mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2023.12.1915-1925mgssuvest-132Research ArticleСтроительное материаловедениеConstruction material engineeringЭкспериментальное исследование вклеенного вдоль волокон древесины стержняExperimental research of a rod glued along wood fibreshttps://orcid.org/0000-0003-2872-0723ШколярФ. С.ShkoliarF. S.

Филипп Сергеевич Школяр — кандидат технических наук, старший преподаватель, Высшая школа промышленно-гражданского и дорожного строительства

195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29

ResearcherID: GLR-0652-2022

Filipp S. Shkoliar — Candidate of Technical Sciences, senior lecturer

29 Polytechnic st., St. Petersburg, 195251

ResearcherID: GLR-0652-2022

shkolyar.fs@gmail.comНикитинА. Г.NikitinA. G.

Александр Григорьевич Никитин — студент

195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29

ResearcherID: HLW-6315-2023

Aleksandr G. Nikitin — student

29 Polytechnic st., St. Petersburg, 195251

ResearcherID: HLW-6315-2023;

nikitin_dl@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5586-504XЗацепинаА. И.ZatsepinaA. I.

Александра Игоревна Зацепина — приглашенный преподаватель

195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29

ResearcherID: ACI-5248-2022

Aleksandra I. Zatsepina — Visiting lecturer

29 Polytechnic st., St. Petersburg, 195251

ResearcherID: ACI-5248-2022

zatsepina.aleksandra@yandex.ruСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ)РоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic University (SPbPU)Russian Federation202322122023181219151925Copyright © Школяр Ф.С., Никитин А.Г., Зацепина А.И., 20232023Школяр Ф.С., Никитин А.Г., Зацепина А.И.Shkoliar F.S., Nikitin A.G., Zatsepina A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/132Введение

Введение. Объект исследования — образцы клееной древесины с вклеенным в каждый образец арматурным стержнем периодического профиля. Предмет исследования — значения сопротивления древесины выдергиванию или продавливанию вклеенного вдоль волокон стержня, податливость данного соединения. Целью является вычисление сопротивления по результатам испытаний и сравнение полученного значения с нормативным, а также оценка податливости соединения. Актуальность обусловлена широким применением в строительстве конструкций из клееной древесины и узлов соединения на вклеенных стержнях. Полученные данные могут быть использованы в построении расчетных моделей и в расчете узлов.

Материалы и методы

Материалы и методы. Применены эксперимент и расчетные методы.

Результаты

Результаты. Эксперимент проводился ступенчатой нагрузкой вплоть до разрушения, произошедшего вследствие скалывания вдоль волокон деревянного элемента на границе клеевой шов – деревянный элемент. По результатам исследования пяти образцов получены значения полных деформаций для каждой ступени нагружения. По этим данным вычислены и занесены в таблицу значения сопротивления древесины и податливости для каждого образца. Рассчитано нормативное значение сопротивления древесины, которое превысило значение, указанное в своде правил. Также получено численное нормативное значение податливости.

Выводы

Выводы. Превышение сопротивления, полученного в результате эксперимента, значению в нормативном документе свидетельствует о применимости последнего, при этом будет обеспечен запас прочности. В расчете уникальных конструкций по специальным техническим условиям возможно применение увеличенного значения сопротивления, полученного по результатам эксперимента. Податливость у соединения, выполненного посредством вклеивания стержня вдоль волокон, мала, но есть. В деревянных конструкциях полностью от нее уйти не представляется возможным.

Introduction

Introduction. The objects of the research are experimental specimens of glued laminated wood with a steel rod glued along the wood fibres in each of them. The subject of the research is the values of resistance of wood to pulling out or push-through of the rod glued along the fibres, as well as the compliance of the joint. The goal of the research is to calculate the resistance according to the test results and compare the obtained value with normative data. The relevance of the research is due to the widespread application in construction of glued wood structures and joints on glued rods. The obtained data can be used in calculation models and in the calculation of nodes.

Materials and methods

Materials and methods. Experiment and calculation methods are used in the research.

Results

Results. The results of five specimens were used to obtain the values of total deformations for each stage of loading. It occurred due to chipping of the wooden element along the fibres at the border of the adhesive joint and the wood. Wood resistance and compliance values for each specimen were calculated and tabulated. The normative value of wood resistance was obtained. It exceeded the value specified in the normative document data. A numerical normative value of compliance was also obtained.

