mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2025.12.1892-1906mgssuvest-813Research ArticleПроектирование и конструирование строительных систем. Строительная механика. Основания и фундаменты, подземные сооруженияConstruction system design and layout planning. Construction mechanics. Bases and foundations, underground structuresПрименение перекрестно-ориентированных слоев в конструкции клееных деревянных балокThe use of cross-oriented layers in the construction of glued wooden beamshttps://orcid.org/0009-0004-7803-8401ФадеевР. Н.FadeevR. N.

Роман Николаевич Фадеев — аспирант

60000, г. Владимир, ул. Горького, д. 87

РИНЦ AuthorID: 1272133, ResearcherID: LFT-9506-2024

Roman N. Fadeev — postgraduate student

87 Gorky st., Vladimir, 60000

RSCI AuthorID: 1272133, ResearcherID: LFT-9506-2024

romazatti@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5262-6609ЛисятниковМ. С.LisyatnikovM. S.

Михаил Сергеевич Лисятников — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры строительных конструкций

60000, г. Владимир, ул. Горького, д. 87

РИНЦ AuthorID: 821084, Scopus: 59195815500, ResearcherID: V-6057-2018

Mikhail S. Lisyatnikov — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Building Structures

87 Gorky st., Vladimir, 60000

RSCI AuthorID: 821084, Scopus: 59195815500, ResearcherID: V-6057-2018

mlisyatnikov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2033-3473ЛукинМ. В.LukinM. V.

Михаил Владимирович Лукин — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры архитектурно-строительного проектирования и физики среды

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

РИНЦ AuthorID: 859961, Scopus: 56195421800, ResearcherID: E-8085-2019

Mikhail V. Lukin — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Architectural and Construction Design and Environmental Physics

26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337

RSCI AuthorID: 859961, Scopus: 56195421800, ResearcherID: E-8085-2019

mihail_lukin_22@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0356-1383РощинаС. И.RoschinaS. I.

Светлана Ивановна Рощина — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой строительных конструкций

60000, г. Владимир, ул. Горького, д. 87

РИНЦ AuthorID: 422868, Scopus: 57131029400, 57204526168, ResearcherID: A-7722-2019

Svetlana I. Roschina — Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Building Structures

87 Gorky st., Vladimir, 60000

RSCI AuthorID: 422868, Scopus: 57131029400, 57204526168, ResearcherID: A-7722-2019

rsi3@mail.ruВладимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых (ВлГУ)РоссияVladimir State University named after Alexander and Nikolay Stoletovs (VlSU)Russian FederationНациональный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)РоссияMoscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)Russian FederationВладимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых (ВлГУ)РоссияVladimir State University named after Alexander Grigoryevich and Nikolai Grigoryevich Stoletov (VlSU)Russian Federation202530122025201218921906Copyright © Фадеев Р.Н., Лисятников М.С., Лукин М.В., Рощина С.И., 20252025Фадеев Р.Н., Лисятников М.С., Лукин М.В., Рощина С.И.Fadeev R.N., Lisyatnikov M.S., Lukin M.V., Roschina S.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/813Введение

Введение. Исследуется возможность применения перекрестно-ориентированных слоев в клееных деревянных балках и определение напряженно-деформированного состояния таких балок. Основным преимуществом использования перекрестно-ориентированных слоев в клееных балках является возможность применения отходов производства пиломатериалов в перекрестно-ориентированных слоях.

Материалы и методы

Материалы и методы. Рассмотрены 3- и 5-слойные балки, склеенные только из продольных ламелей, и балки, скомбинированные из продольных и перекрестно-ориентированных слоев. Исследование разбито на два этапа: расчет конструкции балок в программном комплексе Лира и испытание образцов на изгиб. Образцы для испытаний изготовлены с помощью двух типов клея: однокомпонентного полиуретанового клея Tricol и клея на основе фенолформальдегидных смол БФ-4.

