Несущая способность бруса


Расчет несущей способности и прогиба деревянных балок

Чтобы построить деревянный дом необходимо провести расчёт несущей способности деревянной балки. Также особое значение в строительной терминологии имеет определение  прогиба.

Без качественного математического анализа всех параметров просто невозможно построить дом из бруса. Именно поэтому перед тем как начать строительство крайне важно правильно рассчитать прогиб деревянных балок. Данные расчёты послужат залогом вашей уверенности в качестве и надёжности постройки.

Что нужно для того чтобы сделать правильный расчёт

Расчёт несущей способности и прогиба деревянных балок не такая простая задача, как может показаться на первый взгляд. Чтобы определить, сколько досок вам нужно, а также, какой у них должен быть размер необходимо потратить немало времени, или же вы просто можете воспользоваться нашим калькулятором.

Во-первых, нужно замерить пролёт, который вы собираетесь перекрыть деревянными балками. Во-вторых, уделите повышенное внимание методу крепления. Крайне важно, насколько глубоко фиксирующие элементы будут заходить в стену. Только после этого вы сможете сделать расчёт несущей способности вместе с прогибом и ряда других не менее важных параметров.

Длина

Перед тем как рассчитать несущую способность и прогиб, нужно узнать длину каждой деревянной доски. Данный параметр определяется длиной пролёта. Тем не менее это не всё. Вы должны провести расчёт с некоторым запасом.

Важно! Если деревянные балки заделываться в стены — это напрямую влияет на их длину и все дальнейшие расчёты.

При подсчёте особое значение имеет материал, из которого сделан дом. Если это кирпич, доски будут монтироваться внутрь гнёзд. Приблизительная глубина около 100—150 мм.

Когда речь идёт о деревянных постройках параметры согласно СНиПам сильно меняются. Теперь достаточно глубины в 70—90 мм. Естественно, что из-за этого  также изменится конечная несущая способность.

Если в процессе монтажа применяются хомуты или кронштейны, то длина брёвен или досок соответствует проёму. Проще говоря, высчитайте расстояние от стены до стены и в итоге сможете узнать несущую способность всей конструкции.

Важно! При формировании ската крыши брёвна выносятся за стены на 30—50 сантиметров. Это нужно учесть при подсчёте способности конструкции противостоять нагрузкам.

К сожалению, далеко не всё зависит от фантазии архитектора, когда дело касается исключительно математики. Для обрезной доски максимальная длина шесть метров. В противном случае несущая способность уменьшается, а прогиб становится больше.

Само собой, что сейчас не редкость дома, у которых пролёт достигает 10—12 метров. В таком случае используется клееный брус. Он может быть двутавровым или же прямоугольным. Также для большей надёжности можно использовать опоры. В их качестве идеально подходят дополнительные стены или колоны.

Совет! Многие строители при необходимости перекрыть длинный пролёт используют фермы.

Общая информация по методологии расчёта

В большинстве случаев в малоэтажном строительстве применяются однопролётные балки. Они могут быть в виде брёвен, досок или брусьев. Длина элементов может варьироваться в большом диапазоне. В большинстве случаев она напрямую зависит от параметров строения, которые вы собираетесь возвести.

Внимание! Представленный в конце странички калькулятор расчета балок на прогиб позволит вам просчитать все значения с минимальными затратами времени. Чтобы воспользоваться программой, достаточно ввести базовые данные.

Роль несущих элементов в конструкции выполняют деревянные бруски, высота сечения которых составляет от 140 до 250 мм, толщина лежит в диапазоне 55—155 мм. Это наиболее часто используемые параметры при расчёте несущей способности деревянных балок.

Очень часто профессиональные строители для того чтобы усилить конструкцию используют перекрёстную схему монтажа балок. Именно эта методика даёт наилучший результат при минимальных затратах времени и материалов.

Если рассматривать длину оптимального пролёта при расчёте несущей способности деревянных балок, то лучше всего ограничить фантазию архитектора в диапазоне от двух с половиной до четырёх метров.

Внимание! Лучшим сечением для деревянных балок считается площадь, у которой высота и ширина соотносятся как 1,5 к 1.

Как рассчитать несущую способность и прогиб

Стоит признать, что за множество лет практики в строительном ремесле был выработан некий канон, который чаще всего используют для того, чтобы провести расчёт несущей способности:

M/W<=Rд

Расшифруем значение каждой переменной в формуле:

  • Буква М вначале формулы указывает на изгибающий момент. Он исчисляется в кгс*м.
  • W обозначает момент сопротивления. Единицы измерения см3.

Расчёт прогиба деревянной балки является частью, представленной выше формулы. Буква М указывает нам на данный показатель. Чтобы узнать параметр применяется следующая формула:

M=(ql2)/8

В формуле расчёта прогиба есть всего две переменных, но именно они в наибольшей степени определяют, какой в конечном итоге будет несущая способность деревянной балки:

  • Символ q показывает нагрузку, которую способна выдержать доска.
  • В свою очередь буква l — это длина одной деревянной балки.

Внимание! Результат расчёт несущей способности и прогиба зависит от материала из которого сделана балка, а также от способа его обработки.

Насколько важно правильно рассчитать прогиб

Этот параметр крайне важен для прочности всей конструкции. Дело в том, что одной стойкости бруса недостаточно для долгой и надёжной службы, ведь со временем его прогиб под нагрузкой может увеличиваться.

Прогиб не просто портит эстетичный вид перекрытия. Если данный параметр превысит показатель в 1/250 от общей длины элемента перекрытия, то вероятность возникновения аварийной ситуации возрастёт в десятки раз.

Так зачем нужен калькулятор

Представленный ниже калькулятор позволит вам моментально просчитать прогиб, несущую способность и многие другие параметры без использования формул и подсчётов. Всего несколько секунд и данные по вашему будущему дому будут готовы.

PDH Курсы онлайн. PDH для профессиональных инженеров. PDH Engineering.

"Мне нравится широта ваших курсов HVAC; не только экология или экономия энергии

курсов. "

Рассел Бейли, П.Е.

Нью-Йорк

"Это укрепило мои текущие знания и дополнительно научило меня нескольким новым вещам

, чтобы выставить меня на новые источники

информации."

Стивен Дедук, П.Е.

Нью-Джерси

"Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

очень быстро отвечают на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова. Спасибо. "

Блэр Хейворд, П.Е.

Альберта, Канада

"Простой в использовании сайт.Хорошо организовано. Я действительно буду использовать ваши услуги снова.

Я передам вашу компанию

имя другим на работе. "

Рой Пфлайдерер, П.Е.

Нью-Йорк

"Справочный материал был превосходным, и курс был очень интересным, особенно, поскольку я думал, что я уже был знаком

с подробной информацией о Канзасе

Городская авария Хаятт."

Майкл Морган, П.Е.

Техас

"Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится возможность просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

информативно и полезно

в моей работе. "

Уильям Сенкевич, П.Е.

