mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2025.9.1313-1329mgssuvest-718Research ArticleПроектирование и конструирование строительных систем. Строительная механика. Основания и фундаменты, подземные сооруженияConstruction system design and layout planning. Construction mechanics. Bases and foundations, underground structuresЧисленное исследование напряженно-деформированного состояния жесткого конькового узла деревянных конструкций с вклеенными шайбамиNumerical study of the stress-strain state of a rigid ridge assembly of wooden structures with glued washershttps://orcid.org/0000-0003-2872-0723ШколярФ. С.ShkoliarF. S.

Филипп Сергеевич Школяр — кандидат технических наук, старший преподаватель

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.comСтародубцевМ. О.StarodubcevM. O.

Максим Олегович Стародубцев — студент

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

Maxim O. Starodubcev — student

29 Polytechnic st., St. Petersburg, 195251

starodubtsev.mo@edu.spbstu.ruhttps://orcid.org/0009-0002-9138-4494СафошкинМ. А.SafoshkinM. A.

Михаил Александрович Сафошкин — студент

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

ResearcherID: MGW-6965-2025

Mikhail A. Safoshkin — student

29 Polytechnic st., St. Petersburg, 195251

ResearcherID: MGW-6965-2025

safoshkin_ma@spbstu.ruhttps://orcid.org/0009-0004-7034-3495АстаховА. А.AstahovA. A.

Андрей Александрович Астахов — студент

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

ResearcherID: MGW-7379-2025

Andrey A. Astahov — student

29 Polytechnic st., St. Petersburg, 195251

ResearcherID: MGW-7379-2025

astahov_aa@spbstu.ruСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ)РоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic University (SPbPU)Russian Federation20252909202520913131329Copyright © Школяр Ф.С., Стародубцев М.О., Сафошкин М.А., Астахов А.А., 20252025Школяр Ф.С., Стародубцев М.О., Сафошкин М.А., Астахов А.А.Shkoliar F.S., Starodubcev M.O., Safoshkin M.A., Astahov A.A.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/718Введение

Введение. Чтобы придать бо́льшую жесткость деревянному пространственному каркасу здания, воспринимающему горизонтальные нагрузки от ветра, необходимо ввести в расчетную схему жесткие узлы. Недостаточность нормативной базы по расчету узлов с вклеенными соединениями приводит к разобщенности методик расчета, используемых инженерами-проектировщиками. Предложена методика конструирования и расчета конькового узла деревянных конструкций с вклеенными шайбами.

Материалы и методы

Материалы и методы. Выполнены инженерный расчет конькового узла и его элементов, моделирование и расчет рассматриваемого соединения, а также анализ возможности его применения на примере существующего здания, рассчитанного в ПК SCAD.

Результаты

Результаты. Разработано конструктивное решение жесткого узла нового типа на основании применения вклеиваемых в древесину стальных шайб. Проведены численно-теоретический анализ каждого элемента соединения на усилия, передаваемые соседними конструкциями; оценка численного порядка воспринимаемого предлагаемой конструкцией изгибающего момента. Несущая способность предлагаемого решения исключает податливость и повышает прочность всего соединения.

Выводы

Выводы. Предлагаемый узел имеет меньший вес по сравнению с аналогичными на вклеенных стержнях. Новая конструкция узла поможет проектировщикам расширить вариативность методов конструирования узлов, предложенных в нормативной базе, а также использовать новую конструкцию соединений взамен типовых решений. Рассматриваемый метод расчета узлового соединения способен улучшить надежность, повысить экономическую эффективность всей конструкции в целом. Возможность применения предлагаемого узла подтверждена методами численного моделирования.

Introduction

Introduction. In order to give geometric immutability to load-bearing structures that accept horizontal loads from the wind, it is necessary to introduce rigid nodes into the design scheme. The insufficiency of the regulatory framework for calculating nodes with glued joints leads to a separation of calculations from company to company. This paper proposes a method for designing and calculating a ridge assembly of wooden structures with glued washers.

Materials and methods

Materials and methods. Engineering calculation of the ridge node and its elements, modelling and calculation of the considered connection, as well as analysis of the possibility of its application on the example of an existing building, calculated in the SCAD software.

Results

Results. A constructive solution for a new type of rigid assembly was developed based on the use of steel washers glued into wood. A numerical and theoretical analysis of each element of the joint for the forces transmitted by neighboring structures is carried out. Estimation of the numerical order of the bending moment perceived by the proposed design. The bearing capacity of the proposed solution eliminates ductility and increases the strength of the entire joint.

Conclusions

Conclusions. The proposed assembly is lighter than its counterpart on glued rods, and the lack of a regulatory framework for such structures forces designers to make standard decisions. The proposed method for calculating the nodal connection can improve reliability, as well as increase the economic efficiency of the entire structure. The possibility of using the proposed node has been confirmed by numerical modelling methods.

стропильная конструкцияузловые соединенияжесткий узелвклеенные шайбынесущая способностьдеревянные конструкциижесткий стыкrafter structurenodal jointsrigid assemblyglued washersload-bearing capacitywooden structuresrigid jointReferencesAzzi Z., Al Sayegh H., Metwally O., Eissa M. Review of Nondestructive Testing (NDT) Techniques for Timber Structures // Infrastructures. 2025. Vol. 10. Issue 2. P. 28. DOI: 10.3390/infrastructures10020028Azzi Z., Al Sayegh H., Metwally O., Eissa M. Review of Nondestructive Testing (NDT) Techniques for Timber Structures. Infrastructures. 2025; 10(2):28. DOI: 10.3390/infrastructures10020028Золотов 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.).Школяр Ф.С., Никитин А.Г., Зацепина А.И. Экспериментальное исследование вклеенного вдоль волокон древесины стержня // Вестник МГСУ. 2023. Т. 18. № 12. С. 1915–1925. DOI: 10.22227/1997-0935.2023.12.1915-1925. EDN LQVESG.Shkoliar F.S., Nikitin A.G., Zatsepina A.I. Experimental research of a rod glued along wood fibres. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2023; 18(12):1915-1925. DOI: 10.22227/1997-0935.2023.12.1915-1925. EDN LQVESG. (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. Кучеренко, 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.).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/201819303051Jockwer 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: 10.1080/17480272.2021.1955297Jockwer 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.2018.05.061Mirski 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/ma14102574Akter 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. 244. 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; 244:112800. DOI: 10.1016/j.engstruct.2021.112800Steilner 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_21Schweigler 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. 115–129.Blaß H.J., Colling F. Load-carrying capacity of dowelled connections. INTER Meeting. 2015; 115-129.Franke S., Magnière N. Discussion of testing and evaluation methods for the embedment behaviour of connections // INTER Meeting. 2014. Pp. 93–102.Franke S., Magnière N. Discussion of testing and evaluation methods for the embedment behaviour of connections. INTER Meeting. 2014; 93-102.

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