Features of Designing Wooden Bridges of the Forest Complex
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-1-126-152Keywords:
logging forest roads, permanent wooden bridges, temporary vehicle loads, composite girders of logs, board-nail blocks, comb-dowel joint design, timber bar slab, laminated wood, slab-ribbed bridges, timber slab from cross planksAbstract
The supply of the national economy with forest resources is directly related to transport accessibility, the condition and development of the road network of forest-rich territories. Construction requirements for year-round and seasonal new forest roads are 2.1 and 9.3 ths km per year, respectively. The situation is complicated by the transfer of transport facilities to new heavier live loads. The previously used design shapes of transport structures are outdated and require new engineering solutions. This is especially relevant for wooden bridge structures, which are of primary importance to forest road builders. The research subject is the wooden bridge girder superstructures with spans of 12–18 m undergoing increased road loads compared to the previous ones. The research aims is the development of modern designs of wooden beam superstructures based on the composite girders made of logs, board-bar-dowel-nail blocks and factory-made laminated blocks. The research includes: superstructures with composite girders of logs combined by combdowel joints, a method for calculating superstructures with composite girders, design of a 15-meter experimental superstructure containing composite log girders in joint operation with roadway reinforced concrete slab; new designs of 15–21-meter superstructures with board-bar-dowel-nail blocks A11 and NK-80 for live loads, design procedure and technology of block manufacturing, examples of designed and built bridges with the 15-meter superstructures; designs of multi-ribbed superstructures made of prefabricated transportable one-piece laminated sections containing laminated beams and a multilayer laminated timber slab. The proposed designes with composite girders of logs (beams) and board-nail blocks can be manufactured on the sites and yards of logging organizations using commonly used equipment, local qualified staff and materials. The cost parameters of permanent bridges built in the Omsk region with the use of these designs are 1.5–2 times lower than those of reinforced concrete analogues. The use of these designs will be effective in the pilot method of forestry development. The use of laminated superstructures is related to the modern phase of forest infrastructure development.
For citation: Utkin V.A., Matveev S.A. Features of Designing Wooden Bridges of the Forest Complex. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2023, no. 1, pp. 126–152. (In Russ.). https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-1-126-152
Downloads
References
А. с. 29938 U1 РФ, МПК E01D 2/0. Пролетное строение с составными прогонами из бревен: № 2002131869/20: заявл. 02.12.2002: опубл. 10.06.2003 / В.А. Уткин, В.И. Пузиков, М.Ю. Каретников. Utkin V.A., Puzikov V.I., Karetnikov M.Yu. Superstructure with Composite Girders Made of Logs. Certificate of Authorship RF, no. RU 29938 U1, 2003. (In Russ.).
Гибшман Е.Е. Проектирование деревянных мостов. М.: Транспорт, 1976. 272 c. Gibshman E.E. Designing of Wooden Bridges. Moscow, Transport Publ., 1976. 272 p. (In Russ.).
Дмитриев П.А. Конструкции из дерева и пластмасс. Специальный курс. Автодорожные и пешеходные мосты. Оренбург: Газпромпечать, 2002. 192 с. Dmitriev P.A. Structures of Wood and Plastics. Special Course. Road and Pedestrian Bridges. Orenburg, Gazprompechat’ Publ., 2002. 192 p. (In Russ.).
Инструкция по изготовлению и контролю качества деревянных клееных конструкций для производственных сельскохозяйственных зданий. М.: Минсельхоз РФ, 2004. 78 с. Guidelines for the Manufacture and Quality Control of Wooden Laminated Structures for Industrial Agricultural Buildings. Moscow, Minsel’khoz RF Publ., 2004. 78 p. (In Russ.).
Ковальчук Л.М. Производство деревянных клееных конструкций. М.: Стройматериалы, 2005. 336 с. Koval’chuk L.M. Production of Wooden Laminated Structures. Moscow, Stroymaterialy Publ., 2005. 336 p. (In Russ.).
Кулиш В.И. Клееные деревянные мосты с железобетонной плитой. М.: Транспорт, 1979. 160 с. Kulish V.I. Laminated Wooden Bridges with Reinforced Concrete Slab. Moscow, Transport Publ., 1979. 160 p. (In Russ.).