Флорида

"У вас есть большой выбор курсов, и статьи очень информативны.Вы

- лучшее, что я нашел ".

Рассел Смит, П.Е.

Пенсильвания

"Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко заработать PDH, предоставив время для обзора

материал. "

Jesus Sierra, P.E.

Калифорния

"Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле,

человек учится больше

от сбоев. "

John Scondras, P.E.

Пенсильвания

"Курс был хорошо составлен, и использование конкретных примеров эффективно

способ обучения. "

Джек Лундберг, П.Е.

Висконсин

"Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; i.э., разрешив

студент пересмотреть курс

материал до оплаты и

получает викторину. "

Арвин Свангер, П.Е.

Вирджиния

"Спасибо за предложение всех этих замечательных курсов. Я, конечно, выучил и

очень понравилось. "

Мехди Рахими, П.Е.

Нью-Йорк

"Я очень рад предложениям курса, качеству материала и простоте поиска и

принимает ваш он-лайн

курсов."

Уильям Валериоти, П.Е.

Техас

"Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. Курс был прост в использовании. Фотографии в основном обеспечивали хорошее визуальное отображение

обсуждаемых тем. "

Майкл Райан, П.Е.

Пенсильвания

"Именно то, что я искал. Нужен 1 кредит по этике и нашел его здесь."

Gerald Notte, P.E.

Нью-Джерси

"Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я очень рекомендую его

для всех инженеров. "

Джеймс Шурелл, П.Е.

Огайо

"Я ценю вопросы" реального мира "и имеют отношение к моей практике, и

не основано на некоторых неясных раздел

законов, которые не применяются

- "нормальная" практика."

Марк Каноник, П.Е.

Нью-Йорк

"Большой опыт! Я многому научился возвращаться к своему медицинскому устройству.

организации. "

Иван Харлан, П.Е.

Теннесси

«Материал курса имел хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Евгений Бойл, П.E.

Калифорния

"Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо представленной,

и онлайн формат был очень

доступны и легко

использовать. Большое спасибо. "

Патриция Адамс, П.Е.

Канзас

"Отличный способ достичь соответствия требованиям PE Continuation Education в течение срока действия лицензии."

Джозеф Фриссора, П.Е.

Нью-Джерси

"Должен признаться, я действительно многому научился. Это помогает провести печатную викторину в течение

Обзор текстового материала. Я

также оценили просмотр

фактических случаев. "

Жаклин Брукс, П.Е.

Флорида

"Документ Общие ошибки ADA при проектировании объектов очень полезен.

Тест

требовал исследования в

документ , но ответы были

легко доступны. "

Гарольд Катлер, П.Е.

,
Поверхностное поведение деревянных конструкций при сильных динамических нагрузках

Помимо более распространенных односемейных и малоэтажных домов, в наши дни даже во многих странах можно встретить впечатляющие и дерзкие формы современных деревянных зданий, поскольку на нескольких рисунках 8 представить. Чувство экологически чистых и возобновляемых материалов, а также простота производства и транспортировки из прошлого добавляет новые мотивы для строительства деревянных зданий.

Как обсуждалось во вводном разделе этой главы, современные конструкции должны быть пластичными и рассеивающими, особенно когда они построены в сейсмических зонах.Хотя деревянные конструкции однозначно признаны способными отвечать таким требованиям, при условии, что они являются регулярными, гиперстатическими и связаны с пластичными крепежными элементами (что также подтверждается в таблице 2), большинство вопросов, связанных с оценкой и моделированием этой способности, все еще находятся в стадии обсуждения.

3.1. Важнейшая роль соединений

Соединения в современных деревянных зданиях - это металлические устройства, обеспечивающие передачу усилий между элементами конструкции. Их конструкция является наиболее стратегической частью структурного проекта деревянного сооружения, поскольку от характеристик соединений (тип, механические свойства, геометрия, расстояние, методы сборки) могут сильно зависеть жесткость, прочность, пластичность и энергия. рассеяние всей структуры.

Несмотря на то, что некоторые конструктивные типологии (такие, как устойчивые к моменту системы деревянных каркасов, системы панелей для резки древесины и системы с перекрестными ламинированными панелями) указаны как особенно способные обеспечить пластичное поведение при экстремальных динамических боковых нагрузках [43], это конструкция соединения, которая в конечном итоге определяет ресурсы пластичности деревянной конструкции. Фактически, один и тот же структурный тип может быть приписан различным классам пластичности в зависимости от способности его соединений к вращательной пластичности, что может быть выведено, например, из классификации, проведенной EC8, как указано в таблице 2.

Наиболее распространенными соединениями в современных деревянных конструкциях являются механические крепежные детали дюбельного типа (гвозди, шурупы, дюбели, болты, заклепки), которые глубоко проникают в древесину для переноса нагрузки с помощью деревянного подшипника и изгиба соединителя. Штекерные соединители могут использоваться отдельно или в сочетании с металлическими предварительно просверленными пластинами. Ожидается, что соединения с крепежами типа дюбеля будут пластичными из-за крайне нелинейного поведения древесины при напряжениях врезания и пластического поведения стальных крепежных элементов при изгибе [44].Тем не менее, на них иногда могут влиять внезапные и хрупкие разрушения, такие как сдвиг в блоке или расщепление [45]. Десять различных типов отказов (шесть в одном сдвиге и четыре в двойном сдвиге) рассматриваются европейскими стандартами для деревянных соединений типа дюбеля [46].

На самом деле, деревянные элементы и металлические соединения играют разные роли в сейсмическом поведении деревянных конструкций. Поскольку механизмы разрушения деревянных элементов в основном хрупкие, деревянные элементы должны оставаться в диапазоне упругости даже при очень сильных событиях.Задача удовлетворения спроса на пластичность возложена на металлические соединения, которые, как ожидается, будут выдерживать большие неупругие деформации при предотвращении разрушения. На пластичное поведение соединений влияют как металлические крепежные элементы (которые могут вести себя пластично или хрупко, в зависимости от того, достигнута пластификация или нет), так и прочностные свойства древесины, окружающей зону соединения (направление зерна относительно направление нагрузки).

Предотвращение хрупкого разрушения может гарантировать адекватную пластичность всей конструкции.Соблюдение некоторых правил иерархии прочности может обеспечить пластичное поведение деревянных конструкций. В частности, важно, чтобы крепежные элементы были более слабыми, чем деревянные элементы, которые они соединяют, чтобы они могли производить и рассеивать большое количество энергии. С другой стороны, чем слабее крепеж, тем ниже их несущая способность. Способ обеспечения как адекватной пластичности, так и достаточной площади опоры заключается в использовании большого количества слабых крепежных элементов. Некоторые альтернативы для улучшения характеристик соединений типа дюбелей обсуждаются в работе.[47].

