Расчет жесткости соединений конструкций из LVL с когтевыми шайбами

  • А. Г. Черных Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
  • Е. В. Данилов Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет https://orcid.org/0000-0002-8919-4600
  • П. С. Коваль Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
Ключевые слова: когтевые шайбы, LVL, деревянные конструкции, жесткость, соединения

Аннотация

Применение когтевых шайб в нагельных соединениях позволяет увеличить несущую способность и жесткость узлов. Вместе с тем совместная работа когтевых шайб и нагелей в конструкциях из современных материалов изучена недостаточно. В работе приводятся основные недостатки существующих методик расчета таких соединений. Представлены дифференциальные уравнения, моделирующие поведение нагельного соединения с когтевыми шайбами с учетом возможных изменений форм когтей, влажности древесины, длительности действия нагрузки. Нагель и коготь шайбы описываются уравнениями для балок, лежащих на упруго-вязком основании, с использованием ядра уравнения K(τ, t), отражающего нелинейность факторов, влияющих на деформации соединителя. Приведены уравнения деформации нагеля, которые предлагается решать путем разложения в ряд методом Бубнова–Галеркина. Полученные выражения объединяются в одном уравнении с использованием функций Хэвисайда. Также представлены уравнения деформирования, которые записываются с учетом возможного смещения когтя по двум ортогональным направлениям. Приводятся выражения, позволяющие перейти от расчета когтей шайбы и нагеля к определению общей несущей способности и жесткости узла. Для адекватного моделирования поведения элементов соединения при достижении пластической стадии учитывается возможность образования пластических шарниров за счет изменения граничных условий. В статье приводится методика определения теоретических смещений и линейной жесткости соединения. Уравнения рассчитываются с использованием зависимостей, полученных экспериментальным путем. В ходе решения уравнений можно установить значения линейной жесткости. Данные значения сравниваются с экспериментальными, полученными ранее, для оценки адекватности предложенных решений. Распределение теоретических и экспериментальных данных обладает средней сходимостью 91 %, что подтверждает справедливость представленной методики определения жесткости нагельных соединений в LVL с когтевыми шайбами. Предлагаемая методика может быть рекомендована для более точного расчета деревянных конструкций по прочности и жесткости, что позволит снизить их материалоемкость и повысить надежность.
Для цитирования: Черных А.Г., Данилов Е.В., Коваль П.С. Расчет жесткости соединений конструкций из LVL с когтевыми шайбами // Изв. вузов. Лесн. журн. 2020. № 4. С. 157–167. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-4-157-167

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

А. Г. Черных, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

д-р техн. наук, зав. каф

Е. В. Данилов, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

ст. преподаватель

П. С. Коваль, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

ст. преподаватель

Литература

Глухих В.Н., Черных А.Г., Данилов Е.В. Деревянные конструкции с применением когтевых шайб и учетом начальных напряжений древесины. СПб.: СПбГАСУ, 2018. 284 с. [Glukhikh V.N., Chernykh A.G., Danilov E.V. Wooden Structures Using Claw Washers and Taking Into Account the Initial Stresses of Wood. Saint Petersburg, SPbGASU Publ., 2018. 284 p.].

Данилов Е.В. Исследование длительной прочности LVL при смятии цилиндрическим штампом // Вестн. гражд. инж. 2014. № 4(45). С. 38–42. [Danilov E.V. Investigation of Long-Term LVL Strength in Compression by a Cylindric Stamp. Vestnik grazhdanskikh inzhenerov [Bulletin of Civil Engineers], 2014, no. 4(45), pp. 38–42].

Данилов Е.В. Исследование кратковременной прочности LVL при смятии треугольным штампом // Вестн. гражд. инж. 2014. № 1(42). С. 28–33. [Danilov E.V. Research of the Short-Term Strength of LVL in Compression by a Triangular Plate. Vestnik grazhdanskikh inzhenerov [Bulletin of Civil Engineers], 2014, no. 1(42), pp. 28–33].