Кулиш В.И., Белуцкий И.Ю., Быков Б.С., Цуканов В.П. Опыт проектирования, строительства и эксплуатации клееных деревянных мостов с железобетонной плитой // Автомобильные дороги. 1982. № 10. С. 7–9. Kulish V.I., Belutskiy I.Yu., Bykov B.S., Tsukanov V.P. Experience of Designing, Construction and Operation of Laminated Wooden Bridges with Reinforced Concrete Slab. Avtomobil’nyye dorogi, 1982, no. 10, pp. 7–9. (In Russ.).
Патент 2169812 C1 РФ, МПК E01D 2/04. Дощато-гвоздевое пролетное строение: № 99121132/03: заявл. 08.10.1999: опубл. 27.06. 2001 / В.А. Уткин, В.И. Пузиков. Puzikov V.I., Utkin V.A. Nailed-Board Span. Patent RF, no. RU 2 169 812 С1, 2001. (In Russ.).
Патент 2204644 C2 РФ, МПК E01D 2/00, E01D 2/04. Дощато-клееное пролетное строение: № 2001113605/03: заявл. 23.05.2001: опубл. 20.05.2003 / В.А. Уткин, В.И. Пузиков, П.Н. Кобзев. Utkin V.A., Puzikov V.I., Kobzev P.N. Board-Bonded Span. Patent RF, no. RU 2 204 644 С2, 2003. (In Russ.).
Патент 35636 РФ, МПК E01D 2/04. Пролетное строение с составными прогонами из бревен и железобетонной плитой: № 2003129340/20: заявл: 06.10.2003: опубл. 27.01.2004 / В.А. Уткин, В.И. Пузиков, Е.Ю. Селезень. Utkin V.A., Puzikov V.I., Selezen’ E.Yu. Superstructure with a Reinforced Concrete Slab and Composite Girders of Logs. Patent RF, no. RU 35636 U1, 2004. (In Russ.).
Патент 2258110 C1 РФ, МПК E01D 2/04. Дощато-клееное пролетное строение: № 2003134339/03: заявл. 26.11.2003: опубл. 10.08.2005 / В.А. Уткин, Г.М. Кадисов. Utkin V.A., Kadisov G.M. Glued Timber Span Structure. Patent RF, no. RU 2 258 110 С1, 2005. (In Russ.).
Патент 69528 U1 РФ, МПК E01D 2/04. Плитное дощато-клееное пролетное строение: № 2006139544/03: заявл. 07.11.2006: опубл. 27.12.2007 / В.А.Уткин, Г.М. Кадисов, П.Н. Кобзев. Utkin V.A., Kadisov G.M., Kobzev P.N. Slab Board-Glued Superstructure. Patent RF, no. RU 69 528 U1, 2007. (In Russ.).
Патент 2436889 C1 РФ, МПК E01D 2/04. Пролетное строение из коробчатых дощато-брусчато-нагельно-гвоздевых блоков: № 2010114485/03: заявл. 12.04.2010: опубл. 20.12.2011 / В.А. Уткин, В.И. Пузиков. Utkin V.A., Puzikov V.I. Superstructure from Box-Type Plank-Stacked-Towel-Nail Blocks. Patent RF, no. RU 2 436 889 С1, 2011. (In Russ.).
Патент 106258 U1 РФ, МПК E01D 2/04. Дощато-клееное пролетное строение моста заводского изготовления: № 2010119623/03: заявл. 17.05.2010: опубл. 10.07.2011 / В.А. Уткин, О.С. Эпова. Utkin V.A., Epova O.S. Factory-Made Board-Glued Bridge Superstructure. Patent RF, no. RU 106 258 U1, 2011. (In Russ.).
Патент 2574240 C1 РФ, МПК E01D 2/04. Пролетное строение из коробчатых дощато-брусчато-нагельно-гвоздевых блоков с железобетонной плитой: № 2014136865/03: заявл. 10.09.2014: опубл. 10.02.2016 / В.А. Уткин, П.Н. Кобзев, В.И. Пузиков, Б.В. Казанцев. Utkin V.A., Kobzev P.N., Puzikov V.I., Kazantsev B.V. Span from Boxy Boarded-Block-Dowel-Nail Units with Reinforced Concrete Board. Patent RF, no. RU 2 574 240 С1, 2016. (In Russ.).