Хотя пластические свойства одних стальных крепежных деталей хорошо известны и их поведение при циклических нагрузках легко предсказуемо, нелинейный отклик сборки металлических соединителей и окружающей древесины довольно сложно предсказать, поскольку он не является перекрестным свойство участка (как для железобетона). Фактически, поведение деревянных соединений зависит от нескольких факторов, некоторые из которых хорошо известны как прочностные свойства и геометрическая конфигурация используемых материалов, другие подвержены неопределенности как влиянию соседних металлических крепежных элементов или взаимодействию между крепежными элементами и окружающей древесиной.Это затрудняет разработку аналитической модели, способной воспроизвести поведение соединения с древесиной.

Большинство признаков, показанных на рисунке 7 и обсужденных в разделе 2.2.1, характеризуют поведение соединений из металлической древесины, что можно сделать из рисунков 9a и 9b, которые предоставляют качественные примеры типичного гистерезисного поведения клепаных и заколоченных соединений, соответственно. В частности, было обнаружено, что два явления типичны для гистерезисного отклика стальных соединений типа дюбелей, как это было упомянуто в [6].[43]. Первым из них является эффект сжатия , подразумевающий различные гистерезисные кривые от первого до последующих циклов нагрузки (см. Рисунок 9). Второй, называемый памятью материала , обусловлен зависимостью кривой проскальзывания нагрузки от истории нагрузки. Оба эти явления могут влиять на пластичное поведение структуры древесины.

Рисунок 9.

Типичные гистерезисные кривые циклических испытаний металлических (а) клепаных соединений и (б) прибитых соединений.

3.1.1. Влияние эффекта сжатия на пластичное поведение соединений

Эффект сжатия является очень типичной характеристикой гистерезисного поведения соединений дюбельного типа, влияющих как на исторические, так и на современные деревянные конструкции. Механические причины этого обсуждались в разделе 2.2.1. Этот эффект был задокументирован многими авторами, например [48–52]. В частности, было обнаружено, что для данного уровня смещения самое высокое сопротивление и самая широкая петля гистерезиса были достигнуты при первом цикле нагрузки, в то время как последующие циклы были сужены и достигли более низкого сопротивления, стабилизируясь после примерно трех циклов (см. Фиг.9а и 9б).Стабилизация сжатой кривой после трех циклов также упоминается в UNI EN 12512: 2006 [30]. Из-за уменьшения площади петли гистерезиса эффект сжатия может фактически отвечать за уменьшение количества рассеиваемой энергии, хотя соединения по-прежнему способны демонстрировать высокие значения пластичности.

При моделировании механического поведения стального соединения типа дюбеля для целей численного анализа следует учитывать эффект сжатия. Обсуждение того, как это можно сделать, можно найти в работе.[34], даже если стандартные модели, охватывающие эффект сжатия и разрушения прочности и жесткости, еще не доступны, что также не предусмотрено в кодексах практики.

3.1.2. Влияние истории нагрузки на пластичное поведение соединений

Из результатов, доступных в литературе, ясно, что гистерезисное поведение деревянных соединений может сильно зависеть от типа проведенного экспериментального испытания (динамическое, статическое, циклическое, монотонное). ) а также на принятом протоколе испытаний.С другой стороны, хотя существуют различные протоколы для проведения испытаний на циклическую нагрузку на деревянные конструкции, например, EN 12512 [30], стандарт CUREE-Caltech [33], протокол UBC [11], консенсус по наилучшему протоколу для предполагается, что стандарт еще не достигнут [48]. Однако многие экспериментальные данные подтвердили влияние истории нагрузки на конечные результаты.

Это было показано в работе. [48], что соединение обычно достигает своей максимальной нагрузки при меньшей деформации при циклических нагрузках, чем при монотонной нагрузке.В работе [50], было обнаружено, что коэффициент пластичности стенок сдвига древесины может быть намного выше при измерении в статических монотонных испытаниях, чем при измерении в динамических испытаниях. Эти экспериментальные данные указывают на то, что результаты монотонных испытаний имеют тенденцию переоценивать поведение нагрузок-деформаций соединений в отношении испытаний на циклическую нагрузку, и поэтому их следует избегать при определении сейсмических характеристик деревянных зданий [48]. Динамические испытания, безусловно, являются наилучшим выбором для определения поведения деревянных конструкций при сейсмических или ветровых нагрузках, также с учетом того факта, что режимы разрушения могут сильно различаться в статических и динамических условиях [50].Однако было обнаружено, что петли гистерезиса, полученные в ходе динамических испытаний, очень чувствительны к принятому протоколу [11, 53].

Зависимость пластичности соединения от экспериментального теста также может быть выведена из Таблицы 3, где собраны экспериментально полученные коэффициенты пластичности для различных соединений древесины [44, 48, 51–52, 54]. Таблица 3 может быть весьма удобной, чтобы иметь представление о пластичной способности деревянных соединений, хотя приведенные здесь данные следует сравнивать с осторожностью, учитывая различные образцы, схемы испытаний и протоколы нагружения, используемые в тестах (читатель упоминается документы приведены в таблице для каких-либо подробностей).

Тип соединения Деревянные элементы Нагрузка µ
Стальные пластины с болтами [48] Элементы Glulam Однотонные 3–4,8
Циклический 2.53–2.91
Стальные пластины с заклепками из глулама [48] Члены Glulam Монотонный 16.4–20.4
Циклический 10.74–15,96
Стальные кронштейны с гвоздями или винтами [51, 52] Панели XLam Циклические (параллельно зерну) 3,01–6,36
Циклические (перпендикулярно зерну) 3,82–4,83
Дюбельные [44] XLam-элементы Циклические 1.3–2.1
Дюбельные, усиленные саморезами [44] Циклические 3.4–7.3
Стальные пластины с прорезями и гвоздями [54] клеящие элементы Однотонные (параллельно зерну) 11.9–31,9

Таблица 3.

Пластичность соединений, полученная в результате экспериментальных испытаний.

Примечание: XLam, с перекрестным ламинированием.

Аналогично, коэффициенты пластичности современных деревянных стен приведены в Таблице 4, как это получено из ссылок. [50, 55, 56]. Данные, собранные в Таблице 4, указывают на хорошую пластичность, которая может быть продемонстрирована современными деревянными конструкциями, хотя для сравнения данных, собранных в Таблице 4, снова необходимо соблюдать осторожность. Наконец, можно также отметить, что кривые гистерезиса, полученные при испытании современных деревянных стен с прибитыми гвоздями соединениями, имеют признаки, аналогичные показанным на рис. 7, что можно сделать, например, из диаграмм, приведенных в [6].[50–51, 55, 57].

Испытательные образцы Соединения Загрузка µ
Стены с оболочкой из фанеры [50] Плиты для гвоздей Монотонные 14
циклический 9,3
Стены среза, обшитые OSB [50] Плиты для гвоздей Однотонные 13.2
Циклический 7,7
Стены с перекрестным ламинированием [55] Прижимы и кронштейны с гвоздями, винтами и заклепками Циклический 3.65–7.54
Срезные стенки, обшитые OSB [56] Стальные пригвожденные кронштейны и прижимы Однотонные 3,5–4,9
циклические 3–4,2
Стенки с ножнами, обшитые GF [56] Стальные гвоздевые кронштейны и удерживающие вниз Циклический 3.4
Сдвиговые стенки, обшитые OSB и GF [56] Стальные скобки и прижимные планки Монотонные 5.67

Таблица 4.

