Численное исследование напряженно-деформированного состояния жесткого конькового узла деревянных конструкций с вклеенными шайбами

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. 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. 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. 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.

1. Azzi 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/infrastructures10020028

2. Золотов М.С. Исследование напряженно-деформированного состояния анкерного соединения на эпоксидном клее : автореф. дис. … канд. техн. наук. Харьков, 1971.

3. 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.

4. Иванов Ю.M. Длительная несущая способность деревянных конструкций // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1972. № 11. С. 6–12.

5. 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.

6. Ковальчук Л.М. Склеивание древесных материалов с пластмассами и металлами. М. : Лесная промышленность, 1968. 239 с.

7. Калугин А.В. Клееные деревянные конструкции в современном строительстве // Промышленное и гражданское строительство. 2011. № 7–2. С. 32–37. EDN NXOUFJ.

8. 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.

9. 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.

10. Турковский С.Б., Саяпин В.В. Исследование монтажных узловых соединений клееных деревянных конструкций. М. : ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, 1981.

11. 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.

12. 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/201819303051

13. Jockwer 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: 10.1080/17480272.2021.1955297

14. Jockwer 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.2018.05.061

15. Mirski 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/ma14102574

16. Akter 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.2021.112800

17. Steilner 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_28

18. Franke 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_21

19. Schweigler 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.2018.01.003

20. Blaß H.J., Colling F. Load-carrying capacity of dowelled connections // INTER Meeting. 2015. Pp. 115–129.

21. Franke S., Magnière N. Discussion of testing and evaluation methods for the embedment behaviour of connections // INTER Meeting. 2014. Pp. 93–102.