Данилов Е.В. Определение линейной жесткости нагельных соединений с когтевыми шайбами в брусе LVL // Вестн. гражд. инж. 2017. № 2(61). С. 81–85. [Danilov E.V. Determination of Linear Stiffness of Dowel Joints with Claw Rings in the LVL Beam. Vestnik grazhdanskikh inzhenerov [Bulletin of Civil Engineers], 2017, no. 2(61), pp. 81–85]. DOI: 10.23968/1999-5571-2017-14-2-81-85

Дмитриев П.А. Исследование длительной несущей способности соединений деревянных элементов на стальных цилиндрических нагелях // Изв. вузов. Строительство и архитектура. 1973. № 5. С. 28–35. [Dmitriyev P.A. Studying the LongTerm Bearing Capacity of Wooden Connections on Steel Cylindrical Dowel Pins. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Stroitel’stvo i arkhitektura [News of Higher Educational Institutions. Construction], 1973, no. 5, pp. 28–35].

Дмитриев П.А., Стрижаков Ю.Д. Исследование прочности древесины на смятие в отверстии поперек волокон при действии кратковременной и длительной нагрузок // Изв. вузов. Строительство и архитектура. 1967. № 7. С. 28–35. [Dmitriyev P.A., Strizhakov Yu.D. Studying the Bearing Strength of Wood in the Holes against the Grain under the Action of Temporary and Steady Loads. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Stroitel’stvo i arkhitektura [News of Higher Educational Institutions. Construction], 1967, no. 7, pp. 28–35].

Дмитриев П.А., Стрижаков Ю.Д. Исследование деревянных элементов на дюбелях при действии кратковременных нагрузок // Изв. вузов. Строительство и архитектура. 1969. № 8. С. 41–49. [Dmitriyev P.A., Strizhakov Yu.D. Studying the Wooden Elements of Dowels under the Action of Temporary Loads. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Stroitel’stvo i arkhitektura [News of Higher Educational Institutions. Construction], 1969, no. 8, pp. 41–49].

Лабудин Б.В. Совершенствование клееных деревянных конструкций с пространственно-регулярной структурой. Архангельск: АГТУ, 2007. 267 с. [LabudinB.V. Improving Laminated Wood Structures with a Spatially Regular Structure. Arkhangelsk, ASTU Publ., 2007. 267 p.].

Леннов В.Г. Индустриальные деревянные фермы на когтевых шайбах: дис. ... канд. техн. наук. Горький, 1941, 289 с. [Lennov V.G. Industrial Timber Trusses Made with the Use of Claw Washers: Cand. Eng. Sci. Diss. Gorky, 1941. 289 p.].

Никитин Г.Г. Расчет нагельных соединений с учетом деформаций, развивающихся во времени: дис. … канд. техн. наук. Л., 1964. 192 с. [Nikitin G.G. Calculation of Dowel Connections with Allowances Made for Deformations Developing in Time: Cand. Eng. Sci. Diss. Leningrad, 1964. 192 p.].

Попов Е.В., Столыпин Д.А., Лабудин Б.В., Мелехов В.И. Напряженнодеформированное состояние панелей на деревянном каркасе с различными вариантами крепления обшивки // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2016. Т. 4, № 5-2(25-2). С. 133−139. [Popov E.V., Stolypin D.A., Labudin B.V., Melekhov V.I. Stress-Strain State of Panels on a Wooden Frame with Different Variants Joints of Trim. Aktual’nyye napravleniya nauchnykh issledovaniy XXI veka: teoriya i praktika, 2016, vol. 4, no. 5-2(25-2), pp. 133−139].