Пластичность современных деревянных стен, полученных в результате экспериментальных испытаний ,

Примечание: OSB, ориентированная стружечная плита; GF, гипсовое волокно.

3.2. Нелинейный динамический анализ для прогнозирования сейсмического отклика деревянных конструкций

Нелинейный анализ временной истории (NLTHA) является наиболее полной процедурой, допускаемой сейсмическими кодами для проектирования сейсмостойких конструкций.Он включает в себя полное исследование истории времени при различных совместимых со спектром движениях грунта. Несмотря на свой потенциал, NLTHA все еще недостаточно используется, вероятно, из-за трудностей, с которыми оно, несомненно, связано, и даже из-за некоторых недостатков действующего кодекса практики [58]. Такой анализ, однако, является лучшим способом прогнозирования фактических сейсмических характеристик конструкций, состоящих из упругих и неупругих частей. Действующие кодексы практики позволяют проводить нелинейный анализ для расчета внутренних сил в элементах деревянных конструкций при условии, что они способны перераспределять внутренние силы через соединения адекватной пластичности [46].

При реализации NLTHA эффективный подход к моделированию структуры заключается в том, чтобы отделить критические зоны, в которых пластичное поведение NLTHA может проявляться от других частей конструкции, которые, как ожидается, будут упруго деформироваться даже в конечном состоянии. Это типичная процедура, которой придерживаются, например, в железобетонных рамах, где пластиковые петли обычно сосредоточены на обоих концах колонн и балок, в то время как превентивная пластификация балок гарантируется некоторыми правилами иерархии прочности на основе кода.Аналогичная процедура может быть использована для деревянных конструкций, принимая деревянные элементы в качестве чисто упругих элементов и соединений в качестве нелинейных связей. Чтобы соответствовать современной философии проектирования емкости, деревянные элементы должны быть перепроектированы так, чтобы их хрупкое разрушение следовало за пластификацией соединений (правило иерархии прочности).

3.2.1. Моделирование деревянных соединений

Использование экспериментальных данных часто является наилучшим способом получения механического поведения деревянного соединения при динамических нагрузках.В литературе было предложено несколько эмпирических моделей, которые обычно включают параметры, откалиброванные по экспериментальным данным, см., Например, [34, 43, 59, 60]. Следует, однако, отметить, что извлечение общей модели из экспериментальных кривых нагрузки-смещения требует осторожности из-за возможной зависимости как от истории нагрузки, так и от схемы испытаний [34, 61, 62], как уже обсуждалось в разделе 3.1.2. Более подробные микромодели были также предложены другими авторами, например [62–64], которые исследовали нелинейный отклик металлических крепежных элементов и окружающей древесины с помощью трехмерного анализа методом конечных элементов.Все еще требуя некоторой эмпирической корректировки параметров, такие сложные модели обычно подразумевают значительное ухудшение вычислительных усилий, которое может стать неустойчивым для целей, отличных от целей передовых исследований.

Как уже отмечалось в разделе 3.1, поведение деревянных соединений зависит от нескольких факторов, некоторые из которых трудно предсказать. Это затрудняет разработку аналитической модели, способной воспроизвести поведение соединения с древесиной.Как бы трудно это ни было, найти подходящую модель для гистерезисного поведения соединений важно для изучения динамического отклика деревянной конструкции, по крайней мере, когда необходимо выполнить нелинейный анализ.

Коммерческие пакеты для структурного анализа обычно позволяют выбирать между различными механическими моделями для реализации поведения нелинейных связей. Например, сводная гистерезисная модель, предоставляемая широко используемым SAP2000 для нелинейных связей (NLLINK), изображена на рисунке 10.Чтобы принять модель, подобную этой, необходимо правильно назначить набор параметров, чтобы воспроизвести все типичные явления, экспериментально обнаруженные в соединениях древесины, такие как жесткость и снижение прочности, а также эффекты защемления.

Рисунок 10.

Мультилинейная модель пластикового шарнира для нелинейных связей (NLLINK) в SAP2000.

Соединительный узел
Конструкция и оптимизация производительности балочной фермы

1. Введение

В течение многих лет строительную отрасль в Китае называли «крупными энергопотребляющими домохозяйствами» в сфере промышленности и транспорта. На строительное энергопотребление приходится треть общего энергопотребления всего общества, что в 2–3 раза выше, чем в других странах при тех же климатических условиях (см. [1]). Это в основном связано с традиционными китайскими строительными материалами, такими как сталь, цемент, глиняный кирпич и т. Д.Эти материалы не только тратят много природных ресурсов, но и вызывают загрязнение окружающей среды. Поэтому использование экологически чистых строительных материалов стало ключом к энергосбережению и сокращению выбросов в строительной отрасли. 5 марта 2016 года премьер-министр Ли Кэцян четко заявил в «Отчете о работе правительства» четвертой сессии 12-го Всекитайского собрания народных представителей, что цель работы в области жилищного строительства - дальнейшее продвижение новой урбанизации и активное развитие зеленых. здания и строительные материалы (см. исх.[2]). Очень важным направлением развития зеленых зданий является архитектура деревянных конструкций (см. [3]). Большое количество исследований также показали, что структура древесины лучше способна экономить энергию и сокращать выбросы, чем другие структурные формы (см. [4, 5, 6]). Как одна из основных тенденций в современной архитектуре, энергоэффективность зданий может быть полезной для роста национальной экономики, а также способствовать защите экологической среды (см. [6, 7]). Кроме того, у здания с деревянным каркасом есть сильная сборная конструкция, потому что большинство его компонентов обрабатываются на заводе.Исследование компонентов очень важно, потому что компоненты тесно связаны с безопасностью и энергоэффективностью структуры древесины.

