Разработка конструктивного решения сопряжений колонн и ригелей из древесины на металлических накладках и шурупах

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. 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. 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. 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.

1. Chernova 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.

2. 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.0000454

3. Leijten 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.2009.08.042

4. Dezhin 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/202340210005

5. Dezhin 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_32

6. Дежин 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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/l82-035

10. Leijten 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.2015.12.170

11. Hoffmeyer 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/s001070050390

12. De 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.2021.112798

13. Hamid 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.2022.128394

14. Линьков В.И. Повышение несущей способности соединений на наклонных ввинченных стержнях // Инженерный вестник Дона. 2020. № 11 (71). С. 339–346. EDN JSHPHD.

15. Линьков В.И. Напряженное состояние наклонных металлических стержней в деревянных элементах составного сечения // Инженерный вестник Дона. 2019. № 1 (52). С. 159. EDN OBUTSB.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.