Соединения бруса: Виды и способы соединения клееного бруса

Различают соединение с остатком и без него. В первом случае концы сруба будут на небольшое расстояние выступать за стену. Такой способ более трудоемкий, но он имеет два главных преимущества:

1. Позволяет добиться наилучших теплоизоляционных свойств деревянного дома.
2. Увеличивает прочность строения.

Для соединения с остатком необходимо выпиливать специальные пазы, которые могут быть различными по форме. Изготовление замковых пазов требует большого профессионализма, но оно стоит того, так как построенный деревянный дом будет прочным и долговечным. Мы не рекомендуем выполнять эту работу своими руками, если у вас нет опыта.

В данном случае один брус крепится к другому при помощи торца. Такие торцы обязательно должны иметь угол 90 градусов, чтобы исключить образование больших щелей. Однако на практике это слишком сложно и стыки не получаются достаточно герметичными.

Поэтому соединение встык не сильно подходит для строительства бань, где требуется большой акцент на теплоизоляционные свойства постройки.

Для фиксации бруса используют специальные пластины и гвозди. Также возможно использование скоб вместо гвоздей. Соединение встык позволяет быстро построить дом из бруса, однако возможны большие теплопотери.

Данный способ — отличное решение для прочного соединения бруса. В этом случае  используются клинья, также называемые шпонками или нагелями. Они изготавливаются из твердых пород дерева, например из осины.

Клинья гарантируют плотность соединений и позволяют построить теплый дом, который справится с любыми морозами. Форма шпонок может быть различной: в виде призмы, прямоугольника, «ласточкиного хвоста» и т. д.

Предварительно изготавливают соответствующие по форме пазы, в которые будут вставляться шпонки. Этот способ соединения бруса под силу только профессионалам с большим опытом. Самостоятельно выполнять эту работу крайне не рекомендуется.

В этом случае брус наполовину пропиливают по ширине. Одновременно с этим изготавливают отверстия под шпонки. С их помощью конструкция получается надежной, способной справляться с большими нагрузками. Нагели должны иметь соответствующую длину.

Важно максимально точно вырубить концы бруса, чтобы соединение было наиболее плотным.

В некоторых случаях практикуется не прямая, а косая вырубка, но она требует большого опыта в строительстве деревянных домов.

Соединение бруса в полдерева идеально подходит для строительства жилых домов. При этом важно качественно утеплить стыки, чтобы жилье было теплым.

Это один из самых простых способов соединения бруса. На одном торце изготавливается прямоугольный шип, а на другом — паз. При стыковке бруса такой шип вставляется в паз, в результате чего получается плотное и надежное соединение. Важно соблюдать точные размеры. Для бруса с сечением 150 мм шип должен иметь размер 4 см.

Чтобы деревянный дом был качественным, соединением в «коренной шип» должен заниматься опытный плотник. Для утепления следует использовать материал из льна и джута.

Этот вариант соединения бруса очень похож на «коренной шип» с той лишь разницей, что на торцах бруса выпиливаются пазы и шипы в виде трапециевидной формы. В результате получается плотное и герметичное соединение. «Ласточкин хвост» можно применять не только для угловых, но и для Т-образных соединений.

Данная технология широко применяется в строительстве деревянных загородных домов. Углы следует утеплять джутовым волокном.

Чтобы нарастить брус по длине, используют различные виды продольных соединений. Для этих целей вполне подойдут следующие варианты: в «коренной шип», в полдерева, в шип с нагелем.

Предварительно на торцах бруса необходимо выпилить соответствующие пазы. За счет использования шпонок, получается прочное соединение. Сам процесс очень похож на технологию стыковки бруса в углах. Хороших результатов можно добиться, удлиняя брус при помощи коренного шипа трапециевидной формы.

Независимо от выбранного вида соединения бруса, работу должны выполнять профессионалы. Это связано со многими нюансами, о которых вряд ли можно прочитать даже в самых подробных инструкциях и учебниках.

По любым вопросам, связанным со строительством домов из бруса, вы можете обратиться в компанию «Русские Усадебные Традиции». Мы имеем большой опыт в этой сфере и знаем, какой вид соединения подходит в той или иной ситуации. С нами вы избежите ошибок и сможете построить теплый и долговечный дом.

Вернуться к списку публикаций

Соединение бруса в углах: 9 основных вариантов

Здравствуйте, ниши уважаемые читатели, ценители старинных традиций и прогрессивных  технологий. Так порой  хочется сделать свой дом максимально похожим на средневековый терем и между тем не лишать его современного комфорта.

А почему бы и нет? Материалов сегодня в продаже предостаточно, технология сборки деревянных  домов худо-бедно известна каждому. При  желании таковой можно смастерить и своими  руками.

Главное не напортачить с углами. Ведь  соединение разных типов бруса в углах, пожалуй, самый ответственный момент всего строительства. Так  давайте  же присмотримся к ним повнимательнее.

Содержание

1. Требование к угловым соединением
2. Как соединить брус на углах
3. Угловые соединения с остатком
4. Односторонний паз
5. Двусторонний паз
6. Угловые соединения без остатка
7. Встык
8. Встык с фаской
9. В полдерева
10. В лапу
11. Ласточкин хвост
12. Теплый угол
13. Коренной шип

Требование к угловым соединением

Перед тем как браться за какую-либо  работу всегда полезно знать, кто именно вы хотите получить на выходе. Это правило  касается и угловых соединений.

А требований тут на самом  деле всего  два:

• Надежность
• И не продуваемость

С первым просто. Если брусья не будут между собой  держаться в углах, домик имеет все  шансы развалиться, ведь на стены  в обязательном порядке  действуют  не только вертикальные, а и горизонтальные, разрывающие усилия.

Есть своя логика и во втором  требовании. Дом, где через углы гуляет ветер, не понравится ни одному хозяину.

Как видите, все требования не  лишены логики, вот  только  реализовать их  пытались далеко не одним способом.

Как соединить брус на углах

Хорошо владельцу каркасного дома. На углах никаких  заморочек. Но если  хотите построить сруб, придется выучить не один вид всевозможных стыковок, пока не облюбуете  по душе. Начнем с тех, которыми пользовались  еще на Руси.

Угловые соединения с остатком

Самыми древними и одновременно  самыми надежными считаются угловые соединения с остатком. Это такой вид стыковки, когда на углах стен остаются своеобразные  «хвосты» Такие можно увидеть на любой картинке, где изображена Русская изба. Наши деды  знали, как нужно  строить.

Помимо того, что соединения с остатком  по праву считается самим надежным, так оно еще и лучше всего защищено  от промерзания. Не абы какой  плюс в пользу находчивости предков.

Односторонний паз

Рассматривая основные виды рубки углов, начинать всегда следует с «Одностороннего паза». Это, на самом  деле, достаточно  надежное соединение, между тем не заслужено  пользуется сомнительной  репутацией.

Некоторым, горе специалистам кажется, что при таком варианте стыковки, дерево фиксируется только по направлению  одного вектора, забывая при  этом, что уже следующий венец будет  удерживать конструкцию в строго перпендикулярной плоскости.

Двусторонний паз

Большинство же избушек изготавливались по принципу двустороннего паза.  В этом варианте, на каждом брусе делалось по  две зарубки в четверть  дерева, а потому каждый венец фиксировался  в двух направлениях. Но не в этом плюс.

Как показала практика, гораздо проще вырезать  два паза в четверть  толщины бруса, чем  один в его  половину.  А это в свою  очередь  положительным образом влияет  на скорость всего строительства.

Правда есть еще более надежное и витиеватое соединение в четыре четверти, где пазы отбираются на каждой грани, но на практике оно себя не оправдало. Мороки много, а пользы ничуть не больше чем у двух предыдущих вариантов.

Угловые соединения без остатка

И все же, как бы ни прочны были и красивы выше рассмотренные углы, в современном строительстве они применяются не часто. Уж больно выступающие венцы  ограничивают  варианты будущей фасадной отделки, а она вовсе не обязанная быть деревянной. Сегодня брусовый дом можно обшить  хоть  бы и керамогранитом. Никто и не догадается что под ним ель.

Встык

Самым простым из всех возможных вариантов является соединение встык. При таком ровно срезанный торец бруса подгонялся вплотную под  его  боковую  грань, а чтобы стены не расползались, узел  дополнительно еще можно было зафиксировать и металлическими скобами.

Все просто и понятно, вот  только таким образом мастерить  можно разве что  сарай. Как угловые  щели тут не конопать, как ни герметизируй, а промерзать они будут  обязательно.

Встык с фаской

Более современным и добротным считается соединение встык с фаской. В этом случае в обоих  элементах узла прорезается  по одному пазу, под фаску.

А поскольку брус в доме укладывается в разбежку, то и фаска с каждым рядом будет  менять свой вектор.

Тут можно уже обойтись и без скоб, но теплее  от  этого соединение, увы, не становится. Да и хлопот со всеми  этими вставками немало.

В полдерева

А вот узел в полдерева уже можно  отнести  к наиболее распространённым  современным видам угловых соединений.

Сбитое при таком  запиле нагелями  дерево хорошо  держится кучи, в нем меньше появляется щелей, как результат и сквозняков практически нет. Конечно, и  этот вариант  требует  постоянного  ухода и ежегодного ремонта, но в меньшей степени, чем два предыдущие.

Некоторые умельцы, правда,  пытались, улучшить этот узел,  добавив в него фаску, но на деле овчина получилась  гораздо  дешевле вычинки.

В лапу

Довольно интересным выглядит и соединение в лапу. Оно  немного похоже на то, что мы только что  рассматривали, но продуманные косые  запилы делают  узел  абсолютно статичным.   Выполненным по данной технологии углам не чего боятся  даже небольшой сейсмической активности.

Ласточкин хвост

А вот среди  строителей  беседок, заслуженной популярностью  пользуется доставшийся нам по наследству от предков «ласточкин хвост». По прочности он не уступает даже  сверх надежным соединениям с остатком. Но в отличие от последних, позволяет обустраивать вокруг себя вентилируемый фасад.

Теплый угол

Но все же что  ласточкин  хвост, что соединение в лапу, довольно  сложны в исполнении и требуют  от строителей не дюжего плотничьего  мастерства, которым, если сказать по правде, сегодня обладают единицы. А потому в большинстве случаев при постройке современных  деревянных домов  вы увидите угловое соединение шип-паз,  которое в народе еще называют  теплый угол.

Как видите, вырезать такой узел довольно просто, тем более он  не требует  точной подгонки. Все  щели  заделываются уплотнителем и никаких сквозняков. Ну, а для особо привередливых, мастера немного усовершенствовали соединение, добавив туда  элементы ласточкиного хвоста и сделав его неразрывным.

Коренной шип

Но если  все выше описанные системы вам не подходят и вы хотите использовать в своем  тереме чего посложнее, да понадежнее ваш выбор непременно  остановится на соединении «Коренной  шип». Описывать  его словами  бесполезно, тут  проще один  раз показать.

Впечатляет? А между тем  наши  деды и прадеды довольно часто использовали его в работе. Можно только позавидовать  их упорству.

Конечно, на этом  перечень  угловых узлов вовсе не заканчивается, а при желании вы можете к уже существующим придумать и парочку, от себя. Но чтобы понять саму идею таких  соединений достаточно  будет и вышеизложенного материала.

Дерзайте. Учитесь. Осваивайте основы плотничьего мастерства вместе с нами.

А сейчас  до свидания и до скорых встреч на страницах  сайта про  дачу.

Василий Молька

Виды соединения бруса в углах

На первый взгляд кажется, что технологии возведения дома из профилированного бруса или цельного бревна уже давно устоялись и ничего нового в этом направлении уже не придумать. Но стоит отметить, что с течением времени, устоявшиеся методики сборки все же претерпевают существенные изменения. Вот, например, классический способ углового соединения деревянного сруба, так называемое соединение «в чашку», благодаря появлению современного инструмента преобразовалось в более технологичное соединение «в лапу», однако, и такое соединение оказалось не без изъянов. На смену ему уже пришла новая схема, получившая название «в теплый угол».

Сборка углового соединения является наиболее ответственным этапом в процессе сборки деревянного сруба, кроме того он и наиболее трудозатратен. От того насколько качественно будет собран угол зависят практически все эксплуатационные характеристики дома, это и срок службы и подверженность короблению и деформации стен, а самое главное насколько теплым будет дом.

Каждый из нас на своем опыте убеждался, что в первую очередь зимой промерзают углы, а если такое случается, то бороться с этой проблемой достаточно сложно. Лучше всего об этом позаботиться на этапе строительства. Существует несколько способов добиться хороших результатов.

Тут все достаточно просто прочность, герметичность, эстетичность, технологичность и экономичность, вот те характеристики, что в первую очередь приходят нам на ум, но наиболее нам интересны:

Прочность. Известно, что брус фиксируется под давлением своего веса, а также давлением перекрытий и тяжестью кровли. Но, подобные соединения должны быть устойчивы к возможным изменениям линейных размеров бруса, а дерево, как известно подвержено деформации, возникающей при колебаниях атмосферной влажности и температуры воздуха. Уменьшить данный эффект возможно использованием бруса, предварительно просушенного до 18-25%, в отличие от материала естественной влажности, он будет создавать минимум проблем, как в процессе строительства, так и во время эксплуатации.

Герметичность. Одно из основных условий, для того мы и строим дом, что бы оградить себя от внешней среды, гуляющие сквозняки мало кому доставят удовольствие. Самое простое решение избежать сквозняка, это усложнить путь для прохождения воздуха сквозь соединения, т.е. мы должны сделать соединение деталей геометрически более сложным.

При строительстве дома из бруса все виды угловых соединений можно разделить на два вида:

1. Угол с остатком.
2. Угол без остатка

Такое соединение может иметь различные названия: «в чашку», «в обло» или угол с перерубами. Что же именно представляет собой угол с остатком, — при строительстве сруба соединения формируют таким образом, что края бревен выходят за пределы стены. Стыковка же происходит за счет пазов – одно-, двух- либо четырехсторонних. В первом варианте сверху бруса делается надпил по ширине, который соответствует поперечному сечению верхнего сегмента. А при рубке двухстороннего паза такие же надпилы делаются, и сверху, и снизу, и по ширине, а равны они четверти от высоты пиломатериала.

Для увеличения прочности строения применяют четырёхстороннее соединение. В данном случае надпилы делаются с четырех сторон. Укладка бруса такой формы очень удобна, венцы в данном варианте располагаются друг над другом поперечно. Для того, чтобы обеспечить дополнительную герметичность угол наполняют утеплителем между венцами – это, как правило, льняная пакля или джутовый утеплитель.

Основные положительные качества углового соединения бруса с остатком:

Оно обладает высокой степенью надежности и не нуждается в дополнительной фиксации. При этом венцы, расположенные сверху надежно удерживают нижние путем давления собственной массой. Смещение любых элементов стен в данном случае становится невозможным, даже при сейсмических колебаниях.

Этот вариант соединения очень технологичен, готовить пазы на брусе возможно заранее в производственных условиях, а затем компактно собрать на объекте словно конструктор.

Основные минусы сборки углов сруба с перерубами:

• В результате усыхания и усадки бруса после сборки могут появиться щели в угловом соединении, в данном случае паз может промерзнуть и продуваться. Организовать герметичность и утепление при этом почти не представляется возможным.
• Происходит очевидный перерасход используемого материала, так как бревна, как правило, должны быть значительно длиннее самого строения.
• И конечно же, выпирающие торцы существенно мешают внешней отделке дома
• Торцы трескаются и требуют специальной обработки

При таком типе строительства дома используемые детали обрезаются точно в необходимый размер. Важно отметить, что стыковка в угловых частях производится таким образом, чтобы торцы располагались в одной плоскости. Такое строение получается более аккуратным и эстетичным. Применяется несколько способов соединения бруса в таких углах сруба. Но, как правило, лишь некоторые подходят для строительства жилых помещений.

«Встык»

Детали при данном способе укладываются стык в стык. Для соединения используется специально приспособленный для крепления элемент или же винтовая шпилька. Такой вариант постройки характерен для хозяйственных помещений. Сруб построенный данным способом, изначально не предполагает наличия высоких теплоизоляционных характеристик, поэтому такие помещения не предназначены для проживания в нем в холодное время года. Данное соединение углов, возможно применить для возведения дачного домика, который не претендует на круглогодичное проживание. Для улучшения теплоизоляционных характеристик данного вида соединения используют установку дополнительного шканта поперек соединительного шва.

«В полдерева»

Такой способ может значительно уберечь помещение от сквозняков, но все же данных характеристик недостаточно для постройки теплого жилища. Данный метод отлично показывает себя для строения дачных или легких садовых домиков.

«В лапу»

Проявляет себя как более модифицированный вариант предыдущего строения. Данный метод принято считать упрощенным вариантом классического способа углового соединения. В старые времена в лапу рубили из скобленого бревна. Данный способ подходит исключительно для первого венца и верхней обвязки, но ни в коем случае не годится для возведения стен, потому как обладает сквозной щелью.

«Ласточкин хвост»

Данный вид стыковки годится для бревна и бруса. Из-за специальной формы запила после насыщения дерева влажностью или же наоборот в процессе его усыхания детали соединения не меняет свою первоначальную форму, благодаря чему сохраняется защита жилых комнат от проникания холода. Чтобы ликвидировать щели их заделывают при помощи утеплителя, а затем обшивают снаружи.

«Теплый угол»

Недостатки, которые описаны в способах, приведенных выше совершенно отсутствуют при сборке «в теплый угол». Данное соединение более остальных подходит для профилированного бруса. На конце бруса вырезается специальный профиль, при соединении он полностью исключает возможность продувания углов. Для достижения совершенно плотного сопряжения, вырубается специальный паз. Он располагается внутри ствола, который используется для стыка, а на сопрягаемом торце бруса формируют шип, что обеспечивает отличную герметичность.

Данный вид соединения, который также именуют как «коренной шип» сохраняет стены от смещений, и обеспечивает непревзойденную защиту от ветра.

При данном типе сборки  щели также  требуют заделки при помощи утеплителя, а затем обшивки угла снаружи.

Если запланировано строительство не просто хозяйственной постройки, а именно помещения для постоянного проживания – следует выбрать наиболее подходящие для этого типы соединений углов – «теплый угол» или «ласточкин хвост». Второй вариант потребует от исполнителей  определенного мастерства, поэтому необходимо учитывать, что сборка в «ласточкин хвост» может потребовать дополнительных финансовых расходов.

CE Center – Варианты соединений для каркасных и тяжелых деревянных зданий

Типы соединений

В деревянных зданиях используются два основных типа соединений: механические и столярные (иногда называемые столярными). В этих категориях существует множество вариаций и, следовательно, широкий спектр вариантов для соответствия практически любому дизайну здания.

Механические соединения

Механические соединения, используемые в деревянных зданиях, можно разделить на три основные категории: дюбель, металлические соединительные пластины с цельными зубьями и срезные. Существует также ряд фирменных соединений, сочетающих в себе характеристики каждого из этих типов.

Photos: Josh Partee Photography

Радиатор, спроектированный Path Architecture, является одним из первых пятиэтажных офисных зданий с деревянным каркасом, построенных в Портленде, штат Орегон, с начала 1900-х годов. Для соединений балок из клееного бруса использовались сборные стальные ковшовые соединители с болтами.

На этой диаграмме показаны 10 гвоздей, обозначенных как 10d, и каждый с потенциально разными характеристиками. Таким образом, указание гвоздя 10d не ясно.

Крепеж дюбельный. Деревянные элементы, соединенные с помощью дюбелей, вероятно, являются наиболее распространенным типом механического соединения, поскольку они эффективно передают нагрузки, а также относительно просты и эффективны в установке. Они бывают разных форм, и их прочностные характеристики можно рассчитать, используя Национальную спецификацию проектирования® (NDS) для деревянного строительства. Гвозди обычно используются при относительно небольших нагрузках, например, в многоквартирных домах и небольших коммерческих зданиях. Вместо гвоздей можно использовать скобы, но необходимо определить эквивалентную мощность, поскольку NDS не публикует проектные значения для скоб. Винты могут быть более подходящими, чем гвозди, в определенных условиях (например, при воздействии влаги), поскольку они имеют меньшую склонность к ослаблению и, как правило, имеют высокое сопротивление отрыву от ветра при сильном ветре. Деревянные заклепки представляют собой высокопрочный дюбельный крепеж, используемый в сочетании со специально изготовленными металлическими пластинами.

Соединения с дюбелями передают усилие между элементами за счет комбинации опоры на дюбель и изгиба дюбеля.

• Гвозди бывают разных типов (например, коробчатый гвоздь, обыкновенный гвоздь, цилиндрический стержень, грузило, кулер), а также несколько пеннивейтов (в таблице NDS указаны от 6 до 60 пенсов). Существуют также фирменные гвозди, уникальные для конкретных производителей. Из-за разнообразия доступных гвоздей необходимо указать пеннивейт, тип, диаметр и длину.

Для напольных покрытий APA – Ассоциация производителей инженерной древесины рекомендует использовать систему с клеевыми гвоздями, как описано в Руководстве по конструкции из инженерной древесины. В этой системе клей используется для прикрепления обшивки к несущему элементу, будь то древесина или двутавровая балка, чтобы свести к минимуму скрипы и увеличить жесткость за счет действия Т-образной балки. Все гвозди должны быть завершены до того, как клей схватится. Склеивание не рекомендуется для приклеивания обшивки стен или крыши к каркасу, поскольку это приводит к снижению пластичности. Хотя клеи могут использоваться в категориях сейсмостойкости A, B и C с уменьшенным значением R=1,5, их использование запрещено в категориях сейсмостойкости D, E и F.

• Расчетные значения болтов приведены в таблице NDS для пяти диаметров (½ дюйма, 5/8 дюйма, ¾ дюйма, 7/8 дюйма и 1 дюйм). Диаметры более 1 дюйма не допускаются, так как они могут вызвать локальные напряжения в деревянном элементе, которые могут вызвать расщепление или другие разрушения древесины. Болты вставляются в предварительно просверленные отверстия на 1⁄32–1⁄16 дюйма больше, чем диаметр болта. Распространенной ошибкой является отсутствие достаточного места для установки гаек или затягивания с помощью гаечного ключа или другого динамометрического устройства.
• Винты с затяжкой обычно используются, когда невозможно использовать гайку, как требуется для болтов, или когда требуется возможность извлечения. Их вставляют в заранее просверленные отверстия. Зазор для хвостовика (нерезьбовая часть стягивающего винта) должен иметь такой же диаметр, что и хвостовик, в то время как проходное отверстие для резьбовой части составляет переменный процент от диаметра хвостовика в зависимости от удельного веса древесины. Поскольку винты с запаздыванием могут иметь полную резьбу, NDS предполагает довольно консервативные расчетные значения, основанные на меньшем «корневом» диаметре крепежного изделия. Более высокие поперечные нагрузки для стягивающих винтов можно рассчитать, если проектировщик сможет обеспечить достаточное удаление резьбы от плоскости сдвига. Для получения дополнительной информации см. публикацию Американского совета по дереву (AWC) «Применение технического отчета 12 для винтовых соединений с запаздыванием», пособие по проектированию № 1.
• Заклепки для дерева представляют собой высокопрочные стальные гвозди, обычно оцинкованные горячим способом, с уплощенным овальным сечением стержня и клиновидной головкой. При вбивании в предварительно просверленную стальную пластину в древесину конические головки плотно вклиниваются в отверстия. Заклепки должны забиваться так, чтобы их длинная ось была параллельна волокнам древесины. Отличный способ распределения нагрузки с помощью нескольких креплений, их можно использовать в качестве альтернативы большому количеству болтов, в результате чего соединение становится более пластичным и упругим.

Современные соединения с числовым программным управлением (ЧПУ) позволяют выполнять соединения с высокой точностью. Это особенно полезно при изготовлении соединений на больших элементах сложной формы.

Металлические соединительные пластины со встроенными несколькими рядами зубьев частично проникают в деревянные элементы и используются в основном в сборных легких деревянных фермах. Благодаря этим соединениям нагрузки передаются вблизи поверхности деревянного элемента.

Срезные соединители , иногда называемые соединителями подшипников, обычно используются для восприятия более тяжелых нагрузок. Они включают разрезные кольца, срезные пластины и зубчатые срезные пластины. Обычно они изготавливаются из чугуна или легких металлов и способны передавать нагрузку исключительно за счет сопротивления скольжению и сдвигу древесины в направлении, параллельном или перпендикулярном волокнам. Их можно использовать для соединения дерева с деревянными элементами или дерева со сталью, они могут быть скрытыми или видимыми.

Профилированные с помощью специальных инструментов разрезные кольца обычно вставляются в круглую канавку на стороне соединения деревянных элементов. Разрез в стальных кольцах позволяет зазору в кольце закрываться или открываться, если деревянные элементы сжимаются или набухают, чтобы деревянные элементы и разрезное кольцо оставались в контакте. Через центр устанавливается болт, скрепляющий узел соединения. В соединениях с противорежущими пластинами канавки должны быть прецизионно обработаны специальными инструментами, которые углубляют древесину, чтобы пластины прилегали заподлицо с поверхностью. Как правило, пластины сдвига и соединения с разъемными кольцами имеют режимы хрупкого разрушения древесины, и их следует избегать в конструкциях, расположенных в регионах с высокой сейсмической активностью, если только проектировщик не применяет эластичный сейсмический расчет.

Собственные соединения. Некоторые из самых инновационных систем подключения являются патентованными, то есть производятся исключительно одним производителем или разработаны специально для одного здания. В последние годы в этой области наблюдается значительный рост: соединительные системы и продукты, разработанные для использования в более крупных и сложных зданиях, разработаны с учетом экономических, эстетических и экологических преимуществ древесины.

Соединения несущего каркаса, изготовленные по индивидуальному заказу, например, обеспечивают неразъемное соединение между двумя элементами каркаса. Как правило, они состоят из гнутой или сварной стали, несущей нагрузку от опорного элемента (через непосредственную опору) к опорному элементу (за счет подвесного фланцевого подшипника, сдвига крепежа или их комбинации).

Готовые металлические соединители обычно используются во всех типах деревянных конструкций. Традиционные крепежные элементы, такие как гвозди, болты и заклепки, а также стандартные типы готовых металлических соединителей, такие как металлические подвесы, надежны и широко используются, но имеют некоторые ограничения в больших многоэтажных зданиях, которые призваны преодолеть новые запатентованные системы. . Новые системы, например, часто скрыты, что делает их огнестойкими, если они находятся достаточно ниже поверхности дерева. Они могут быть разработаны для использования в нескольких экземплярах без снижения прочности древесины, и они могут быть более жесткими или более гибкими, в зависимости от применения.

Одним из примеров запатентованного продукта, который становится широко используемым, особенно в конструкциях из поперечно-клееного бруса (CLT) и клееного бруса (см. врезку на стр. 8), является самонарезающий или самосверлящий шуруп. Ряд производителей в Северной Америке, Европе и Японии производят их с различными характеристиками, формами и размерами. Они имеют повышенную твердость для более высокой боковой нагрузки и выпускаются с различной грузоподъемностью для различных применений. Основное преимущество заключается в том, что их можно забивать в дерево без направляющих отверстий, используя обычную ручную дрель. Это снижает риск ошибок в полевых условиях и повышает эффективность и надежность.

Готовые соединители производятся производителями компонентов, которые имеют исчерпывающие каталоги продукции, подходящей для различных областей применения. Категории, в дополнение к ранее упомянутым, включают каркасные анкеры, прижимные устройства, ремни и стяжки. Многие компоненты изготавливаются из формованного листового металла, толщина которого увеличивается по мере увеличения нагрузки. Конкретные требования к гвоздям и креплениям предоставляются производителями и должны неукоснительно соблюдаться для разработки полная пропускная способность подключения.

Расчетные значения для механических соединений приведены в различных источниках. NDS содержит эталонные расчетные значения для соединений типа дюбелей, таких как гвозди, болты, шурупы, шурупы для дерева, разрезные кольца, срезные пластины, пробойные болты, пробойные штифты и деревянные заклепки. Расчетные значения для запатентованных соединителей приведены в отчетах об оценке кода.

Столярные изделия

Традиционные столярные соединения (также известные как столярные соединения) обычно создаются путем вырезания пазов, отверстий и выступов в соединенных элементах таким образом, чтобы они сцеплялись, например, с помощью врезных/шиповых и косых соединений. В этих типах соединений силы в принципе передаются на сжатие/подшипник. Блокированные соединения под напряжением требуют деревянных или металлических штифтов или ключей для предотвращения разъединения. Натяжные соединения часто сводятся к минимуму, а в некоторых случаях для обеспечения лучшего соединения предусмотрены металлические хомуты и болты, в основном для длиннопролетных ферм крыши в исторических постройках. В правильно спроектированном соединении столярных изделий имеется достаточная блокировка, затяжка соединений и трение из-за собственного веса и дополнительной поддержки стен, контрфорсов и соседних зданий для расчета как гравитационных, так и боковых сил, связанных с ветром или сейсмическими явлениями.

Столярные соединения довольно распространены в одноэтажных домах, коммерческих и рекреационных сооружениях, но редко используются в современных многоэтажных тяжелых деревянных зданиях. Одна из причин заключается в том, что эти соединительные системы требуют высокоразвитых навыков, которыми обычно обладают только опытные плотники. Такие соединения также трудоемки, что делает их нерентабельными для промышленного производства.

Хотя столярные детали могут быть изготовлены с большой скоростью и точностью с использованием технологии числового программного управления (ЧПУ), этот подход не так широко используется в Северной Америке, как в Японии и Западной Европе. Здесь механические соединения преобладают прежде всего потому, что их можно сделать без дорогостоящего оборудования и относительно легко собрать на месте.

Одним из преимуществ столярных соединений является то, что они часто полностью изготавливаются из дерева. Если соединение подвергается воздействию влаги и высыхания, изменение размеров деревянных деталей будет аналогичным. В соединении древесина/сталь, подвергающемся одинаковой влажности/сушке, между древесиной и сталью могут быть разные изменения.

Фото: Gensler, награда WoodWorks Wood Design Award 2015, Мэтью Миллман, фотография

В аэропорту Джексон-Хоул в Джексоне, штат Вайоминг, встроенные стальные ножевые пластины со структурными винтами обеспечивают передачу нагрузки в местах соединения раскоса с балкой.

Предотвращение потенциальных проблем

Надрезы

Хотя надрезы являются важным методом в традиционном столярном деле и могут потребоваться в полевых условиях по ряду причин, любые надрезы или отверстия, которые не выполнены должным образом или отличаются от утвержденных чертежей , может значительно снизить пропускную способность даже правильно спроектированного элемента. NDS содержит рекомендации по надрезу, а деревообрабатывающая промышленность выпустила обширные технические примечания с рекомендациями, касающимися размеров надрезов, подходящих для различных материалов. Например, для клееного бруса зазубрины на концах ограничены 1/10 глубины элемента или 3 дюймами, в зависимости от того, что меньше. При использовании насечки проектировщики должны предусмотреть завинчивание стягивающего винта или самореза на расстоянии 6–8 дюймов от подшипника, идущего вверх за нейтральную ось. В случае образования трещины шуруп будет препятствовать ее продвижению по всей длине балки и будет действовать как поперечное армирование.

Воздействие влаги

Древесина расширяется и сжимается в результате изменений ее равновесного содержания влаги (ЭМС). Расширение в направлении, параллельном волокнам деревянного элемента, минимально; однако изменение направления, перпендикулярного волокнам, может быть значительным и должно учитываться при проектировании и детализации соединения. Общее практическое правило заключается в том, что древесина испытывает 1%-ное изменение в радиальном или тангенциальном направлении на каждые 4%-е изменение содержания влаги. Номинальный размер 2×12, например, может уменьшить глубину за счет усадки чуть менее чем на ¼ дюйма при изменении ЭМС с 18% до 10%. При проектировании соединений важно спроектировать и детализировать соединение таким образом, чтобы усадка элемента не ограничивалась. В противном случае усадка деревянного элемента может вызвать чрезмерное растяжение, перпендикулярное волокнам, и может произойти расщепление. Конкретные проблемы, связанные с усадкой, включают:

Соединение балки с колонной: Непрерывные боковые пластины на всю глубину могут вызвать проблемы, поскольку они препятствуют усадке древесины и могут вызвать расщепление. Решение: Меньшие прерывистые боковые пластины передают силы и позволяют древесине двигаться.

Соединения балок: Для подвесок балок крепежные элементы, расположенные в верхней части поддерживаемой балки, могут ограничить усадку древесины и вызвать расщепление. Решение: Крепежи, расположенные в нижней части поддерживаемой балки, могут свести к минимуму последствия усадки, а верхние выступы обеспечивают боковое ограничение.

Соединения балки со стеной: Если болты расположены высоко на балке или высоко и низко, натяжение, перпендикулярное напряжению волокон, может привести к расщеплению. Решение: болты в нижней части балки, предпочтительно с прорезями, учитывают усадку древесины. (Доступны различные готовые соединения с предварительно просверленными отверстиями.)

Другая проблема, связанная с влагой, — открытые торцевые зерна. Это может привести к растрескиванию и возможному гниению даже в климате с малым количеством осадков. Решения: Перенаправить поток воды вокруг соединения. Используйте обработанные консервантом или натуральные устойчивые к гниению изделия из дерева. (Если используется древесина, обработанная консервантом, ее необходимо применять после всех распилов в полевых условиях.) Используйте торцевые заглушки и оклады. Обеспечьте приток воздуха и сушку, например, детализировав дренажные отверстия или прорези в соединителях коробчатого типа или оставив зазор не менее ½ дюйма между деревом и бетоном или каменной конструкцией.

Фото: Crescent Communities

Crescent Terminus, Atlanta, Ga.
Архитектор: Лорд Эк Сарджент

Здания | Бесплатный полнотекстовый | Деревянные соединения, устойчивые к вязкому моменту: обзор

1. Введение

Древесина — это природный и возобновляемый ресурс, который может иметь высокий уровень предварительной обработки; он быстро монтируется и имеет высокое отношение прочности к массе, благоприятное для строительства в сейсмических районах. Таковы основные причины, обусловившие интерес к многоэтажным деревянным строениям. В последние два десятилетия высотные деревянные здания строились с использованием конструктивной системы из клееных ферм, в которой массивные диагональные элементы соединены множеством прорезных стальных пластин и шпунтовых соединений для обеспечения прочности конструкции [1]. Однако эта система ограничивает несколько архитектурных возможностей, а именно ограничивает большие проемы. С другой стороны, устойчивые к моменту деревянные каркасы (MRTF) с полужесткими соединениями балки с колонной могут быть удобным и архитектурно-дружественным способом обеспечения несущей системы для вертикальных и горизонтальных нагрузок для деревянных зданий [2]. .

Поскольку MRTF позволяет строить здания без стен жесткости или поперечных связей, перераспределение внутренних сил посредством соединений с достаточной пластичностью имеет решающее значение для обеспечения прочности конструкции. Основным требованием к прочным конструкциям является утверждение о том, что внезапный отказ не происходит в любое время, в то время как пластичные соединения должны сообщать об отказе, демонстрируя большие деформации, повороты или трещины. В этих статически неопределимых конструкциях пластичная конструкция соединений для получения пластичного поведения имеет важное значение и может привести к экономии материала и увеличению запаса прочности.

Кроме того, что касается анализа устойчивости, при проектировании сейсмостойкости основная цель состоит в том, чтобы гарантировать, что конструкция выдержит землетрясение без значительных повреждений. Еврокод 8 [3] описывает значимость пластичности для поведения конструкции при сейсмических воздействиях, подчеркивая, что диссипативные зоны должны располагаться в соединениях, тогда как сами деревянные элементы должны вести себя упруго. Диссипативные конструкции способны рассеивать энергию за счет пластичного гистерезисного поведения, а в деревянных конструктивных элементах, соединенных болтами или стержнями, энергия рассеивается за счет пластической деформации как деревянных, так и металлических соединителей при обратно-циклическом нагружении [4].

Несмотря на свою актуальность, пластичное поведение соединений MRTF подробно не обсуждалось и не изучалось. В этой статье представлен обзор основных типов моментных соединений деревянной балки и колонны с повышенной пластичностью, чтобы больше узнать о ее механическом поведении и выявить пробелы в некоторых аспектах, которые не были изучены. Основной целью данной работы является оценка пластичности выбранных соединений на основе наиболее актуальных рекомендаций, предусмотренных различными стандартами и руководствами. Он предназначен для подробного сравнения наиболее распространенных типов соединений полужесткой древесины с повышенной пластичностью. Поэтому представлены геометрические параметры и описано поведение соединений при циклической и монотонной нагрузке с указанием полученных режимов разрушения. Это изучение существующих знаний имеет важное значение для оценки потенциала, связанного с полужесткими деревянными соединениями в системах каркасных конструкций, и позволяет выявить пробелы в исследованиях для их реализации на практике с помощью руководств и рекомендаций по проектированию.

2. Пластичность в соединениях древесины

Определение пластичности остается проблемой для проектировщиков из-за большого количества формул, которые приводят к различным результатам. Согласно [5] под пластичностью понимается способность конструкции подвергаться циклическим деформациям большой амплитуды в области неупругости без существенного снижения прочности. В деревянных конструкциях пластичность в основном достигается за счет соединений. Еврокод 8 [3] предписывает, чтобы элементы вели себя линейно и что все нелинейное поведение должно быть сосредоточено на стыках. Швейцарский кодекс для деревянных конструкций SIA ​​265 [6] и европейский стандарт EN 12512 [7] определяют пластичность как способность соединения подвергаться проскальзыванию с большой амплитудой в пластическом диапазоне без существенного снижения прочности. Таким образом, в соответствии с этими нормами пластичность измеряется коэффициентом между предельной деформацией и деформацией при текучести. С другой стороны, Еврокод 8 [3] определяет статическую пластичность как отношение между предельной деформацией и деформацией в конце упругого поведения, оцениваемой в квазистатических циклических испытаниях. Ссылка [8] подчеркивает, что метод, указанный в Еврокоде 8 [3], подходит для оценки пластичности сильно деформируемых соединений или конструкций. Хотя во многих исследованиях эти определения использовались для измерения пластичности, в исследовательском сообществе нет общепринятого определения. Чтобы обеспечить более точную оценку пластичности, Ref. [9] представлено 12 различных определений (уравнения (1)–(12)). Уравнения (1)–(7) являются относительными определениями, тогда как уравнения (8)–(12) являются абсолютными определениями пластичности. Определение Уравнение (2) цитируется как в EN 12512 [7], так и в швейцарском стандарте древесины для деревянных конструкций SIA265 [6].

где K _e — упругая жесткость, F _y — предел текучести и Δ _Fy — соответствующее смещение предела текучести, F _max — пиковая грузоподъемность и Δ _Fmax — соответствующее водоизмещение, F _u — предельная грузоподъемность в точке отказа (или F _u = 0,8 Fmax, в зависимости от того, что наступит раньше) и Δ _Fu — соответствующее предельное водоизмещение.

Арт. [10] изучали обоснованность этих предложений на основе четырех критериев: (i) соединение не будет считаться пластичным, если максимальные значения смещения или вращения достигаются с высокой потерей сопротивления; ii) определения, непосредственно связанные с расчетом рассеяния энергии по площади под кривой, нецелесообразны; (iii) Определения должны учитывать поведение после пика, чтобы можно было правильно определить способность усиления замещения соединения; и, (iv) когда определение дает совершенно разные пластичности для изменений начальной жесткости, в то время как кривые нагрузка-смещение выглядят очень похожими и достигают одинакового конечного смещения, оно неприменимо.

Как следствие, согласно [10], наиболее подходящим определением пластичности является то, которое связывает разницу между смещением при разрушении (Δ _Fu ) и смещением при текучести (Δ _Fy ):

Процесс количественной оценки коэффициенты пластичности зависят от точки текучести деформации, которая определяется как нагрузка, при которой сборка начинает пластически деформироваться. Теоретически эту точку можно обнаружить при испытаниях на монотонную нагрузку; однако большинство деревянных соединений представляют собой нелинейную зависимость нагрузки от смещения и неясный переход между упругим и пластическим поведением. Поэтому на практике существует несколько различных определений предела текучести, что приводит к разным результатам. Ссылка [11] обобщили часто используемые методы и подчеркнули, что использование разных методов может привести к получению значений с разницей до 80%. Для сравнения, представленного в этой статье, применялся только метод, предложенный EN 12512 [7].

Система классификации деревянных соединений была предложена в [12], с помощью которой соединения и компоненты могут быть классифицированы по четырем категориям (таблица 1), связанным с конкретным режимом разрушения. Преимущество этого предложения заключается в использовании коэффициента пластичности (u), предложенного в EN 12512 [7] и используемого в настоящей работе.

Важно отметить, что коэффициент пластичности можно использовать для всей конструкции или только для ее части, например, подсистемы или соединения. В соответствии с Еврокодом 8 [3] деревянные здания должны быть отнесены к одному из трех классов пластичности — низкому (L), среднему (M) или высокому (H), как указано в таблице 2, — в зависимости от их пластичности и энергорассеивающая способность при сейсмических воздействиях. Для каждого класса пластичности допустимы различные значения коэффициентов поведения (q).

Чтобы быть отнесенным к классу пластичности М, диссипативные зоны конструкции (стыки являются диссипативными зонами) должны быть способны пластически деформироваться в течение не менее трех полностью обращенных циклов при коэффициенте пластичности 4. Кроме того, для классификации как Н, диссипативные зоны должны иметь коэффициент пластичности 6 без снижения их сопротивления более чем на 20%.

3. Рабочие характеристики моментных соединений в деревянных рамах

Refs. [13,14] разработали исследования для изучения бокового сопротивления и пластичности портальных рам при циклических нагрузках. Эти исследования предполагали, что рамы портала могут выдерживать не только вертикальные нагрузки, но и боковые нагрузки из-за ветра и/или землетрясений. Экспериментальные результаты показали, что соединения могут иметь хорошие механические характеристики, в частности, когда они усилены. Ссылка [15] выполнили аналитическое исследование деревянных конструкций с моментным соединением, состоящим из стальных пластин, болтов и стальных шпонок. Модель анализа, используемая для анализа реакции на землетрясение, показана на рисунке 1, где моделируется трехэтажный деревянный каркасный дом. Расчетная модель хорошо согласовывалась с экспериментальным результатом, а структурная система четко демонстрировала характеристики поглощения энергии при возбуждении землетрясений.

Арт. [16] исследовали сейсмические характеристики деревянного каркаса с трехмерными (3D) жесткими соединениями, выполненными наклонными саморезами и брусками из твердой древесины бука вверху и внизу балки. Для оценки сейсмостойкости был испытан полномасштабный одноэтажный каркас с использованием этих разработанных соединений. Конструкция не показала значительных повреждений вплоть до пикового ускорения грунта 1,25 g. Разрушение рамы произошло при пиковом ускорении земли 1,5 g. Соединение балки с колонной не представляло достаточной пластичности во время моделирования экстремальных событий. Сравнивая максимальные повороты при испытаниях «балка-колонна», поворот, измеренный в шпангоутах, составил 0,02° во время первого сейсмического испытания, 0,72° во втором испытании и 1,41° в третьем сейсмическом испытании. Ссылка [16] подчеркнули, что сравнения между испытанием рамы и соединением необходимо проводить осторожно, потому что измерение этих поворотов было с небольшой неопределенностью из-за различий в точке поворота (центральной точке вращения).

Арт. [17] протестировали девять полноразмерных образцов одноэтажных деревянных стоек и балок: три неармированных и шесть вышедших из строя рам, испытанных сначала [18] с использованием полимеров, армированных волокном (FRP) (серия FR) и саморезов (серия SR). как усиление. Эксперименты проводились при циклическом нагружении. Все образцы имели отношение пролет-глубина 1,5, сечения колонн были 280 мм × 230 мм, сечения балки были 280 мм × 180 мм, а раскосы разделов были 135 мм × 105 мм. Неармированная нижняя колонна и соединения балки с колонной представили преждевременное расщепление, когда боковое смещение рамы достигло 50 мм. Оба метода армирования хорошо зарекомендовали себя в контроле за развитием трещин в стыковом соединении и в увеличении несущей способности простой каркасной конструкции. Работа одного соединения не изучалась, но усиленные соединения улучшили механические параметры рамы. Предельная нагрузка увеличилась на 24 %, а горизонтальное перемещение уменьшилось на 7 %.

Арт. В работе [19] был проведен структурный анализ полужесткой деревянной рамы портала и изучено сопротивление моменту ее соединений путем экспериментальных испытаний (монотонных и циклических), выполненных на трех натурных деревянных рамах портала и пяти деревянных болтовых соединениях. Все образцы рамы имели пролет 4110 мм и высоту 2740 мм (отношение пролет-глубина 1,5). Сечения колонн были 280 мм × 230 мм, а сечения балок были 280 мм × 180 мм. Соединения представляли собой болтовые соединения из клееного бруса с прорезями в стальных пластинах. Во время испытания кривые момент-вращение не показали значительного падения нагрузки, но простой образец рамы показал преждевременное расщепление вокруг болтов на натянутой стороне балочного элемента при повороте примерно на 6°. Основные экспериментальные результаты, а именно упругая жесткость (k _e ) и пиковой нагрузки (P _пик ) — сведены в табл. 3.

Согласно [19], результаты испытаний не имели хорошего согласия с теоретическими расчетами. В экспериментальных испытаниях центры вращения соединений менялись (за счет сжатия элементов и расщепления древесины) в процессе нагружения, а в механической модели соединения имитировались нелинейными пружинными элементами с фиксированными центрами вращения.

Арт. [20] проанализировали сейсмические характеристики деревянных каркасов на основе калиброванной модели. Полноразмерная рамная конструкция с отношением пролета к высоте 1,5 была испытана при циклическом нагружении. Моментоупорное соединение выполнено болтовым с прорезными стальными пластинами. Подъем колонны был основной причиной деформации деревянного каркаса, а болтовые соединения оказали значительное влияние на общие характеристики деревянного каркаса. После нескольких циклов нагружения в стыке произошла пластическая деформация, причем повреждения были сосредоточены на соединениях балка-колонна и колонна-основание. Каркас имел большие боковые смещения и локальные деформации на соединениях балка-колонна и колонна-основание, вероятно, из-за отсутствия распорок или заполнения другим материалом (рис. 2).

Арт. [21] оценили осуществимость и ограничения деревянных рам с сопротивлением моменту под эксплуатационной нагрузкой в ​​соответствии с действующими нормами. Основными параметрами, влияющими на общую эксплуатационную надежность конструкции такого типа, являются вращательная жесткость соединений балки с колонной и колонны с фундаментом, этажность и высота, количество и длина пролетов, размеры поперечного сечения колонны. и расстояние между кадрами.

Во всех исследованиях, в которых проводились экспериментальные испытания деревянных каркасов, было показано, что соединения имеют первостепенное значение из-за их способности контролировать пластичность и максимальную деформацию этих конструкций. В целом пластичные соединения улучшили механические параметры рамы, повысив предельную нагрузку и уменьшив горизонтальные смещения. Прошлые исследования также показывают, что деревянные рамы, оснащенные усиленными болтовыми соединениями, могут выдерживать больший изгибающий момент и лучше сопротивляться поперечной нагрузке по сравнению с неармированными. Это происходит потому, что армирование может предотвратить преждевременное расщепление, увеличивая предельный момент и вращательную способность соединения.

4. Моментные соединения в деревянных конструкциях

В 1970 и 1980 годах были разработаны и испытаны первые моментные соединения с использованием гвоздей поперек древесины и пластин с обеих сторон для соединения балки и колонны. Согласно [22], в 1970 году в Новозеландском научно-исследовательском институте леса было разработано первое моментостойкое соединение с использованием нескольких гвоздей диаметром 6,35 мм со стальными боковыми пластинами толщиной 3,175 мм. Ссылка [23] испытали соединение стальной боковой пластины с гвоздями при монотонных и циклических нагрузках и получили предельный момент 28 кНм и предельный поворот примерно 0,028 рад. Этот тип соединения функционален, но непривлекателен и дорог из-за большого количества отверстий, которые необходимо просверлить. Кроме того, его огнестойкость плохая.

В Японии [24] разработали шпильчатые соединения со стальными пластинами вставного типа в качестве соединения, устойчивого к моменту из клееного бруса. Стальные пластины были вставлены в элементы из клееного бруса и закреплены с помощью шпилек. Соединения деталей были изготовлены на заводе, а сборка была завершена на месте путем простого соединения сборных элементов с помощью нескольких высокопрочных болтов (HTB), как показано на (Рисунок 3). Это соединение обеспечивало лучший эстетический вид, а покрытие из клееного бруса способствовало лучшей огнестойкости, чем предыдущее соединение с гвоздями и стальными боковыми пластинами. Однако, по данным [25], без усиления болтовые соединения древесины с прорезями в стальных пластинах имеют плохую пластичность и малую сопротивляемость моменту.

Арт. [15] протестировали соединения балки-колонны и колонны-базы при циклической нагрузке, чтобы получить взаимосвязь между моментом и углом сноса. Результаты обоих соединений показали низкие пластические свойства после достижения максимальной прочности (рис. 4).

Арт. [20] испытали соединение балки-колонны (рис. 5) отдельно в соответствии с процедурой контроля смещения при циклической нагрузке в соответствии с ASTM E2126 [26]. Соединение представляло собой расщепление древесины вокруг отверстия под болт балки, а болты в балке демонстрировали значительный изгиб с одним пластиковым шарниром. Несмотря на потерю сопротивления, вызванную расщеплением, соединения достигли предельного момента примерно 25 кНм и предельного вращения примерно 0,29. рад.

На основании этого исследования можно сделать вывод, что применение стальных боковых пластин с гвоздями или болтовых соединений стальных пластин с прорезями без какого-либо армирования не обеспечивало пластических свойств. При воздействии монотонных и циклических нагрузок эти соединения демонстрировали хрупкое разрушение с низкой вращательной способностью и малым предельным моментом даже при изменении геометрической конфигурации поперечного сечения или применении модификаций диаметров болтов и гвоздей. Кроме того, во всех исследованиях был выявлен режим хрупкого разрушения с наличием расщепления древесины, что приводило к потере сопротивления в соединениях и преждевременному разрушению портальных рам. Как следствие, исследовательское сообщество искало другие, более эффективные способы создания пластичных соединений, либо путем усиления болтовых соединений с прорезями из стальных пластин, либо путем применения стержней, приклеенных параллельно волокнам.

4.

Арт. [27, 28, 29] изучали потенциал, связанный с армированием швов саморезами (STS), расположенными перпендикулярно волокнам деревянных элементов. Например, для получения режима пластического разрушения для болтовых соединений из клееного бруса с прорезными стальными пластинами [25] оценили использование самонарезающих винтов. Шурупы были установлены непосредственно в деревянные элементы без предварительного сверления в направлении, перпендикулярном волокнам древесины и болтам. Соединения, выполненные из обычного клееного бруса и клееного бруса, армированного STS, также были протестированы в целях сравнения. Геометрия соединительного образца составляла 130 × 305 мм 9 .0194 2 в поперечном сечении и длиной 830 мм для элементов балки, а элементы колонны были 272 × 305 мм ² в поперечном сечении и длиной 1000 мм. В табл. 4 показано, что результаты опытов образцов соединения балки с колонной показали, что соединения, армированные саморезами, обладают повышенной в 2 и 1,7 раза несущей способностью при монотонном (М) и обратном циклическом нагружении ( С) соответственно по сравнению с неармированными соединениями, где U — неармированные соединения, R — усиленные соединения, а D — поврежденные модернизированные соединения.

На рис. 6 показана кривая момента вращения усиленного соединения и вспомогательные красные линии для получения предела текучести. С усиленными соединениями был достигнут режим пластического разрушения, поскольку ни в одном образце не произошло расщепления; однако уровень деформации достиг предела хода привода, что свидетельствует о некотором запасе мощности соединений. В этом конкретном случае наблюдалось разрушение пробки при сдвиге на растянутой стороне элемента балки под болтом по направлению к нижнему концу. Это указывает на то, что винты обладают способностью выдерживать приложенные напряжения в направлении, перпендикулярном направлению зерна, тем самым изменяя режим разрушения на отказы, параллельные оси зерна [25]. Разрушенные образцы показали отказ по типу режима I (модель текучести Йохансена) в элементах балки с дроблением тяжелой древесины по всей длине в некоторых отверстиях для штифтов.

Арт. [30] расширили исследования с самонарезающими винтами, действующими в качестве перпендикулярной к зерну арматуры, с тремя различными схемами по сравнению с теми, которые использовались в [25], и изучили влияние диаметра болта и краевых расстояний между болтами. Полученные результаты показывают, что допустимый момент увеличился на 22,5 % при увеличении диаметра болта в усиленном соединении с 19,0 до 25,4 мм. Кроме того, уменьшение расстояния между кромками болтов в усиленном соединении обеспечило дополнительный выигрыш в допустимом моменте на 35,3 %, что привело к увеличению общей несущей способности в 2,9 раза., по сравнению с неармированными соединениями. Однако экспериментальные результаты при циклических испытаниях показали, что больший диаметр болта может увеличить максимальный момент и упругую жесткость, но уменьшит вращательную способность почти на 50%. Это также привело к хрупкому разрушению, подобному сдвигу пробки, за которым последовало небольшое развитие трещины и разрушение деревянной заделки (рис. 7).

Арт. [31] изучали поведение при вращении болтовых соединений балки-колонны из клееного бруса, армированных с использованием элементов из клееного бруса с местным перекрестным ламинированием. Двадцать два натурных соединения были испытаны на монотонную и обратную циклическую нагрузку, чтобы установить соотношение между моментом и углом поворота. Они были разделены на шесть групп: неармированные клееные соединения S1 и S4; Саморезы S2 и S5, усиленные соединения клееного бруса; Клееные клееные соединения S3 и S6 с местным перекрестным ламинированием. Группы с S1 по S3 подвергались монотонной нагрузке, а группы с S4 по S6 подвергались циклической нагрузке. Соотношения момента и угла поворота монотонных испытаний нагружения показаны на (Рисунок 8).

Арт. [31] указали, что метод локального поперечного ламинирования улучшил сопротивление моменту (52% и 46% для монотонной и циклической нагрузки соответственно), деформируемость (94%) и рассеивание энергии (25%) испытанных соединений. Однако было обнаружено, что STS более эффективны, чем метод локального поперечного ламинирования, с точки зрения сопротивления моменту и рассеивания энергии.

Арт. [32] проанализировали вибрацию и динамическую реакцию полужесткого сопротивления моменту соединения балки с колонной типа дюбеля. Соединение деревянной рамы (рис. 9).) был подвергнут статическому монотонному испытанию. Использовался клееный брус класса прочности GL24h, а крепеж изготовлен из марки S235 и имел диаметр 16 мм. В деревянные элементы вставлялась стальная пластина толщиной 8 мм. Диаграмма момент-вращение была получена в результате эксперимента со статической монотонной нагрузкой (рис. 9). Испытание было прервано из-за трещин на деревянной колонне [32]. Хрупкое разрушение было следствием высокого напряжения, перпендикулярного зерну, выявленному колонной (см. рис. 10b).

Поведение при вращении типичных болтовых соединений клееной балки с колонной с прорезями в стальной пластине также было численно проанализировано [33]. Для проверки конечно-элементной модели режим отказа и кривые момент-вращение сравнивались с экспериментальными результатами, полученными в [25,31,34] (рис. 11). Важно отметить, что режимы отказа, обнаруженные в модели конечных элементов, были аналогичны экспериментальным образцам.

В частности, эти экспериментальные результаты позволили определить начальную вращательную жесткость и поступругую жесткость, приняв метод секущей жесткости, предложенный в [35]. Анализ кривых момент-вращение с использованием двух моделей с болтами разного диаметра 20 и 24 мм показал, что форма кривой, начальная жесткость при вращении и снижение жесткости хорошо согласуются с экспериментальными результатами (рис. 12).

Согласно [36], соединения с использованием болтов или обычных гладких дюбелей имеют начальные проскальзывания и низкую начальную жесткость, в основном из-за предварительно просверленных отверстий увеличенного размера для допуска установки крепежа. Так, в их работе [36] было выполнено экспериментальное и аналитическое исследование вращательного поведения моментных соединений клееной балки-колонны с самосверлящими дюбелями (СДР). Были испытаны семь натурных соединений с армированием саморезами (СНС) и без него на растяжение перпендикулярно волокну. SDD представляют собой альтернативный тип крепежа, который изготавливается из закаленной стали и обычно доступен на рынке диаметром 7–7,5 мм и длиной до 235 мм. SDD могут проникать в деревянные элементы и стальные листы толщиной до 10 мм без предварительного сверления (самопробивания) и устранять зазоры между крепежными элементами и отверстиями. Все образцы имели одинаковые размеры и конфигурацию клееных балок и колонн, стальных пластин и SDD. Поперечное сечение клееной балки и колонны составляло 450 × 315 мм 9 .0194 2 и 315×315 мм ² соответственно, а их средняя плотность и влажность составляли 466 кг/м ³ и 12%. Две прорези шириной 8 мм, расположенные на расстоянии 88 мм друг от друга, были изготовлены для размещения двух вставных стальных пластин толщиной 6 мм. Вокруг стальных пластин в балке и колонне также были зазоры 20 мм и 30 мм соответственно для удобства монтажа. SDD 7,5 × 235 использовались для просверливания клееных элементов и двух вставленных стальных пластин (рис. 13).

В армированных образцах STS предотвратил раскалывание древесины на стороне проема. Соединения достигли пиковой нагрузки при среднем повороте на 1,8°, и после этого SDD постепенно достигли своей предельной прочности на изгиб. Разрушение соединения произошло во время четвертого цикла со средним углом поворота 3,7 ° из-за сочетания разрушения деревянной заделки и усталостного разрушения SDD при малом цикле.

На основании собранных и обсужденных выше исследований можно сделать вывод, что неармированные болтовые соединения подвержены хрупким разрушениям (как правило, преждевременному расщеплению). Однако при армировании армированным STS можно наблюдать пластичное поведение при монотонной и циклической нагрузке. Для достижения этих удовлетворительных результатов, в целом, соединения были построены с помощью восьми анкерных болтов диаметром 19 мм.мм или 20 мм (четыре на балке и четыре на колонне), варьируя количество винтов от четырех до шести для каждого элемента конструкции (как показано на рисунке 14, включая параметры [25,30], выделенные красным цветом, и [ 31,34] черным цветом). Когда диаметр болтов и количество винтов были увеличены, соединения стали хрупкими, что ограничивало их способность вести себя пластично. Более того, из-за усиления уменьшилась их вращательная способность, но увеличился максимальный момент.

4.2. Вклеенные стержневые соединения

Арт. [37,38] изучали способность вклеенных соединений стальных стержней к отрыву, а [39,40] исследовали использование круглых дюбелей, вклеенных в клееную древесину, для получения более прочных соединений, сопротивляющихся моменту. Увеличивая трение между поверхностью крепежа и несущей его древесиной, можно добиться значительного повышения прочности и пластичности соединения [41]. В вклеенных стержневых соединениях стальные стержни заделываются внутрь деревянных элементов, что эстетически выгодно для случаев, когда несущая конструкция остается видимой, и обеспечивает лучшую защиту соединения от воздействия огня и возможного агрессивного климата [42]. .

Арт. [43] испытали семь типов соединений между элементами из клееного бруса с сопротивлением моменту с использованием стальных стержней, встроенных в древесину параллельно волокнам. Были испытаны три коленных соединения портальной рамы и четыре многоэтажных соединения балки с колонной. На Рисунке 15а показано коленное соединение с эпоксидными стержнями, проходящим через стропило, на Рисунке 15b соединение под углом со стальными стержнями, приваренными к стальной пластине под углом, и на Рисунке 15с соединение со стальным кронштейном, соединенным с арматурными стержнями. испытанные соединения показаны на рис. 16, где на рис. 16а представлено соединение с резьбовыми стержнями без стальных кронштейнов, на рис. 16б — соединение с коробчатыми стальными кронштейнами, на рис. 16с — соединение с центральным стальным шарниром, а на рис. 16d — соединение с боковыми стальными кронштейнами и гвоздевыми пластинами.

Для обеспечения текучести всех соединений балки с колонной была принята расчетная нагрузка, а реакция пластичности каждого соединения была проанализирована при циклической нагрузке. Большая часть соединения не показала значительной пластичности из-за преждевременного разрушения древесины, связанного с просверленными отверстиями в стропилах или с расколом, который произошел возле внутренних стержней при низких уровнях нагрузки. На основании полученных экспериментальных петель гистерезиса можно сделать вывод, что только коленный шарнир портальной рамы со стальным кронштейном (рис. 15в) подходит для пластичной сейсмостойкой конструкции. Как следствие, максимальный коэффициент пластичности 2,0 был рекомендован для установления расчетных усилий. В испытаниях были достигнуты большие значения пластичности, но их не всегда удавалось выдержать в течение большого числа циклов.

Что касается соединения многоэтажной балки с колонной (рис. 16), лучшие характеристики были достигнуты за счет соединения стальной скобой (b). В этом случае было достигнуто хорошее поведение с коэффициентом пластичности ±6,0. Местное расщепление стальной полки вблизи сварного шва со стенкой несколько снизило нагрузку в последнем цикле.

Хорошие характеристики этой геометрии соединения побудили несколько исследовательских групп исследовать механическую реакцию одиночного вклеенного стержня, вставленного как параллельно, так и перпендикулярно волокнам, теоретически и экспериментально [44,45,46], в то время как [47] тестировали несколько стержней. Фактически, были предприняты международные усилия по расширению знаний об этом типе деревянных соединений посредством исследований и других, таких как европейский исследовательский проект GIROD-клееные стержни для деревянных конструкций [48].

Арт. [49] исследовали пластичность посредством деформации стальных стержней внутри клееного бруса. Были рассмотрены три различных расположения стержней: центральный стержень, угловой стержень и стяжка (TB) образцы.

При монотонных испытаниях образцы центрального стержня (рис. 17а) разрушились при сдвиге и растяжении, два образца угловых стержней (рис. 17b) разрушились при сдвиге с образованием продольной трещины по центру балки. (Рисунок 17c) имел наилучшие характеристики, потому что он достиг момента 155 кНм и максимального напряжения древесины из всех изученных механизмов. Образец ТБ-2а не удалось из-за текучести в опорной раме, а ТБ-2б не на растяжение.

Циклическому нагружению подвергалась только система стяжек (TB). Образцы ТБ-4, ТБ-5, ТБ-6 и ТБ-7 разрушились после нескольких циклов, не достигнув пластичности 4. Во время монотонных и циклических испытаний наблюдалось распространение трещин сдвига от конца балки. Это говорит о том, что деформация стальных стержней внутри древесины создавала внутренние повреждения, приводящие к поломке при сдвиге. Следовательно, для вязкой сейсмической конструкции податливость стальных соединительных скоб предпочтительнее податливости стержней [49].].

№ по каталогу [50, 51, 52] изучали стальные коробчатые сечения в вклеенных стержневых соединениях с помощью серии экспериментов. Результаты испытаний показали вязкий режим, при котором стальная коробчатая секция поддается до выхода из строя вклеенных стержней.

№ по каталогу [53, 54] предложил соединение, в котором деревянный элемент соединяется со стальной стойкой с помощью торцевой пластины и вклеенных стальных стержней (рис. 18). Передача изгибающих моментов происходит через торцевую пластину и стальные стержни, а сдвиг происходит через вклеенную стальную пластину между деревянным элементом и стальным профилем. Над этим соединением проводились монотонные и циклические испытания с целью наблюдения режимов разрушения при измерении сопротивления моменту и способности к вращению. В этом исследовании стальной профиль (4) был соединен с армированным деревянным элементом (5) с помощью торцевых элементов. Передача изгибающего момента обеспечивалась наличием стальных стержней, вклеенных в деревянные элементы (3), а поперечные усилия передавались с помощью вклеенной стальной пластины (1), вставленной в центральный паз, прорезанный на конце стержня. деревянный элемент (2) (рис. 18).

Сначала шесть образцов с разной толщиной торцевой пластины были испытаны под монотонной нагрузкой для получения кривых разрушения Т-образного элемента, сопротивления растяжению и нагрузки-перемещения. Расчет емкости был применен для обеспечения выхода из строя тройника. Все образцы представили режим пластического разрушения, за исключением образцов P10w и P20w, где нагрузка сдвига поддерживается непосредственно стальными стержнями. Однако клей не выдерживал таких больших деформаций; имело место прогрессивное уменьшение длины склеивания, в результате чего соединение стало хрупким. Соединение P20w (уменьшенное сечение стержня) также показало хрупкое разрушение по режиму 3. Кривые нагрузка-смещение каждого образца при монотонных нагрузках представлены на рис. 19..

Важно отметить, что при выборе соответствующей толщины стальной концевой пластины может быть обеспечен коэффициент избыточной прочности. Фактически, во всех проведенных испытаниях виды разрушения касались соединения, а не деревянных элементов. В рассмотренных случаях сверхпрочность деревянного элемента обеспечивалась применением клееных балок, армированных сталью.

После этого оценивали связь момента и вращения соединения, а также его пластичность при циклических испытаниях. Все образцы разрушились из-за разрушения при изгибе торцевой пластины вблизи сварного шва из-за низкой циклической усталости, за исключением П20-сп, в котором наблюдался механизм локального стержневого разрушения. На рис. 20 показано сравнение гистерезисных зависимостей момент-вращение с монотонными экспериментальными кривыми для двух образцов (P6 и P10). Разрушение торцевой пластины произошло после ряда циклов при большом пластическом смещении с ограниченным снижением сопротивления в последующих циклах.

В аналогичном исследовании, исх. [55] предложил соединение с тремя отдельными стальными коробчатыми секциями, соединенными вклеенными стержнями или вклеенными стальными трубами с концом клееной балки и соединительными болтами с клееной колонной (рис. 21).

Стальная коробчатая секция, представленная в середине соединения, была объединена с вклеенной стальной трубой, чтобы в основном передать усилие сдвига и предотвратить разрушение соединения при сдвиге, в то время как две другие стальные коробчатые секции, объединенные с клееной в стержнях использовались для передачи изгибающего момента. Толщина стенки трубы и ребра жесткости составляла 6 мм, а размер поперечного сечения 120 мм × 80 мм при длине 135 мм. Размер прямоугольных шайб (подкладок) под гайки составлял 67,5 мм × 40 мм × 6 мм. Стальной лист характеризовался маркой S235, с модулем упругости Е 9.0124 s = 200 ГПа, номинальный предел текучести f _y = 310 МПа, предел прочности f _u = 420 МПа.

Клееный брус имел среднее содержание влаги 15,0% при стандартном отклонении 0,70, а средняя плотность составляла 530 кг/м ³ при стандартном отклонении 20,0. Болт и вклеенные стержни имели класс прочности 8.8 с пределом текучести 640 МПа и пределом прочности 800 МПа, а вклеенная стальная труба по сопротивлению сдвигу была марки S235. Кроме того, марка опорных плит и опорных плит была S235. Двухкомпонентная эпоксидная смола плотностью около 1500 кг/м ³ и клеевой шов толщиной 2,0 мм был использован для приклеивания стержней к клееным брусам.

Были испытаны три серии образцов: одна при монотонной нагрузке и две другие при циклическом нагружении. Все образцы показали умеренную пластичность. Кривая нагрузка-перемещение и момент-вращение показаны на рис. 22 и рис. 23.

5. Обсуждение

5.1. Сравнение пластичности между основными типами соединений

Моментостойкие соединения с прорезными стальными пластинами с болтовым соединением широко используются во всем мире. Однако в неармированном виде этот тип соединения демонстрирует низкую допустимую нагрузку на момент и хрупкое разрушение при циклических испытаниях [56,57]. Тем не менее, введение армирования может улучшить его конструктивные характеристики. Как показано в Таблице 5, применение саморезов (STS) перпендикулярно волокнам увеличивает начальную жесткость и моментную способность соединения, а также расширяет вращательную способность. Тем не менее, даже при применении СТС в большинстве случаев вид разрушения все же остается хрупким, но имеет место высокий уровень деформации.

С другой стороны, моментоустойчивые соединения вклеенных стержней построены со стержнями, параллельными волокнам, соединенными со стальным тройником или коробами, которые могут изменить свой режим разрушения на пластичный. Несмотря на то, что было проведено мало исследований, в которых применялось это соединение к тяжелой деревянной конструкции, вращающейся под действием момента, как показано в Таблице 6, это соединение продемонстрировало хороший уровень способности к вращению. Однако сопротивление моменту низкое по сравнению с болтовыми соединениями, армированными STS, возможно, из-за малой высоты балок, использованных в проведенных испытаниях. Кроме того, чтобы лучше идентифицировать поведение соединения, связанное с пластичностью, и его способность сохранять допустимый момент в течение циклов, необходимо проводить больше циклических испытаний.

Исследования вклеенных стержней, применяемых в соединениях балки с колонной с несколькими горизонтальными стержнями, параллельными волокнам балки, показали хрупкие разрушения с диагональными трещинами при сдвиге в середине соединения. Лучшие пластические характеристики этого типа соединения были достигнуты за счет геометрической конфигурации I (b), где один стержень вставлялся в середину соединения (рис. 24). Было достигнуто несколько циклов нагружения и коэффициент пластичности 6. Геометрическая конфигурация стержней, наклоненных под углом 20°, или четырех стержней на конце с опорными стяжками не показала хороших результатов в отношении пластичности (см. рис. 17b). Когда ограничивающая система для стержней (поперечные винты) применяется к соединениям моментов между балками при циклических нагрузках (тип I (c)), соединения имеют первоначальную высокую диссипативную способность, но после нескольких циклов рассеивание энергии значительно снижается за счет возникновения продольных расколов в кромке стыковочных стержней, что приводит к поперечной неустойчивости стержней. Даже при изменении конфигурации и количества стержней вид отказа оставался прежним.

На основании исследований, связанных с вклеенными стержнями, связанными со стальными коробками и трубами (тип II на рис. 24), при монотонных и циклических испытаниях наблюдалось пластическое поведение, при этом разрушение происходило со стороны стали, а не со стороны дерева. член. Применение трех коробов и СТС для армирования выгодно, так как улучшило сопротивление момента соединения и уменьшило вероятность появления трещин и расколов возле опор. С другой стороны, когда толщина стенки стального короба очень мала, соединение изгибается по диагонали между элементами жесткости и не может достичь высокой пластичности.

Тип III (рис. 24) показал наивысшую степень пластичности из-за его высокой вращательной способности. Преобладающим видом отказа в этой геометрии соединения стальных звеньев была пластичная деформация Т-образного стержня, которая всегда предназначена для управления структурным поведением соединения. Удалось выяснить, что при увеличении толщины торцевой пластины больше сопротивление моменту в соединении и меньше вращательная способность. В большинстве исследований образец с более толстой торцевой пластиной демонстрировал разрушение хрупкого стержня. Поэтому при увеличении толщины лобовой пластины соединение становится менее пластичным, переходя от соединения, классифицируемого как соединение с высокой пластичностью, к соединению с низкой пластичностью согласно классификации, предложенной в [12]. В целом работы, в которых были вставлены стальные пластины, показали снижение максимального вращения в предельный момент, что также свидетельствует о снижении пластичности. [59]

На основе прошлых исследований график на рис. 25 сравнивает характеристики наиболее репрезентативных соединений древесины при вращении с точки зрения пластичности с использованием коэффициентов пластичности, предложенных в EN 12512 [7] (ордината графика) и [10] ( абсцисс графика).

Соединения, обладающие наивысшим уровнем пластичности, представляют собой вклеенные стержни, классифицируемые как высокопластичные согласно [12]. Болтовые прорезные пластинчатые соединения, армированные STS и самосверлящими дюбелями (SDD), также обладают хорошим уровнем пластичности, но в целом классифицируются как соединения со средней пластичностью. Однако важно отметить, что вклеенные стержневые соединения обычно имеют меньшую допустимую нагрузку по моменту, чем армированные болтовые соединения с прорезными пластинами.

5.2. Рекомендации по достижению пластичности

Из экспериментальных данных, собранных и проанализированных в рамках этой работы, можно проследить практический путь анализа пластичности соединения древесины. Во-первых, необходимо знать кривую момента вращения сустава. По ней должны быть определены начальная жесткость и предел текучести. Кривые момент-вращение должны достигать четкого плато для определения предела текучести и должны достигать максимальных значений вращения, близких к 0,15 рад (монотонный) и 0,10 рад (циклический), без значительной потери сопротивления моменту в этой предельной точке. Более того, при испытаниях пластичные соединения предпочтительно должны иметь пластичный вид разрушения. Даже если существуют разные определения пластичности, в свете приведенных выше параметров и принимая во внимание два разных выражения для пластичности (уравнения (2) и (13)), можно получить согласованные значения коэффициента пластичности (см. рис. 25). ).

Хотя было изучено и испытано несколько полужестких соединений для оценки их пластичности, было проведено мало сравнений между различными типами соединений из пластичной древесины. На основании проведенного современного обзора предлагаются следующие предложения по получению соединений из пластичной древесины.

Для прорезных соединений стальных пластин:

i.

Еврокод 5 [7] рекомендует минимальные требования к зазору, чтобы избежать хрупких разрушений в соединениях дюбельного типа. Тем не менее, в соединениях, передающих изгибающие моменты, даже отвечающих критериям Еврокода 5, наблюдались хрупкие разрушения (например, расщепление древесины), вызывающие низкую пластичность соединения. Таким образом, для полужестких соединений штифтового типа, которым необходимо достичь пластичности, необходимо следовать специальной процедуре проектирования [19].,36].

ii.

Если пазовое соединение стальной пластины проектируется без армирования, изгибающий момент не учитывается в процессе проектирования, и соединение может преждевременно выйти из строя. В этом случае его структурное поведение определяется напряжением, перпендикулярным волокнам, и продольным сдвигом, которые являются свойствами древесины, имеющей самую слабую прочность [25,30]. В этих случаях для достижения безопасной конструкции следует рассмотреть стальные пластины с прорезями для армирования саморезами (STS) перпендикулярно волокнам. Таким образом, перпендикулярные волокнам напряжения передаются растягивающими напряжениями вдоль STS, а способность соединения определяется высокой прочностью на растяжение стали винта [33].

iii.

В соединениях стальных пластин с прорезями, армированных STS перпендикулярно волокнам, в большинстве доступных исследований использовалась общая геометрия примерно 300 мм для высоты колонн и балок и 8 болтов на соединение и STS близко к болтам, чтобы предотвратить расщепление и увеличить вращательная способность соединения (см. рисунок 14). Когда расстояние между центром внешнего болта и краем бревна небольшое (49,5 см в [30]), а диаметр болта превышает 19мм, соединения показали более высокое сопротивление моменту, но показали хрупкое разрушение и более низкую способность рассеивания энергии. В отсутствие дополнительных данных и хотя до сих пор нет аналитического метода, позволяющего надежно предсказать поведение этого соединения, для достижения хорошей степени пластичности рекомендуется использовать болты диаметром 19 мм и расстоянием до Расстояние между центром болтов и краем бревна составляет 70 см.

Для вклеенных стержневых соединений:

и.

Пластичность рекомендуется достигать путем соединения стального профиля или кронштейна вместе со стержнями, прикрепленными к дереву. В исследованиях, где непосредственно в древесину вставлялись только резьбовые стержни, наблюдалось хрупкое разрушение, вероятно, из-за внутреннего повреждения, вызванного стержнями, что привело к разрушению при сдвиге [49].

ii.

В соединениях, которые имеют стальной профиль и торцевую пластину, соединенную со стержнями, применяется расчет нагрузки, чтобы гарантировать, что стальное звено прогибается раньше, чем древесина. Однако эта процедура может не гарантировать пластического разрушения соединения. Поэтому, чтобы избежать хрупкого разрушения, рекомендуется, чтобы соединение имело не только стержни в качестве элементов, устойчивых к сдвигу, но и стальную пластину, которая должна быть вставлена ​​параллельно волокнам, чтобы способствовать сопротивлению сдвигу соединения [53,54]. ].

iii.

Применение более толстых торцевых пластин или стальных коробок связано с большей жесткостью соединения и может привести к увеличению допустимого момента, но также может привести к хрупкому разрушению и низкой вращательной способности. Так, для получения пластичного соединения в большинстве исследований было достаточно толщины от 6 до 10 мм [54,55].

iv.

Также интересно предложение ребер жесткости, прикрепленных к торцевым пластинам или вставленных в стальные короба, чтобы получить большую начальную жесткость соединения.

5.3. Задачи

Анализ текущего состояния дел указывает на необходимость изучения деревянных каркасов и/или зданий под действием боковой нагрузки с целью оценки реакции смещения и жесткости соединений.

В системе деревянных каркасов, устойчивых к моменту, без распорок и стенок жесткость соединений при вращении имеет решающее значение, так как мы имеем дело со статически неопределимыми конструкциями, а перераспределение внутренних усилий контролируется пластичностью, обеспечиваемой соединениями. Например, в случае многоэтажной несущей конструкции деревянного каркаса для выполнения заявленных предельных требований к эксплуатации из-за боковых отклонений и ускорений, вызванных ветровыми нагрузками, соединения должны иметь минимальную вращательную жесткость [21].

Первые попытки внедрения полужестких пазовых соединений из стальных пластин на портальных деревянных рамах при монотонной нагрузке дали линейное поведение с высокой несущей способностью, но хрупкое разрушение происходило при низком уровне вращения. Его применение на портальных рамах, подвергнутых испытанию на циклическую нагрузку, без бокового усиления показало недостаточную жесткость при вращении, чтобы противостоять боковым смещениям [19,20].

С другой стороны, хотя вклеенные стержневые соединения изучались в нескольких исследованиях [43,49,50,51,53,54,55], до сих пор нет согласованных результатов или публикаций, позволяющих оценить их применение в рамках портала. Однако, исходя из поведения соединения, оцененного в рамках данной работы, в частности, принимая во внимание вращательную жесткость, полученную в имеющихся результатах испытаний, можно сделать вывод, что соединения, содержащие поперечно нагруженные крепежные детали (прорезные стальные пластины), имеют меньшую жесткость, чем с осевыми креплениями (вклеенными стержнями). Это, в сочетании с его большей пластичностью, показывает, что этот тип соединения имеет большой потенциал для применения в зданиях с деревянным каркасом, устойчивым к моменту.

Для продвижения использования устойчивых к моменту деревянных каркасных систем в зданиях средней и высокой этажности важно найти точную аналитическую методологию для прогнозирования реакции полужестких соединений, а именно, закона вращения момента и пластичности. В литературе можно найти аналитические модели для некоторых типов полужестких соединений. Несмотря на то, что по-прежнему необходимо большее количество разработок, ясно, что можно разработать руководящие принципы и рекомендации по проектированию для анализа реакции полужестких соединений и, таким образом, для прогнозирования поведения соответствующих устойчивых к моменту. деревянные каркасные конструкции.

6. Выводы

В этом документе представлен обзор наиболее важных научных исследований, посвященных пластичным соединениям балки с колонной в системе деревянного каркаса, сопротивляющейся моменту. Измерение пластичности соединений по-прежнему является сложной задачей, поскольку в литературе имеется несколько предложений, дающих разные результаты. Поэтому изначально велось обсуждение наиболее актуальных определений пластичности.

Первые применения моментных соединений на деревянных портальных рамах показали преждевременное расщепление и сильное боковое смещение рамы, но применение пластичных соединений улучшило механические параметры рамы, увеличило предельную нагрузку и уменьшило горизонтальное смещение. Деревянные рамы испытали большую деформацию, в некоторых случаях без значительного падения нагрузки или разрушения. Во всех прошлых исследованиях соединения оказывали значительное влияние на общую производительность деревянного каркаса. Большая часть исследований проводилась с использованием армированных болтовых соединений с прорезями в пластинах, в то время как в нескольких работах была представлена ​​экспериментальная оценка моментостойкого деревянного каркаса с вклеенными стержневыми соединениями.

Что касается механических характеристик, то широко используемые болтовые соединения с пластинами с прорезями показали хорошую вращательную способность и предельный момент при армировании STS. В нескольких исследованиях эти соединения были в состоянии поддерживать высокие уровни нагрузки в течение более четырех циклов нагрузки. Однако соединения показали хрупкие виды разрушения при высоких уровнях деформации после нескольких циклов нагружения.

Исследования соединений методом локального поперечного ламинирования показали более низкие результаты, чем соединения, армированные STS. С другой стороны, хотя имеется несколько исследований, в которых оценивалось поведение соединений вклеенных стержней при циклических нагрузках, можно было наблюдать, что соединения, построенные без металлического профиля, при малых нагрузках приводили к преждевременному разрушению древесины. Применение наклонных стержней показало, что стальные стержни внутри древесины создают внутренние повреждения, приводящие к разрушениям при сдвиге. Однако при соединении стальных профилей или стальных коробок с стержнями механические характеристики улучшаются, достигая высоких значений вращательной способности и сопротивления моменту. Как правило, в этих типах соединений стальной профиль или коробчатое сечение деформировались до выхода из строя вклеенных стержней, что приводило к вязкому разрушению.

На основе двух наиболее репрезентативных формулировок коэффициентов пластичности была проведена оценка пластичности соединения. В целом вклеенные стальные стержни показали лучшие результаты, вероятно, из-за сильного влияния стальных профилей на упругое соединение. Несмотря на отличное механическое поведение, усиленные болтовые соединения стальных пластин с прорезями имели средние значения пластичности, поскольку они имеют более высокие значения вращения при значениях текучести, что создает небольшие области пластичности, где рассеяние энергии более важно. Несмотря на то, что была проделана значительная работа по оценке пластичности деревянных соединений, все еще остаются открытые вопросы. Моментостойкие соединения деревянных конструкций регулируются очень сложными механизмами и зависят от большого количества геометрических, материальных и конфигурационных параметров и их комбинаций. Влияние их характеристик на стойкие к моменту деревянные каркасы еще шире и должно оцениваться с точки зрения общего поведения конструкции.

Вклад автора

А.С.Р. и З.М., методология, формальный анализ, исследование, написание — подготовка первоначального проекта; Дж.М.Б. и PBL, концептуализация, методология, формальный анализ, написание — обзор и редактирование, надзор. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Это исследование финансировалось Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT), номер гранта BD/06301/2022.

Заявление Институционального контрольного совета

Неприменимо.

Заявление об информированном согласии

Неприменимо.

Заявление о доступности данных

Данные, представленные в этом исследовании, доступны по запросу от соответствующего автора.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Референции

1. Абрахамсен, Р. Мьёстарнет-Строительство 81-метрового деревянного здания. Междунар. Hoizbau-Fourm IHF 2017 , 2017, 1–12. [Академия Google]
2. Вильгутс А.; Мало, К.А.; Стаматопулос, Х. Сопротивление моменту рам и соединений с использованием резьбовых стержней в соединениях балки с деревянными колоннами Сопротивление моменту рам и соединений с использованием резьбовых стержней в соединениях балки с деревянными колоннами. В Proceedings of the World Conference on Wood Engineering, Seoul, Korea, 20 августа 2018 г. [Google Scholar]
3. CEN Eurocode 8: Расчет сейсмостойких конструкций. Часть 1. Общие правила, сейсмические воздействия и правила для зданий; Европейский комитет по стандартизации: Брюссель, Бельгия, 2004 г.; Том 1.
4. Дин Ю.; Чжоу, З .; Хуанг, Л.; Si, Y. Сейсмические характеристики самоцентрирующейся клееной рамы с фрикционным демпфером. англ. Структура 2021 , 245, 112857. [Google Scholar] [CrossRef]
5. Park, R. Оценка пластичности на основе лабораторных и аналитических испытаний. В материалах 9-й Всемирной конференции по сейсмостойкости, Токио-Киото, Япония, 2 августа 1988 г.; Том 8, стр. 605–616. [Google Scholar]
6. Swiss Society of Engineers and Architects SIA. Код проектирования SIA 265 Деревянные конструкции. Швейцарский стенд. доц. 2003 . Доступно в Интернете: http://shop.sia.ch/ (по состоянию на 12 апреля 2021 г.).
7. CEN. EN 12512 — Деревянные конструкции — Методы испытаний — Циклические испытания соединений, выполненных с помощью механических креплений; CEN: Брюссель, Бельгия, 2001 г. [Google Scholar]
8. Blaß, HJ; Шедле, П. Аспекты пластичности армированных и неармированных деревянных соединений. англ. Структура 2011 , 33, 3018–3026. [Google Scholar] [CrossRef]
9. Stehn, L.; Бьорнфот, А. Сравнение различных показателей пластичности соединения стали с деревом с помощью гвоздей. В материалах 7-й Всемирной конференции по деревообработке WCTE, Шах-Алам, Малайзия, 12–15 августа 2002 г. [Google Scholar]
10. Оттенхаус, Л.-М.; Джоквер Р.; ван Дриммелен, Д.; Крюс, К. Проектирование деревянных соединений для обеспечения пластичности — обзор и обсуждение. Констр. Строить. Матер. 2021 , 304, 124621. [Google Scholar] [CrossRef]
11. Muñoz, W.; Мохаммад, М .; Саленикович, А.; Квиневиль, П. Необходимость согласованного подхода к расчетам пластичности деревянных конструкций. В материалах Международного совета по исследованиям и инновациям в строительстве, Сент-Эндрюс, Канада, 24–28 августа 2008 г. [Google Scholar]
12. Смит И.; Асиз, А .; Сноу, М .; Чуй, Ю.Х. Возможный подход Канады/ИСО к получению расчетных значений на основе данных испытаний. В материалах совещания CIB-W18 во Флоренции, Флоренция, Италия, 28–31 августа 2006 г. [Google Scholar]
13. Komatsu, K.; Хосокава, К.; Хаттори, С. Разработка пластичной и высокопрочной полужесткой портальной рамы, состоящей из клееного бруса смешанных пород и h-образного стального углового соединения. В Proceedings of the World Conference on Wood Engineering 2006, Oregon State University Conference Services, Portland, OR, USA, 6–10 августа 2006 г. [Google Scholar]
14. Ногучи М.; Такино, С .; Комацу, К. Разработка деревянных портальных рамных конструкций с улучшенными колоннами. Дж. Вуд Науч. 2006 , 52, 51–57. [Google Scholar] [CrossRef]
15. Исигаки, Х.; Сакамаки, Ю.; Исикава, Ю.; Хара, Т .; Охаси, Ю. Исследование сейсмостойкости деревянных конструкций с соединениями, сопротивляющимися моменту. В материалах 14-й Всемирной конференции по сейсмостойкому делу, Пекин, Китай, 12–17 октября 2008 г.; стр. 1–6. [Google Scholar]
16. Касаль, Б.; Гиндос, П .; Полокосер, Т .; Хейдушке, А .; Урушадзе, С .; Поспишил, С. Каркасы из толстого клееного бруса с жесткими трехмерными соединениями балки с колонной. Дж. Выполнить. Констр. Фасил. 2014 , 28, 1–11. [Google Scholar] [CrossRef]
17. Xiong, H.; Лю, Ю.; Яо, Ю .; Ли, Б. Экспериментальное исследование поперечного сопротивления конструкций стоек и балок из армированного клееного ламината. Дж. Азиатский архит. Строить. англ. 2017 , 16, 379–385. [Google Scholar] [CrossRef][Green Version]
18. Haibei, X.; Инъян, Л. Экспериментальное исследование поперечного сопротивления скрепленных болтами клееных деревянных стоек и балочных структурных систем. Дж. Структура. англ. 2016 , 142, Е4014002. [Академия Google] [CrossRef]
19. Лю, Ю.; Сюн, Х. Боковые характеристики полужесткой деревянной рамной конструкции: теоретический анализ и экспериментальное исследование. Дж. Вуд Науч. 2018 , 64, 591–600. [Google Scholar] [CrossRef][Зеленая версия]
20. Цао, Дж.; Сюн, Х .; Цуй, Ю. Анализ сейсмических характеристик деревянных каркасов на основе калиброванной упрощенной модели. Дж. Билд. англ. 2022 , 46, 103701. [Google Scholar] [CrossRef]
21. Вильгутс, А.; Стаматопулос, Х .; Мало, К.А. Параметрический анализ и технико-экономическое обоснование устойчивых к моменту деревянных рам под эксплуатационной нагрузкой. англ. Структура 2021 , 228, 111583. [Google Scholar] [CrossRef]
22. Komatsu, K. Разработка более жесткой и пластичной портальной рамы из клееного бруса. АИП конф. проц. 2017 , 1903, 020026. [Google Scholar] [CrossRef][Green Version]
23. Bryant, AH; Гибсон, Дж. А.; Митчелл, Теннесси; Терстон, С.Дж. Гвоздь-моментные соединения в деревянных конструкциях. Бык. NZ Natl. соц. Землякв. англ. 1981 , 14, 223–232. [Google Scholar] [CrossRef]
24. Komatsu, K.; Кавамото, Н. Модифицированные соединения, сопротивляющиеся моменту. В материалах 1991-я Международная конференция по лесоматериалам, Лондон, Лондон, Великобритания, 2–5 сентября 1991 г.; стр. 3111–3118. [Google Scholar]
25. Лам Ф.; Шульте-Вреде, М.; Яо, CC; Гу, Дж.Дж. Сопротивление моменту болтовых соединений древесины с армированием, перпендикулярным зерну. В материалах 10-й Всемирной конференции по деревообработке, Миядзаки, Япония, 2–5 июня 2008 г.; Том 2, стр. 978–985. [Google Scholar]
26. ASTM E 2126; Стандартные методы испытаний циклической (обратной) нагрузкой на сопротивление сдвигу вертикальных элементов систем сопротивления поперечной нагрузке для зданий. ASTM: Западный Коншохокен, Пенсильвания, США, 2009 г..
27. Бласс, Х.Дж.; Бейтка, И. Selbstbohrende Holzschrauben Und Ihre Anwendungsmöglichkeiten; Universität Karlsruhe: Karlsruhe, Germany, 2004. [Google Scholar]
28. Bejtka, I. Verstärkungen von Bauteilen Aus Holz Mit Vollgewindeschrauben; Universität Karlsruhe: Karlsruhe, Germany, 2005. [Google Scholar]
29. Blaß, HJ; Бейтка, И.; Uibel, T. Tragfähigkeit von Verbindungen Mit Selbstbohrenden Holzschrauben Mit Vollgewinde; KIT Scientific Publishing: Карлсруэ, Германия, 2006. [Google Scholar]
30. Лам, Ф.; Гехлофф, М .; Клозен, М. Болтовые соединения деревянных конструкций, устойчивые к моменту. проц. Инст. Гражданский англ. Структура Строить. 2010 , 163, 267–274. [Google Scholar] [CrossRef]
31. Ван М.; Песня, X .; Гу, Х .; Чжан, Ю .; Луо, Л. Вращательное поведение болтовых соединений балки с колонной с локально перекрестно-ламинированным клееным брусом. Дж. Структура. англ. 2014 , 141, 04014121. [Google Scholar] [CrossRef]
32. Соларино Ф.; Гирезини, Л.; Чанг, WS; Хуанг, Х. Экспериментальные испытания соединения древесины с помощью дюбеля и проверка численных моделей. Зданий 2017 , 7, 116. [Google Scholar] [CrossRef][Green Version]
33. Sun, X.; Ку, Ю .; Лю, В .; Лу, В .; Юань, С. Поведение при вращении и моделирование болтовых соединений клееной балки с колонной со стальной пластиной с прорезями. Доп. Структура англ. 2020 , 23, 1989–2000. [Google Scholar] [CrossRef]
34. Lu, W.D.; Солнце, Х.Ф.; Лю, В.К. Экспериментальное исследование поведения болтовых соединений клееной балки с колонной, усиленных саморезами. Подбородок. Дж. Билд. Структура 2016 , 37, 80–86. [Google Scholar]
35. Ясумура М. Оценка сейсмических характеристик деревянных каркасных конструкций. В материалах 5-й конференции WCTE, Монтрё, Швейцария, 17–20 августа 1998 г.; Том 2, стр. 564–571. [Google Scholar]
36. Донг, В.; Ли, М.; Он, М.; Ли, З. Экспериментальные испытания и аналитическое моделирование моментных соединений клееного бруса с самосверлящими дюбелями. Дж. Структура. англ. 2021 , 147, 4021047. [Google Scholar] [CrossRef]
37. Riberholt, H. Клееные болты из клееного бруса. В материалах 5-й Всемирной конференции по деревообработке, Монтрё, Швейцария, 17–20 августа 1998. [Google Scholar]
38. Townsend, P.K. Стальные дюбели с эпоксидной смолой, приклеенные к клееной древесине; Отчет об исследовании 90-11; Факультет гражданского строительства, Кентерберийский университет: Крайстчерч, Новая Зеландия, 1990 г. [Google Scholar]
39. Rodd, P.D. Деревянные соединения выполнены с помощью усовершенствованных круглых дюбелей. В материалах Международной конференции по деревообработке 1988 г., Сиэтл, Вашингтон, США, 19–22 сентября 1988 г .; стр. 26–37. [Google Scholar]
40. Rodd, PD; Хилсон, Б.О.; Сприггс, Р.А. Инжектированные смолой механически закрепленные деревянные соединения. В материалах Второй Тихоокеанской конференции по лесотехнике, Окленд, Новая Зеландия, 28–31 августа 19 г. 89; стр. 131–136. [Google Scholar]
41. Fairweather, Соединение правой балки с колоннами в многоэтажных деревянных домах. Магистерская диссертация, Кентерберийский университет, Крайстчерч, Новая Зеландия, 1992 г. [Google Scholar]
42. Tlustochowicz, G.; Серрано, Э.; Стайгер, Р. Обзор современного состояния соединений деревянных конструкций с помощью вклеенных стальных стержней. Матер. Структура/матер. Эт Констр. 2011 , 44, 997–1020. [Google Scholar] [CrossRef]
43. Buchanan, AH; Fairweather, R.H. Сейсмостойкий расчет конструкций из клееного бруса. Бык. NZ Natl. соц. Землякв. англ. 1993 , 26, 415–436. [Google Scholar] [CrossRef]
44. Blass, HJ; Ласкевиц, Б. Несущая способность стержней с осевой нагрузкой, вклеенных перпендикулярно волокну. В материалах Международного симпозиума RILEM по соединениям в деревянных конструкциях, Штутгарт, Германия, 2001 г.; стр. 363–371. [Google Scholar]
45. «> Бьюкенен, А. Х. Прочность стальных стержней, покрытых эпоксидной смолой, в клееной древесине. В материалах Международной конференции по деревообработке, Новый Орлеан, Луизиана, США, 28–31 октября 19 г.96; Том 4, стр. 488–495. [Google Scholar]
46. Дель Сенно, М.; Пьяцца, М.; Томаси, Р. Осевые вклеенные соединения стальных деревянных конструкций — экспериментальный и численный анализ. Holz Als Roh-Und Werkst. 2004 , 62, 137–146. [Google Scholar] [CrossRef]
47. Корин, Ю.; Бьюкенен, А.Х.; Мосс, П. Дж. Влияние расположения стержней на прочность на растяжение концевых болтов с эпоксидным покрытием из клееного бруса. В материалах Тихоокеанской конференции по лесотехнике, Роторуа, Новая Зеландия, 14–18 марта 1999 г .; Том 2, стр. 217–224. [Академия Google]
48. Йоханссон, К.-Дж.; Бенгтссон, К. GIROD-клееные стержни для деревянных конструкций; SP Шведский национальный испытательный и исследовательский институт: Бурос, Швеция, 2002 г. [Google Scholar]
49. Buchanan, A.; Мосс, П.; Вонг, Н. Соединения, сопротивляющиеся вязкому моменту, в клееных балках. В материалах конференции NZSEE, курорт Вайракей, Таупо, Новая Зеландия, 23 марта 2001 г.; стр. 1–9. [Google Scholar]
50. Вашек М.; Микеш, К. Металлические соединения для космических деревянных конструкций — нелинейное поведение. Материалы Всемирной конференции по лесопромышленности, Монтрё, Швейцария, 17–20 августа 1998. [Google Scholar]
51. Вашек М.; Выгналек, Р. Деревянная полужесткая рама с вклеенными стержнями. В материалах 9-й Всемирной конференции по деревообработке, Портленд, штат Орегон, США, 6–10 августа 2006 г.; Том 3, стр. 1825–1832. [Google Scholar]
52. Вашек М. Соединение полужесткой деревянной рамы и пространственной конструкции вклеенными стержнями. В Proceedings of the World Conference of Wood Engineering, Миядзаки, Япония, 2–5 июня 2008 г. [Google Scholar]
53. «> Tomasi, R.; Зандонини, Р .; Пьяцца, М.; Андреолли, М. Ковкие торцевые соединения клееных балок. Структура англ. Междунар. Дж. Междунар. доц. Конструкция моста. англ. (ИАБСЭ) 2008 , 18, 290–296. [Google Scholar] [CrossRef]
54. Андреолли, М.; Пьяцца, М.; Томаси, Р .; Зандонини, Р. Вязкие соединения сталь-дерево, устойчивые к моменту. проц. Инст. Гражданский англ. Структура Строить. 2011 , 164, 65–78. [Google Scholar] [CrossRef]
55. Ян, Х.; Лю, В .; Рен, X. Компонентный метод для соединений клееной балки с колонной, устойчивых к моменту, с вклеенными стальными стержнями. англ. Структура 2016 , 115, 42–54. [Академия Google] [CrossRef][Зеленая версия]
56. Он, М.; Чжан, Дж.; Ли, З. Влияние трещин на механические характеристики клееных болтовых соединений на дюбелях. Констр. Строить. Матер. 2017 , 153, 445–458. [Google Scholar] [CrossRef]
57. Ван М.; Песня, X . ; Гу, Х .; Танг, Дж. Болтовые соединения клееной балки и колонны при различных сочетаниях сдвига и изгиба. англ. Структура 2019 , 181, 281–292. [Google Scholar] [CrossRef]
58. Шу, З.; Ли, З .; Ю, Х.; Чжан, Дж.; Он, М. Вращательные характеристики клееных болтовых соединений: экспериментальное исследование и аналитический подход. Констр. Строить. Матер. 2019 , 213, 675–695. [Google Scholar] [CrossRef]
59. Iovane, G. Инновационные сейсмостойкие конструкционные системы для древесины; Неаполитанский университет: Неаполь, Италия, 2020 г. [Google Scholar]

Рис. 1. Расчетная модель трехэтажного деревянного каркасного дома (адаптировано из [15]).

Рисунок 1. Расчетная модель трехэтажного деревянного каркасного дома (адаптировано из [15]).

Рисунок 2. ( a ) Деформация рамной конструкции; ( б ) стык балка–колонна левый; ( c ) соединение левой колонны с основанием; ( d ) правый стык балки с колонной; ( д ) стык правой колонны с основанием; (адаптировано из [20]).

Рисунок 2. ( a ) Деформация рамной конструкции; ( б ) левый стык балки с колонной; ( c ) соединение левой колонны с основанием; ( d ) правый стык балки с колонной; ( д ) стык правой колонны с основанием; (адаптировано из [20]).

Рисунок 3. Штифтовые соединения со стальной пластиной вставного типа (адаптировано из ссылки [22]).

Рисунок 3. Штифтовые соединения со стальной пластиной вставного типа (адаптировано из ссылки [22]).

Рисунок 4. Болтовое соединение стальной пластины и кривые момента-вращения для циклической нагрузки для соединения балки с колонной (адаптировано из [15]).

Рисунок 4. Болтовое соединение стальной пластины и кривые момента-вращения для циклической нагрузки для соединения балки с колонной (адаптировано из [15]).

Рисунок 5. Болтовое соединение стальной пластины с прорезью, применяемое в испытанной раме (адаптировано из [20]).

Рисунок 5. Болтовое соединение стальной пластины с прорезью, применяемое в испытанной раме (адаптировано из [20]).

Рисунок 6. Кривые момент–вращение усиленного соединения. ( a ) Монотонная нагрузка, ( b ) циклическая нагрузка, (адаптировано из [25]).

Рисунок 6. Кривые момент–вращение усиленного соединения. ( a ) Монотонная нагрузка, ( b ) циклическая нагрузка, (адаптировано из [25]).

Рисунок 7. Типичное разрушение армированного щелевого соединения пластин при циклических нагрузках, сдвиге пробки, расщеплении и разрушении деревянной заделки соответственно (адаптировано из [30]).

Рис. 7. Типичное разрушение армированного щелевого соединения пластин при циклических нагрузках, сдвиге пробки, расщеплении и разрушении деревянной заделки соответственно (адаптировано из [30]).

Рисунок 8. Взаимосвязь момента и угла поворота при испытаниях на монотонную нагрузку (адаптировано из [31]).

Рис. 8. Взаимосвязь момента и угла поворота при испытаниях на монотонную нагрузку (адаптировано из [31]).

Рисунок 9. Схема соединения сталь-дерево (адаптировано из [32]).

Рис. 9. Схема соединения сталь-дерево (адаптировано из [32]).

Рисунок 10. ( a ) Результаты монотонных испытаний соединения; ( b ) образец при разрушении (адаптировано из [32]).

Рис. 10. ( a ) Результаты монотонных испытаний соединения; ( b ) образец при разрушении (адаптировано из [32]).

Рисунок 11. Сравнение режимов разрушения (адаптировано из [33]): ( a ) модель конечных элементов, ( b ) образец (адаптировано из [20]), ( c ) образец (адаптировано из [31]), образец ( d ) (адаптировано из [25]).

Рисунок 11. Сравнение режимов разрушения (адаптировано из [33]): ( a ) модель конечных элементов, ( b ) образец (адаптировано из [20]), ( c ) образец (адаптировано из [31]), образец ( d ) (адаптировано из [25]).

Рисунок 12. Кривая момент–вращение: ( a ) модель 1 (d = 20 мм) и ( b ) модель 2 (d = 24 мм) (адаптировано из [33]).

Рисунок 12. Кривая момент–вращение: ( a ) модель 1 (d = 20 мм) и ( b ) модель 2 (d = 24 мм), (адаптировано из [33]).

Рисунок 13. Образец (усиленный STS при циклической нагрузке), (адаптировано из [36]).

Рис. 13. Образец (усиленный STS при циклической нагрузке), (адаптировано из [36]).

Рисунок 14. Краткое изложение основных геометрий, используемых в пластичных соединениях, сопротивляющихся моменту.

Рис. 14. Краткое изложение основных геометрий, используемых в пластичных соединениях, сопротивляющихся моменту.

Рисунок 15. Протестированы стойкие к моменту клееные соединения (адаптировано из работы [43]).

Рис. 15. Протестированы стойкие к моменту клееные соединения (адаптировано из работы [43]).

Рисунок 16. Протестированы стойкие к моменту клееные соединения (адаптировано из работы [43]).

Рис. 16. Протестированы стойкие к моменту клееные соединения (адаптировано из работы [43]).

Рис. 17. Расположение образцов (адаптировано из [49]]).

Рис. 17. Расположение образцов (адаптировано из [49]).

Рисунок 18. Проверена конфигурация соединительных частей (адаптировано из [53]).

Рис. 18. Проверена конфигурация соединительных частей (адаптировано из [53]).

Рисунок 19. Экспериментальные кривые нагрузка-перемещение для каждого образца (адаптировано из [53]).

Рис. 19. Экспериментальные кривые нагрузка-перемещение для каждого образца (адаптировано из [53]).

Рисунок 20. Монотонные и циклические результаты экспериментов по взаимосвязи момента и вращения для ( a ) образца P6, ( b ) образца P10 (адаптировано из [54]).

Рис. 20. Монотонные и циклические результаты экспериментов по взаимосвязи момента и вращения для ( a ) образца P6, ( b ) образца P10 (адаптировано из [54]).

Рисунок 21. Изучение геометрии соединения и стальных компонентов (адаптировано из работы [55]).

Рис. 21. Изучение геометрии соединения и стальных компонентов (адаптировано из работы [55]).

Рисунок 22. Кривые нагрузки-перемещения образцов ( a ) JT2-1 ( b ) JT3-1 при монотонных испытаниях (адаптировано из [55]).

Рис. 22. Кривые нагрузки-перемещения образцов ( a ) JT2-1 ( b ) JT3-1 при монотонных испытаниях (адаптировано из [55]).

Рисунок 23. Кривые момент-вращение для монотонных тестов (адаптировано из [55]).

Рис. 23. Кривые момент-вращение для монотонных тестов (адаптировано из [55]).

Рисунок 24. Геометрические конфигурации и режимы разрушения пластичных соединений вклеенных стержней (адаптировано из ссылок [43,54,55]).

Рис. 24. Геометрические конфигурации и режимы разрушения пластичных соединений вклеенных стержней (адаптировано из ссылок [43,54,55]).

Рисунок 25. Сравнительная характеристика пластичности моментоустойчивых соединений на основе различных коэффициентов пластичности. ⦻ [25,30], ✕ [31], ✕ [32], ✕ [36], ⦻ [43], ✕ [49], ✕ [49], 9083 9 , ⨂ [55].

Рис. 25. Сравнительная характеристика пластичности моментоустойчивых соединений на основе различных коэффициентов пластичности. ⦻ [25,30], ✕ [31], ✕ [32], ✕ [36], ⦻ [43], ✕ [49], ✕ [49],

, ⨂ [55].

Таблица 1. Предлагаемые классы пластичности для соединений или компонентов (адаптировано из ссылки [12]).

Таблица 1. Предлагаемые классы пластичности для соединений или компонентов (адаптировано из ссылки [12]).

Таблица 2. Классы пластичности конструкции, предложенные в Еврокоде 8 (адаптировано из ссылки [3]).

Таблица 2. Классы пластичности конструкции, предложенные в Еврокоде 8 (адаптировано из ссылки [3]).

Конструктивная концепция и класс пластичности	q	Примеры конструкций
Низкая способность рассеивать энергию — DCL	1,5	Консоли; Балки; Арки с двумя или тремя шарнирными соединениями; Фермы, соединенные соединителями
Средняя способность рассеивать энергию — DCM	2,0	Клееные стеновые панели с вклеенными диафрагмами, соединенными гвоздями и болтами; Фермы на шпунтовых и болтовых соединениях; Смешанные конструкции, состоящие из деревянного каркаса и ненесущего заполнения
	2,5	Гиперстатические портальные рамы с шпунтовыми и болтовыми соединениями
Высокая способность рассеивать энергию — DCH	3,0	Прибитые стеновые панели с приклеенными диафрагмами, соединенными гвоздями и болтами; Фермы с гвоздевыми соединениями.
	4,0	Гиперстатические портальные рамы с соединениями на дюбелях и болтах
	5,0	Прибитые стеновые панели с приклеенными диафрагмами, соединенными гвоздями и болтами.

Таблица 3. Механические параметры для испытаний рамы и соединений (адаптировано из [19]).

Таблица 3. Механические параметры для испытаний рамы и соединений (адаптировано из [19]).

Test Type	Specimen	k e	P peak
Frame	M1	0. 4 kN/mm	57.5 kN
	C1	0.3 кН/мм	54,5 кН
	C2	0,4 кН/мм	55,5 кН
Connection	M1	4.4 kNm/°	27.9 kNm
	M2	4.4 kNm/°	29.1 kNm
	M3	4.2 kNm/°	33.7 kNm
	C1	4. 5 kNm/°	35.3 kNm
	C2	4.7 kNm/°	35.6 kNm

Table 4. Резюме механической реакции соединений при монотонной и циклической нагрузке (адаптировано из [25]).

Таблица 4. Резюме механической реакции соединений при монотонной и циклической нагрузке (адаптировано из [25]).

	MU	MR	MD	CU	CR	CD
Max Moment (kNm) at Rotation (°)	31. 49	65.88	58.85	35,7	62,54	54,54
	(5,06)	(2.12)	(4.36)	(1.63)	(1.55)	(3.27)
	2.97	16.59	13.29	4.01	15.9	12.65
	(0.70 )	(0.06)	(2. 00)	(0.17)	(0.17)	(1.26)
Failure Moment (kNm) at Rotation (°)	25.19	—	47.08	28,83	—	41.14
	(4.05)	—	(3.49)	(1.85)	—	(2.33)
	3.00	—	14.42	5. 15	—	11.96
	(0.65)	—	(1.96)	(1.24)	—	(0.39)
Yield Moment (kNm) at Rotation (°)	—	41.20	41,16	34.29	41.83	45.49
	—	(1.58)	(7.36)	(0.30)	(0. 83)	(1.70)
	—	2.80	3.87	2.22	3.00	5.90
	—	(0.26)	(1.55)	(0.01)	(0.20)	(0.40)
Elastic Stiffness (kNm/°) при вращении (°)	13.73	14.54	12.38	14.96	14. 02	9.33
	(1.32)	(1.16)	(3.81)	(0.69)	(0.77)	(0.84)
Ductility Ratio (-)	—	>5.97	4.21
		(0.62)	(1.50)

МУ — монотонный неармированный; MR — монотонный армированный; MD — монотонно поврежденные; ЦУ — циклический неармированный; CR — циклический армированный; CD — циклическое повреждение.

Таблица 5. Сравнение собранных экспериментальных результатов для болтовых соединений с прорезными стальными пластинами (адаптировано из [58]).

Таблица 5. Сравнение собранных экспериментальных результатов для болтовых соединений с прорезными стальными пластинами (адаптировано из [58]).

Reference	Column Cross Section (mm)	Beam Cross Section (mm)	Fasteners	Steel Plate (mm)	Screws (mm)	Loading	My (kNm)	ϕy (°)	Mпик (кНм)	ϕПик (°)	Режим отказа
Lam et al. (2008) [25]	304 × 272	304 × 130	Болты 4 × 19,1	675 × 300, t = 9,5	перпендикулярно волокну, l = 300, d = 8	cyclic and monotonic	41.83	3.00	62.54	15.90	**
Lam et al. (2010). и монотонный	84,79	2,37	105,90	6,84	Расщепление (хрупкое)
Ван и др. (2014) [31]	305 × 272	305 × 130	4 × щул. и монотонный	50,50	6,90	57,90	12,40	Пробковый сдвиг (хрупкий)
He et al. (2017) [56]	—	260 × 130	6 болтов ϕ16,0	260 × 130, t = 10	Нет	Монотонический	19,8 ***	1,2 ***	23,01 ***	2,34 ***	Splitting (Брита)	390 × 350	305 × 130	4 × ϕ20.0	варьируется, T = 9,5	Нет	MONOTOT.	20 ***	9,5 ***	Штекерный нож (хрупкий)
Шу и др. (2019) [58]	325 × 250	325 × 250	4 × ϕ24.0 bolts	931 × 350	none	cyclic and monotonic	—	—	29 *	4 *	Внедрение (пластичное) и расщепление (хрупкое)

* Приблизительные значения из кривой момент-вращение. ** Хрупкое разрушение не происходило даже при достижении максимального хода привода в любую сторону при поворотах примерно на 16°. *** Результаты монотонной нагрузки.

