Предпосылки, анализ и область применения конструкций на вклеенных стержнях

Содержание

1. Введение………………………………………………………………………3

2. Предпосылки, анализ и область применения конструкций на вклеенных стержнях………………………………………………………………………4

3. Конструирование……………………………………………………………..8

4. Расчет………………………………………………………………………….11

5. Заключение…………………………………………………............................15

6. Список литературы………………………………………………...................16

Введение

Данный реферат составлен в целях ознакомления и более глубокого понимания работы соединений деревянных конструкций в целом, а также конкретно на вклеенных стержнях. В старом СНиП этот вопросы был рассмотрен лишь касательно, в то время как в условиях современного строительства он получил довольно больше распространение. В свете появления актуализированного издания СНиП II-25-80, в котором, как раз таки довольно тщательно, проработан интересующий меня раздел, я решил написать данную работу. В ней рассмотрены вопросы области применения, предпосылки появления, анализа, конструирования и расчета данных соединений, а так же приведены несколько примеров существующих конструкций, стыки и узлы которых выполнены на вклеенных стержнях.

Предпосылки, анализ и область применения конструкций на вклеенных стержнях

1) Предпосылки

До 1976 г. в СССР было введено более 20 предприятий КДК общей производительностью свыше 100 тыс. м3 в год. За короткий период удалось создать новую отрасль. Но в подготовке кадров обнаружился серьезный пробел – нехватало конструкторского и производственного опыта, что не замедлило сказаться на применении КДК в строительстве. Несмотря на достижения в научной и организационной сфере, на практике встречались отказы и аварии конструкций.

Для решения проблемы на основных предприятиях в

г. Волоколамске (Московская обл.) и г. Нелидово (Тверская обл.) были организованы филиалы лаборатории деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко, а в отраслевых проектных НИИ – специальные отделы по исследованию и проектированию КДК. Анализ результатов обследований аварийных конструкций многих зданий и сооружений позволил установить, что отказы имели преимущественно похожий характер и их причинами являлись нарушения технологического процесса, ошибки в конструировании, хранении и эксплуатации.

Разрушение изгибаемых и сжато-изгибаемы КДК происходило, главным образом, в первые месяцы эксплуатации, в результате недостаточной сдвиговой прочности клееной древесины из-за образования непроклеев, трещин в клеевых швах и параллельным им плоскостям.

В характере разрушений можно было выделить две стадии. Первая стадия – сдвиг в середине высоты сечения или по другим плоскостям, ослабленным расслоениями. Это превращало цельный изгибаемый элемент в составной и резко снижало момент сопротивления его сечения. Вторая стадия – разрушение от изгиба ослабленного элемента составного сечения.

Для исправления этого положения в условиях массового производства наметили одновременно два пути: усиление конструкций в целях повышения сдвиговой прочности и совершенствования узловых соединений с проведением необходимых исследований; дифференцированное изучение природы отказов, совершенствование технологических операций изготовления конструкций и их проектирования.

Усиление конструкций от сдвига и совершенствование узлов проводилось с использованием как традиционных соединений, так и новых – на вклеенных вдоль и поперек волокон стержнях. Последние широко изучались Н.Д. Поспеловым (СоюзДорНИИ), Л.М. Ковальчуком, Н.Г. Зубаревым, А.С. Фрейдиным (ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко), Я.А. Дмитриевым, С.В. Колпаковым, С.Ю. Щуко (НИСИ). Связи в этих соединениях, ориентированные вдоль или поперек волокон, в лабораторных условиях показывали высокие результаты. Однако применение их в реальных конструкциях ставило надежность конструкций в зависимость от многих технологических и других причин, которые предстояло исследовать.

В частности, было установлено, что соединениям с вклеенными вдоль волокон стержнями свойственны следующие недостатки:

· высокая вероятность совпадения связей с торцовыми трещи-

нами и расслоениями;

· зависимость прочности от наличия дефектов в одном – двух слоях с вклеенными связями внутри клееного пакета (сучки, шипы и пр.);

· высокая концентрация усилий именно в этих слоях;

· ослабление связей в периферийных зонах пакета, подверженных колебаниям температуры и влажности;

· усложнение операции заполнения соединения клеем при большой длине элементов.

Попытки повысить сдвиговую прочность и надежность конструкций привели к разработке соединений на вклеенных стержнях под углом 30–45 градусов к направлению волокон, лишенных перечисленных недостатков. Первые же опыты, проведенные на экспериментальной базе Волоколамского завода, подтвердили эффективность и преимущества наклонно вклеенных связей в сравнении с вклеенными связями вдоль волокон. Их стали применять для конструктивного усиления всех изгибаемых и сжато-изгибаемых элементов, что практически исключило отказы конструкций по причине недостаточной сдвиговой прочности. Параллельно проводились всесторонние исследования таких соединений в узловых сопряжениях и стыках. На основе этих соединений удалось получить равнопрочные стыки и узлы, в том числе большепролетных конструкций, которым не было аналогов.