Пуртов В.В., Павлик А.В. Расчет в программе ANSYS деревянных конструкций с крепежными элементами повышенной несущей способности // VII Междунар. симп. «Актуальные проблемы компьютерного моделирования конструкций и сооружений (APCSCE 2018)» (Новосибирск, 1–8 июля 2018 г.). Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2018. С. 72. [Purtov V.V., Pavlik A.V. Calculation in the ANSYS Program of Wooden Structures with Fasteners of Increased Bearing Capacity. Proceedings of the VII International Symposium “Actual Problems of Computational Simulation in Civil Engineering (APCSCE 2018)”, Novosibirsk, July 1–8, 2018. Novosibirsk, NSUACE (SIBSTRIN) Publ., 2018, p. 72].

Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. М.: Наука, 1966. 752 с. [Rabotnov Yu.N. Creeping of Structural Elements. Moscow, Nauka Publ., 1966. 752 p.].

СтАДД-3.2–2011. Деревянные конструкции. Соединения деревянных элементов с использованием зубчатых пластин. СПб., 2012. 59 с. [Association Standard of Wooden House Construction StADD-3.2.–2011. Wooden Structures. Joining Wooden Elements Using Connector Plates. Saint Petersburg, 2012. 59 p.].

Шешукова Н.В. Несущая способность и деформативность нагельных соединений деревянных конструкций при циклическом нагружении: дис. ... канд. техн. наук. СПб., 2001, 152 с. [Sheshukova N.V. Bearing Capacity and Deformability of the Dowel Connections of Wooden Structures when Subjected to Cyclic Loadings: Cand. Eng. Sci. Diss. Saint Petersburg, 2001. 152 p.].

Blass H.J., Aune P., Choo B.S., Gorlacher R., Griffiths D.R., Hilson B.O. et al. Timber Engineering STEP 1: Basis of Design, Material Properties, Structural Components and Joints. Almere, Netherlands, Centrum Hout, 1995. 300 p.

Blass H.J., Schlager M. Trial Calculations for Determination of the LoadCarrying Capacity of Joints with Bulldog Connectors. CEN/TC 124/WG4 N23, 1993. 6 p.

Blaß J.H., Ehlbeck J., Schlager M. Characteristic Strength of Tooth-Plate Connector Joints. Holz als Roh und Werkstoff [European Journal of Wood and Wood Products], 1993, vol. 51, pp. 395–399. DOI: 10.1007/BF02628236

Eurocode 5: Design of Timber Structures. Part: General Rules and Rules for Buildings. ENV 1995-1-1. Brussels, CEN, 1993. 133 p.

Hirashima Y. Lateral Resistance of Timber Connector Joints Parallel to Grain Direction. Proceedings of the International Engineering Conference. Tokyo, 1990, vol. 1, pp. 254–261.

Lißner K., Rug W., Steinmetz D. DIN 1052:2008‐12 Neue Grundlagen für Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken – Teil 5(2): Aussteifungen von Holztragwerken (Fortsetzung aus Heft 7/09 und Schluss). Bautechnik, 2009, vol. 86, iss. 8, 490–505. DOI: 10.1002/bate.200910051

Mettem C.J., Page A.V. Davis G. Validatory Tests and Proposed Design Formulae for the Load-Carrying Capacity of Toothed-Plate Connectored Joints. Papers of the 26thMeeting of the Working Commission W18 – Timber Structures, Athens, GA, USA, August, 1993. Germany, Universität Karlsruhe, 1994, CIB-W18 Paper 26-7-2. 25 p.

Standard NEN 3852:1973 nl. Technische grondslagen voor de berekening van bouwconstructies – TGB 1972 – Hout – Houtconstructies [Regulations for the Calculation of Building Structures – Timber Structures]. Netherlands, 1973. 131 p.

Опубликован
2020-09-17
Как цитировать
Черных, А., Е. Данилов, и П. Коваль. Расчет жесткости соединений конструкций из LVL с когтевыми шайбами. Лесной журнал, вып. 4, Sept. 2020, сс. 157-6, doi:10.37482/0536-1036-2020-4-157-167.
Раздел
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСИНОВЕДЕНИЕ