Экспериментальные исследования влияния способа защемления наклонной арматуры на несущую способность армированной дощато-клеенной балки

СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА

УДК 624.011

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ СПОСОБА ЗАЩЕМЛЕНИЯ НАКЛОННОЙ АРМАТУРЫ НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ АРМИРОВАННОЙ ДОЩАТО-КЛЕЕННОЙ БАЛКИ

© 2013 г. О.М. Устарханов, Р.И. Вишталов, М.Х. Калиева

Дагестанский государственный технический Dagestan State Technical

университет University

Рассматривается новое конструктивное решение армированной дощато-клеенной балки и экспериментальные исследования по определению влияния способа защемления наклонной арматуры на несущую способность балки. Приводятся конструктивные параметры опытных образцов балок, описание экспериментальной установки, результаты экспериментальных исследований и сравнительная оценка уровня напряжений и прогибов в балках, выполненных по различным вариантам конструктивных схем.

Ключевые слова: армированная дощато-клеенная балка; экспериментальные исследования; наклонная арматура; напряжения; деформации; прогибы; графические зависимости.

The paper deals a new structural solution of reinforced glued wooden beam and experimental studies of the influence of pinching inclined armature on carrying capacity beam. We present the design parameters of prototype beams, description of the experimental setup, results of experimental studies and comparative analysis of the stresses and deflections depending on how the pinching inclined armature.

Keywords: reinforced glued wooden beam; experimental research; inclined armature; stress; deformation; deflections; graphical dependences.

Планирование эксперимента

В настоящее время накоплен значительный опыт испытаний клеенных деревянных конструкций. Стандартом установлены геометрические и прочностные параметры, методы изготовления, обработки и испытания таких конструкций.

Все экспериментальные исследования начинаются с планирования эксперимента, где учитываются параметры технологии изготовления испытываемых образцов, определения их размеров, количества, подготовка измерительного комплекса и т.д. Размеры образцов клеенной конструкции должны быть таковы, чтобы ее работа соответствовала действительной работе реальных конструкций.

Обработка многочисленных результатов экспериментов на дощато-клеенных балках показала, что доверительный интервал равен 0,5.

Используя значения функции L(q, к) для распределения Стьюдента, получим число степеней свободы (при данном q и заданном а) k = 6 [1]. Следовательно, выборка должна состоять не менее чем из 7 образцов для каждой серии испытания.

Постановка задачи

Широкому применению дощато-клеенных балок препятствует то, что большинство клеенных конструкций являются материалоёмкими и энергоёмкими, а следовательно, дорогостоящими строительными изделиями. Иногда перед проектировщиками стоит задача уменьшить рабочую высоту сечения элемента при сохранении несущей способности конструкции. А в некоторых случаях возникает вопрос, связанный с увеличением действующей нагрузки в процессе экс-

плуатации, а это требует разработки проекта усиления конструкции, что связано с дополнительными расходами. Существующие дощато-клеенные балки [2, 3] не позволяют обеспечить выполнение всех вышеперечисленных условий. Нами предложен новый вариант армирования дощато-клеенной балки, позволяющий решить такие задачи.

В разрабатываемой армированной балке арматура частично находится в теле древесины (наклонная) (рис. 1, поз. 2) и частично снаружи (рис. 1, поз. 1), параллельно нижней грани балки. Наклонная арматура в балке одним концом соединена с параллельной арматурой в узле «А», другим концом соединена в узле «Б» (рис. 1).

Рис. 1. Общий вид армированной балки: 1 - арматура параллельно расположенная по нижней грани балки; 2 - наклонная арматура, расположенная в теле балки

Наклонные стержни устанавливаются в заранее просверленные или прорезанные в древесине пазы и, соответственно, они могут быть круглого или прямоугольного сечения, а сама арматура может быть вклеенной или может свободно располагаться в пазах (рис. 2).

а б

Рис. 2. Узлы соединения арматуры («А», «Б»): а - свободно расположенная арматура; б - вклеенная арматура

При этом на несущую способность армированной балки влияют следующие факторы: процент армирования, качество склейки отдельных досок между собой, толщина отдельных досок, способы крепления концов арматуры в балке, усилие натяжения, способ защемления наклонной арматуры в балке, количество арматуры в теле древесины и др. Для установления степени влияния этих факторов были проведены экспериментальные исследования.

Цели и задачи экспериментальных исследований

Для экспериментального исследования были изготовлены две серии дощато-клеенных балок с одинаковыми размерами и процентом армирования; в одной серии наклонная арматура вклеивалась, в другой свободно располагалась в теле древесины. Размеры образцов назначены в пропорциях согласно [4]: длина балок I =120 см, высота сечения к = 8 см, ширина сечения Ь = 5 см.

Дощато-клеенные балки изготавливались из сосновых досок I сорта, арматура применялась периодического профиля. Арматура с древесиной в пазах склеивалась эпоксидным клеем ЭД-20.

Экспериментальные исследования балок производились на специально разработанной установке (рис. 3).

