Клееная деревянная балка

Полезная модель относится к строительным конструкциям, а именно к изгибаемым деревянным конструкциям типа балок, преимущественно, из клееной древесины, и может быть использована в покрытиях и перекрытиях зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения.
Известна деревянная балка, состоящая из пакета клееных досок и вклеенной в него арматуры, при этом в нижней растянутой зоне клееного пакета установлена горизонтальная арматура с отгибами на приопорных зонах, а в верхней сжатой зоне установлена горизонтальная арматура с обрывами на приопорных зонах в сечениях, проходящих через точки перегиба арматуры растянутой зоны (RU 117474, Е04С 3/14, 27.06.2012).
Недостатком технического решения является невысокая долговечность, связанная с коррозионным износом металлических арматурных стержней, а также повышенная трудоемкость изготовления, обусловленная выполнением пазов в составных частях балки и обеспечением точного совпадения конфигурации стальных арматурных стержней, имеющих отгибы, с положением пазов, предназначенных для их вклейки.
Известна деревянная балка, включающая пакет клееных досок и металлическую арматуру, которая выполнена в виде парных каркасов из верхних и нижних продольных и наклонных стержней, прикрепленных к боковым поверхностям пакета клееных досок С-образными зубчатыми полосами, имеющими зубья в зоне примыкания к боковым поверхностям пакета клееных досок и отверстия на горизонтальных плоскостях, в которые установлены нагели, при этом С-образные зубчатые полосы имеют переменную ширину, увеличивающуюся от середины деревянной балки к ее опорам в соответствии с эпюрой сдвигающих напряжений в деревянной балке, и переменный шаг, уменьшающийся от опор деревянной балки к ее середине в соответствии с эпюрой усилий в верхних продольных стержнях. (RU 2633721, Е04С 3/12, Е04С 3/14, 24.08.2016).
Недостатком технического решения является невысокая долговечность, связанная с коррозионным износом металлических арматурных стержней, а также высокая трудоемкость изготовления, обусловленная выполнением сварных металлических каркасов.
Известна деревянная балка, включающая пакеты клееных досок с армирующими элементами, объединенными по длине стяжными шпильками и деревянными планками, а в качестве армирующих элементов использованы продольные пластины и поперечные пластины из композитного материала, приклеенные к внутренним поверхностям пакетов клееных досок, при этом продольные пластины имеют переменную толщину по высоте сечения и пролету балки в соответствии с распределением нормальных напряжений, а поперечные пластины имеют переменную толщину по пролету балки в соответствии с распределением поперечных сил (RU 171490, Е04С 3/12, 22.02.2017).
Недостатком технического решения является невысокая долговечность, связанная с коррозионным износом металлических шпилек, а также высокая трудоемкость изготовления, обусловленная наличием дополнительных клеевых швов, прикрепляющих армирующие элементы к пакетам досок, которые дополнительно объединяются шпильками.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является клееная деревянная балка, включающая пакеты клееных досок с армирующими элементами из тканых сеток, вклеенных при изготовлении балки на опорных участках между деревянными пластинами, при этом тканые сетки вклеены от нижней пласти нижней деревянной пластины клееной деревянной балки, последовательно огибая все деревянные пластины снизу вверх, а оставшаяся часть тканых сеток обернута вокруг клееной деревянной балки, создавая сплошной гидроизоляционный слой на опорном участке балки (RU 2464386, Е04В 1/26, 25.02.2011).
Недостатком технического решения является невысокая несущая способность балки в середине пролета, обусловленная отсутствием армирования на данном участке, а также невысокая долговечность балки, обусловленная износом армирования на внешних плоскостях балки в результате температурных, механических и других воздействий.
Задача полезной модели - повышение несущей способности и долговечности клееной деревянной балки.
Технический результат достигается тем, что клееная деревянная балка, включающая пакет клееных досок с армирующими элементами, содержит в качестве армирующих элементов фибру из композитного материала, размещаемую в клеевых швах между досками клееного пакета, при этом армирующие элементы размещены по всей высоте пакета на приопорном участке балки и в крайних слоях клееного пакета в средней части по пролету балки.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
- фиг. 1 - деревянная балка;
- фиг. 2 - сечение 1-1;
- фиг. 3-сечение 2-2;
- фиг. 4 - сечение 3-3;
- фиг. 5 - эпюра поперечных сил по пролету балки;
- фиг. 6 - эпюра нормальных напряжений по высоте балки;
- фиг. 7 - эпюра изгибающих моментов по пролету балки.
1
2
3
Клееная деревянная балка 1 состоит пакета клееных досок 2, объединенных между собой клеевыми швами 3. Пакеты клееных досок 2 снабжены в клеевых швах 3 армирующими элементами 4 в виде фибры из композитного материала, например, углепластика или стеклопластика. Армирующие элементы 4 равномерно распределены по ширине b пакета клееных досок 2 и неравномерно - по пролету L и высоте сечения h деревянной балки 1 (фиг. 1). Армирующие элементы 4 размещены по всей высоте пакета досок 2 на приопорном участке деревянной балки 1 длиной L ≈ 0,15 L (фиг. 2) и в крайних слоях клееного пакета досок 2 в средней части по пролету клееной деревянной балки 1 длинами L ≈ 0,15 L, L ≈ 0,4 L (фиг. 3, 4).
Армирующие элементы 4 вклеены в пакет клееных досок 2 в клеевых швах 3 по всей длине клееной деревянной балки 1, работают совместно с ними, что приводит к повышению несущей способности клееной деревянной балки 1.
Армирующие элементы 4 выполнены из композитного материала, что позволяет избежать коррозионного износа материала и, как следствие, повышает долговечность клееной деревянной балки 1 в целом.
Армирующие элементы 4 находятся внутри клееного пакета досок 2, защищены клеевыми швами 3, что предохраняет армирующие элементы 4 от высоких температур и солнечной радиации и, как следствие, повышает долговечность клееной деревянной балки 1.
1
2
3
Армирующие элементы 4 размещены по всей высоте пакета досок 2 на приопорном участке клееной деревянной балки 1 длиной L (фиг. 2) - в соответствии с распределением поперечных сил в балке от действия расчетной нагрузки (фиг. 5), и в крайних слоях клееного пакета досок 2 в средней части по пролету клееной деревянной балки 1 длинами L, L (фиг. 3, 4) - в соответствии с распределением нормальных напряжений и изгибающих моментов в балке от действия расчетной нагрузки (фиг. 6, 7), что приводит к повышению несущей способности клееной деревянной балки 1.
Армирующие элементы 4 из фибры размещаются укладкой в клеевые швы 3 без дополнительных технологических операций, что также снижает трудоемкость клееной деревянной балки 1, особенно по сравнению с изготовлением аналогов.
Размеры поперечного сечения пакета клееных досок 2, материал клеевых швов 3 и параметры армирующих элементов 4 определяются расчетами.
Предлагаемая клееная деревянная балка по сравнению с прототипом позволяет повысить несущую способность и долговечность, а по сравнению с аналогами - трудоемкость изготовления.