Результаты

Результаты. По результатам расчета в ПК Лира нормальные напряжения 3-слойных балок с перекрестно-ориентированными слоями выросли на 6,5 %, чем у балок без них, у 5-слойных балок с перекрестно-ориентированными слоями нормальные напряжения выросли на 25 % относительно балок с продольными слоями. Деформативность балок с применением перекрестно-ориентированных слоев по расчету изменилась незначительно по сравнению с балками, склеенными только из продольных ламелей. По результатам испытания наилучшие результаты по прочности и характеру разрушений показали образцы, склеенные с использованием однокомпонентного полиуретанового клея. Данные образцы при испытании продемонстрировали максимальную сходимость разрушающей нагрузки. Средняя сходимость расчетных напряжений с напряжениями, полученными по результатам эксперимента, составила порядка 90 %. Средняя сходимость результатов расчета по деформациям и экспериментальным данным составила 88,8 %.

Выводы

Выводы. При применении перекрестно-ориентированных слоев в конструкции клееных деревянных балок наиболее пригодными к ограниченному использованию в реальных конструкциях оказались 3-слойные образцы, показавшие снижение прочности порядка 20 %. Применение перекрестно-ориентированных слоев в клееных деревянных балках позволит снизить отходы производства пиломатериалов с незначительной потерей их несущей способности.

Introduction

Introduction. The proposed paper explores the possibility of using cross-oriented layers in glued wooden beams and determining the stress-strain state of such beams. The main advantage of using cross-oriented layers in glued beams is the possibility of using lumber production waste in cross-oriented layers.

Materials and methods

Materials and methods. In this study, 3-layer and 5-layer beams glued together from only longitudinal lamellae and beams combined from longitudinal and cross-oriented layers are considered for comparison. The study is divided into two stages: the calculation of the beam structure in the Lira software package and the bending test of specimens. The test specimens were made using two types of glue: Tricol single-component polyurethane glue and glue based on phenol-formaldehyde resins BF-4.

Results

Results. According to the calculation results in the Lira software package, the normal stresses of 3-layer beams with cross-oriented layers increased by 6.5 % compared to beams without them, and for 5-layer beams with cross-oriented layers, the normal stresses increased by 25 % relative to beams with longitudinal layers. The deformability of beams using cross-oriented layers has changed slightly by calculation compared to beams glued only from longitudinal lamellae. According to the test results, the specimens glued using a one-component polyurethane adhesive showed the best results in terms of strength and fracture pattern. These specimens showed the maximum convergence of the destructive load during testing. The averageconvergence of the calculated stresses with the stresses obtained from the experimental results was about 90 %.The average convergence of the strain calculation results and experimental data was 88.8 %.

Conclusions

Conclusions. Thus, when using cross-oriented layers in the construction of glued wooden beams, 3-layer specimens turned out to be the most suitable for limited use in real structures, which showed a decrease in strengthof about 20 %. The use of cross-oriented layers in glued wooden beams will reduce the waste of lumber production with a slight loss of their bearing capacity.