В установке испытываемая балка нагружалась равномерно-распределённой по длине балки нагрузкой. Равномерно-распределенная нагрузка создавалась при помощи воздуха, который под давлением подавался в камеру.

Подача воздуха осуществлялась с помощью компрессора и регулировалась воздушным краном вручную. Давление воздуха измерялось образцовым манометром типа ОБМ-1. Камера располагалась между металлической плитой и дощато-клеенной балкой.

Рис. 3. Испытание экспериментального образца балки: 1 -опытный образец балки; 2 - экспериментальная установка; 3 - индикаторы часового типа; 4 - тензорезисторы; 5 - манометр; 6 - тензостанция; 7 - компьютер; 8 - переключатель;

9 - магазины сопротивления

Образцы испытывались при шарнирном и жестком опирании. Нагрузка задавалась с шагом 0,02 МПа, после каждого загружения снимались отчеты с индикаторов и тензорезисторов. Прогибы в балках определялись индикаторами часового типа (поз. 3 на рис. 3). Для определения деформаций применялась тензо-станция ZET 017-Т8 (рис. 3, поз. 6). Коэффициент тензочувствительности определялся в соответствии с методикой, описанной в работе [5].

К тензостанции также прилагается программное обеспечение ZETLab, которое содержит программу «ТЕНЗОМЕТР». Она предназначена для измерения деформаций и напряжений с помощью тензорезисто-ров. К опытным образцам были приклеены тензорезисторы с базой 50 мм (рис. 3, поз. 4). Программа «ТЕНЗОМЕТР» создает виртуальный канал выходного сигнала в заданных единицах измерения. Этот канал предназначен для дальнейшего анализа и регистрации средствами ZETLab.

Невкленные стержни Вкленные стержни

q, МПа

0,02 0, 04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 2,0

q, МПа

102 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 2,0

а б

Рис. 4. Экспериментальные графики зависимости прогибов/от нагрузки q: а - при шарнирном опирании балок;

б - при жестком опирании балок

Рис. 5. Экспериментальные графики зависимости напряжений о и деформаций е: а - при шарнирном опирании балок; б - при жестком опирании балок

После статистической обработки результатов экспериментальных исследований полученные зависимости перемещений от нагрузки и напряжений от деформаций представлены в виде графиков (рис. 4, 5).

Анализ экспериментальных данных показал:

- при шарнирном опирании - в балках серий с вклеенными стержнями по сравнению с балками серий со свободно расположенными стержнями прогибы в среднем на 16 - 19 % меньше;

- при жестком опирании - в балках серий с вклеенными стержнями по сравнению с балками серий со свободно расположенными стержнями прогибы в среднем на 19 - 24 % меньше;

- при шарнирном опирании - в балках серий с вклеенными стержнями по сравнению с балками серий со свободно расположенными стержнями напряжения в среднем на 17 - 22 % меньше;

- при жестком опирании - в балках серий с вклеенными стержнями по сравнению с балками серии со свободно расположенными стержнями напряжения в среднем на 16 - 21 % меньше.

Выводы

1. Прогибы армированных балок с вклеенными наклонными стержнями меньше, чем в балках, где наклонные стержни свободно располагались в теле балки, в среднем на 17 - 22 %.

2. Напряжения в балках с вклеенными стержнями меньше, чем в балках со свободно расположенной арматурой, в среднем на 18 - 23 %.

Литература

1. Тюрин Н.И. Введение в метрологию / Издательство стандартов. М., 1973

2. Щуко В.Ю., Рощина С.И. Клеенные армированные деревянные конструкции : учеб. пособие. Владимир, 2008. 82 с.

3. Рощина С.И., Грязное М.В., Щелокова Т.Н. Экспериментальные исследования армированных деревянных балок // Современные строительные конструкции из металла и древесины. Часть II. Одесса, 2008. С. 4 - 8.

4. Серов Е.Н., Санников Ю.Д., Серов А.Е. Проектирование деревянных конструкций : учеб. пособие. М., 2011. 534 с.

5. Золотухин Ю.Д. Испытание строительных конструкций. М., 1983.

Поступила в редакцию 13 июля 2012 г.

Устарханов Осман Магомедович - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Промышленное и гражданское строительство», Дагестанский государственный технический университета. Тел. 8(903)498-09-22.

Вишталов Раджаб Исабекович - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Промышленное и гражданское строительство», Дагестанский государственный технический университета. Тел. 8(960) 414-41-54.

Калиева Мадина Халитовна - ассистент, кафедра «Промышленное и гражданское строительство», Дагестанский государственный технический университета. Тел. (8928) 580-09-25. E-mail: anidama@mail.ru

Ustarhanov Osman Magomedovich - Doctor of Technical Scince, professor, head of department «Industrial and Civil Engineering», Dagestan State Technical University. Ph. 8-903-4980922.

Vishtalov Rajab Isabekovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Industrial and Civil Engineering», Dagestan State Technical University. Ph. 8(960) 414-41-54.

Kalieva Madina Halitovna - assistant, department «Industrial and Civil Engineering», Dagestan State Technical University. Ph. 8(928)580-09-25. E-mail: anidama@mail.ru_