ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко - Ultralam.com

КОНСТРУКЦИИ
щиной 32 мм. Величина влажности древесины
составляла 8-10%, а упомянутого
материала – 9%. В первую серию входили
три пары балок: пробные (усиленные)
балки и контрольные (без усиления).
Усиление выполняли с двух сторон (в
растянутой и сжатой зонах) многослойным
материалом толщиной 7, 12 и 15 мм.
Для этой серии проводили тщательный отбор
слоёв древесины сорта не ниже второго
и размещение отобранных слоёв по всему
сечению.
Все парные модельные балки клеили в
вертикальном прессе в течение 16 ч при
величине давления запрессовки 0,5 МПа.
Для склеивания использовали резорциновый
клей ФР-12. Испытания образцов балок
на изгиб выполняли через 2 мес. после
их изготовления. Длина модельных балок
составляла 2300 мм, пролёт - 2000 мм.
Нагрузку прикладывали ступенчато в
двух точках – на расстоянии 750 мм от осей
опор. После приложения очередной ступени
нагрузки проводили выдержку в течение
3 мин для снятия отсчётов по приборам и
визуального обнаружения возможных повреждений.
Величина ступени нагружения
составляла около 10% ожидаемой величины
разрушающей нагрузки.
Анализ результатов испытаний показал:
величина несущей способности балок первой
серии, усиленных с двух сторон многослойным
материалом толщиной 7, 12 и 15 мм,
больше величины того же показателя неусиленных
аналогов соответственно на 16,33
и 41 %. Среднее значение разрушающей
нагрузки контрольных балок – аналогов
без усиления составило 88,6 кН, а краевых
напряжений – 64,4 МПа. Поскольку
наиболее эффективным оказался многослойный
материал толщиной 15 мм, то его
применяли для усиления растянутой зоны
балок второй серии.
Вторая серия состояла из восьми пар
модельных балок с сечением аналогичных
размеров. Восемь балок были усилены в
растянутой зоне многослойным материалом
толщиной 15 мм, а восемь контрольных
аналогов не имели усиления. Указанные
модельные балки изготовляли из
древесины третьего сорта с одинаковым
для отдельных пар балок расположением
слоёв. Для сохранения одинаковой высоты
в усиленных балках толщина среднего слоя
древесины уменьшалась на толщину слоя
упомянутого материала.
Увеличение несущей способности отдельных
образцов балок второй серии по сравнению
с аналогичными балками без многослойного
материала составило до 75% при
средней величине показателя 35,4%. При
величине статистической вероятности 95%
средняя величина временного сопротивления
древесины при разрушении усиленных
балок второй серии составила 56,2 МПа
при V = 5%, а при разрушении аналогичных
балок без усиления – 37,7 МПа при
V = 10%. Вероятно-минимальная величина
временного сопротивления древесины
в первом случае составила 52,5 МПа, а во
втором – 31,7 МПа – при коэффициенте
надёжности суждения 0,75.
Следует отметить специфичный характер
разрушения усиленных модельных балок: в
большинстве случаев разрыв происходил по
сучкам крайнего растянутого слоя древесины,
а затем разрушение распространялось
на прилегающий к нему слой усиливающего
материала. Все контрольные балки –
аналоги без усиления разрушились от разрыва
нижних слоёв древесины, который
происходил главным образом по естественным
порокам.
Анализ результатов проведённых испытаний
показал: в усиленных со стороны
растянутой зоны клеёных балках второй
серии лучше использовался прочностной
потенциал древесины, расположенной в
сжатой зоне. По данным тензометрических
измерений величина напряжений сжатия
при разрушении таких балок составляла
до 57,4 МПа, что на 51% больше величины
того же показателя обычных балок. Это
подтвердило предположение о том, что
усиление многослойным материалом сжатой
зоны балок нерационально.
Анализ изменения прогибов всех модельных
балок показал, что до момента разрушения
они работали без появления пластических
деформаций. На всех ступенях
нагружения жёсткость балок, усиленных
упомянутым материалом, была в среднем
на 10% выше, чем контрольных балок без
усиления.
Испытывали на изгиб также две серии
балок композитного сечения натурных размеров
из сосны и даурской лиственницы.
Ширина поперечного сечения балок составляла
140, высота – 480 мм, длина - 6,
пролёт - 5,75 м. Сжатая зона балок первой
серии (около 15% высоты сечения) состояла
из слоёв даурской лиственницы третьего
сорта толщиной 18 мм, средняя зона (50%
высоты) – из слоёв сосны толщиной 24 мм,
а растянутая зона (35% высоты) - из слоёв
лиственницы толщиной 18 мм первого и
второго сорта. Балки второй серии имели
аналогичные габариты, но их растянутая
зона была склеена из слоёв древесины лиственницы
третьего сорта и усилена слоем
многослойного материала толщиной 15 мм
(крайний слой).
Анализ результатов проведённых испытаний
использовавшихся слоёв древесины
на поперечный изгиб показал: средняя величина
модуля упругости древесины сосны
составила 11100 МПа, а лиственницы
- 13600 МПа. Склеивание балок проводили
в производственных условиях на клеях
ФРФ-50 и КБ-3 без нагрева. Температура
воздуха в помещении цеха составляла 18-
20 о С, относительная влажность воздуха –
70-75%, давление запрессовки – 0,5 МПа,
продолжительность выдержки под давлением
– 16 ч.
Нагрузку прикладывали симметрично в
четырёх точках, расположенных друг от друга
на расстоянии 1440 мм; при этом расстояния
от крайних точек приложения нагрузки до
осей опор составляли по 715 мм. Нагружение
проводили ступенями по 20% расчётной
величины нагрузки. Продолжительность нагружения
(она зависит от технических возможностей
испытательной машины) составляла
1-2 мин. Продолжительность выдержки
балок под нагрузкой на каждой ступени составляла
7-10 мин. На каждом этапе фиксировали
величину прогиба балок. Величину
деформации древесины под нагрузкой регистрировали
с помощью тензорезисторов сопротивления
с базой 20 мм, установленных по
высоте сечения балок в середине пролёта, где
величина изгибающего момента максимальна,
а поперечной силы равна нулю, и в сечении,
расположенном на расстоянии 1435 мм
от оси опоры, где действуют как изгибающий
момент, так и поперечная сила.
Величина разрушающей нагрузки балок
первой серии варьировала, или изменялась
в пределах 2,26-2,49 расчётной нагрузки (Р р
)
и составила в среднем 2,26 Р р
при V = 8%.
Таким образом, все балки с высококачественной
древесиной в растянутой зоне выдержали
контрольную нагрузку, равную двум
расчётным. При величине статистической
вероятности 95% средняя величина нормальных
напряжений при разрушении составила
31 МПа при V = 12%. Вероятно-минимальная
величина разрушающих напряжений
составила 24,3 МПа – при коэффициенте
надёжности суждения 0,75.
Величина разрушающей нагрузки балок
второй серии, склеенных в растянутой зоне
из низкосортной древесины с усилением
слоем многослойного материала, составила
в среднем 347,64 кН при V = 15,8%, что на
14,2% больше величины того же показателя
балок первой серии.
Величина отношения прогиба балок
первой серии при нормативной нагрузке к
36