Таблица 6. Сравнение собранных экспериментальных результатов для вклеенных стержневых соединений.

Таблица 6. Сравнение собранных экспериментальных результатов для вклеенных стержневых соединений.

					Monotonic Response		Cyclic Response
Reference	Column Cross Section (mm)	Beam Cross Section (mm)	Fasteners	Steel Profile	Mpeak (kNm)	ϕpeak (°)	Mpeak (kNm)	ϕpeak (°)	Failure Mode
Vašek and Vyhnálek ​​(2006) [51]	180 × 180	280 × 180	6 × ϕ14. 0.	Томаси и др. (2008) [53]	230 × 120	230 × 120	4 × ϕ16.0. фланец при наличии вырывающих усилий (пластичный) ***
Andreolli et al. (2011) [54]	230 × 120	230 × 120	4 × ϕ18,0.0897	15 *	5,73 (0,1 рад) *	пластиковый шарнир в торцевой пластине (пластичный)
Yang et al. (2016) [55]	350 ? рад)	—	—	режим текучести полки 1 (пластичный)

* Приблизительные значения из кривой момент-вращение. ** Хрупкого разрушения не произошло, даже когда был достигнут максимальный ход привода в любую сторону при вращении около 0,10 рад. *** Режим разрушения при монотонном нагружении.

Новое решение BIM для проектирования соединений сталь-дерево

• Блог
• Структуры

• 4 ноября 2021

Destacado:

Cype Connection Contintue Contintue для улучшения его эффективности с помощью исследования с помощью Steel-Tims.

Приложение CYPE Connect для моделирования и анализа соединений стальных конструкций продолжает совершенствоваться и в ближайшие недели будет включать новую функцию, благодаря которой технические специалисты смогут проектировать, анализировать и проверять соединения стали с деревом.

С этим обновлением программное обеспечение, доступное на BIMserver.center, делает еще один шаг вперед, предлагая современные решения для профессионалов, работающих со структурами в рабочем процессе Open BIM; что-то становится все более важным в нынешних условиях, когда использование древесины в конструкциях увеличивается благодаря ее преимуществам с экологической точки зрения.

Новая возможность анализа, предлагаемая CYPE Connect, облегчит работу техников, когда речь идет о решение наиболее сложной части, которая имеет место при соединении двух или более элементов в деревянной конструкции и которая требует, в случае механического соединения, механизмов для соединения частей конструкции и передачи усилий.

Технологические достижения в строительной отрасли и использование древесины в качестве конструкционного материала неразрывно связаны с необходимостью использования различных металлических «фитингов», адаптированных к каждой ситуации, что требует от техников разработки индивидуальных соединений или использования сборных соединений всякий раз, когда возможный.

Сегодня существует много новых строительных проектов, в том числе многоэтажных зданий, где древесина становится предпочтительным конструкционным материалом. Уступив место бетону во время бума в сфере недвижимости, древесина теперь представлена ​​в качестве альтернативного материала, устойчивого с течением времени, имеющего отрицательный углеродный след и соответствующего Целям устойчивого развития (ЦУР).

Кроме того, древесина отличается высокой стабильностью размеров, конструктивной способностью, легкостью, быстрой сборкой и хорошими энергетическими характеристиками, что позволяет легко адаптировать ее к различным архитектурным стилям и превращать в популярный материал в промышленное строительство .

Новые технологии в сочетании с развитием промышленной древесины, экономики замкнутого цикла и обязательствами отрасли по обезуглероживанию сделали деревянное строительство реальной альтернативой, для которой требуются решения, подобные тому, что внедряется на CYPE Connect , для обеспечения безопасных и устойчивых проектов.

Различные технические решения для проектирования и анализа конструкционной древесины

Новая функция, которая будет реализована CYPE Connect для проектирования, анализа и проверки соединений стали и дерева, добавлена ​​к другим технологическим решениям, которые CYPE внедряла в последние годы для упрощения выполнения проектов, как в новом строительстве, так и при реконструкции, что оба используют древесину в качестве конструкционного материала.

В частности, программное обеспечение для проектирования конструкций CYPECAD включает в себя модули «Деревянные колонны», «Деревянные балочные перекрытия» и «Деревянные профили», а StruBIM CYPE 3D позволяет, как и предыдущие модули, проектировать общие трехмерные конструкции на основе деревянных брусков.

Установки на испанском, французском и португальском языках имеют возможность составления ведомостей объемов, технических спецификаций, анализа жизненного цикла, управления отходами и другой информации . Генератор цен содержит различные разделы, отвечающие потребностям технических специалистов в следующих областях:

• Конструкционные пиломатериалы : Конструкционные пиломатериалы — это пиломатериалы, специально отсортированные для использования в строительстве, порода и происхождение которых имеют свои механические характеристики. свойства, определяемые стандартизированными испытаниями. Конструкционный клееный брус : Широко известный как клееный брус, представляет собой промышленный продукт из древесины. Изготавливается путем склеивания между собой отдельных ламинатов (слоев) массивных древесных плит прочными влагостойкими конструкционными клеями. Ламинаты из деревянных досок наслаиваются и склеиваются друг с другом таким образом, что направление волокон каждой доски идет параллельно продольной оси изготавливаемого элемента. Процесс ламинирования позволяет изготавливать один большой структурный элемент путем ламинирования нескольких более мелких кусков древесины. Все изготавливаемые балки имеют одинаковые физические свойства, что позволяет точнее скорректировать расчеты, чем при использовании массивной древесины.

• Деревянные каркасы : Описывает систему панельных несущих стен и перекрытий, сооруженных из деревянных стоек малого сечения, обшитых дощатыми изделиями, в которых деревянный каркас передает вертикальные и горизонтальные нагрузки на фундамент.

• Конструкционная Перекрестно-клееная древесина или CLT : Перекрестно-клееные деревянные панели изготавливаются из нечетного числа слоев досок из хвойных пород, уложенных друг на друга перпендикулярно под прямым углом и склеенных вместе под давлением.

• Строительство из тюков соломы : Метод строительства, при котором тюки соломы используются в качестве структурных элементов с отдельным несущим структурным каркасом, обычно изготавливаемым из дерева. С этими сборными панелями из дерева и соломы требуется только сборка на строительной площадке. Таким образом, все панели идеально подходят друг к другу, а при использовании сухой конструкции все здание можно собрать за очень короткое время по сравнению с традиционными конструкциями.

PREV

Далее

PREV

Далее

Последние посты

• 4 ноября 2021

• 5 августа. изучение конструкции соединения стали с деревом0022
• 22 июня 2021 г.

• 22 апреля 2021 г.

• 13 апреля 2021 г.

• 8 апреля, 2021

LAADEL SHILDAL TIMBER Connection с Dem Dhey DAHPE | DAMAPE | Journal of Wood Science

• Исходная статья
• Опубликовано: 06 июня 2018 г.

• Кей Савата ORCID: orcid.org/0000-0001-6202-8891 ¹ и
• Ёсихиса Сасаки ¹  

Журнал науки о древесине том 64 , страницы 601–611 (2018)Цитировать эту статью

• 1021 Доступ

• 8 цитирований

• Детали показателей

Abstract

Испытания под нагрузкой были проведены на гвоздевых соединениях с гнилью, вызванной бурой гнилью. Было исследовано влияние распада на поперечную прочность гвоздевых соединений. После нагрузочных испытаний в поперечном сечении, которое было вырезано параллельно волокну через забитое острие, наблюдались неповрежденные и разрушенные участки гвоздевого соединения. Гвоздьевые соединения с разрушением показали низкую нагрузку при начальной деформации, когда основной и лонжероны имели на границе между собой участок распада. Прибитые соединения показали низкую нагрузку после текучести, когда звуковая область в основном элементе уменьшилась. Предел текучести гвоздевых соединений с гниением рассчитывали на основе теории текучести. Модель расчетов имела зоны звука и затухания внутри члена. Предел текучести гвоздевых соединений, полученный расчетом на основе теории текучести, согласовывался с результатами, полученными опытами, когда в основных и лонжеронах наблюдалось значительное затухание в направлении, параллельном волокну. Этот результат указывает на то, что теория текучести может оценить предел текучести гвоздевых соединений не только с прочным элементом, но также и с элементом, частично или полностью разрушенным.

Введение

Безопасность и удобство обслуживания являются необходимыми функциями конструкции, и эти функции часто зависят от жесткости и прочности соединений. Свойства соединения должны сохраняться в течение периода его обслуживания. Конструкционные материалы обычно деградируют по мере увеличения срока службы. Древесина — это материал, который с возрастом практически не изнашивается; однако на него влияют изменения влажности, и он может подвергаться биологическому износу при высокой влажности. Одной из форм биологического износа является распад. Распад вызывает значительную потерю прочности древесины. Развитие гниения различается в зависимости от направления волокон, и мицелий хорошо растет вдоль продольных волокон. Кроме того, рост мицелия не обязательно однороден в пределах древесины. В результате в древесине может произойти частичное гниение. Когда соединения разрушаются повсюду, его свойства значительно ухудшаются. Однако для безопасности и удобства эксплуатации деревянных конструкций важно понимать свойства соединений деревянных конструкций с частичным разрушением.

Было проведено большое количество исследований прочности древесины, подвергшейся воздействию дереворазрушающих грибов [1]. Влияние гниения на прочность древесины было исследовано для прочности на сжатие [2, 3], прочности на растяжение [4], прочности на изгиб [2, 5, 6], прочности на сдвиг [2, 7] и твердости [2]. Хотя было проведено мало исследований связи древесины с гниением, количество сообщений в последнее время увеличивается. Сообщалось об исследованиях соединений древесины с гниением для соединений с дюбелями [8] и соединений с гвоздями, подвергающихся воздействию поперечной силы. Было проведено несколько исследований прочности гвоздевых соединений при воздействии дереворазрушающего гриба. Исследования по гвоздевым соединениям проводились с лонжеронами из ориентированно-стружечной плиты [9]., 10], стальной лист [11, 12], фанера и ДВП [13]. Эти исследования показали снижение прочности гвоздевых соединений, вызванное гниением.

Основные и боковые элементы гвоздевых соединений состоят не только из различных материалов, но и из различных размеров. Геометрия соединения влияет на режим текучести, который зависит от распределения внутренних напряжений в элементах и ​​изгибающего момента текучести гвоздя. Кроме того, длина гвоздя в основном элементе влияет на сопротивление извлечению в основном элементе. Следовательно, форма кривых нагрузка-проскальзывание гвоздевых соединений под действием боковой силы зависит от геометрии соединения [14]. Существует мало исследований, в которых изучалось влияние разрушения на прочность гвоздевых соединений с различной геометрией соединения. Когда гниение происходит по всему основному и боковым элементам, прочность гвоздевых соединений будет уменьшаться, потому что прочность заделки древесины [15] и сопротивление выдергиванию в основном элементе [16] значительно уменьшаются из-за гниения. Однако гниение не обязательно будет происходить равномерно в древесине. Таким образом, это исследование, проведенное на испытаниях на боковую нагрузку обработанных гниением гвоздевых соединений с различной толщиной основных и лонжеронов, изучало влияние разрушения деревянных деталей на прочность гвоздевых соединений.

Прочность гвоздевых соединений со здоровой древесиной часто оценивают расчетом, основанным на теории текучести. Теория текучести была разработана Йохансеном [17] и принята в нескольких стандартах для проектирования деревянных соединений типа дюбелей, подверженных воздействию поперечной силы [18, 19]. Оценка на основе теории текучести проводилась не только для одинарных и двойных сдвиговых соединений с креплением, расположенным осью перпендикулярно поверхности элемента, но и для соединений с наклонным шурупом [20], гвоздевых соединений с прослойкой [21], соединения с несколькими прорезными стальными пластинами [22] и соединения в панелях из массивной древесины с поперечными слоями [23]. Теория текучести применялась к различным соединениям, подвергающимся воздействию боковой силы. Если бы прочность гвоздевых соединений с частичным разрушением можно было бы оценить с помощью теории текучести, это было бы полезно для оценки безопасности конструкций. Таким образом, для оценки прочности гвоздевых соединений с частичным разрушением было смоделировано гвоздевое соединение с элементами, которые имели здоровые и разрушенные участки, на основе теории текучести, и была исследована ее пригодность. Испытания на заделку проводились на здоровой и обработанной гниением древесине для получения прочности заделки, которая использовалась в расчетах.

Теория

Расчет прочности штифтовых соединений под действием боковой силы основан на теории, первоначально предложенной Йохансеном [17]. В этой теории предполагается, что заделка древесины и изгиб дюбеля имеют идеальное жесткое пластическое поведение, а также предполагается несколько режимов текучести соединений дюбельного типа. Режим текучести основан на гипотезе о том, что штифт при текучести остается прямым, а момент текучести штифта достигается в нескольких точках. Прочность дюбельных соединений различается в зависимости от режима текучести. Эта теория применима и к гвоздевым соединениям [19]., 24].

При нахождении внутри элемента участков с разной прочностью заделки шпоночные соединения показали большее количество режимов текучести, чем в случае с одинаковой прочностью заделки [25]. Причина в том, что режим текучести варьируется в зависимости от положения пластикового шарнира и центра вращения дюбеля, которые вращаются в элементе. Это исследование разделило член на две области, которые показали состояние здоровья и распада, из-за моделирования соединений гвоздями с частичным распадом. В этом случае основные и боковые элементы имели по пять моделей текучести, как показано на рис. 1. Режим текучести одинарных срезных гвоздевых соединений с частичным разрушением определялся комбинацией этих моделей. Хотя хорошо известно, что гвоздевые соединения с одним сдвигом имеют шесть режимов текучести, как показано на рис. 2, когда основные и боковые элементы были разделены на две области, режим текучести, показанный на рис. 2, был разделен, и соединения имели 18 пределов текучести. режимы, как показано в таблице 1.

Рис. 1

Схема текучести основных и лонжеронов. f _{e 11} , f _{e 12} , f _{e 21} , and f _{e 22} embedding strength corresponding to sound and decay status, t ₁₁ и t ₁₂ область с разным статусом лонжерона, t ₂₁ and t ₂₂ region with different status of main member, M ₁ and M ₂ moment, M _y yield moment, P нагрузка

Полноразмерное изображение

Рис. 2

Режим текучести гвоздевого соединения

Полноразмерное изображение

Таблица 1 Режим текучести

Полноразмерная таблица

уравнения равновесия сил и моментов на основе теории текучести. Уравнения, соответствующие режимам текучести, препятствующим вращению гвоздей, выражаются следующим образом:

$${P_{{\text{Ia}}}}={{f_{{\text{e}}11}} \cdot {t_{11}}+{f_{{\text{e}} 12}} \cdot {t_{12}}) \cdot d,$$

(1)

$${P_{{\text{Ib}}}}=({f_{{\text{e} }21}} \cdot {t_{21}}+{f_{{\text{e}}22}} \cdot {t_{22}}) \cdot d,$$

(2)

, где P _Ia и P _Ib – значения (N), соответствующие моде Ia и Ib соответственно, f _{e ij} ( i 9   1,2,1880  = 1, 2) – прочность заделки (Н/мм ² ) древесины, t _ij ( i  = 1, 2 и j 918 (мм), как показано на рис. 3, d — диаметр гвоздя (мм).

Рис. 3

Конфигурация образца гвоздевого соединения

Увеличенное изображение

При вращении гвоздя в основных и боковых элементах и ​​формировании на гвозде шарниров текучести момент конца гвоздя (рис. 1) равен 92}+{B_2} \cdot P+{C_2}),$$

(4)

где M ₁ и M ₂ — моменты, как показано на рис. 1, и A _K , B _K и C _K ( K = 11880 lethic 2.IENFIENT 2). уравнение момента

Полноразмерная таблица

By M _{1 92} — 4({A_1}+{A_2})({C_1}+{C_2})} — ({B_1}+{B_2})}}{{2({A_1}+{A_2})}}, $$}

(5)

where P is the values ​​corresponding to each yield mode and P  =  P _{II n} , P _{IIIa n} , P _{IIIb n} или P _{IV n} ( n  = 1–4) (N), как показано на рис.  2.1921 N , P _{IIIA N} , P _{IIIB N} , или P _{IV , или P IV , или P IV , или P IV или P IV или P IV или P . P y ) получается из следующего уравнения.}

$${P_{\text{y}}}=\hbox{min} \left\{ \begin{gathered} {P_{{\text{Ia}}}} \hfill \\ {P_{{\ text{Ib}}}} \hfill \\ {P_{{\text{II}}n}} \hfill \\ {P_{{\text{IIIa}}n}} \hfill \\ {P_{{\ text{IIIb}}n}} \hfill \\ {P_{{\text{IV}}n}} \hfill \\ \end{gathered} \right.\quad (n={\text{1}} — {\text{4}}).$$

(6)

Материалы и методы

Испытание соединения гвоздями

Прочность соединений гвоздями определяли в результате испытаний с использованием цельных пиломатериалов, японской пихты ( Abies sachalinensis ), используемых для основных и боковых элементов. Основные и лонжероны имели длину 250 мм и ширину 45 мм. Толщина лонжерона и длина гвоздя в основном элементе были трех типов, как показано в Таблице 3. Расстояние от точки гвоздя до края основного элемента составляло 15 мм. Контрольные образцы и образцы, обработанные гниением, были приготовлены из группы с совпадением концов. Средняя плотность древесины торцевого мелкого образца без дефектов составила 381 кг/м 9 .0194 3 (стандартное отклонение: 41,0 кг/м ³ ) при среднем содержании влаги 7,67%. Основной и лонжеронный элементы имели отверстия под гвозди диаметром 3 мм. Свинцовое отверстие было просверлено до погружения основных и лонжеронов в водяную баню, о чем будет рассказано далее. В основном элементе было подготовлено отверстие диаметром 25 мм и глубиной 5 мм для процедуры распада, как показано на рис. 3.

Таблица 3 Образец для испытаний соединения гвоздями образцы древесины погружали в водяную баню более чем на 2 недели для повышения их влажности. Образцы древесины помещали в полиэтиленовые пакеты с фильтром и стерилизовали нагреванием до 121°С в течение 15 мин. Отверстие для процедуры гниения заполняли картофельно-декстрозным агаром, а небольшой блок, покрытый мицелием, помещали в картофельно-декстрозный агар. Небольшой блок пихты японской инокулировали небольшим кусочком Fomitopsis palustris (Berk. et Curt.; гриб бурой гнили) на мицелиальном мате, а питательный раствор состоял из водопроводной воды, включающей 4 % d-глюкозы, 0,3 % пептона и 1,5 % солодового экстракта [7, 16]. ]. Основные и боковые элементы были собраны с помощью бумажных шнуров, а входное отверстие основного элемента было совмещено с отверстием бокового элемента. Авторы ожидали, что рост мицелия начнется вдоль свинцового отверстия. Инокулированные образцы древесины инкубировали при 25 °C и относительной влажности 83 % в течение 9 и 21 недели.

При сушке древесины с гнилью наблюдается значительная усадочная деформация древесины. Если обработанные гниением образцы высушиваются после процедуры гниения, образцы могут не устанавливаться на испытательном оборудовании из-за значительной деформации. Прочность древесины с содержанием влаги выше точки насыщения волокна обычно почти постоянна, и такое же наблюдение было получено из отчета о прочности заделки древесины [15]. Поэтому, чтобы избежать значительной деформации и увеличить влажность выше точки насыщения волокна, образцы древесины после процедуры гниения погружали в водяную баню более чем на 1 неделю. Контрольные образцы древесины также погружали в водяную баню перед испытаниями на боковую нагрузку. Влажность контрольных и инокулированных образцов древесины на момент испытаний на боковое нагружение составляла 70,3–166 и 78,1–279%, соответственно.

Мицелий хорошо растет в условиях содержания влаги выше точки насыщения волокна, а воздействие высокой влажности на гвоздевые соединения способствует коррозии. При образовании ржавчины на поверхности стержня гвоздя увеличивается шероховатость поверхности стержня, поэтому коррозия гвоздей приводит к повышению прочности гвоздевых соединений. При дальнейшей коррозии гвоздя уменьшается длина стержня гвоздя и снижается прочность гвоздевых соединений [26]. На прочность гвоздевых соединений, подверженных грибковому поражению, влияет как гниение древесины, так и коррозия гвоздей. В этом исследовании гвозди вбивали в древесину после процедуры гниения, потому что влияние ржавчины на гвозде на прочность гвоздевых соединений было исключено, и изучалось влияние гниения.

В испытаниях гвоздевого соединения использовались гвозди CN65 с номинальным диаметром 3,33 ± 0,10 мм и номинальной длиной 63,5 ± 1,6 мм [27, 28]. Номинальная длина — это длина от кончика гвоздя до шляпки гвоздя, а длина стержня гвоздя составляла 58 мм. Средняя прочность на изгиб, соответствующая углу 45° гвоздя CN65, была получена в результате испытаний на изгиб в соответствии с ISO 10984-1 [29] и составила 1379 Н/мм ² . Предел текучести гвоздей при изгибе, согласно EN12512 [30], составил 599 Н/мм ² . Основные и лонжероны соединялись гвоздем после погружения их в водяную баню. Гвозди вручную забивали в радиальном направлении к годовому кольцу основного и лонжеронов и сразу же после забивания гвоздями испытывали гвоздевые соединения. Гвоздевые соединения имели три характеристики, которые отличались толщиной элементов. Каждая спецификация состояла из 15 повторов. Пять образцов были контрольными образцами, а десять образцов были подвергнуты гниению.

Основные и боковые элементы гвоздевого соединения были нагружены параллельно волокнам, как показано на рис. 4а. Относительные проскальзывания между основным и боковыми элементами гвоздевого соединения измерялись двумя датчиками перемещения. Нагрузку прикладывали до относительного проскальзывания 0,25 мм, а затем уменьшали до 0 мм. Этот шаг повторялся трижды. Затем трижды повторяли циклическое испытание, чтобы получить относительное скольжение 0,5, 0,75, 1,0, 2,0 и 4 мм. Уровень проскальзывания определяли по кривым нагрузка-проскальзывание, полученным в результате предварительных испытаний на нагрузку гвоздевых соединений. Процедура нагружения была принята, потому что деградация древесины исследовалась в ненагруженной области гвоздевого соединения. Испытания прекращали, когда нагрузка уменьшалась до 60% от максимальной или когда относительное скольжение достигало 40 мм.

Рис. 4

Схема испытаний на боковое нагружение для соединения гвоздями и испытаний на заделку

Изображение в полный размер

Испытание на заделку

Размеры образцов для испытаний на заделку, которые были вырезаны из цельного пиломатериала японской пихты, составляли 95 мм в длину. , шириной 45 мм и толщиной 12 мм. Контрольные образцы и образцы, обработанные гниением, были приготовлены из группы с совпадением концов. Средняя плотность древесины образца до процедуры гниения составила 387 кг/м ³ (стандартное отклонение: 17,1 кг/м ³ ) при средней влажности 12,7%. Используемый гвоздь представлял собой гвоздь CN65, отверстие для ввода гвоздя имело диаметр 3 мм, а расстояние до конца составляло 20 мм.

Образцы были стерилизованы и помещены в полипропиленовый контейнер, содержащий культуру гриба Fomitopsis palustris . Питательный раствор представлял собой водопроводную воду, содержащую 4 % d-глюкозы, 0,3 % пептона и 1,5 % солодового экстракта. Инкубацию проводили при 25 °C и относительной влажности 83 % в течение 6, 9 и 12 недель. Образцы для испытаний на заливку погружали в водяную баню более чем на 1 неделю перед испытаниями под нагрузкой, чтобы избежать значительной усадочной деформации, как описано выше. Влажность контрольных и инокулированных образцов на момент нагрузочных испытаний составляла 120–154 и 178–273 % соответственно.

После описанной выше процедуры гвозди CN65 вручную забивали в радиальном направлении к годовому кольцу образцов, и сразу же после забивания гвоздей проводили испытания на заделку. Были проведены испытания на монотонное нагружение параллельно зерну, как показано на рис. 4b. Испытания прекращали, когда нагрузка снижалась до 60% от максимальной или когда проскальзывание достигало более 3,5 мм. Контрольных образцов было 12, а образцов, обработанных гниением, — 18.

Результаты и обсуждение

Прочность заделки

На рисунке 5 показаны репрезентативные кривые зависимости напряжения от смещения заделки для закладных образцов с разной степенью разрушения. Потеря массы была рассчитана по весу контрольных образцов, подвергнутых гниению, после испытаний на заделку следующим образом:

Рис. ML потеря массы

Изображение в полный размер

$${\text{ML}}=\frac{{{W_{{\text{CO}}}} — {W_{{\text{DO}}} }}}{{{W_{{\text{CO}}}}}} \ умножить на 100,$$

(7)

где ML — потеря массы (%), W _CO — масса высушенного в печи контрольного образца (г), W _DO — масса высушенного в печи образца, подвергнутого гниению (г).

Контрольный образец показывает почти постоянную нагрузку после смещения на 2 мм. Обработанные гниением образцы с потерей массы 14,8 и 16,3 % демонстрируют увеличение нагрузки до прекращения испытаний, а образцы с потерей массы 29,9 и 33,6 % демонстрируют практически постоянную нагрузку после смещения на 2 мм. У первого были как нормальные, так и затухающие участки в месте крепления, а у второго — только затухающие участки в месте крепления. В этом исследовании, чтобы получить прочность заделки здоровой и гниющей древесины, прочность заделки была определена как максимальное напряжение заделки при смещении до 2 мм.

На рисунке 6 показана взаимосвязь между прочностью заделки и потерей массы. Когда потеря массы находилась в диапазоне 8-20%, образцы демонстрировали большую переменную прочность заделки. Образцы с потерей массы более 20 % показали значительно более низкую прочность заделки, чем контрольные образцы. Визуальный признак затухания не был ясен во время теста на заливку; тем не менее, обесцвечивание, усадка и коллапс, очевидно, наблюдались при выдержке после теста на заливку. Образцы с потерей массы менее 20 % демонстрировали частичное обесцвечивание, усадку и смятие в месте крепления, а все образцы с потерей массы более 20 % демонстрировали эти визуальные признаки в виде разрушения общего места крепления. Таким образом, прочность внедрения с потерей массы более 20% была определена как прочность внедрения области распада в этом исследовании. Прочность заделки звуковой зоны, полученная в результате испытаний заделки контрольных образцов, составила 18,3 Н/мм 9 .0194 2 , а области распада 1,26 Н/мм ² .

Рис. 6

Зависимость между прочностью заделки и потерей массы

Изображение в полный размер

Характер разрушения гвоздевого соединения

После испытаний на нагрузку гвоздевые соединения были разрезаны параллельно волокнам через точку гвоздя и кондиционированы. к воздушно-сухой влажности. На рис. 7 показано типичное поперечное сечение гвоздевых соединений после испытания под нагрузкой. Изменение цвета, трещины поперек волокон, усадка и разрушение, вызванные гниением, наблюдались в основных и боковых элементах при выдержке. Некоторые образцы вызывали гниение по всей древесине, а другие вызывали частичное гниение деревянных элементов. В случае образцов с частичным распадом член был в основном различим в двух областях: здоровой и распавшейся. Были измерены здоровые и разрушенные области, параллельные оси гвоздя, для определения степени разрушения гвоздевых соединений. В таблице 4 показаны длины звуковых и затухающих участков отдельных образцов. Поскольку наличие или отсутствие распада и длина области распада у образцов различались, можно было получить образцы с разной степенью распада.

Рис. 7

Поперечное сечение гвоздевого соединения после испытания под нагрузкой. [S] состояние звука, [D] состояние распада

Изображение в натуральную величину

Таблица 4 Длина звуковых и разрушенных областей образцов, обработанных распадом

Таблица в натуральную величину

На рис. 8 показаны репрезентативные кривые нагрузки-проскальзывания гвоздевых соединений с разной степенью износа. Нагрузка контрольного образца S3M7 показывает линейный рост до предела текучести и непрерывный рост после текучести. Образец S3M7-2, который имел прочный лонжерон и частично обветшавший основной элемент, имеет почти такую ​​же кривую нагрузки-проскальзывания, что и контрольный образец S3M7. С3М7-9Образец, который имел прочный лонжерон и основной элемент без здоровой области, показывает плавное увеличение нагрузки при начальной деформации и небольшое увеличение после текучести. Образец С3М7-8 имел лонжерон без здоровой зоны и частично сгнивший основной элемент. Образец С3М7-10 имел боковой и основной элементы без звуковой зоны. Эти образцы демонстрируют низкую нагрузку при начальной деформации, при этом нагрузка образца С3М7-10 меньше, чем у образца С3М7-8.

Рис. 8

Взаимосвязь между нагрузкой и проскальзыванием гвоздевых соединений

Изображение с полным размером

В прочном гвоздевом соединении, на которое действует боковая сила, действует следующий механизм. граница между этими элементами во время начальной деформации [31]. После этого на гвозде изготавливают пластический шарнир и гвоздевое соединение достигает податливого состояния. Соединение с гвоздями показывает увеличение нагрузки за счет увеличения как сопротивления выдергиванию в основном элементе, так и сопротивления выдергиванию шляпки гвоздя в боковом элементе после деформации. Когда гвоздевые соединения группы С3М7 имели нормальные участки на границе между основным и лонжеронами, соединения показали резкое увеличение нагрузки при начальной деформации. Соединения показали низкую нагрузку при начальной деформации, когда на границе между основным и лонжеронами была небольшая звуковая зона, и показали низкую нагрузку после текучести, когда основной элемент не имел звуковых областей. Это связано с тем, что распад основного элемента вызывает снижение прочности заделки и сопротивления выдергиванию [16]. Поддержку этому наблюдению можно понять по механизму, описанному выше.

Образцы С6М4-5 и С6М4-7 имели звуковые зоны на границе между основной и лонжеронами. Они показали резкое увеличение нагрузки во время начальной деформации. Однако форма кривых нагрузки-скольжения этих образцов после текучести отличалась от формы контрольного образца С6М4 и показала небольшое увеличение нагрузки после текучести. Образец С6М4-10, не имевший здоровой зоны в лонжероне и частично сгнивший основной элемент, показал малую нагрузку при начальной деформации. Образец S6M4-8, не имевший звуковой области на границе между основным и лонжеронами, показал меньшую нагрузку и имел неопределенную точку текучести на кривой нагрузка-проскальзывание.

Образец S8M2-2, имевший прочный лонжерон и частично обветшавший основной элемент, показал почти такую ​​же кривую нагрузка-проскальзывание, что и контрольный образец S8M2. Образец С8М2-5, имевший прочный лонжерон и основной элемент без здоровой зоны, показал малую нагрузку при начальной деформации. Образец С8М2-8, не имевший звуковой зоны на границе основного и лонжеронов, показал меньшую нагрузку, чем образец С8М2-5. Образец С8М2-10, не имевший звуковой зоны ни в основном, ни в лонжеронах, показал даже меньшую нагрузку, чем образец С8М2-8. Гвоздевые соединения группы С6М4 и С8М2 также показали низкую нагрузку при начальном деформировании, когда коренной и лонжероны имели на границе между собой загнивающий участок, а уменьшение прочностного участка в основном и лонжеронах вызвало снижение нагрузки после выхода из строя.

Предел текучести

Проскальзывание крепких гвоздевых соединений под действием поперечной силы увеличивается пропорционально нагрузке, а затем проскальзывание значительно увеличивается независимо от небольшого увеличения нагрузки. Урожайность может быть определена как статус, при котором наклон кривых нагрузки-скольжения значительно изменился. На рисунке 9 показаны огибающие кривых нагрузка-скольжение прочных гвоздевых соединений и наклон касательной кривых нагрузка-скольжение (d P / d δ ). Независимо от спецификации гвоздевых соединений значение d P /d δ показал резкое снижение до 1 мм скольжения и незначительное снижение после 2 мм скольжения. Этот результат можно интерпретировать как означающий, что предел текучести будет находиться в диапазоне проскальзывания 1–2 мм. Авторы искали способ определения предела текучести. Предел текучести гвоздевых соединений с тремя характеристиками можно получить с помощью следующего метода: диаметр гвоздя и предел текучести определяются как пересечение этой линии и кривой нагрузки-скольжения. Исходная прямая определялась линией, проходящей через начало координат и точку на кривой, соответствующую проскальзыванию одной десятой диаметра гвоздя. В этом исследовании предел текучести определялся с использованием этого метода на основе концепции, описанной выше, хотя предел текучести соединений, выполненных с помощью механического крепежа, часто определяется в соответствии с EN12512 [30] и ASTM D-5652 [32]. Когда скольжение, соответствующее нагрузке текучести, было рассчитано по кривым нагрузка-скольжение, как показано на рис. 9., полученный с помощью метода в этом исследовании, составлял 1,67–1,72 мм. Проскальзывание, соответствующее нагрузке текучести, полученной в соответствии с EN12512 и ASTM D-5652, составляло 0,60–0,94 и 0,55–0,59 мм соответственно. Проскальзывание, соответствующее нагрузке текучести, оцененной в соответствии с EN12512 и ASTM D-5652, находилось в диапазоне, который показал резкое уменьшение значения d P /d δ . Чтобы сравнить значения, полученные с помощью одного и того же метода оценки, этот метод также применялся для расчета предела текучести образцов, подвергнутых гниению.

Рис. 9

Наклон касательной кривых нагрузка-проскальзывание

Изображение в полный размер

Когда гвоздевые соединения не имели звуковой зоны на границе между основным и лонжеронами, они проявляли малую нагрузку как в начальной, так и в начальной точке. поздние деформации (рис. 8). Поэтому предел текучести сравнивали с длиной здоровой зоны на границе между основным и лонжеронами, и сравнение было показано на рис. 10. Образцы, не имевшие здоровой зоны на основной и лонжеронах, показали значительно более низкие предельные нагрузки. . Когда образцы имели длину звуковой зоны в диапазоне 13–53 мм, они, как правило, демонстрировали меньшую нагрузку текучести по мере уменьшения длины звуковой зоны. Тем не менее, они показали большую переменную доходность нагрузки. Считается, что на предел текучести гвоздевых соединений с частичным распадом будет влиять не только длина звуковой зоны на границе основного и лонжеронов, но и механизм действия гвоздевых соединений на поперечную силу.

Рис. 10

Взаимосвязь между предельным усилием и звуковым расстоянием на границе основного и лонжеронов. Незакрашенные кружки: контрольные экземпляры S3M7; заштрихованные кружки: обработанные гниением образцы С3М7; открытые треугольники: контрольные экземпляры S6M4; заштрихованные треугольники: образцы С6М4, обработанные гниением; открытые квадраты: контрольные экземпляры С8М2; заштрихованные квадраты: обработанные гниением образцы S8M2

Увеличенное изображение

Сравнение с экспериментом

Расчет предела текучести на основе теории текучести был проведен для гвоздевых соединений с частичным разрушением. Сила проникновения звука (18,3 Н/мм ² ) и области распада (1,26 Н/мм ² ) были получены в результате испытаний на встраивание. Расстояние ( t _ij ), использованное в расчетах, было основано на значениях, показанных в Таблице 4. Момент текучести ( M _y ) гвоздей представлял собой модуль пластического сечения ( d ³ /6), умноженное на предел текучести при изгибе (599 Н/мм ² ), описанный выше.

На рис. 11 показано соотношение между пределом текучести, полученным в ходе экспериментов, и рассчитанным по теории текучести. Предел текучести образцов С8М2-3, полученный в экспериментах, был больше рассчитанного по теории текучести. Образец С8М2-3 имел разрушение в районе места крепления и небольшая часть области от места крепления была здоровой. Поскольку модель в этом исследовании установила требования, чтобы прочность заделки не изменялась параллельно зерну в области распада, расчетные значения могут быть занижены. Однако расчетная нагрузка текучести других образцов была близка к полученной в экспериментах. Эти результаты показывают, что уравнение, полученное в этом исследовании на основе теории текучести, полезно для оценки предела текучести гвоздевого соединения при частичном и полном распаде.

Рис. 11

Сравнение результатов эксперимента с результатами, рассчитанными на основе теории текучести. Обозначения: см. рис. 10

Изображение в натуральную величину

Выводы

Нагрузочные испытания проводились на гвоздевых соединениях, подвергшихся воздействию бурой гнили, F. palustris ; соединения различались по трем спецификациям, основанным на комбинациях разной толщины боковых элементов и длин гвоздей в основном элементе. Предел текучести гвоздевых соединений с частичным разрушением рассчитывали на основе теории текучести. Полученные результаты можно резюмировать следующим образом:

1. 1.

   Соотношение между нагрузкой и проскальзыванием гвоздевых соединений значительно пострадало от распада. Гвоздьевые соединения с разрушением показали низкую нагрузку при начальной деформации, когда основной и лонжероны имели на границе между собой участок распада. Уменьшение области звука в основном элементе вызвало снижение нагрузки после текучести.

2. 2.

   Предел текучести гвоздевых соединений уменьшился по мере уменьшения длины звуковой зоны на границе основного и лонжеронов; тем не менее, там показана большая переменная доходность нагрузки.

3. 3.

   Модель, которая имела области звука и распада внутри элемента, была построена на основе теории текучести. Предел текучести гвоздевого соединения, рассчитанный на основе теории текучести, согласовывался с результатами, полученными экспериментально, когда в элементах производилось значительное разрушение в направлении, параллельном волокну. Этот результат указывает на то, что теория текучести может оценить предел текучести гвоздевых соединений не только с прочным элементом, но также с частично или полностью разрушенным элементом.

Ссылки

1. Wilcox W (1978) Обзор литературы о влиянии ранних стадий гниения на прочность древесины. Древесное волокно 9:252–257

   Google ученый

2. «>

   Mizumoto S (1966) Влияние гниения, вызванного Gloeophyllum trabeum , на прочностные свойства заболони японской красной сосны. J Jpn For Soc 48: 7–11

   Google ученый

3. Toole E (1971) Снижение прочности на раздавливание и веса, связанное с гниением грибов. Wood Sci 3:172–178

   Google ученый

4. Brown F (1963) Испытание на прочность при растяжении для сравнительной оценки консервантов для древесины. Для продукта J 13:405–412

   Google ученый

5. Кеннеди Р. (1958) Сохранение прочности в древесине привело к небольшим потерям веса. Для продукта J 8:308–314

   Google ученый

6. Керлинг С., Клаузен С., Винанди Дж. (2002) Взаимосвязь между механическими свойствами, потерей веса и химическим составом древесины во время начальной стадии бурой гнили. Для продукта J 52:34–39

   CAS Google ученый

7. Таканаси Р., Исихара В., Савата К., Сано Ю., Адзума Т., Мори М., Коидзуми А., Сасаки Ю., Хираи Т. (2014) Фрактография поверхности разрушения при сдвиге древесины хвойных пород, разложившейся грибком бурой гнили. Дж. Вуд Наука 60: 186–193

   КАС Статья Google ученый

8. Савата К., Сасаки Т., Дои С., Иидзима Й. (2008) Влияние гниения на характеристики сдвига деревянных соединений на дюбелях. J Wood Sci 54:356–361

   Статья Google ученый

9. Кент С., Лейхти Р., Розовски Д., Моррелл Дж. (2004) Влияние гниения древесины Postia placenta на поперечную несущую способность сбитых гвоздями обшивки из ориентированно-стружечной плиты и элементов каркаса из ели Дугласа. Wood Fiber Sci 36:560–572

   КАС Google ученый

10. «>

    Кент С., Лейхти Р., Розовский Д., Моррелл Дж. (2005) Влияние распада на циклические свойства гвоздевых соединений. J Mater Civil Eng 17:579–585

    Статья Google ученый

11. Тода М., Мори М., Охаси Й., Хираи Т. (2010) Влияние гниения древесины на характеристики сдвига гвоздевого деревянного соединения (на японском языке). Мокузай Гаккаиси 56: 41–47

    КАС Статья Google ученый

12. Мори Т., Танака К., Накахата Т., Кавано К., Янасэ Ю., Курисаки Х. (2014) Оценка прочности на сдвиг гвоздя, вбитого в гнилое дерево. В: Всемирная конференция по деревообработке, Квебек, Канада

13. Тода М., Мори М., Такахаши Х., Каримата Т., Хираи Т. (2013) Влияние гниения конструкционных деревянных панелей на характеристики сдвига соединений с гвоздями (в Японский). Мокузай Гаккаиси 59:152–161

    CAS Статья Google ученый

14. «>

    Савата К., Хонда К., Хираи Т., Коидзуми А., Сасаки Ю. (2010) Влияние толщины элемента и длины гвоздя, выступающего из основного элемента, на характеристики сдвига гвоздевых соединений с одинарным сдвигом (на японском языке). Мокузай Гаккаиси 56:317–325

    Статья Google ученый

15. Савата К., Такиути Х., Тода М., Сасаки Т., Мори М. (2008 г.) Влияние гниения древесины на характеристики заделки древесины и характеристики сдвига шпунтовых и гвоздевых соединений. В: Всемирная конференция по деревообработке, Миядзаки, Япония

16. Таканаси Р., Савата К., Сасаки Ю., Коидзуми А. (2017) Прочность на разрыв гвоздевых соединений с деградацией древесины и коррозией гвоздей. J Wood Sci 63:192–198

    Статья Google ученый

17. Йохансен К. (1949) Теория соединений деревянных конструкций. Int Assoc Bridge Struct Eng (IABSE), публикация 9: 249–262

    Google ученый

18. «>

    EN 1995-1-1 (2004) Еврокод 5 — проектирование деревянных конструкций — общие общие правила и правила для зданий. Европейский комитет по стандартизации (CEN), Брюссель

    Google ученый

19. AWC (2015 г.) Национальная спецификация проекта деревянного строительства с комментариями. Американский совет по дереву, Лисбург

    Google ученый

20. Bejtka I, Blass H (2002) Соединения наклонными винтами. В: 35-е совещание CIB-W18. Киото, Япония

21. Johnsson H, Lukaszewska E, Stehn L (2004) Соединения деревянных гвоздей с толстой прослойкой. In: Всемирная конференция по деревообработке, Лахти, Финляндия

22. Савата К., Сасаки Т., Канетака С. (2006) Оценка прочности на сдвиг деревянных соединений дюбельного типа с несколькими прорезными стальными пластинами по европейской теории текучести. J Wood Sci 52:496–502

    Статья Google ученый

23. Uibel T, Blass H (2006) Несущая способность соединений с дюбелями в панелях из массива дерева. В: 39-е совещание CIB-W18, Флоренция, Италия

24. Стандарт проектирования деревянных конструкций (2006 г.) Архитектурный институт Японии, Токио, стр. 266–278

25. Савата К., Кавамура Х., Таканаши Р., Охаси Ю., Сасаки Ю. (2016) Влияние расположения стальных пластин на прочность соединений поперечно-клееной древесины с двумя прорезями на дюбелях при воздействии поперечной силы. В: Всемирная конференция по деревообработке, Вена, Австрия

26. Исияма Х., Косихара М. (2009 г.) Экспериментальное исследование характеристик гвоздевого соединения при ржавчине (на японском языке). J Struct Constr Eng 74:2281–2289

    Статья Google ученый

27. «>

    JIS A 5508 (2009) Гвозди (на японском языке). Японский промышленный стандарт, Токио

    Google ученый

28. JIS G 3532 (2011) Проволока из низкоуглеродистой стали (на японском языке). Японский промышленный стандарт, Токио

    Google ученый

29. ISO 10984-1 (2009) Деревянные конструкции — дюбельные крепления — часть 1: определение момента текучести. ИСО, Женева

    Google ученый

30. EN12512 (2002) Деревянные конструкции — методы испытаний — циклические испытания соединений, выполненных с помощью механических креплений. Европейский комитет по стандартизации (CEN), Брюссель

    Google ученый

31. Савата К., Сибусава Т., Охаси К., Кастелланос Дж., Хатано Й. (2008) Влияние профиля плотности МДФ на жесткость и прочность гвоздевых соединений. J Wood Sci 54:45–53

    Статья Google ученый

32. ASTM D-5652 (1995) Стандартные методы испытаний болтовых соединений в древесине и изделиях из древесины. Американское общество испытаний и материалов, West Conshohocken

    Google ученый

Скачать ссылки

Благодарности

Авторы выражают благодарность г-же Нозоми Сайто, Университет Хоккайдо, за помощь в лечении кариеса. Эта работа была поддержана номерами грантов JSPS KAKENHI 26850107 и 17K07870.

Author information

Authors and Affiliations

1. Research Faculty of Agriculture, Hokkaido University, N9 W9, Sapporo, 060-8589, Japan

   Kei Sawata & Yoshihisa Sasaki

Authors

1. Kei Sawata

   View публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

2. Yoshihisa Sasaki

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия

Автор, ответственный за переписку

Кей Савата.

Права и разрешения

Перепечатки и разрешения

Об этой статье

Mass Timber’s Rise in Construction

 

Кажется нелогичным считать деревянное строительство многообещающим. Массивная древесина модернизирует один из старейших известных материалов для новых способов проектирования и строительства. Покрывая широкий набор продуктов, массивная древесина наслаивает куски дерева друг на друга для повышения прочности. Дополнительные преимущества включают биофильный дизайн, сокращение выбросов углерода, сборку за пределами площадки и скорость строительства с сокращением рабочей силы. Набирая обороты в США, массовая древесина применяется в сфере технологий и наук о жизни, в жилых помещениях и в высших учебных заведениях. В соответствии с положениями международных и местных строительных норм и правил в США растут высотные дома из массивной древесины.

Холмс консультировал более 50 проектов из массивной древесины в США, в том числе самое крупное деревянное здание в Северной Америке, которое завершалось. Мы достигаем архитектурных и эксплуатационных целей с точки зрения конструкции, пожарной безопасности и безопасности жизни. Мы также проектируем для изготовления и вносим свой вклад в разработку продукта. Свяжитесь с Эриком Макдоннеллом и Беваном Джонсом, чтобы узнать больше.

Давайте поговорим о лесоматериалах

Инструмент оптимизатора экономит деньги, время и ресурсы

Наш оптимизатор деревянного строительства позволяет получить оптимальную структурную сетку в рекордно короткие сроки. Мы создали это запатентованное программное обеспечение для определения наилучшего соответствия массива древесины проекта. Чтобы оптимизировать реалистичное здание, мы накладываем ограничения. Входные данные включают цены от основных поставщиков, рейтинги огнестойкости, количество этажей, высоту от пола до этажа, глубину элементов и многое другое. Оптимизатор выводит варианты каркаса с объемами древесины и относительными структурными затратами, указывая нам на наиболее экономичное решение. Чем меньше объем, тем больше финансовая и экологическая экономия.

Наш оптимизатор деревянного строительства создает сетки в зависимости от объема и стоимости древесины. С помощью этого инструмента мы ищем наиболее логичное решение — сокращение процесса принятия решений с недель до часов.

Эрик Макдоннелл, директор

Публичная библиотека Брентвуда. Лестница CLT — Кампус Найт Университета Орегона

Снижение углеродного следа здания

Массивная древесина снижает углеродный след здания по сравнению с более традиционными материалами. Начнем с того, что древесина является возобновляемым ресурсом, который поглощает атмосферный углерод. Эти здания также легче, чем другие типы конструкций, что снижает сейсмическую нагрузку на конструкцию. Наши инженеры оценивают вовлеченный углерод в альтернативные структурные системы, и результаты очевидны: использование дерева в качестве основной структурной системы приводит к наименьшему содержанию углерода.

Проектирование зданий из дерева — это искусство. Существует ряд факторов, которые мы учитываем, от перемещения материала в процессе эксплуатации до соблюдения требуемых допусков и оптимального воздействия. Когда все сделано хорошо, результирующие системы выражаются в архитектуре. Структура выполняет функцию отделки, еще больше уменьшая количество материала.

Анализ жизненного цикла

показывает, что массивная деревянная конструкция может снизить содержание углерода в здании по сравнению с альтернативой из стали/бетона до 70%!

Меган Стрингер, заместитель директора

4 Деревянные здания из массива – UC Santa Cruz Kresge CollegeFounders Hall – University of Washington

Упрощение согласований с помощью надежного противопожарного проектирования

Наши инженеры-пожарные изучают характеристики массивных деревянных конструкций в возможных сценариях пожара. Учитывая сжатую форму и большую площадь поверхности, массивная древесина хорошо работает с предсказуемым характером обугливания. Мы помогаем проектным группам определить применимые типы массивных деревянных конструкций в соответствии с требованиями к массе здания и местными нормами. Проектирование огня, основанное на характеристиках, дает возможность увеличить количество этажей и количество открытой древесины. Чтобы построить наш случай, мы используем моделирование пожара, исследования, испытания и улучшенные меры противопожарной защиты. Мы обеспечиваем необходимую безопасность в дизайне, бросая вызов некоторым предвзятым представлениям отрасли о том, что возможно!

Комплексная оценка пожара массивной древесины, основанная на эксплуатационных характеристиках, должна учитывать реалистичное воздействие огня. Это учитывает пожарную нагрузку, количество открытой древесины и вентиляции, свойства отсеков, производительность соединений и влияние систем охлаждения и пожаротушения.

Беван Джонс, директор и генеральный директор (пожарная служба)

Возможности по разработке продукции

Мы все чаще используем наши знания в области строительства и пожарной инженерии для проектирования и оптимизации массивной древесины с использованием производственного подхода. Мы разрабатываем комплекты деталей вплоть до деталей соединителя, основываясь на наших знаниях строительных норм и правил и ограничений производителя. Когда наши клиенты стремятся к дальнейшим инновациям в строительных продуктах и ​​системах, мы представляем наших друзей из Holmes Solutions.

Holmes Solutions помогает проектировать, тестировать и разрабатывать новые продукты с постоянно растущим портфолио работ в массивной древесине. Мы точно определяем экономию времени и материалов, которая суммируется по сравнению с повторяемыми развертываниями. Это решения, которым вы можете доверять. Они защищены от рисков за счет разработки, основанной на фактических данных, в крупнейшей коммерческой испытательной лаборатории Новой Зеландии. Международная компания Holmes Group сотрудничает в области массового производства изделий из древесины на рынках Северной Америки, Европы и Азиатско-Тихоокеанского региона.

Группа специалистов пожарных инженеров обеспечивает расширенный анализ методом конечных элементов.

Подробнее

Численное исследование болтовых гибридных соединений сталь-дерево

Введение

Сталь и дерево — это материалы, которые широко использовались в строительстве во всем мире, даже с древних времен. В настоящее время потребность в устойчивой застроенной среде побуждает инженеров-строителей думать о новых вариантах дизайна, которые могут максимизировать преимущества вышеупомянутых материалов. Благодаря сочетанию прочности и пластичности стали с легким весом дерева создаются экологически безопасные конструкции. Конструктивные элементы в конструкциях этого типа соединяются с помощью гибридных решений. В таких странах, как Норвегия, где доступ к древесным ресурсам является легким, эти гибридные конструкции могут стать нормой для будущих легких конструкций.

Методы

Формулировка задачи

Соединения между стальными и бетонными или стальными и деревянными конструкционными элементами называются гибридными. В целом проектирование соединений между элементами всегда представляет собой сложную задачу для инженеров-строителей. Нагрузки и напряжения должны передаваться от одного элемента конструкции к другому. В представленной статье конечно-элементное моделирование используется в качестве инструмента для исследования поведения гибридных болтовых соединений стали и дерева с учетом нескольких предложений, сделанных в технической литературе, например Amara and Embaye (2017). Этот тип соединений не был тщательно изучен. Численное моделирование исследуемых гибридных соединений определяется условиями контакта на границе сталь-дерево. Особое внимание уделяется построению моментно-вращательных кривых соединений. Определяется только упругая жесткость соединения, так как в случае соединений традиционно выбирается упругое исполнение. Эталонное гибридное соединение балки и колонны показано на рис. 1.

Рисунок 1 . Визуализация эталонного соединения, рисунок на основе Karagiannis et al. (2017).

Кривая момент-вращение

В проектировании конструкций поведение определенной конструкции в условиях расчетной нагрузки представлено уникальными кривыми воздействие-деформация. Если конструкция исследуется на уровне стержня, то кривая момент-вращение (M-ϕ) представляет собой поведение определенной связи между конструктивными элементами. Вращательная жесткость соединения равна наклону кривой и начальное значение этой жесткости используется для классификации соединения, что важно при проектировании МРФ. Согласно Еврокоду 3 часть 1.8 (EN 1993-1-8, 2005), соединение можно классифицировать как штифтовое, полужесткое или жесткое, если оно удовлетворяет соответствующим критериям, представленным ниже в уравнениях (1)–(5):

Номинально штифтовое Sj,ini<0,5EIb /Lb    (1)

Полужесткий   0,5 EIb/Lb

0,5EIb/Lb8EIb/фунт (раскосная рама) или    (4)

Sj,ini>25EIb/фунт (раскрепленная рама)    (5)

, где:

S _{j, ini} — начальная вращательная жесткость соединения (кН/мрад)

EI _b — изгибная жесткость балки (кН/мрад)

L _b — пролет ширина (мм)

Классификация соединения по начальной вращательной жесткости, представленная в Еврокоде 3 (EN 1993-1-8, 2005 г. ) и Еврокоде 5 (EN 1995-1-1, 2004 г.), представлена ​​на рисунке 2. Кривая M-ϕ может быть либо нелинейной, либо иметь упрощенную трилинейную или даже билинейную форму, как описано в Еврокоде 3. В нашем анализе строится только первая линейная ветвь кривой M-ϕ, поскольку она достаточно для классификации гибридных соединений при выполнении эластичного анализа соединений в предельном состоянии удобства обслуживания (SLS).

Рисунок 2 . Классификация соединений по начальной вращательной жесткости, рисунок из Еврокода (EN 1993-1-8, 2005).

Аналитическое решение

Общая процедура определения вращательной жесткости соединения, предложенная Еврокодом (EN 1993-1-8, 2005 г.), представляет собой метод компонентов. Ключевая идея этого метода заключается в расчете жесткости всех компонентов соединения, а затем и общей жесткости путем сборки механической модели всей системы элементарных пружин. Компонентами соединения являются соединяемые части и соединительные элементы. Конечно, идентификация активных компонентов соединения и оценка их вклада в соответствии с Портеусом и Кермани (2013) должны быть сделаны в начале. Проблема этого метода в том, что его нельзя применять в гибридных соединениях без допущений. Эти предположения часто очень консервативны, что приводит к чрезмерно продуманным решениям по подключению. Поэтому используется следующий метод. Сначала вычисляется поворот ϕ соединения для каждого шага нагрузки с использованием тригонометрического уравнения (6), пренебрегая упругой деформацией колонны:

ϕ=arctan(Δe/db)    (6)

где:

ϕ — поворот соединения (мрад)

Δe — упругая деформация балки (мм)

d _b глубина балки (мм)

Затем сила реакции P _e , как показано на рисунке 3, рассчитывается с использованием уравнения. (7):

Pe=12EI/g13*(g1+g2/g1+4g2)*Δe    (7)

Рисунок 3 . Аналитическое решение полужесткого углового соединения, рисунок основан на Lee and Moon (2002).

где:

P _e — сила реакции (кН)

г ₁ — расчетное расстояние параллельно колонне (мм)

г ₂ — расчетное расстояние параллельно балке (мм) )

Наконец, упругий момент соединения находится с помощью уравнения (8):

M=(Pe*le)*(db+g1)*(db/Δe)*ϕ    (8)

где :

M — упругий момент соединения (кНм)

l _e — эффективная длина уголка (мм)

Уравнения (7) и (8) вместе с соответствующим рисунком 3 представляют собой эмпирические аналитические формулы, которые действительны для полужестких соединений с углами. Эти формулы были предложены Ли и Муном (2002) и точно предсказывают ранний ответ соединения.

Завершающим этапом является построение кривой момента-вращения и расчет начальной вращательной жесткости, равной наклону кривой M-ϕ. Расчет выполняется по уравнению (9):

Sj,ini=arctan(M/ϕ)    (9)

где:

S _{j, ini} — начальная вращательная жесткость соединения (кН/мрад)

Численный анализ

Эталонная модель

Гибридное соединение эталонной балки и колонны состоит из клееной балки и стальной колонны из СВС. Балка имеет высоту 405 мм и ширину 140 мм, тогда как колонна имеет ширину 150 мм и толщину 10 мм. Верхний и опорный уголки имеют размеры 150*200 мм, толщину 15 мм и крепятся болтами M12 HR к клееной балке и болтами M16 HR к трубчатой ​​стальной колонне соответственно. Марка стали колонны S355, верха и посадочного уголка S275 и болтов. Клееный брус относится к категории GL28h. Модель построена в соответствии с геометрическими и механическими характеристиками экспериментального образца, найденными в международной литературе Karagiannis et al. (2017). Эталонная модель не имеет глухих болтов, проникающих в колонну СВС по соображениям простоты, хотя механические модели, описывающие поведение угловых соединений с глухими болтами, были предложены Малага-Чукитайпе и Эльгазули (2010). В этой статье основное внимание уделяется влиянию различных компонентов на соединение Анвара и Наджама (2016) в отношении прочности и вращательной жесткости сустава. Условия поддержки и нагрузки при трехмерном моделировании методом конечных элементов такие же, как в эксперименте Karagiannis et al. (2017) для целей проверки. Нагрузка, вызванная смещением, на конце балки ограничена 7 мм, чтобы соединение оставалось эластичным. Из-за симметрии моделируется только одна четверть сустава. Модель построена с использованием конечно-элементного пакета ANSYS версии 17.2 (Ansys Inc., 2017). На рисунке 4 показано сравнение кривой момент-вращение между численным и экспериментальным анализом в пределах упругой реакции соединения.

Рисунок 4 . Верификация численной модели.

Балка, колонна и углы моделируются с помощью трехмерных конструкционных твердотельных конечных элементов, а контактные интерфейсы — с контактными элементами типа «поверхность-поверхность». Контакт сам по себе является сложным явлением, которое добавляет нелинейность к моделированию методом конечных элементов, как это представлено Bathe (1996) и Mistakidis and Stavroulakis (1998). В случае гибридных соединений взаимодействие различных материалов добавляет дополнительный уровень сложности. Программное обеспечение ANSYS предлагает вариант парного контакта, при котором одна поверхность рассматривается как контакт, а другая — как целевая. Поведение интерфейса установлено как связанное с коэффициентом трения Кулона, равным 0,7, чтобы имитировать условия одностороннего фрикционного контакта, описанные Поповым (2010) и Цалкатидисом и Авделасом (2010). Контактные элементы накладываются на твердые элементы, и контакт обнаруживается в точках Гаусса. Предварительное натяжение болтов и результирующие силы зажима моделируются с помощью PRETS179.элемент из библиотеки ANSYS. Как указывалось ранее, глухие болты экспериментального образца заменены болтами с гайками.

Тематические исследования

Amara and Embaye (2017) изучили в общей сложности семь тематических исследований, представленных в таблице 1. Исследуемые параметры: толщина углов (тематические исследования 2, 3 и 7), диаметр вертикальных болтов (примеры 4 и 5), ширина углов (пример 6) и добавление элемента жесткости (пример 7). Вышеупомянутые параметры были изучены в нескольких исследованиях, таких как Theofanous et al. (2015), Tartaglia et al. (2018) и Gil et al. (2015).

Таблица 1 . Рассмотрены тематические исследования.

Результаты

Основными результатами численного анализа являются кривые момент-вращение вместе с соответствующей начальной вращательной жесткостью и напряжениями фон Мизеса, которые развиваются в соединении. Результаты представлены на рисунках 5–10.

Рисунок 5 . Распределение напряжений фон Мизеса в верхнем углу для случая 1.

Рисунок 6 . Распределение напряжений фон Мизеса в посадочном уголке для случая 1.

Рисунок 7 . Распределение напряжения фон Мизеса в вертикальных болтах для случая 1.

Рисунок 8 . Распределение напряжений фон Мизеса в клееной балке для случая 1.

Рисунок 9 . Численные кривые момент-вращение.

Рисунок 10 . Распределение напряжения фон Мизеса в верхнем углу для случая 7.

Обсуждение и заключение

Численный анализ гибридного соединения сталь-дерево фокусируется на начальной жесткости вращения и развивающихся напряжениях фон Мизеса в верхнем углу.

Влияние толщины уголка

• При изменении толщины верхней части и посадочных уголков с 15 мм (пример 1) до 18 мм (пример 2) или до 20 мм (пример 3) вращательная жесткость связь увеличивается. Для случая 2 увеличение составляет 73 %, а для случая 3 — 137 % по сравнению со случаем 1. Это означает, что даже небольшое увеличение толщины уголков оказывает значительное влияние на жесткость соединения при вращении. Как и ожидалось, соединение становится более жестким при увеличении толщины уголков. Кроме того, максимальное напряжение фон Мизеса в верхнем угле уменьшается на 12,2 % в случае 2 и на 15,5 % в случае 3. Увеличение количества используемой стали составляет 21 и 35,2 % соответственно.

Влияние диаметра болта

• При изменении диаметра вертикальных болтов с 12 мм (пример 1) на 16 мм (пример 4) или на 20 мм (пример 5) жесткость соединения при вращении не снижается. затронутый. Изменение диаметра болтов обратно пропорционально изменению силы предварительного натяжения. Кроме того, максимальное напряжение фон Мизеса в верхнем угле уменьшается на 20,7 % в случае 4 и на 32,7 % в случае 5. Увеличение количества используемой стали выше на 21 и 35,2 % соответственно.

Влияние ширины уголка

• За счет уменьшения ширины верхнего и посадочного уголков со 150 мм (пример 1) до 130 мм (пример 6) жесткость соединения при вращении снижается на 14,15 %. . При этом максимальное напряжение фон Мизеса в верхнем угле увеличивается на 14,28 %.

Влияние элемента жесткости

• При добавлении элемента жесткости в верхнем углу (пример 7) жесткость соединения при вращении увеличивается на 53,6% по сравнению с эталонной моделью. Добавление ребра жесткости приводит к развитию высоких напряжений по Мизесу в посадочном уголке вблизи головок болтов из-за изгиба горизонтальной части посадочного уголка. После предварительного натяжения болта элемент жесткости также увеличивает усилие зажима на границе болт-угол.

• Местное поверхностное смятие клееной балки присутствует во всех моделях из-за сжатия сверху и под углом сиденья. Эффект более значителен, когда жесткость угла выше, что приводит к огромной разнице в отклонении между балкой и углом.

• Соединение во всех примерах остается полужестким, как и предполагалось. Примеры 2, 3 и 7 имеют более высокие значения начальной вращательной жесткости. Напряжение фон Мизеса в примере 5 имеет минимальное значение.

• Рекомендуемое соединение представляет собой комбинацию примеров 3 и 5. Геометрия соединения остается такой же, как и в эталонной модели, но толщина обоих уголков и диаметр болтов устанавливаются равными 20 мм. Этот вариант конструкции увеличивает начальную вращательную жесткость соединения на 137 %, а напряжение по Мизесу уменьшается не менее чем на 32,7 %. Вышеупомянутые преимущества в реакции соединения намного перевешивают увеличение использования стали.

Вклад авторов

TT, YA и SE внесли свой вклад в концепцию, дизайн исследования и выполнили анализ; ТТ написал первый черновик рукописи; TT, YA, SE и EN написали разделы рукописи. Все авторы прочитали и одобрили представленную версию рукописи.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Ссылки

Амара, Ю., и Эмбай, С. (2017). Анализ поведения гибридного соединения стали с древесиной путем изменения различных параметров. диссертация/магистерская диссертация, Норвежский университет наук о жизни, Ås.s

Ansys Inc. (2017). Ansys Руководство v17.2 . Канонсбург, Пенсильвания.

Анвар, Н., и Наджам, Ф. (2016). Сечения конструкций: расчет и расчет . Оксфорд: Эльзевир.

Академия Google

Bathe, KJ (1996). Методы конечных элементов . Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Прентис-холл.

Google Scholar

EN 1993-1-8 (2005). Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций, части 1–8: Проектирование соединений. Брюссель: CEN.

EN 1995-1-1 (2004). Еврокод 5: Проектирование деревянных конструкций, Часть 1–1: Общие общие правила и правила для зданий. Брюссель: CEN.

Гил, Б., Байлаард, Ф., и Байо, Э. (2015). Поведение тройника при изгибе вне плоскости. II: параметрическое исследование и аналитическая характеристика. г. англ. Структура . 98, 242–250. doi: 10.1016/j.engstruct.2015.03.039

Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Карагианнис В., Малага-Чукитайпе К. и Эльгазули А. Ю. (2017). Поведение гибридных деревянных соединений балки и колонны. англ. Структура . 131, 243–263. doi: 10.1016/j.engstruct.2016.11.006

Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Ли С.С. и Мун Т.С. (2002). Моментно-вращательная модель полужесткой связи с уголками. г. англ. Структура . 24, 227–237. doi: 10.1016/S0141-0296(01)00066-9

Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Малага-Чукитайпе, К., и Эльгазули, А.Ю. (2010). Компонентные механические модели углового соединения с глухими болтами. англ. Структура . 32, 3048–3067. doi: 10.1016/j.engstruct.2010.05.024

Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Мистакидис, Э. С., и Ставрулакис, Г. Э. (1998). Невыпуклая оптимизация и ее приложения: невыпуклая оптимизация в механике . Дордрехт: Kluwer Academic Publishers. дои: 10.1007/978-1-4615-5829-3

Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Попов В.Л. (2010). Контактная механика и трение . Берлин: Springer-Verlag. дои: 10.1007/978-3-642-10803-7

PubMed Резюме | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Портеус, Дж., и Кермани, А. (2013). Расчет деревянных конструкций по Еврокоду . Оксфорд: Уайли-Блэквелл.

Академия Google

Тарталья, Р.