Conclusions

Conclusions. The excess of the resistance obtained from the experiment over the value in the normative document indicates its applicability with provided safety factor. In the calculation of unique structures according to special technical specifications, it is possible to use an increased resistance value obtained as the result of the experiment. The compliance of a rigid joint on rods glued along the fibres is small. In wooden structures it is not possible to avoid it completely.

клееная древесинавклеенный стерженьжесткий стыксопротивление выдергиваниюсопротивление продавливаниюподатливостьglued laminated woodglued rodrigid jointpull-out resistancepush-through resistancecomplianceАвторы выражают благодарность анонимным рецензентам.The team of authors express gratitude to anonymous reviewers.ReferencesСовременные проблемы совершенствования и развития металлических, деревянных, пластмассовых конструкций в строительстве и на транспорте : мат. III Междунар. науч.-техн. конф. Самара, 2005.Modern problems of improvement and development of metal, wooden, plastic structures in construction and transport : materials of the III International scientific and technical conference. Samara, 2005. (rus.).Современные строительные конструкции из металла, дерева и пластмасс : мат. 12 Междунар. симпозиума. Одесса, 2007.Modern building structures made of metal, wood and plastics : materials of the 12th International Symposium. Odessa, 2007. (rus.).Найчук А.Я., Чорнолиз В.С., Иванюк А.Н. Численные исследования прочности деревянных балок со сквозными трещинами, усиленных наклонно вклеенными стержнями // Ресурсосберегающие материалы, конструкции, здания и сооружения : сб. науч. тр. 2008. № 16 (2). С. 278–281.Naychuk A.Ya., Chornoliz V.S., Ivanyuk A.N. Numerical studies of the strength of wooden beams with through cracks reinforced by inclined stuck-in rods. Resource-saving materials, structures, buildings and structures : collection of scientific works. 2008; 16(2):278-281. (rus.).Орлович Р.Б., Гиль З., Дмитриев П.А. Тенденции в развитии соединений деревянных конструкций в строительстве за рубежом // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2004. № 11 (551). С. 4–9. EDN PIKRGX.Orlovich R.B., Gil Z., Dmitriev P.A. Trends in the development of connections of wooden structures in foreign construction. News of Higher Educational Institutions. Construction. 2004; 11:4-9. EDN PIKRGX. (rus.).Золотов М.С. Исследование напряженно-деформированного состояния анкерного соединения на эпоксидном клее : автореф. дис. … канд. техн. наук. Харьков, 1971.Zolotov M.S. Investigation of stress-strain state of anchor joint on epoxy glue : autoref. dis. … candidate of technical sciences. Kharkov, 1971. (rus.).Зубарев Г.Н., Бойтемиров Ф.А., Головина В.М. Испытание деревянной арки с соединениями на вклеенных стержнях // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1983. № 12. С. 15–21.Zubarev G.N., Boitemirov F.A., Golovina V.M. Test of a wooden arch with joints on glued rods. News of Higher Educational Institutions. Construction and Architecture. 1983; 12:15-21. (rus.).Иванов Ю.M. Длительная несущая способность деревянных конструкций // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1972. № 11. С. 6–12.Ivanov J.M. Long-term bearing capacity of wooden structures. News of Higher Educational Institutions. Construction and Architecture. 1972; 11:6-12. (rus.).Иванов Ю.М., Линьков И.М., Сороткин В.М. Исследование влияния армирования на прочность и жесткость деревянных изгибаемых элементов // Разработка и исследование клееных деревянных и фанерных армированных конструкций. 1972. № 24. C. 13–30.Ivanov Yu.M., Linkov I.M., Sorotkin V.M. Study of the influence of reinforcement on the strength and rigidity of wooden bent elements. Development and study of glued wooden and plywood reinforced structures. 1972; 24:13-30. (rus.).Ковальчук Л.М. Склеивание древесных материалов с пластмассами и металлами. М. : Лесная промышленность, 1968. 239 с.Kovalchuk L.M. Gluing wood materials with plastics and metals. Moscow, Forestry industry, 1968; 239. (rus.).Калугин А.В. Клееные деревянные конструкции в современном строительстве // Промышленное и гражданское строительство. 