древесинаклееные деревянные конструкциибалкиперекрестно-ориентированные слои древесинырасчет конструкциймоделирование балокэкспериментальные исследованияwoodglued wooden structuresbeamscross-oriented layers of woodstructural calculationbeam modellingexperimental studiesРабота выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственного задания в области научной деятельности (тема FZUN-2024-0004, государственное задание ВлГУ).This work was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation as part of a state assignment in the field of scientific activity (topic FZUN-2024-0004, state assignment to VlSU).ReferencesПерекопская М.А., Алексеев Ю.В. Организация территорий с развитым лесопромышленным комплексом (на примере Швеции и России) // Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. № 9. С. 1228–1238. DOI: 10.22227/1997-0935.2020.9.1228-1238.Perekopskaya M.A., Alekseev Yu.V. Management of territories that accommodate advanced timber industry enterprises (as illustrated by Sweden and Russia). Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2020; 15(9):1228-1238. DOI: 10.22227/1997-0935.2020.9.1228-1238. (rus.)Altuncu D., Kasapseçkin M.A. Management and recycling of constructional solid waste in Turkey // Procedia Engineering. 2011. Vol. 21. Pp. 1072–1077. DOI: 10.1016/j.proeng.2011.11.2113Altuncu D., Kasapseçkin M.A. Management and recycling of constructional solid waste in Turkey. Procedia Engineering. 2011; 21:1072-1077. DOI: 10.1016/j.proeng.2011.11.2113.Mirski R., Dukarska D., Derkowski A., Czarnecki R., Dziurka D. By-products of sawmill industry as raw materials for manufacture of chip-sawdust boards // Journal of Building Engineering. 2020. Vol. 32. P. 101460. DOI: 10.1016/j.jobe.2020.101460Mirski R., Dukarska D., Derkowski A., Czarnecki R., Dziurka D. By-products of sawmill industry as raw materials for manufacture of chip-sawdust boards. Journal of Building Engineering. 2020; 32:101460. DOI: 10.1016/j.jobe.2020.101460.Теличенко В.И., Лапидус А.А., Слесарев М.Ю. Анализ и синтез образов экологически ориентированных инновационных технологий строительного производства // Вестник МГСУ. 2023. Т. 18. № 8. С. 1298–1305. DOI: 10.22227/1997-0935.2023.8.Telichenko V.I., Lapidus A.A., Slesarev M.Yu. Analysis and synthesis of images of environmentally oriented innovative technologies of construction production. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2023; 18(8):1298-1305. DOI: 10.22227/1997-0935.2023.8.1298-1305. (rus.)Ghanbari-Ghazijahani Т., Gorji Azandariani M., Vimonsatit V., Sulong N.H.R. Experiments and design of concrete-filled steel tubes with timber chips under axial compression // Thin-Walled Structures. 2023. Vol. 186. P. 110679. DOI: 10.1016/j.tws.2023.110679Ghanbari-Ghazijahani Т., Gorji Azandariani M., Vimonsatit V., Sulong N.H.R. Experiments and design of concrete-filled steel tubes with timber chips under axial compression. Thin-Walled Structures. 2023; 186:110679. DOI: 10.1016/j.tws.2023.110679.Dias S., Tadeu A., Almeida J., António J., de Brito J. Steel-concrete bond behaviour of concrete mixes with wood waste: pull-out and bending tests of full-scale beams and columns // Construction and Building Materials. 2023. Vol. 383. P. 131343. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2023.131343Dias S., Tadeu A., Almeida J., António J., de Brito J. Steel-concrete bond behaviour of concrete mixes with wood waste: pull-out and bending tests of full-scale beams and columns. Construction and Building Materials. 2023; 383:131343. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2023.131343.Amiandamhen S.O., Adamopoulos S., Adl-Zarrabi B., Yin H., Norén J. Recycling sawmilling wood chips, biomass combustion residues, and tyre fibres into cement-bonded composites: Properties of composites and life cycle analysis // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 297. P. 123781. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.123781Amiandamhen S.O., Adamopoulos S., Adl-Zarrabi B., Yin H., Norén J. Recycling sawmilling wood chips, biomass combustion residues, and tyre fibres into cement-bonded composites: Properties of composites and life cycle analysis. Construction and Building Materials. 2021; 297:123781. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.123781.