mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2024.3.387-393mgssuvest-212Research ArticleПроектирование и конструирование строительных систем. Строительная механика. Основания и фундаменты, подземные сооруженияConstruction system design and layout planning. Construction mechanics. Bases and foundations, underground structuresРазработка конструктивного решения сопряжений колонн и ригелей из древесины на металлических накладках и шурупахDevelopment of a constructive solution of wood columns and crossbars interfaces on metal overlays and screwshttps://orcid.org/0000-0002-6142-0258ДежинМ. А.DezhinM. A.

Максим Александрович Дежин — аспирант кафедры металлических и деревянных конструкций

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

РИНЦ ID: 947750, ResearcherID: ABE-2168-2021, Scopus: 57889248000

Maxim A. Dezhin — postgraduate student of the Department of Metal and Wooden Structures

26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337

ID RSCI: 947750, ResearcherID: ABE-2168-2021, Scopus: 57889248000

maksim1403@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3761-9213ИбрагимовА. М.IbragimovA. M.

Александр Майорович Ибрагимов — доктор технических наук, профессор кафедры металлических и деревянных конструкций

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

РИНЦ ID: 704948, ResearcherID: AFN-6830-2022, Scopus: 57189524528

Aleksandr M. Ibragimov — Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Metal and Wooden Structures

26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337

ID RSCI: 704948, ResearcherID: AFN-6830-2022, Scopus: 57189524528

igasu_alex@mail.ruНациональный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)РоссияMoscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)Russian Federation202430032024193387393Copyright © Дежин М.А., Ибрагимов А.М., 20242024Дежин М.А., Ибрагимов А.М.Dezhin M.A., Ibragimov A.M.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/212Введение

Введение. Актуальным является вопрос развития конструктивных решений соединений деревянных элементов, в частности сопряжений колонн и ригелей. Рассмотрены преимущества и особенности основных существующих способов соединения деревянных колонн и ригелей.

Материалы и методы

Материалы и методы. По характеру разрушения ранее испытанных образцов соединений деревянных элементов на накладках одного из производителей установлено, что определяющим фактором разрушения образцов стало недостаточное значение усилия отрыва накладки от деревянного элемента и несовершенство конструкции накладок. Предложено увеличить несущую способность и снизить деформативность соединений путем модификации соединений с внедрением эпоксидной смолы между шурупом и древесиной и между накладкой и торцом деревянного элемента, к которому она закреплена, и модификации конструкции накладок.

Результаты

Результаты. Разработано конструктивное решение сопряжений деревянных колонн и ригелей, обладающее повышенной надежностью по сравнению с изученными соединениями и лишенное их недостатков. Этот результат достигнут за счет наличия клеевого слоя между шурупом и древесиной, а также между накладкой и деревянным элементом; выполнения насечек на сторонах накладок, крепящихся к деревянным элементам; увеличенной длины шурупов, ввинчиваемых в накладку с пазом, по сравнению с длиной шурупов, ввинчиваемых в накладку с шипом; размещения отверстий под шурупы под углом 90° к поверхности накладки, в которую завинчиваются шурупы; большой степени расширения в форме клина поперечных сечений шипа и паза накладок в продольном направлении приложения нагрузки к соединению; отсутствия контакта шипа и паза накладок в нижних их частях.

Выводы

Выводы. Проведенные исследования позволят расширить номенклатуру соединений деревянных элементов и повысить надежность конструирования конструкций на основе деревянных элементов с использованием металлических накладок. Разработанный узел соединения может быть применен при строительстве, реконструкции и реставрации деревянных зданий и сооружений различного назначения.

Introduction

Introduction. The paper discusses the advantages and features of the main existing methods of connecting wooden columns and crossbars.

Materials and methods

Materials and methods. It was proposed to increase the load-bearing capacity and reduce the deformability of joints by modifying the joints with the introduction of epoxy resin between the screw and the wood and between the overlay and the end of the wooden element to which it is attached and modifying the design of the overlays.

Results

Results. As a result, a constructive solution for connecting wooden columns and crossbars was developed, which has increased reliability compared to the studied connections and is free of their disadvantages. This result was achieved due to the presence of an adhesive layer between the screw and the wood, as well as between the overlay and the wooden element, the making of notches on the sides of the overlays attached to the wooden elements, the increased length of the screws screwed into the overlay with a groove, compared to the length of the screws screwed into an overlay with a tenon, placement of holes for screws at an angle of 90° to the surface of the overlay into which the screws are screwed.

Conclusions

Conclusions. An urgent issue is the development of constructive solutions for connections of wooden elements, in particular the interfaces of columns and crossbars. The paper discusses the advantages and features of the main existing methods of connecting wooden columns and crossbars.