Патент 2731968 С1 РФ, МПК E01D 2/04. Деревобетонное пролетное строение из дощато-брусчато-нагельно-гвоздевых блоков с железобетонной плитой, включенной в совместную работу с блоками: № 2019117816: заявл. 07.06.2019: опубл. 09.09.2020 / В.А. Уткин, И.И. Готовцев. Utkin V.A., Gotovtsev I.I. Wood-Concrete Span from Plank-Cobble-Dowel-Nailing Blocks with Reinforced Concrete Plate, which is Included into Joint Operation with Blocks. Patent RF, no. RU 2 731 968 С1, 2020. (In Russ.).
Ржаницын А.Р. Составные стержни и пластинки. М.: Стройиздат, 1986. 316 с. Rzhanitsyn A.R. Compound Bars and Plates. Moscow, Stroyizdat Publ., 1986. 316 p. (In Russ.).
Смирнов П.Н. Сравнение методик расчета нагельных соединений деревянных конструкций. Отечественный и зарубежный опыт // Строительная механика и расчет сооружений. 2013. № 6. С. 68–72. Smirnov P.N. Comparing Calculation Methods for Doweltype Connections in Timber Structures. Domestic and Foreign Experience. Structural Mechanics and Analysis of Constructions, 2013, no. 6, pp. 68–72. (In Russ.).
Смирнов П.Н., Шенгелия А.К. Особенности работы нагельных соединений со стальными накладками и прокладками. Методика расчета // Строительная механика и расчет сооружений. 2015. № 2. С. 19–25. Smirnov P.N., Shengelia A.K. Features of Plated Dowel Type Connections Performance. Calculation Methods. Structural Mechanics and Analysis of Constructions, 2015, no. 2, pp. 19–25. (In Russ.).
Стуков В.П. Анализ состояния мостов с балками из клееной древесины // Изв. вузов. Лесн. журн. 2006. № 6. С. 52–57. URL: http://lesnoizhurnal.ru/upload/iblock/d42/d42084c600b91ccc1aa16e18223d16dd.pdf Stukov V.P. Bridges’ State Analysis with Laminated Wood Beams. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2006, no. 6, pp. 52–57. (In Russ.).
Стуков В.П. Деревожелезобетонные балочные мосты на автомобильных дорогах. Архангельск: Севмашвтуз, 2009. 453 с. Stukov V.P. Timber-Reinforced Concrete Girder Bridges on the Roads. Arkhangelsk, Sevmashvtuz Publ., 2009. 453 p. (In Russ.).
Стуков В.П. Деревожелезобетонные балочные мосты: состояние, теория, исследование, проектирование: моногр. Архангельск: САФУ, 2014. 316 с. Stukov V.P. Timber-Reinforced Concrete Girder Bridges: State, Theory, Research and Designing: Monograph. Arkhangelsk, NArFU Publ., 2014. 316 p. (In Russ.).
Стуков В.П. Основы теории расчета деревожелезобетонных пролетных строений балочных мостов на автомобильных дорогах: моногр. Архангельск: САФУ, 2014. 170 с. Stukov V.P. Fundamentals of the Theory of Calculation of Wood Reinforced Concrete Span Structures of Beam Bridges on the Roads. Arkhangelsk, NArFU Publ., 2014. 170 p. (In Russ.).
Уткин В.А. Проектирование и строительство балочного пролетного строения из клееной древесины // Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте: cб. докл. IX Междунар. конф. по проблемам прочности материалов и сооружений на транспорте, Санкт-Петербург, 27–28 мая 2014 г. СПб.: ПГУПС императора Александра I, 2015. С. 206–215. Utkin V.A. Design and Construction of Girder Superstructure Made of Laminated Timber. Problems of Strength of Materials and Structures in Transport: Proceedings of the IX International Conference. Saint Petersburg, 2015, pp. 206–215. (In Russ.).