Евсеев А.В., Черкасов А.В., Веселова П.А. Поиск оптимального шага несущих деревянных балок межэтажного перекрытия из СИП-панелей // Наука и бизнес: пути развития. 2020. № 4 (106). С. 61–63.Evseev A.V., Cherkasov A.V., Veselova P.A. Search for the optimal spacing of load-bearing wooden beams of interfloor overlap from structural insulated panels. Science and Business: Ways of Development. 2020; 4(106):61-63. (rus.)Патент RU № 2118589C1, МПК B27M 3/04. Способ изготовления деревянных плит из отходов пиломатериалов / Пимяков И.Н., Кудашкин Ю.Л.; заявл. № 97109711/13 от 10.06.1997; опубл. 10.09.1998.Patent RU No. 2118589C1, IPC B27M 3/04. Method for manufacturing wooden boards from sawn timber waste / Pimyakov I.N., Kudashkin Yu.L.; Appl. No. 97109711/13 dated 10.06.1997; published 10.09.1998. EDN JWDWPK.Патент RU № 204008U1, МПК E04C 3/14. Брус из обрезков фанеры / Микрюкова Е.В., Митрофанов В.Е., Волдаев М.Н.; заявитель Поволжский государственный технологический университет; заявл. № 2020141664 от 17.12.2020; опубл. 04.05.2021.Patent RU No. 204008U1, IPC E04C 3/14. Beam from plywood scraps / Mikryukova E.V., Mitrofanov V.E., Voldayev M.N.; applicant Volga Region State Technological University; appl. No. 2020141664 dated 17.12.2020; published 04.05.2021. EDN PUDUGG.Bond C.E., Killingsworth J., Elliott J.W., Schaller Z., Conrad S. Wood waste reduction through volumetric modular building techniques // Cleaner Waste Systems. 2025. Vol. 11. P. 100253. DOI: 10.1016/j.clwas.2025.100253Bond C.E., Killingsworth J., Elliott J.W., Schaller Z., Conrad S. Wood waste reduction through volumetric modular building techniques. Cleaner Waste Systems. 2025; 11:100253. DOI: 10.1016/j.clwas.2025.100253.Mayencourt P., Cousin T., Ganeles S., Mueller C. Zero-waste fabrication methodology for structurally optimized mass timber beams // Journal of Cleaner Production. 2025. Vol. 490. P. 144518. DOI: 10.1016/j.jclepro.2024.144518Mayencourt P., Cousin T., Ganeles S., Mueller C. Zero-waste fabrication methodology for structurally optimized mass timber beams. Journal of Cleaner Production. 2025; 490:144518. DOI: 10.1016/j.jclepro.2024.144518.Chen H., Ma W., Kasal B., Wei Y., Yan L. Flexural behavior of adhesively bonded cross-laminated timber-concrete composite (TCC) panel with glass-fiber textile mesh as reinforcement in concrete: Experimental studying and numerical simulation // Engineering Structures. 2025. Vol. 330. P. 119916. DOI: 10.1016/j.engstruct.2025.119916Chen H., Ma W., Kasal B., Wei Y., Yan L. Flexural behavior of adhesively bonded cross-laminated timber-concrete composite (TCC) panel with glass-fiber textile mesh as reinforcement in concrete: Experimental studying and numerical simulation. Engineering Structures. 2025; 330:119916. DOI: 10.1016/j.engstruct.2025.119916.Dong W., Rose C.M., Stegemann J.A. Cross-laminated secondary timber: Validation of non-destructive assessment of structural properties by full-scale bending tests // Engineering Structures. 2024. Vol. 298. P. 117029. DOI: 10.1016/j.engstruct.2023.117029Dong W., Rose C.M., Stegemann J.A. Cross-laminated secondary timber: Validation of non-destructive assessment of structural properties by full-scale bending tests. Engineering Structures. 2024; 298:117029. DOI: 10.1016/j.engstruct.2023.117029.Llana D.F., González-Alegre V., Portela M., Íñiguez-González G. Cross Laminated Timber (CLT) manufactured with European oak recovered from demolition: Structural properties and non-destructive evaluation // Construction and Building Materials. 2022. Vol. 339. P. 127635. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.127635Llana D.F., González-Alegre V., Portela M., Íñiguez-González G. Cross Laminated Timber (CLT) manufactured with European oak recovered from demolition: Structural properties and non-destructive evaluation. Construction and Building Materials. 2022; 339:127635. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.127635.Малышкин А.П., Максимова О.М. Отечественный опыт применения LVL-бруса в несущих конструкциях // Вестник евразийской науки. 2023. Т. 15. № 5.Malyshkin A.P., Maximova O.M. National experience of LVL-beam application in load-bearing structures. The Eurasian Scientific Journal. 2023; 15(5). (rus.)Лукин М.В., Чибрикин Д.А., Рощина С.