Поскольку важные части деревянного строительного здания, система пола и крыша обычно делятся на два вида систем: традиционная система решетка-стропила и система ферменных конструкций из светлого дерева, и последняя используется более широко. С развитием структуры светлого дерева в Китае перспективы применения фермы из светлого дерева в современной структуре дерева в Китае будут становиться все более и более широкими.Ферменная конструкция балки состоит из нескольких частей одиночной фермы из светлого дерева с помощью соединителей и обычно используется в ключевых частях кровли или системы пола в современных зданиях с деревянными конструкциями и в проектах по реконструкции кровли. Для системы пола и крыши современной конструкции из дерева ключевые соединения испытывали как верхнюю равномерную нагрузку, так и концентрированную нагрузку от других связанных с ними ферм. Таким образом, силовое обстоятельство настолько сложное, что обычная одиночная деревянная ферма вряд ли может выдержать (см. [8, 9, 10]).Общим решением в практическом проектировании является увеличение площади поперечного сечения элемента путем объединения множества обычных ферм из светлого дерева в качестве конструктивного элемента для получения большей несущей способности (как показано на фиг.1). Форма балочной фермы может быть легко получена и соответствует тенденции развития индустриализации и модульности зданий. Кроме того, возникла какая-то длиннопролетная и консольная конструкция с развитием современного деревянного строения, которому требуется деревянная ферма с более высокой несущей способностью.По мере необходимости, ферменная ферма имеет более высокую грузоподъемность, больший пролет и более широкий диапазон использования по сравнению с одиночной деревянной фермой. В настоящее время исследования по одной ферме очень зрелые (см. [11, 12, 13]), но по ферме фермы было проведено мало исследований. В большинстве практических инженерных проектов многие строители работают в основном в зависимости от своего опыта без какого-либо надежного стандарта, что приведет к некоторым потенциальным проблемам безопасности. Ферменная конструкция балки обычно соединяется с гвоздем и болтом, что вызывает легкую коррозию, а механические свойства снижаются в условиях огнестойкости.Поэтому в этой главе был разработан новый тип метода соединения, который используется для фермы фермы (как показано на рисунке 2). Разъем деревянного дюбеля нелегко заржаветь, и его механические свойства не будут быстро снижаться в условиях огнестойкости. Кроме того, деревянные разъемы могут повысить пластичность подключенных компонентов. Таким образом, производительность фермы фермы улучшается. Узел соединения деревянной конструкции также связан с несущей способностью и нормальным использованием всего здания в будущем.Поэтому очень важно изучить узлы соединения структуры древесины (см. [14]).

Рисунок 1.

Применение фермы в конструкции здания.

Рисунок 2.

Новый тип фермы фермы.

2. Новая конструкция узла соединения ферменной фермы

В настоящее время способы соединения ферменной фермы относительно просты. Метод внутреннего соединения рекомендуется в технической спецификации для ферм из светлого дерева (JGJ / T 265-2012), но при соединении с гвоздями остаются следующие проблемы.

  1. Обработка сложная. Ферма фермы должна постоянно переворачивать ферму во время обработки. Гвозди в разных частях не способствуют промышленно обработанной линии обработки.

  2. Плохая огнестойкость. Под воздействием огня сталь размягчается и ее механические свойства быстро уменьшаются. Отказ узла ферменной фермы влияет на его общую несущую способность, что приводит к кратковременному отказу конструкции.

  3. Легко ржавеет.Стальные или железные гвозди подвержены коррозии при воздействии воздуха, которые более выражены в условиях высокой влажности и высокой соли, что снижает долговечность всей деревянной конструкции.

  4. Плохое рассеяние энергии. Гвозди - это соединения крепежного типа, которые ограничивают относительное вращение фермы и фермы и не могут потреблять энергию, генерируемую поперечной силой, что приводит к ослаблению поперечного сопротивления всего здания.

В связи с проблемами, связанными с режимами соединения ферменной фермы, в этой главе предлагается новый тип режимов соединения ферменной фермы, который заменяет традиционные железные соединители на деревянные соединители.Конкретная схема выглядит следующим образом: все отдельные фермы, составляющие ферму балок, предварительно собираются и временно фиксируются, затем предварительно сверлят в определенных местах всех ферм и, наконец, вставляют в деревянный или бамбуковый круглый дюбель, который представляет собой деревянный дюбельный соединитель ( см. [15]) (как показано на рисунке 2).

Использование деревянных или бамбуковых соединителей в основном связано с тем, что деревянные или бамбуковые соединения менее подвержены коррозии, чем железные соединения (см. [16, 17]). Также нет проблем с резким падением механических свойств в огнеупорных условиях.Кроме того, деревянные или бамбуковые соединения могут значительно улучшить пластичность соединяемых элементов (см. [18]), тем самым улучшая характеристики фермы фермы при сопротивлении боковым усилиям.

Выбор положения соединения деревянного штифта определяется характеристиками силы параллельной фермы хорды. Параллельная хордовая ферма может рассматриваться как просто поддерживаемая балка при воздействии верхней равномерной нагрузки. Сила в основном ложится на верхний и нижний пояс фермы.Верхняя хорда находится под давлением, а нижняя хорда подвергается растяжению, но полотно играет только вспомогательную роль. На рисунке 3 показана диаграмма внутренних сил фермы из светлого дерева, поддерживаемой верхним равномерным узлом. Из диаграммы внутренних сил видно, что если ферма с параллельными хордами рассматривается как статическая комбинационная структура, это означает, что хорда разорвана, и оба конца шарнирны. При равномерной нагрузке среднее значение изгибающего момента каждой хорды является наибольшим, а усилие сдвига, по меньшей мере, равно нулю.Использование деревянных дюбельных соединителей требует предварительного сверления верхнего и нижнего поясов фермы, что уменьшает размеры поперечного сечения сетки в поперечном сечении. Формула расчета усилия сдвига конструктивного элемента:

τ = QAE1

Рисунок 3.

Диаграмма внутренней силы параллельной фермы хорды. (а) Диаграмма осевой силы параллельной хордовой фермы; (б) диаграмма изгибающего момента параллельной хордовой фермы; (c) Диаграмма силы сдвига параллельной хорды.

A представляет поперечное сечение срезанной части срезанного элемента.Уменьшение A означает увеличение напряжения сдвига в элементе. Поэтому положение разъема должно быть расположено там, где усилие сдвига хорды является наименьшим, то есть серединой каждых двух узлов хорды.

3. Обзор эксперимента

3.1. Экспериментальный дизайн

Материал, использованный в испытании, - материал лиственницы ( Larix gmelinii) , импортированный из России. Марка материала II степени, плотность 0,657 г / см 3 .Содержание влаги составляет 17,4%, в соответствии с общими требованиями к физическим и механическим испытаниям древесины (GB / T 1928–2009).

В соответствии с методом непрерывной загрузки ферм в стандарте для методов испытаний деревянных конструкций (GB20329-2012) было проведено испытание на статическую нагрузку для шести типов ферм с малыми пролетами, и номер испытательного образца выражается в виде S.

Чтобы исследовать влияние деревянных дюбелей различного диаметра на производительность ферменной фермы, эксперимент в этой главе содержит ферменную ферму из трех деревянных дюбелей различного диаметра.Деревянные дюбеля имеют диаметр 12, 16 и 20 мм. Оценка эффективности трехбалочной фермы все еще рассматривается с двух сторон: предельная несущая способность и сопротивление деформации. Среди них анти-деформационная способность включает сопротивление ползучести и упругое восстановление.

Кроме того, в эксперименте также была создана ферма из балок, состоящая из трех отдельных ферм, для изучения эффекта усиления фермы фермы с увеличением количества одиночных ферм.Диаметр деревянных дюбелей, соединяющих фермы фермы, зависел от результатов эксперимента фермы фермы с двумя отдельными фермами. Чтобы отличить другие фермы фермы с двумя одиночными фермами, фермы фермы с тремя одиночными фермами обозначены G3, в то время как другие фермы фермы обозначены G2.

