Двухскатные армированные балки

Не смотря на то, что в большинстве случаях в промышленных каркасных зданиях используются металлические строительные фермы, а при химическом воздействии это становится проблематично, двухскатные клееные армированные балки со всеми своими положительными свойствами может служить подходящей заменой.

На рисунке расположенном ниже представлены клееные армированные двухскатные балки: а) одиночное армирование; б) двойное симметричное армирование; в) двойное симметричное армирование на части пролета.

Рис. 1.19 Клееные армированные двухскатные балки

В зависимости от вида армирования двухскатной армированной балки, а оно может быть одиночным или двойным, то расчет идентичен расчету балок постоянной высоты сечения [12]. У таких балок повышенная деформативность, поэтому в знаменатель формулы расчета прогиба нужно ввести коэффициент К=0,15+0,85· (1.21), где: - высота у опор балки; -высота балки.

Основными пунктами для подбора сечения двухскатной армированной балки является: высота сечения балки в середине пролета: =1/10…1/16 (1.22), где: - максимальная высота балки; уклон верхнего пояса: =2( - ) (1.23). Наиболее рациональным и правильным является армирование при коэффициенте армирования μ≥0,01. Расчетные сечения с нормальными максимальными напряжениями в клееных двухскатных армированных балках находится на расстоянии = · /2· (1.24) от опор.

Найдя изгибающий момент в расчетном сечении и требуемый момент сопротивления, находим для расчетных сечений требуемый коэффициент армирования, который можно подобрать по формуле:

(1.25)

где: - требуемый момент сопротивления расчетного сечения;

- момент сопротивления древесины в расчетном сечении;

n - отношения модулей упругости древесины и арматурной стали.

В расчетной части производится подбор арматуры; проводится проверка возможности размещения стержней по ширине сечения, если это невозможно, то используется групповое армирование. Следом нужно сделать проверку прочности расчетного сечения по древесине и арматуре, а также прочность опорных сечений по древесине на действие касательных напряжений и по клеевому шву (арматура-древесина). После проверки прогиба балки, жесткость должна быть обеспечена.

Методика испытаний.В экспериментальной части были рассмотрены образцы, которые представляют собой деревянные клееные балки прямоугольного сечения (35х100мм, длиной 1000мм и расчетным пролетом 800мм) с арматурой и без арматуры. Двухскатные балки было бы невозможно испытать в лаборатории ТвГТУ, из-за того что размеры модели должны быть подобны размерам конструкции.

Деревянные клееные балки прямоугольного сечения (35х100мм, длиной 1000мм и расчетным пролетом 800мм) с арматурой и без арматуры при эксплуатации, в основном, работают по схеме, в которой нагрузка распределена по всему пролету балки. Как правило, в экспериментальных исследованиях схему с распределенной нагрузкой реализовать достаточно проблематично. Именно поэтому в практике исследований деревянных клееных балок и их несущей способности применяют схему с двумя сосредоточенными силами в пролете.

В экспериментальных исследованиях будет использоваться четырёхточечная схема, которая должна соответствовать реальной схеме нагружения строительной конструкции.

Рис. 1.20 Расчетная схема балки

Рис. 1.21 Расчетная схема эксплуатируемых балок

Условия при загружении:

- при разрушении от изгиба максимальные нормальные напряжения в эксперименте и при эксплуатации должны быть равны, = .

- при разрушении от скалывания максимальные касательные напряжения должны быть равны, = .

- прогибы конструкций должны быть равны: =

Из этого следует, что точки приложения сил находятся из выражения: =0,25 (1.26). Данное частное решение соответствует такому состоянию конструкции, при котором одновременно достигается условие, определяющее разрушение элемента от нормальных
напряжений при изгибе и максимальный предельный прогиб конструкции.
Поэтому в качестве основной была принята схема с приложением двух сил на
расстоянии = 0,25· (1.27) от опор.

С целью получения физических характеристик по ГОСТ 16483.3-84 и ГОСТ 16483.10-73 были изготовлены образцы размерами 20х20х30мм – на сжатие; 20х20х300 мм – на растяжение.

Рис. 1. 22 Образцы для испытаний на центральное сжатие

На центральное сжатие образцы были испытаны по схеме:

Рис. 1.23 Схема испытания образца на прессе

Рис. 1.24 Образцы для испытания на изгиб

На изгиб образцы были испытаны по трехточечной схеме:

Рис. 1.25 Трехточечная схема испытания образцов на изгиб

После испытание образцов были сделаны выводы:

1) Большее количество образцов было разрушено при одинаковой нагрузке;

2) При испытании на изгиб, разрушение происходило вдоль волокон в растянутой зоне

Для дальнейших испытаний были изготовлены модели балок прямоугольного сечения (35х100мм, l=1000мм), которая должна отражать работу реальной конструкции. Это означает, что данная модель должна отражать все процессы, которые происходят в реальной конструкции при ее эксплуатации.

Образцы были изготовлены по ГОСТ 20850-2014 «Конструкции деревянные клееные несущие. Общие технические условия», по ГОСТ 33122-2014 «Клеи для несущих деревянных конструкций. Общие технические условия»

Правила воспроизведения реальной конструкции в модели:

- материал изготовления модели и конструкционный материал должны быть подобны;

- геометрические размеры модели должны быть подобны размерам конструкции;

- физические явления, которые будут происходить в модели, должны описываться одними и теме же законами, что и явления, происходящие в реальной конструкции.

Балки, отражающие работу реальной конструкции:

Рис. 1.26 Клееная армированная деревянная балка 100х35, L=1000мм. (2 образца)

Рис. 1.27 Клееная деревянная балка 100х35, L=1000мм. (2 образца)