2011. № 7–2. С. 32–37. EDN NXOUFJ.Kalugin A.V. Glued timber structures in modern construction. Industrial and Civil Engineering. 2011; 7-2:32-37. EDN NXOUFJ. (rus.).Зубарев Г.Н., Логинова М.П., Головина В.М. Испытание и расчет соединений деревянных конструкций : сб. науч. тр. М. : ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, 1981.Zubarev G.N., Loginova M.P., Golovina V.M. Testing and calculation of connections of wooden structures : collection of scientific works. Moscow, TsNIISK named after V.A. Kucherenko, 1981. (rus.).Турковский С.Б., Саяпин В.В. Исследование монтажных узловых соединений клееных деревянных конструкций. М. : ЦНИИСК им. В.А. Куче- ренко, 1981.Turkovsky S.B., Sayapin V.V. Research of assembly joints of glued wooden structures. Moscow, TsNIISK named after V.A. Kucherenko, 1981. (rus.).Турковский С.Б., Погорельцев А.А. Создание деревянных конструкций системы ЦНИИСК на основе наклонно вклеенных стержней // Промышленное и гражданское строительство. 2007. № 3. С. 6–7. EDN HZIVXP.Turkovsky S.B., Pogoreltsev A.A. Development of wooden structures of “TSNIISK-system” based on inclined stuck-in rods. Industrial and Civil Engineering. 2007; 3:6-7. EDN HZIVXP. (rus.).Поспелов Н.Д., Тумас Е.В. О новых клеештыревых стыках несущих элементов деревянных пролетных строений мостов. Балашиха : СоюздорНИИ, 1970.Pospelov N.D., Tumas E.V. About new adhesive joints of bearing elements of wooden bridge spans. Balashikha, SoyuzdorNII, 1970. (rus.).Вдовин В.М., Ишмаева Д.Д. Экспериментальные исследования жестких узлов балочных структур из клееных деревянных элементов // Региональная архитектура и строительство. 2014. № 2. С. 130–136. EDN SFPAAL.Vdovin V.M., Ishmaeva D.D. Experimental studies of rigid nodes of beam structures made of glued wooden elements. Regional Architecture and Engineering. 2014; 2:130-136. EDN SFPAAL. (rus.).Турковский С.Б., Погорельцев А.А., Преображенская И.П. Клееные деревянные конструкции с узлами на вклеенных стержнях в современном строительстве (система ЦНИИСК). М. : Стройматериалы, 2013. 300 с.Turkovsky S.B., Pogoreltsev A.A., Preobra-zhenskaya I.P. Glued wooden structures with nodes on glued rods in modern construction (TsNIISK-system). Moscow, Stroymaterialy Publ., 2013; 300. (rus.).Шмидт А.Б., Дмитриев П.А. Атлас строительных конструкций из клееной древесины и водостойкой фанеры : учебное пособие. М. : Изд-во АСВ, 2002. 291 с.Schmidt A.B., Dmitriev P.A. Atlas of building structures made of glued wood and water-resistant plywood : manual. Moscow, ASV publishing house, 2002; 291. (rus.).Shchelokova T. A research of stress/strain condition of reinforced timber structures with natural weakenings // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 193. P. 03051. DOI: 10.1051/matecconf/201819303051Shchelokova T. A research of stress/strain condition of reinforced timber structures with natural weakenings. MATEC Web of Conferences. 2018; 193:03051. DOI: 10.1051/matecconf/201819303051Mirski R., Kuliński M., Dziurka D., Thomas M., Antonowicz R. Strength properties of structural glulam elements from pine (Pinus sylvestris L.) timber reinforced in the tensile zone with steel and basalt rods // Materials. 2021. Vol. 14. Issue 10. P. 2574. DOI: 10.3390/ma14102574Mirski R., Kuliński M., Dziurka D., Thomas M., Antonowicz R. Strength properties of structural glulam elements from pine (Pinus sylvestris L.) timber reinforced in the tensile zone with steel and basalt rods. Materials. 2021; 14(10):2574. DOI: 10.3390/ma14102574Totsuka M., Jockwer R., Kawahara H., Aoki K., Inayama M. Experimental study of compressive properties parallel to grain of glulam // Journal of Wood Science. 2022. Vol. 68. Issue 1. DOI: 10.1186/s10086-022-02040-7Totsuka M., Jockwer R., Kawahara H., Aoki K., Inayama M. Experimental study of compressive properties parallel to grain of glulam. Journal of Wood Science. 2022; 68(1). DOI: 10.1186/s10086-022-02040-7Jockwer R., Caprio D., Jorissen A. Evaluation of parameters influencing the load-deformation behaviour of connections with laterally loaded dowel-type fasteners // Wood Material Science & Engineering. 2022. Vol. 17. Issue 1. Pp. 6–19. DOI: 10.1080/17480272.2021.1955297Jockwer R., Caprio D., Jorissen A. Evaluation of parameters influencing the load-deformation behaviour of connections with laterally loaded dowel-type fasteners. Wood Material Science & Engineering. 