На рисунке 4 показана структурная форма и конкретные размеры образца, используемого в этом испытании. Фермы фермы, используемые в эксперименте, все составлены из этой единственной фермы.

Рисунок 4.

Размер фермы фермы (единица измерения: мм).

Конкретный состав испытательного образца показан в таблице 1.

Номер фермы Описание Количество
SPT-S Обычная одинарная ферма 1
SPT-G2-N Балочная ферма из двух гвоздей SPT-S 1
SPT-G2-12 Ферменная ферма из двух SPT-S, соединенных дюбелем из бука диаметром 12 мм 2
SPT-G2-16 Ферменная ферма из двух SPT-S, соединенных между собой дюбелем из бука диаметром 16 мм 2
SPT-G2-20 Ферменная ферма из двух SPT -S соединен штифтом из бука 20 мм 2
SPT-G3 Ферма фермы изготовлена ​​из трех шпонок SPT-S, соединенных шпонкой 16 мм диаметром 1

Таблица 1.

Номер образца и описание.

3.2. Теоретический расчет

Расчет стандартной нагрузки ПК

Предположим, что расстояние между фермами составляет 406 мм, а срок службы здания - 50 лет.

В соответствии с редакцией кода нагрузки 2012 года для проектирования строительных конструкций (GB5009-2012):

Стандартное значение постоянной нагрузки: 0,885 × 0,406 = 0,359 кН / м

Вес фермы: 0,106 × 0,406 = 0,043 кН / м

Снеговая нагрузка нормативное значение: 0.5 × 0,406 = 0,203 кН / м

Стандартное значение рабочей нагрузки: 2,0 × 0,406 = 0,812 кН / м

Расчетное значение нагрузки: (0,359 + 0,043) × 1,2 + (0,203 + 0,812) × 1,4 = 1,9 кН / м

Нагрузка на узел: 1,9 × 1,734 ≈ 3,3 кН.

3.3. Программа и устройство нагрузки

В соответствии с нагрузкой на ферму в стандарте для методов испытаний деревянных конструкций (GB50329-2012), испытание на статическую нагрузку на ферму добавляло нагрузку первого порядка каждые 10 минут на этапе разрушения с нагрузкой 0.2 Pk за сцену. Этот тест использовал механическую испытательную машину для загрузки. Таким образом, процедура загрузки может выполняться в режиме непрерывной загрузки, который составляет 0,2 Пк каждые 10 минут. Загрузка в минуту была 0,02 Pk . После приведенного выше теоретического расчета Pk составлял 3,3 кН, а нагрузка в минуту составляла 0,066 кН. Однако в предварительном эксперименте мы обнаружили, что ферменная конструкция балки более чем в два раза превосходила несущую способность одиночной фермы.Таким образом, во время процесса загрузки нагрузка каждой ступени также удваивалась до 0,132 кН. Если балочная ферма состоит из трех отдельных ферм, нагрузка на ступень также была утроена до 0,198 кН. Схема конкретной системы загрузки показана на рисунке 5.

Рисунок 5.

Система загрузки.

3.4. Индекс оценки и расположение точек измерения

Целью этого эксперимента является изучение влияния различных диаметров штифтов на механические свойства новой ферменной фермы, соединенной штифтами.Оценка характеристик фермы фермы для различных диаметров штифтов должна также начинаться с аспектов предельной несущей способности, сопротивления деформации, формы и механизма разрушения. Следовательно, аналогично испытанию на статическую нагрузку стропильных ферм с большими пролетами, необходимо непрерывно отслеживать изменения смещения различных узлов различных стропильных ферм. В этом эксперименте между хордой и зубчатой ​​пластиной был также установлен датчик перемещения малого радиуса действия для измерения относительного скольжения зубчатой ​​пластины относительно хорды.Кроме того, тензометрические датчики были расположены на важных аккордах для измерения напряжения на различных этапах аккордов. Конкретное расположение точек измерения показано на рисунке 6.

Рисунок 6.

Расположение тензодатчиков и датчиков смещения. а) компоновка тензометрического датчика; (б) датчик перемещения; (в) универсальная механическая испытательная машина.

4. Описание явления

4.1. Общее разрушение

В этой главе проводится тест на статическую нагрузку для одной одиночной фермы и девяти фермы фермы, включая ферму фермы, состоящую из трех фермы фермы.Существует большая разница в предельной несущей способности и деформации различных типов ферм. Однако общая форма и процесс разрушения фермы примерно одинаковы. Форма повреждения разъема, снятого после испытания фермы, также сильно отличается. Это также полностью иллюстрирует различную связь между фермами фермы, которая будет иметь большее влияние на его производительность.

Во-первых, во время предварительной загрузки ступени T1 ферма не произвела существенных изменений.После 30 минут загрузки все типы ферм вызвали очень небольшие остаточные деформации. В частности, ферменная конструкция балки могла достичь полного упругого восстановления. Из кривой нагрузки-смещения ступени T1 на рисунке 7 определенное значение ползучести появилось в одиночной ферме во время фазы предварительной нагрузки. Переменные ползучести других фермы балок были незначительными. Использование дюбелей разных диаметров мало повлияло на характеристики фермы фермы.

Рисунок 7.

Смещение нагрузки на стадии Т1. (а) SPT-S; (б) SPT-N; (С) SPT-G2-12; (d) SPT-G2-16; (e) SPT-G2-20.

По ходу испытания не было значительного явления испытания для каждой фермы от 24-часовой удерживающей нагрузки до начальной ступени T3 . Однако при загрузке до 5 Pk явление испытания начало проявляться в пролете фермы, и в других узлах явного явления не было. Например, небольшая выпуклость пластины фермы произошла в верхнем узле B SPT-S, а нижняя хорда образовала трещины возле узла (как показано на рисунке 8).На других этапах другие балочные фермы были похожи на испытательный феномен одиночных ферм, и феномены разрушения также были сосредоточены в этих двух местах. В частности, выпуклая пластина центрального узла B верхнего пояса выпуклая (как показано на рисунке 9). В основном это связано с силовым механизмом параллельной хордовой фермы. Когда ферма с параллельными хордами подвергается верхней концентрированной нагрузке, верхняя хорда подвергается сжатию, а нижняя хорда находится под напряжением. В сочетании с анализом структурной механики диагональное полотно фермы будет создавать поперечную силу в узле B, чтобы противостоять верхней сосредоточенной нагрузке.Следовательно, узел В подвергался воздействию напряжения сдвига, и напряженная среда была очень сложной. В сочетании с окончательной формой разрушения ферменной плиты, ферменная плита в узле B в конечном итоге стала формой разрушения при сдвиговом сжатии.

Рисунок 8.

Трещины в нижней хорде сопровождаются процессом испытания на удаление зубьев SPT-S1.

Рисунок 9.

Ошибка сжатия сдвига сопряженной пластины в узле B. (а) SPT-G2-N; (б) SPT-G2-12-1; (c) SPT-G2-16-2; (d) SPT-G2-20-2.