Уткин В.А., Готовцев И.И. Применение гребенчатых упоров для объединения железобетонной плиты и дощато-гвоздевой конструкции пролетного строения моста // Вестн. СибАДИ. 2020. Т. 17, № 3. C. 414–427. Utkin V.A., Gotovtsev I.I. Crested Shear Connectors Application to Combine Reinforced Concrete Slab and Plank-Nailed Structure of Bridge Span. The Russian Automobile and Highway Industry Journal, 2020, vol. 17, no. 3, pp. 414–427. (In Russ.). https://doi.org/10.26518/2071-7296-2020-17-3-414-427
Уткин В.А., Кобзев П.Н. Исследование напряженно-деформированного состояния ребристого пролетного строения из клееной древесины // Изв. вузов. Строительство. 2005. № 10. С. 94–100. Utkin V.A., Kobzev P.N. Studying the Stress-Strain Bahavior of the Ribbed Superstructure Made of Laminated Timber. Izvestiya vuzov. Stroitel’stvo, 2005, no. 10, pp. 94–100. (In Russ.).
Уткин В.А., Кобзев П.Н. О совершенствовании конструктивно-технологических форм плитно-ребристых пролетных строений из клееной древесины // Вестн. СибАДИ. 2019. Т. 16, № 1. C. 76–88. Utkin V.A., Kobzev P.N. On Perfection of Constructive and Technological Forms of Plate and Ribbed Transfer Structures from Glued Timber. The Russian Automobile and Highway Industry Journal, 2019, vol. 16, no. 1, pp. 76–88. (In Russ.). https://doi.org/10.26518/2071-7296-2019-1-76-89
Уткин В.А., Кобзев П.Н., Шатунова Е.Г. Разработка и совершенствование балочных пролетных строений на основе составных прогонов из бревен // Вестн. СибАДИ. 2018. Т. 15, № 5. С. 760–773. Utkin V.A., Kobzev P.N., Shatunova E.G. Development and Improvement of Beam Structures on the Basis of Composite Logs’ Girders. The Russian Automobile and Highway Industry Journal, 2018, vol. 15, no. 5, pp. 760–773. (In Russ.). https://doi.org/10.26518/2071-7296-2018-5-760-773
Уткин В.А., Пузиков В.И., Кобзев П.Н. Опыт внедрения новой конструкции дощато-гвоздевого пролетного строения в дорожном строительстве Омской области // Дороги и мосты. 2008. Вып. 19/1. С. 162–174. Utkin V.A., Puzikov V.I., Kobzev P.N. Introduction Experience of New Structure of Plank Nailed Span in Road Construction of Omsk Region. Dorogi i mosty, 2008, iss. 19/1, pp. 162–174. (In Russ.).
Ягнюк Б.Н. Теоретические основы проектирования деревянных конструкций по нормам Европейского союза – Еврокоду 5. Петрозаводск: ПетрГУ, 2002. 140 с. Yagnyuk B.N. Theoretical Foundations for Designing Wooden Structures in Accordance with the Standards of the European Union – Eurocode 5. Petrozavodsk, PetrSU Publ., 2002. 140 p. (In Russ.).
Cesaro G., Piva F. Timber Bridges – Design and Durability. Master’s Thesis. Göteborg, Sweden, Chalmers University of Technology, 2003.
Dyken T. Tynset Bridge. Nordic Road and Transport Research. 2002, no. 1.
Giluń A., Meronk J. Stress-Laminated Timber T-Beam and Box-Beam Bridges. Master’s Thesis. Göteborg, Sweden, Chalmers University of Technology, 2006. 125 p.
Handbook 1 – Timber Structures. TEMTIS, 2008. 243 p.
Jöbstl R.-A., Bogensperger T., Moosbrugger T., Schickhofer G. A Contribution to the Design and System Effect of Cross Laminated Timber. Proceedings of the CIB W18, 39th Meeting. Florenz, Italy, 2006.
Jutila A., Wiio M., Mäkipuro R., Haakana P., Wistbacka J., Salokangas L. Development of Wood Bridges Research Project: Literature Survey of Shear Connections of Wood-Concrete Composite Bridges. Espoo, TKK, 1994. 14 p.
Malo K., Holmestad A., Larsen P. Fatigue Strength of Dowel Joints in Timber Structures. Proceedings of the 9th World Conference on Timber Engineering 2006 (WCTE 2006). Portland, OR, 2006, pp. 1400–1408.
Wacker J.P. Cold Temperature Effects on Stress-Laminated Timber Bridges. A Laboratory Study. Research Paper FPL–RP–605. Madison, WI, USDA, 2003. 22 p.