И. Численные исследования модифицированных композитных балок с учетом физической нелинейности древесины // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2023. № 5 (773). С. 5–19. DOI: 10.32683/0536-1052-2023-773-5-5-19.Lukin M.V., Chibrikin D.A., Roshchina S.I. Numerical studies of modified composite beams taking into account the physical nonlinearity of wood. News of Higher Educational Institutions. Construction. 2023; 5(773):5-19. DOI: 10.32683/0536-1052-2023-773-5-19. (rus.)Мартынов В.А., Мясников Д.О., Рощина С.И. Исследование прочности и деформативности клееных деревянных балок с ламелями из термически поврежденной древесины сосны // Лесотехнический журнал. 2024. Т. 14. № 1 (53). С. 170–189. DOI: 10.34220/issn.2222-7962/2024.1/10.Martynov V., Myasnikov D., Roshchina S. Investigation of the strength and deformability of glued wooden beams with lamellas made of thermally damaged (Pinus Sylvestris L.) wood based on experimental planning. Forestry Engineering Journal. 2024; 14(1):170-189. DOI: 10.34220/issn.2222-7962/2024.1/10. (rus.)Фадеев Р.Н., Лисятников М.С. Развитие области применения модифицированной древесины в клееных деревянных конструкциях // Международная конференция по физике материалов, строительным конструкциям и технологиям в строительстве, промышленной и производственной инженерии (MPCPE-2024). 2024. С. 230–236.Fadeev R.N., Mikhail S.L. Development of the field of application of modified wood in combined glued wooden structures. International Conference on Materials Physics, Building Structures and Technologies in Construction, Industrial and Manufacturing Engineering (MPCPE-2024). 2024; 230-236. (rus.)Чибрикин Д.А., Лукин М.В., Лукина А.В., Тюрикова Т.В., Рощина С.И. Численное исследование напряженно-деформированного состояния модифицированной деревянной балки // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2022. № 3 (387). С. 167–178. DOI: 10.37482/0536-1036-2022-3-167-178.Chibrikin D.A., Lukin M.V., Lukina A.V., Tyurikova T.V., Roshchina S.I. Numerical study of the stress-strain state of a modified wooden beam. Russian Forestry Journal. 2022; 3(387):167-178. DOI: 10.37482/0536-1036-2022-3-167-178. (rus.)Repin V.A., Lukina A.V., Strekalkin A.A. Parameterization of Maxwell — Cremona diagram for determining forces in elements of a scissors truss // Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2024. Vol. 20. Issue 2. Pp. 97–108. DOI: 10.22363/1815-5235-2024-20-2-97-108.Repin V.A., Lukina A.V., Strekalkin A.A. Parameterization of Maxwell — Cremona diagram for determining forces in elements of a scissors truss. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2024; 20(2):97-108. DOI: 10.22363/1815-5235-2024-20-2-97-108. (rus.)Минигалеева С.А. Численное моделирование деревянной балки в программном комплексе ANSYS // Современная наука: проблемы, идеи, тенденции. 2021. С. 95–101.Minigaleeva S.A. Numerical modeling of a wooden beam in the ANSYS software package. Modern science: problems, ideas, trends. 2021; 95-101. (rus.)Lukina A., Popova M., Sergeev M., Chibrikin D. Polymer compositions for restoration of destructed wooden structures // E3S Web of Conferences. 2023. P. 03002. DOI: 10.1051/e3sconf/202340103002.Lukina A., Popova M., Sergeev M., Chibrikin D. Polymer compositions for restoration of destructed wooden structures. E3S Web of Conferences. 2023; 03002. DOI: 10.1051/e3sconf/202340103002.Лукина А.В., Сергеев М.С. Исследование напряженно-деформированного состояния композитных деревянных балок // Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения. 2021. С. 183–190.Lukina A.V., Sergeev M.S. Investigation of the stress-strain state of composite wooden beams. Safety of the construction stock of Russia. Problems and solutions. 2021; 183-190. (rus.)Устарханов О.М., Булгаков А.И., Муселемов Х.М., Устарханов Т.О. Расчет трехслойных балок с учетом клеевого шва по методу конечных элементов с помощью ПК Лира // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2012. № 5 (168). С. 69-72.Ustarkhanov O.M., Bulgakov A.I., Muselemov Kh.M., Ustarkhanov T.O. Calculation of three-layer beams based on adhesive joint finite element method with through the Lira. University News. North-Caucasian Region. Series of Technical Sciences. 2012; 5(168):69-72. (rus.)

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