде в зависимости от скорости движения колеса автопоезда

Использование закономерностей и представлений об основных схемах движения воды в верхней части земляного полотна под действием внешнего давления позволит точнее определить объем воды, поступающей

в дренирующий слой, и назначить физически

обоснованные конструктивные параметры.

Библиографический список

1. Водно-тепловой режим земляного полотна и дорожных одежд / под ред. И.А. Золоторя, Н.А. Пуза-кова, В.М. Сиденко. - М.: Транспорт, 1971. - 416 с.

2. Пособие по проектированию методов регулирования водно-теплового режима верхней части земляного полотна (к СНИП 2.05.02-85)/СоюздорНИИ. - М.: Стройиздат, 1989. - 97 с.

3. Методические рекомендации по проектированию жестких дорожных одежд (взамен ВСН 197-91)/ Министерство транспорта РФ/ Гос. Служба дорожного хозяйства (Росавтодор). - М.: ФГУП «ИНФОРМАВТОДОР», 2004. - 135 с.

4. Курьянов, В.К. Характеристика и обоснование применения дренирующих слоев при строительстве лесовозных автодорог / В.К. Курьянов, Е.В. Кондрашова, Ф.А. Кириллов // Наука и образование лесного комплекса: сборник статей по материалам международной научно-практической конференции. - Воронеж: ВГЛТА, 2005. - Т 2. - С. 200-203.

5. Подольский, В.П. Технология и организация строительства автомобильных дорог. Т. 1: Земляное полотно / В.П. Подольский, А.В. Глагольев, П.И. Поспелов. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 2005. - 528 с.

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СОРТОВОЙ КЛЕЕНОЙ ДРЕВЕСИНЫ В ЛЕСОВОЗНЫХ МОСТАХ

С В. ПОВЕТКИН, Курский ГТУ,

Б.А. БОНДАРЕВ, Курский ГТУ

Наряду с расширением производства деревянных клееных конструкций осваиваются новые области их использования. В настоящее время деревянные клееные конструкции широко применяются в зданиях и сооружениях, где в процессе эксплуатации возможно воздействие длительных циклических нагрузок, в том числе в пролетных строениях автодорожных лесовозных мостов. В настоящее время на лесовозных дорогах около 75 % всех искусственных сооружений составляют деревянные мосты, а в целом по стране доля деревянных мостов в новом строительстве составляет 10 %.

В настоящее время в деревообрабатывающей промышленности отмечен факт, что бревна, которые имеются сейчас в распоряжении, меньших размеров и более низкого

carese@yandex. ru качества, чем несколько лет назад. В районах, где деревянных строительных материалов больших размеров недостает, применение клееных деревянных балок экономически оправдано. Наибольшая экономия достигается при применении клееной древесины, т.к. в этом случае отдельные зоны поперечного сечения, нагруженные неодинаково, легче выполнить из соответствующих по прочности и жесткости материалов.

Установлено, что при эксплуатации моста на лесовозной дороге в течение 40 лет, степень износа деревянных клееных пролетных строений не превышает предельно допустимой величины (до 33 %), определяемой механической усталостью [I]. Наибольший интерес с точки зрения массового применения клееных конструкций представляют мосты пролетами

90

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2009

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

до 15 м, удельный вес которых в общем количестве мостов составляет около 90 %.

Использование древесины цельной и клееной в пролетных строениях автодорожных лесовозных мостов экономически обосновано региональными программами развития промышленности. Наибольшая экономия достигается при применении деревянных клееных балок в пролетных строениях автодорожных лесовозных мостов.

Пролетные деревянные строения на лесовозных дорогах во всех случаях эффективнее железобетонных и металлических. Для деревянных пролетных строений по сравнению с железобетонными расход стали меньше в 3-9 раза, масса конструкций меньше в 3 раза.

Экономическая эффективность использования деревянных клееных конструкций существенно зависит от срока эксплуатации. Оптимальный вариант выбирается по критерию минимальных приведенных затрат, учитывающему капиталовложения в первый год эксплуатации и текущие расходы за 40 лет. В связи с этим возникает необходимость прогнозирования долговечности и оценки надежности как отдельных конструктивных элементов (пролетных строений, опор), так и сооружения вцелом.

Надежность эксплуатации конструкций из клееной древесины определяется стойкостью клееных соединений и сопротивляемостью древесины слоев клееного пакета. Применение резорциновых клеев обеспечивает целостность работы клееных элементов при циклических силовых и температурновлажностных воздействиях [2]. В этом случае усталость клееной древесины будет определяться механическими свойствами древесины, при этом любое искривление волокон древесины ведет к снижению сопротивляемости внешним воздействиям. Дезориентация волокон связана с наличием сучков, трещин, косослоя и других пороков древесины.

Влияние пороков древесины на сопротивляемость клееной сортовой древесины при действии статических и циклических нагрузок неадекватно [3]. Согласно существующим нормам проектирования [4] в крайних зонах деревянных клееных балок следует применять пиломатериалы первого сорта, в остальных

зонах допускается применять пиломатериалы второго сорта. Сорт пиломатериалов устанавливается в соответствии с ГОСТ 8486-86 по содержанию (количеству и геометрическим размерам) пороков древесины.