древесинасоединение деревянных элементовдеревянные колонныдеревянные балкиметаллические накладкишурупыогнезащита соединенияповышение надежностиwoodconnection of wooden elementswooden columnswooden beamsmetal overlaysscrewsfire protection of the connectionopen connectionconcealed connectionincreased reliabilityАвторы выражают благодарность анонимным рецензентам, кафедре металлических и деревянных конструкций и НИУ МГСУ.The authors express their gratitude to the anonymous reviewers, the Department of Metal and Wooden Structures and the Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU).ReferencesChernova T., Melekhov V. Behavior of timber-timber composite structure connected by inclined screws // Magazine of Civil Engineering. 2023. No. 4 (120). P. 12004. DOI: 10.34910/MCE.120.4.EDN LTHOSP.Chernova T., Melekhov V. Behavior of timber-timber composite structure connected by inclined screws. Magazine of Civil Engineering. 2023; 4(120):12004. DOI: 10.34910/MCE.120.4.EDN LTHOSP.Leijten A.J.M., Franke S., Quenneville P., Gupta R. Bearing strength capacity of continuous supported timber beams: Unified approach for test methods and structural design codes // Journal of Structural Engineering. 2012. Vol. 138. Issue 2. Pp. 266–272. DOI: 10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0000454Leijten A., Franke S., Quenneville P., Gupta R. Bearing strength capacity of continuous supported timber beams: Unified approach for test methods and structural design codes. Journal of Structural Engineering. 2012; 138(2):266-272. DOI: 10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0000454Leijten A.J.M., Larsen H.J., Van der Put T.A.C.M. Structural design for compression strength perpendicular to the grain of timber beams // Construction and Building Materials. 2010. Vol. 24. Issue 3. Pp. 252–257. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2009.08.042Leijten A.J. M., Larsen H.J., Van der Put T.A.C.M. Structural design for compression strength perpendicular to the grain of timber beams. Construction and Building Materials. 2010; 24(3):252-257. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2009.08.042Dezhin M., Ibragimov A. Improving the reliability of the joints of wooden elements on metal linings // E3S Web of Conferences. 2023. Vol. 402. P. 10005. DOI: 10.1051/e3sconf/202340210005Dezhin M., Ibragimov A. Improving the reliability of the joints of wooden elements on metal linings. E3S Web of Conferences. 2023; 402:10005. DOI: 10.1051/e3sconf/202340210005Dezhin M., Ibragimov A. Increasing the bearing capacity of the joints of wooden elements on metal plates // Lecture Notes in Civil Engineering. 2023. Pp. 341–348. DOI: 10.1007/978-3-031-10853-2_32Dezhin M., Ibragimov A. Increasing the bearing capacity of the joints of wooden elements on metal plates. Lecture Notes in Civil Engineering. 2023; 341-348. DOI: 10.1007/978-3-031-10853-2_32Дежин М.А., Ибрагимов А.М. Изучение характера деформативности соединений деревянных элементов на металлических накладках с применением ввинченных шурупов // БСТ: Бюллетень строительной техники. 2023. № 1 (1061). С. 52–53. EDN XQUFJH.Dezhin M.A., Ibragimov A.M. The study of the nature of the deformability of wooden elements joints on metal lips with the application of screws. BST: Bulletin of the Construction Equipment. 2023; 1(1061):52-53. EDN XQUFJH. (rus.).Дежин М.А. Несущая способность и деформативность соединений деревянных элементов на металлических накладках с использованием ввинченных шурупов // Инженерный вестник Дона. 2021. № 6 (78). С. 264–271. EDN FUXSTM.Dezhin M.A. Bearing capacity and deformability of joints of wooden elements on metal plates using screwed in screws. Engineering Journal of Don. 2021; 6(78):264-271. EDN FUXSTM. (rus.).Дежин М.А. Оценка влияния применения эпоксидного клея на прочностные показатели и деформации соединений деревянных элементов на металлических накладках с применением ввинченных шурупов // БСТ: Бюллетень строительной техники. 2022. № 2 (1050). С. 28–30. EDN INMZAF.Dezhin M.A. Estimation of the influence of the application of epoxy glue on the strength indicators and deformation of joints of wooden elements on metal plates with the application of screws. BST: Bulletin of the Construction Equipment. 2022; 2(1050):28-30. EDN INMZAF. (rus.).Madsen B., Hooley R., Hall C. A design method for bearing stresses in wood // Canadian Journal of Civil Engineering. 1982. Vol. 9. Issue 2. Pp. 338–349. DOI: 10.1139/l82-035Madsen B., Hooley R., Hall C. A design method for bearing stresses in wood. Canadian Journal of Civil Engineering. 1982; 9(2):338-349. DOI: 10.1139/l82-035Leijten A. The bearing strength capacity perpendicular to grain of norway spruce — Evaluation of three structural timber design models // Construction and Building Materials. 2016. Vol. 105. Pp. 528–535. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2015.12.170Leijten A. The bearing strength capacity perpendicular to grain of Norway spruce — Evaluation of three structural timber design models. Construction and Building Materials. 2016; 105:528-535. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2015.12.170Hoffmeyer P., Damkilde L., Pedersen T. Structural timber and glulam in compression perpendicular to grain // Holz als Roh- und Werkstoff. 2000. Vol. 58. Issue 1–2. Pp. 73–80. DOI: 10.1007/s001070050390Hoffmeyer P., Damkilde L., Pedersen T. Structural timber and glulam in compression perpendicular to grain. Holz als Roh- und Werkstoff. 2000; 58(1-2):73-80. DOI: 10.1007/s001070050390De Santis Y., Fragiacomo M. Timber-to-timber and steel-to-timber screw connections: Derivation of the slip modulus via beam on elastic foundation model // Engineering Structures. 2021. Vol. 244. P. 112798. DOI: 10.1016/j.engstruct.2021.112798De Santis Y., Fragiacomo M. Timber-to-timber and steel-to-timber screw connections: Derivation of the slip modulus via beam on elastic foundation model. Engineering Structures. 2021; 244:112798. DOI: 10.1016/j.engstruct.2021.112798Hamid Mirdad M., Jucutan K., Niederwestberg J., Hei Chui Y. Embedment and withdrawal stiffness predictions of self-tapping screws in timber // Construction and Building Materials. 2022. Vol. 345. P. 128394. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.128394Hamid Mirdad M., Jucutan K., Niederwestberg J., Hei Chui Y. Embedment and withdrawal stiffness predictions of self-tapping screws in timber. Construction and Building Materials. 2022; 345:128394. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.128394Линьков В.И. Повышение несущей способности соединений на наклонных ввинченных стержнях // Инженерный вестник Дона. 2020. № 11 (71). С. 339–346. EDN JSHPHD.Linkov V.I. Increasing the bearing capacity of connections on inclined screwed rods. Engineering Journal of Don. 2020; 11(71):339-346. EDN JSHPHD. (rus.).Линьков В.И. Напряженное состояние наклонных металлических стержней в деревянных элементах составного сечения // Инженерный вестник Дона. 2019. № 1 (52). С. 159. EDN OBUTSB.Linkov V.I. The stress condition of inclined metal rods in the timber elements of the built-up section. Engineering journal of Don. 2019; 1(52):159. EDN OBUTSB. (rus.).Линьков В.И. Несущая способность и деформативность НВС-соединений деревянных элементов при различном положении ввинченного стержня // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2021. № 4 (394). С. 179–185. DOI: 10.47367/0021-3497_2021_4_179.EDN YMIRHW.Linkov V.I. Bearing capacity and deformability of ISR-connections of wooden elements at different positions of the screwed-in rod. Textile Industry Technology (Series: Proceedings of Higher Educational Institutions). 2021; 4(394):179-185. DOI: 10.47367/0021-3497_2021_4_179.EDN YMIRHW. (rus.).Линьков В.И. Соединения на наклонных ввинченных стержнях в деревянных балках для реконструкции зданий текстильной промышленности // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2017. № 3 (369). С. 212–217. EDN ZIWDAV.Linkov V.I. Connections on inclined screwed rods in wooden beams for the reconstruction of textile industry buildings. Textile Industry Technology (Series: Proceedings of Higher Educational Institutions). 2017; 3(369):212-217. EDN ZIWDAV. (rus.).Линьков В.И. Применение древесины мягких лиственных пород в деревянных элементах составного сечения на наклонных ввинченных стержнях // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2019. № 2 (380). С. 153–158. EDN SQMHPE.Linkov V.I. Use of soft hardwood in wooden elements of composite section on inclined metal rods. Textile Industry Technology (Series: Proceedings of Higher Educational Institutions). 2019; 2(380):153-158. EDN SQMHPE. (rus.).Линьков В.И. К вопросу проектирования составных деревянных балок на наклонных металлических стержнях для покрытий реконструируемых объектов текстильной промышленности // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2018. № 3 (375). С. 84–89. EDN VJQDJY.Linkov V.I. On the question of designing composite wooden beams on inclined metal rods for coatings of reconstructed in textile industry. Textile Industry Technology (Series: Proceedings of Higher Educational Institutions). 2018; 3(375):84-89. EDN VJQDJY. (rus.).Сюй Ю. Повышение несущей способности соединений элементов деревянных конструкций на металлических накладках с использованием металлической зубчатой пластины : дис. … канд. техн. наук. СПб., 2015. 198 с. EDN XZRHZB.Syuj Yu. Increasing the load-bearing capacity of connections between wooden structural elements on metal plates using a metal toothed plate : thesis of candidate of technical sciences. St. Petersburg, 2015; 198. EDN XZRHZB. (rus.).

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