Кроме того, многие эксперименты обнаружили, что общее повреждение фермы разрушается разрушением нижнего пояса. Узел нижнего пояса также напрямую влияет на силовые характеристики. На рисунке 10 показана фактическая фотография разрушения в нижних поясах ферм. При обработке фермы экспериментаторы должны обращать внимание на выбор нижнего пояса и стараться избегать слишком большого количества спецификаций с узлами. Тем не менее, верхний пояс и сетка фермы имели очевидные повреждения при сдвиге, а хорда не имела явных повреждений.Следовательно, когда деревянная ферма обрабатывается, сорт обрабатываемого материала может быть соответствующим образом уменьшен.

Рисунок 10.

Разрушение в нижних поясах ферм. (а) SPT-G2-N; (б) SPT-G2-12-2; (c) SPT-G2-16-1.

Разрушение нижней хорды фермы SPT-G2-20 было вызвано разными причинами. SPT-G2-20 имел отверстие диаметром 19,5 мм в верхних и нижних поясах. Отверстие нижней хорды было слишком большим, разрушая волокна в направлении дерева, а также уменьшая чистую площадь поперечного сечения хорды фермы.В условиях постоянной силы уменьшение чистой площади поперечного сечения стержня увеличит нагрузку на хорду. Прочность на растяжение древесины большого размера меньше прочности на сжатие, поэтому нижний пояс легко повреждается. На рисунке 11 показана реальная фотография провала балки фермы SPT-G2-20. Трещина нижнего пояса начиналась от деревянного штифта и проходила через весь пояс. В конечном итоге это привело к полному разрушению фермы, но при этом штифт был незначительным.

Рисунок 11.

Феномен отказа SPT-G2-20-1.

4.2. Разрушение узла соединения

В предыдущем разделе описан режим отказа узла фермы фермы, соединенной дюбелем диаметром 20 мм между одиночными фермами фермы фермы. Окончательный ущерб был вызван разрушением нижнего пояса, но шпонки практически не деформировались. Размер дюбелей и соединителей гвоздя был поврежден в разной степени. На рисунке 12 показан разъем, снятый с фермы после окончательного разрушения каждого ферменного фермы.

Рисунок 12.

Неисправность разъемов.

Из рисунка 12, деформация, вызванная соединением гвоздя, была большой. Как и в случае соединительной балочной фермы с длинными пролетами, в середине ногтя появился пластиковый шарнир. Когда ферма была загружена на более позднюю стадию, более очевидная дислокация произошла между отдельными фермами, которые составляют ферму фермы. Разные диаметры дюбелей порождают разные формы деформации или повреждения. Во-первых, подобно гвоздю, деревянный дюбель диаметром 12 мм также изготовил пластиковую петлю.Однако величина деформации была меньше, чем у гвоздевого соединения. Диаметр деревянных дюбелей сказался на его жесткости. Деформация дюбеля большого диаметра была небольшой. Дюбели диаметром 20 мм практически не деформировались. Деревянные дюбели почти не пострадали от повреждения фермы. Деформация деревянных дюбелей с 16 мм также не была очевидной. Потеря поперечного сечения хорды была уменьшена при обеспечении достаточной прочности сустава. Соотношение между диаметром отверстия и штифтом ферменного элемента также влияло на характеристики соединения.Черный цвет на конце дюбеля диаметром 20 мм на рисунке 13 является результатом карбонизации, когда дюбель был ввинчен в паз. Когда диаметр отверстия хорды составлял менее 0,5 мм от диаметра деревянного штифта, деревянный штифт, ввернутый в стержень, обугливался за счет высокоточного вращения, и на поверхности штифта образовался обугленный слой, который защищена поверхность деревянного дюбеля. Поверхностная прочность была улучшена. Поэтому необходимо тщательно выбирать соединители и подбирать подходящий размер предварительного сверления с точки зрения долговечности фермы фермы.

Рисунок 13.

Максимальная несущая способность ферм.

5. Предельная несущая способность

Рисунок 13 представляет собой сравнение предельной несущей способности фермы категории пять. Среди них новая ферменная ферменная конструкция из деревянных шпонок проходит в среднем два испытания. Из рисунка видно, что предельная несущая способность всех видов деревянных ферм намного выше, чем ее теоретическое расчетное значение, поэтому уменьшение пролета фермы будет эффективно улучшать ее несущую способность.Кроме того, предельная несущая способность различных ферменных ферм намного больше, чем у одинарной фермы, но предельная несущая способность различных ферменных ферм мало отличается друг от друга. Фермы из 12-мм и 16-мм деревянных шпонок имеют относительно высокую предельную несущую способность. Ферма фермы, соединяющая гвоздь, влияла на синергию фермы фермы из-за взаимного смещения между отдельными фермами, снижая таким образом характеристики подшипников. Ферма фермы с деревянным штифтом диаметром 20 мм имела большую площадь отверстия в нижней хорде фермы, что уменьшало чистую площадь поперечного сечения натяжного элемента, тем самым снижая несущую способность фермы.

6. Анализ результатов испытаний на прогиб узла

На рисунке 14 показана диаграмма прогиба нижних поясов трех ферменных ферм с использованием двух дюбельных соединений различного диаметра. Из рисунка видно, что три типа ферм демонстрируют хорошую согласованность на первых двух этапах загрузки. Ферма входит в нелинейную стадию, когда она входит в стадию разрушения, и результаты двух испытаний будут различаться из-за изменчивости древесины. На рисунке 17 показано изменение общей деформации фермы в процессе загрузки.Изображение показывает, что трудно различить влияние различных методов соединения на сопротивление ползучести, характеристики упругого восстановления и сопротивление деформации фермы на образцах фермы с небольшим пролетом. Только на этапе разрушения фермы можно определить кривую прогиба и проанализировать различные типы и механизмы разрушения.

Рисунок 14.

Отклонение во времени новых ферменных ферм от начала до конца. (а) SPT-G2-12; (б) SPT-G2-16; (c) SPT-G2-20.

Как показано на рисунке 15, кривые нагрузки-отклонения одиночной фермы, фермы балки гвоздевого соединения и фермы фермы деревянного дюбеля выбираются на этапе разрушения. Из рисунка видно, что разные типы ферм имеют разные способы и механизмы отказов. Одиночная ферма показала явные характеристики хрупкого разрушения. В непосредственной близости от провала не было никаких явных признаков. Трещина произошла возле узла нижнего пояса (как показано на рисунке 8).Затем трещина продолжала увеличиваться. В конце концов, полный отказ фермы был вызван внезапным переломом нижней хорды.

Рисунок 15.

Кривая нагрузки на прогиб ферм.