В статье приведены результаты исследования сортовой клееной древесины на изгиб при длительном действии циклических нагрузок в широких пределах значений асимметрии цикла нагружения.

Изделия из клееной древесины для экспериментальных исследований изготавливали из сосновых досок на клеях массового производства с соблюдением всех технологических требований. Для экспериментальных образцов использовали пиломатериалы I, II и III сортов по ГОСТ 8486-86. Размеры деревянных клееных элементов для экспериментальных исследований приняты - 120*120*2000 мм. Испытания проводили по двухточечной схеме нагружения с приложением сосредоточенных усилий в 3/8 пролета, равного 1800 мм, от опор. Экспериментальные исследования на выносливость проводили для определения усталостных характеристик сортовой клееной древесины при изгибе. Для каждого сорта пиломатериалов, используемых при изготовлении опытных элементов, испытывали не менее двух серий образцов при определенной величине коэффициента асимметрии цикла нагружения на базовом цикле нагружений (2...5)-106.

В процессе экспериментальных исследований определены прочностные и деформационные характеристики циклической долговечности клееной древесины при изгибе [3]. При исследовании выносливости сортовой клееной древесины отмечено увеличение среднего количества циклов нагружения до разрушения на 18...25 % при снижении сорта пиломатериалов клееного пакета.

Исследования усталостных свойств сортовой клееной древесины при изгибе показали, что предел выносливости увеличивается при снижении сорта пиломатериалов в клееном пакете. Это объясняется перераспределением усилий в относительно менее нагруженных изделиях низких сортов древесины. Учет усталости для клееной древесины II сорта можно производить аналогично первосортной древесине.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2009

91

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Таблица

Расчетные и нормативные сопротивления усталости клееной древесины при изгибе

Сорт клееной древесины (по ГОСТ 8486-86) Расчетные и нормативные сопротивления усталости при коэффициенте асимметрии равном

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80

I 8,00 10,72 13,12 14,40 16,00

9,87 13,23 16,29 18,33 21,51

II 7,50 10,05 12,30 13,95 15,00

8,88 11,91 14,66 16,50 19,36

III 5,50 7,37 9,02 10,23 11,00

6,58 8,82 10,86 12,22 14,34

По данным проведенных экспериментальных исследований установлено: разрушение изгибаемых деревянных клееных элементов начиналось с сортообразующих пороков строения древесины, расположенных в наиболее нагруженном растянутом слое; на процесс развития трещин наибольшее влияние оказывали пороки строения пиломатериалов, слоистость клееной конструкции, возможность рекомбинации усилий от скорости нагружения; с понижением сорта пиломатериалов в слоях клееных элементов увеличивается относительная выносливость и виброползучесть конструкций; циклическая долговечность снижается в большей степени с повышением сорта слоев клееной древесины, чем статическая долговечность.

Снижение сорта пиломатериалов приводит к уменьшению сопротивляемости наиболее напряженных слоев изгибаемых деревянных клееных конструкций и повышает долговечность конструкций за счет увеличения возможности перераспределения усилий при снижении общего уровня нагружения; препятствий на пути развития трещин в виде клеевых швов, природных пороков строения пиломатериалов и технологических дефектов; уменьшения концентрации напряжений в местах расположения природных пороков и технологических дефектов за счет их размещения в средних слоях изгибаемых элементов; изменения интенсивности развития макротрещин в условиях разного влияния концентраторов напряжения на напряженно-деформированное состояние слоев конструкции.

При проектировании элементов и конструкций из клееной древесины, воспри-

нимающих при эксплуатации длительные циклические нагрузки, рекомендуется использовать предлагаемый метод расчета на выносливость [3]. Влияние многократных циклических нагружений на сопротивляемость сортовой клееной древесины изгибу необходимо учитывать коэффициентом условий работы, вводимым к расчетным сопротивлениям древесины и являющимся функцией следующих параметров: количества циклов нагружения, частоты приложения нагрузки и коэффициента асимметрии цикла нагружения. Расчет деревянных клееных элементов на выносливость заключается в проверке принятых в результате статического расчета сечений. С учетом этого определены расчетные и нормативные сопротивления усталости при изгибе клееной древесины I, II и III сортов, приведенные в таблице.

Предлагаемый метод расчета применялся ГИПРОЛЕСТРАНСом при выполнении проектных решений экспериментальных конструкций пролетных строений для мостов на лесовозных дорогах [1].

Библиографический список

1. Бондарев, Б.А. Шпалы из древесностекловолокнистых композиционных материалов для лесовозных железных дорог широкой и узкой колеи: авто-реф. дисс. ... докт. техн. наук.

2. Кабанов, В.А. Влияние температурно-влажностных воздействий на прочность и выносливость клеевых соединений деревянных балок: автореф. дисс. ... канд.техн. наук.

3. Поветкин, СВ. Выносливость деревянных клееных элементов при изгибе: автореф. дисс.канд.

техн. наук.

4. СНиП И-25-80*. Деревянные конструкции. Нормы проектирования (с изм. 1988).

92

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2009