2) Область применения

Известная проблема стыков существовала в стальных и железобетонных конструкциях, но для КДК она представлялась значительно более сложной. Подобно железобетонным конструк-циям, соединения на наклонно вклеенных стержнях обеспечили надежную анкеровку в клееном элементе закладных стальных деталей, с помощью которых решаются многие узловые сопряжения. Параллельно был преодолен «психологический» барьер при применении сварки в узлах и стыках КДК и доказана возможность ее использования практически без ограничения, особенно при вклеивании стержней на термостойких клеях.

Характерным признаком системы ЦНИИСК является применение закладных деталей в основных (опорных) узлах большепролетных конструкций, когда в них возникают усилия, воспринимать которые традиционным способом становится нецелесообразно, а зачастую и невозможно. Использование соединений на наклонно вклеенных стержнях позволяет значительно повысить их несу-щую способность, выносливость и надежность узлов, получить компактные огнестойкие решения с минимальным расходом стали. Повышение несущей способности в таких узлах достигается благодаря более равномерному распределению усилий по всему сечению. Это расширило возможности КДК при увеличении пролета и создании новых форм сквозных и пространственных конструкций.

В содружестве с ведущими проектными организациями и предприятиями институтом запроектировано и построено более 600 различных зданий, в том числе и уникальных [3–5]. Характерно, что в них нет повторяющихся конструкций.

К наиболее ответственным конструкциям относятся стыки рас-тянутых элементов, испытание которых, как правило, характеризовалось разрушением за пределами стыка по цельному сечению без увеличения его размеров. Этим подтверждается минимальная степень ослабления сечения при наклонном армировании и увеличение прочности сечения за счет включения стержней в совместную работу с древесиной (армирование зоны стыка).

Результаты исследований были реализованы в стыках элементов жестких вант подвесного моста длиной 102 м через МКАД, построенного в 1997 г. Ванты пролетом 28,5 м имеют стыки в середине и по торцам для подвески к пилонам. К вантам подвешены балки пролетного строения моста с использованием V-образных анкеров. Стыки подобной конструкции применены для соединения элементов ферм-линз пролетом 48 м ледового дворца в Строгино и ферм аквапарков в Мытищах и Санкт-Петербурге (при гостинице «Прибалтийская»), выполненных по проектам ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко. Равнопрочные стыки изгибаемых элементов по системе ЦНИИСК были впервые исследованы и применены институтом для многопролетных балок длиной около 100 м оздоровительного центра «Липки» в 1982 г. В 2002 г. жесткие стыки приняты для сборных балок пролетом 36 м аквапарка в Абзаково. Элементы длиной 18 м оснащали V-образными анкерами по торцам на заводе в г. Королеве, перевозили по железной дороге и сваривали на стройплощадке в проектном положении.

Сжато-изгибаемые элементы с жесткими стыками были использованы ЦНИИСК для уникальных сборных рам терминала пролетом 63 м в порту Санкт-Петербурга (2001 г.). Здесь полурамы длиной около 54 м состояли из трех элементов по 18 м, жестко соединенных двумя стыками. Похожие решения применены при строительстве склада с рамами пролетом 60 м в Москве (1998 г.) и для сжатых поясов металлодеревянных ферм пролетом более 50 м ККЦ в Крылатском.

Как уже отмечалось, с помощью наклонного армирования впервые была решена актуальнейшая проблема для КДК – проблема повышения сдвиговой прочности изгибаемых элементов. Такие соединения хорошо изучены и широко используются на практике с 1976 г., в т.ч. для составных элементов, в последнее время – для соединения поясов ферм-линз в опорных узлах, для деревобетонных балок, для повышения сдвиговой прочности КДК.

В системе ЦНИИСК разработано множество решений шарнирных узлов для ферм, рам, арок и т. п. Данная система позволяетрешать основные задачи при проектировании сборных конструкций пролетами до 100 м, в том числе новых форм, например сборных жестких нитей, ферм-линз, защемленных консолей и стоек, неразрезных балок двутаврового сечения и др. Последние пролетом 53 м реализованы в торговом центре «Бугры» в Санкт-Петербурге.

Балки двутаврового сечения в Фермы пролетом 48 м

ТЦ «БУГРЫ» (СпБ) Дворец спорта в Срогино

Мост на «Лосиный Остров» Фермы ЦВЗ (Манежная площадь)