2022; 17(1):6-19. DOI: 10.1080/ 17480272. 2021.1955297Akter S.T., Serrano E., Bader T.K. Numerical modelling of wood under combined loading of compression perpendicular to the grain and rolling shear // Engineering Structures. 2021. Vol. 224. P. 112800. DOI: 10.1016/j.engstruct.2021.112800Akter S. T., Serrano E., Bader T. K. Numerical modelling of wood under combined loading of compression perpendicular to the grain and rolling shear. Engineering Structures. 2021; 224:112800. DOI: 10.1016/j.engstruct.2021.112800Jockwer R., Dietsch P. Review of design approaches and test results on brittle failure modes of connections loaded at an angle to the grain // Engineering Structures. 2018. Vol. 171. Pp. 362–372. DOI: 10.1016/j.engstruct.2018.05.061Jockwer R., Dietsch P. Review of design approaches and test results on brittle failure modes of connections loaded at an angle to the grain. Engineering Structures. 2018; 171:362-372. DOI: 10.1016/j.engstruct.2018.05.061Cabrero J.M., Yurrita M. Performance assessment of existing models to predict brittle failure modes of steel-to-timber connections loaded parallel-to-grain with dowel-type fasteners // Engineering Structures. 2018. Vol. 171. Pp. 895–910. DOI: 10.1016/j.engstruct.2018.03.037Cabrero J.M., Yurrita M. Performance assessment of existing models to predict brittle failure modes of steel-to-timber connections loaded parallel-to-grain with dowel-type fasteners. Engineering Structures. 2018; 171:895-910. DOI: 10.1016/j.engstruct.2018.03.037Bader T.K., Schweigler M., Serrano E., Dorn M., Enquist B., Hochreiner G. Integrative experimental characterization and engineering modeling of single-dowel connections in LVL // Construction and Building Materials. 2016. Vol. 107. Pp. 235–246. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.01.009Bader T.K., Schweigler M., Serrano E., Dorn M., Enquist B., Hochreiner G. Integrative experimental characterization and engineering modeling of single-dowel connections in LVL. Construction and Building Materials. 2016; 107:235-246. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.01.009Schweigler M., Bader T.K., Hochreiner G., Lemaître R. Parameterization equations for the nonlinear connection slip applied to the anisotropic embedment behavior of wood // Composites Part B: Engineering. 2018. Vol. 142. Pp. 142–158. DOI: 10.1016/j.compositesb.2018.01.003Schweigler M., Bader T.K., Hochreiner G., Lemaître R. Parameterization equations for the nonlinear connection slip applied to the anisotropic embedment behavior of wood. Composites Part B: Engineering. 2018; 142:142-158. DOI: 10.1016/j.compositesb.2018.01.003Blaß H.J., Colling F. Load-carrying capacity of dowelled connections // INTER Meeting. 2015. Pp. 48–7–3. Pp. 115–129. URL: https://www.hs-augsburg.de/homes/colling/holzbau-colling/pdf/2015- INTER.pdfBlaß H.J., Colling F. Load-carrying capacity of dowelled connections. INTER Meeting. 2015; 48-7-3:115-129. URL: https://www.hs-augsburg.de/homes/colling/holzbau-colling/pdf/2015-INTER.pdfSteilner M., Blaß H.J. A method to determine the plastic bending angle of dowel-type fasteners // Materials and Joints in Timber Structures. 2014. Pp. 301–306. DOI: 10.1007/978-94-007-7811-5_28Steilner M., Blaß H.J. A method to determine the plastic bending angle of dowel-type fasteners. Materials and Joints in Timber Structures. 2014; 301-306. DOI: 10.1007/978-94-007-7811-5_28Franke S., Magnière N. The embedment failure of European beech compared to spruce wood and standards // Materials and Joints in Timber Structures. 2014. Pp. 221–229. DOI: 10.1007/978-94-007-7811-5_21Franke S., Magnière N. The embedment failure of European beech compared to spruce wood and standards. Materials and Joints in Timber Structures. 2014; 221-229. DOI: 10.1007/978-94-007-7811-5_21Franke S., Magnière N. Discussion of testing and evaluation methods for the embedment behaviour of connections // INTER Meeting. 2014. P. 47–7–1. Pp. 93–102.Franke S., Magnière N. Discussion of testing and evaluation methods for the embedment behaviour of connections. INTER Meeting. 2014; 47-7-1:93-102.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.