Пластичность двух ферменных ферм значительно лучше, чем у одиночных. На средней и более поздних стадиях отказа фермы кривая нагрузки-смещения часто показывает поворот на одном конце. Причиной поворотов является то, что одна ферма в ферме балок была разрушена первой.Поскольку другая ферма все еще имела грузоподъемность, она быстро выдержала бы верхнюю нагрузку. Тем не менее, он также будет быстро разрушен, потому что была подчеркнута только одна ферма. Из-за различных связей между выбранными одиночными фермами фермы фермы вышеописанная ситуация будет другой. Несмотря на то, что коэффициент пролета при сдвиге был снижен, ферменная конструкция балки гвоздевого соединения все еще демонстрировала нестабильность в плоскости на более поздней стадии нагрузки. Фермы с большими пролетами были не очень очевидны.Был взаимный вывих между верхними фермами. Ферма фермы будет очевидна, что сначала была уничтожена одна ферма, а затем быстро будет разрушена другая ферма. Таким образом, ферменная конструкция балки гвоздя не дала ожидаемого эффекта «один плюс один больше двух». Ферма фермы, соединенная деревянным штифтом, могла сохранять хорошую синергию между загруженными фермами. Поэтому у SPT-G2-16 также была первая волна, в которой у SPT-G2-N были свои повороты. Однако можно видеть, что падение смещения было очень ограниченным, что указывает на то, что ферма не была полностью разрушена.По мере того, как нагрузка продолжала увеличиваться, на кривой появились три или четыре небольших поворота. В конце концов, трещины, которые образовались в нижней части двух нижних поясов фермы, были чрезмерными и полностью проникли (как показано на рисунке 16), что привело к разрушению фермы.

Рисунок 16.

Феномен отказа SPT-G2-16.

На рисунке 17 показаны кривые отклонения нагрузки трех новых ферменных ферм с различными диаметрами деревянного дюбеля в качестве соединения между отдельными фермами.Из рисунка видно, что кривые отклонения нагрузки трех ферменных ферм имеют разные формы. Ферма фермы с деревянным штифтом диаметром 20 мм имела такой же режим разрушения, как и ферма, которая представляла собой хрупкое разрушение (как показано на рисунке 10). Нижний пояс был разорван под действием напряжения и сдвига. Балочная ферма, соединенная дюбелем диаметром 12 мм, была аналогична ферменной ферме, соединенной гвоздем. Хотя кривая нагрузки-смещения претерпела скручивание, ферма не показала хорошего синергизма.Наконец, появился пластиковый шарнир, похожий на деревянный штифт и гвоздь. Следовательно, балочная ферма, соединенная с помощью дюбеля, показала лучшие механические характеристики при использовании деревянного дюбеля диаметром 16 мм.

Рисунок 17.

Кривая нагрузки-прогиб новых фермы.

7. Дальнейшие эксперименты фермы фермы, состоящей из трех отдельных ферм

В последнем разделе фермы фермы, соединенные тремя деревянными дюбелями различного диаметра, были испытаны на статическую нагрузку, а ферма фермы с деревянными дюбелями диаметром 16 мм была Лучший.Все предыдущие эксперименты были выполнены на ферме фермы, состоящей из двух одинарных ферм, но ферма фермы, состоящей из трех или более ферм, не были протестированы. Для фермы фермы, которая будет широко использоваться в более крупных пролетных конструкциях и более сложных опорных средах, они не могут состоять только из двух отдельных ферм. Это должно рассмотреть больше форм единственных комбинаций фермы. В сочетании с результатами испытаний, приведенными в предыдущем разделе, в этом разделе проводится испытание на статическую нагрузку на ферму балок, состоящую из трех одинарных ферм, соединенных деревянными дюбелями диаметром 16 мм.Эффект усиления фермы фермы был изучен в сравнении с фермой фермы, состоящей из двух отдельных ферм, соединенных деревянными дюбелями одинакового диаметра.

Что касается несущей способности, ферменная конструкция фермы, состоящая из двух одинарных ферм, была 53 кН, а ферменная конструкция фермы, состоящая из трех отдельных ферм, имела несущую способность 77 кН, увеличившись на 45%. Таким образом, чем больше количество отдельных ферм, составляющих ферму фермы, тем более очевидные эффекты улучшения имеют с точки зрения режима отказа, две фермы фермы были похожи, и хорда была разрушена в условиях растягивающего сдвига, в результате чего уничтожение фермы.Как показано на рисунке 18, средняя ферма впервые появилась в виде трещин на нижнем поясе. Увеличение силы привело к полному отказу промежуточной фермы, когда только две фермы были нагружены, но ферма фермы потеряла синергию в это время. Затем деревянные дюбели нижнего пояса были также разрушены (как показано на рисунке 19). Нижний пояс одиночной фермы на внешней стороне ферменной фермы полностью растрескался в направлении зерна. Ферма провалилась в целом. Как показано на рисунке 20, кривые нагрузки-смещения двух ферменных ферм на заключительном этапе разрушения, также можно обнаружить, что две ферменные фермы имеют очень похожие режимы разрушения и обе демонстрируют хорошую пластичность.

Рисунок 18.

Отказ SPT-G3-16.

Рисунок 19.

Отказ разъемов в SPT-G3-16.

Рисунок 20.

Кривая нагрузки-смещения в стадии разрушения.

8. Заключение

В этой главе было проведено испытание на статическую нагрузку деревянных ферм, чтобы исследовать влияние различных соединений на механические свойства фермы фермы между отдельными фермами фермы фермы, особенно влияние различных диаметров дюбелей на ферменная конструкцияРезультаты показали, что:

  1. Ферма фермы с деревянным штифтом должна быть присоединена к ферме фермы целиком, но диаметр деревянного дюбеля следует выбирать разумно.

  2. С точки зрения несущей способности, механизма разрушения и режима фермы ферменная конструкция фермы имеет наилучшие характеристики при диаметре деревянного штифта 16 мм.

  3. В предельных состояниях эксплуатационной пригодности использование соединительных штифтов различных диаметров мало влияет на сопротивление деформации фермы фермы.

  4. На верхнем поясе, соединенном с пластиной фермы, пластина фермы подвержена сдвиговому повреждению из-за совместного воздействия давления и сдвига. В реальном проекте следует попытаться сделать частичное усиление.

  5. По мере увеличения числа отдельных ферм, из которых состоит ферма фермы, также будут происходить значительные улучшения ее механических свойств.

  6. Деревянные сучки, особенно мертвые сучки, оказывают сильное ослабляющее влияние на несущую способность аккордов деревянных ферм.Полный отказ фермы часто происходит из-за наличия узла, поэтому выбор фермы должен быть сделан. Аккорд фермы следует избегать использования материалов с сучками. При необходимости может быть выбрано, что вместо стали используют древесину, разрабатывая композитную структуру сталь-дерево.

Благодарность

Работа выполнена при поддержке Национального фонда естественных наук Китая (грант № 31670566) и Национального двенадцатого пятилетнего плана поддержки науки и технологий (2015BAD14B0503).


Смотрите также

Проектирование
БЕСПЛАТНО-
при заказе сруба!

Оставить
заявку

Каталог
ПСК АЗАМАТ