где ymax - расстояние от точки Y до нейтральной оси балки цельного сечения; Iцельн – момент инерции балки цельного сечения; y0 max - расстояние от точки Y до нейтральной оси составляющего бруса; ?I0 – суммарный момент инерции составляющих брусьев. Если в точке Y от единичного сдвигающего усилия Т1=1 возникает напряжение ?Т , то общее нормальное напряжение в точке Y

? = ?ОТД + Т * ?Т ( 5 )

и ?Ц= ?ОТД + Тм * ?Т . Тогда Тм* ?Т = ?Ц – ?ОТД . Выразим отсюда ?Т = (?Ц – ?ОТД) / Тм и подставим в (5):

? = ?ОТД + (?Ц – ?ОТД)* Т / Тм = ?ОТД (1– Т/Тм ) + ?Ц*Т/Тм .

Введем обозначение ? = Т/Тм и получим для нормальных напряжений

? = ?ОТД (1–? ) + ?Ц* ? ( 6 )

Расчеты выполняли в приложении MS EXCEL. Коэффициент жесткости связей сдвига ? определяли на каждой ступени нагружения конструкции по деформациям ?с =Dполн взаимного сдвига брусьев балки ББ-1 по формуле:

где Тс – сдвигающее усилие, приходящееся на одну дискретную связь; m – количество связей, приходящееся на единицу длины шва; ?с – деформация взаимного сдвига смежных волокон соединяемых элементов составного стержня при усилии Тс. Разбивая прослойку КМ по длине на равновеликие по несущей способности участки, принимали шаг разбивки равным толщине соединяемых элементов hбруса=100 мм. Тогда количество связей на единицу длины шва m=0,01 св./мм. Расчетом по теории составных стержней А.Р.Ржаницына определяли на каждой ступени нагружения конструкции сдвигающие силы в шве составной балки по формулам (4-1, 4-2) и нормальные напряжения в зоне чистого изгиба конструкции по формуле ( 6

Полученные результаты расчета по теории составных стержней А.Р.Ржаницына сопоставляли с результатами испытаний балки ББ-1. Расчетные значения сдвигающих усилий Тсдв больше фактических сдвигающих усилий, вычисленных по методике сопротивления материалов на основании фактических нормальных напряжений в балке ББ-1: в пределах упругой работы конструкции на 2,2-4.2%, в интервале нагружения от NI-II=24 кН до 2,5Nп=45 кН на 4,3-7,6%. Расчетные значения нормальных напряжений в зоне чистого изгиба конструкций ? , полученные по формулам теории составных стержней А.Р.Ржаницына, больше фактических нормальных напряжений, полученных при испытании балки ББ-1: в пределах упругой работы конструкции на 0,7-2.3%, в интервале нагружения от NI-II=24 кН до 2Nп=36 кН на 0,5-2%. При нагрузках выше 2*Nп фактические напряжения становятся больше расчетных по ТСС на 1-3%. Хорошая сходимость расчетных и экспериментальных данных подтверждает правомерность применения для оценки несущей способности деревянных балок составного сечения на КМ-соединениях аппарата теории составных стержней А.Р.Ржаницына.

Испытания одной балки L=3 м длительно действующей нагрузкой Nп=18 кН =1,25РРАСЧ.ДЛ показали, что стабилизация прогибов, относительных деформаций в зоне чистого изгиба и деформаций взаимного сдвига брусьев над опорами наступила на 211/225-е сутки работы конструкции под постоянной нагрузкой: прогибы составили fдл=17,49 мм, деформации сдвига Dп=0,0357 мм, увеличившись в 1,55 и в 1,44 раза по сравнению с первоначальными значениями; относительные деформации увеличились в 1,34 раза по сравнению с первоначальными значениями, которые соответствовали нормальным напряжениям ?=13,28 МПа. Определена величина коэффициента условия работы, учитывающего приращение прогибов конструкции составного сечения на соединении «КМ-вкладыш» при действии постоянной нагрузки: mД

В шестой главе рассматриваются вопросы внедрения результатов исследований в практику строительства. Внедрение было осуществлено в трех направлениях: разработаны рекомендации по расчету КМ-соединений для проектирования и усиления деревянных конструкций; на соединении «КМ-обклейка» разработаны проектные решения и проведено практическое восстановление существующих деревянных конструкций при реставрации деревянных частей зданий в г. Москве и на территории республики Саха (Якутия); на соединении «КМ-вкладыш» разработаны конструкции утепленных клеефанерных плит покрытия плит с продольными ребрами составного сечения пролетом 6 м для совмещенного покрытия реконструируемого здания в г. Москве. Внедрение результатов исследований в проектирование и строительство деревянных частей зданий подтверждает актуальность и практическую ценность выполненной работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Для усиления существующих и создания новых деревянных элементов составного сечения разработаны, исследованы и апробированы в практике строительства два вида соединений деревянных элементов композиционным материалом на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани (КМ-соединений): «КМ-обклейка» и «КМ-вкладыш».

2. Для соединений «КМ-обклейка» установлены: сопротивление сдвигу RКМ-ОБКЛ=15,98/33,55 МПа, деформативность соединения в пределах упругой работы Dп/NI-II=0,00254/0,00381 мм/кН; для соединения «КМ-вкладыш» определены нормативное сопротивление сдвигу Rн=4.14/4.52 МПа и деформативность соединения в пределах упругой работы Dп /NI-II=0,001375 мм/кН. Полученные данные позволяют производить практические расчеты несущей способности КМ-соединений по методике СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции».

3. Для расчета деревянных элементов составного сечения на КМ-соединениях по методике СНиП II-25-80 рекомендованы коэффициенты КW и КЖ, учитывающие снижение несущей способности балок за счет податливости связей сдвига. Для составных элементов на соединении «КМ-вкладыш» коэффициенты КW=1, КЖ=0,967. Для составных элементов на соединении «КМ-обклейка» коэффициенты КW и КЖ зависят от жесткости композиционного материала обклейки EКМIКМ. Для изгибаемых деревянных элементов составного сечения оптимальная жесткость КМ-обклейки EкмIкм составляет 2/6% от жесткости создаваемой балки цельного сечения ЕДРIЦЕЛЬН. В указанном диапазоне жесткости коэффициенты составили КW=0.739/1, КЖ=0.644/0,89. Для конструирования соединений «КМ-обклейка» рекомендуемое соотношение между шириной обклеиваемых поверхностей bОБКЛ деревянных элементов и толщиной композиционного материала в КМ-обклейке tКМ = 1 /40 bОБКЛ . Дальнейшее увеличение толщины КМ-обклейки не приводит к снижению деформативности соединения. По результатам длительных испытаний постоянной нагрузкой установлена величина коэффициента условия работы, учитывающего приращение прогибов конструкции составного сечения на соединении «КМ-вкладыш» mДЛ= 0,71.

4. По результатам исследований осуществлено внедрение в трех направлениях: разработаны рекомендации по расчету КМ-соединений для проектирования новых и усиления существующих деревянных конструкций; совместно с ГУП «Моспроект-3», ОАО «СахаПроект», ООО «ПСФ “КРОСТ”» на основе КМ-соединений разработаны проектные решения и выполнено практическое усиление существующих деревянных конструкций, разработаны для дальнейшего применения конструкции деревянных элементов составного

Основные положения диссертационной работы

содержатся в следующих публикациях:

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации:

1. Филимонов Э.В., Линьков Н.В. Оценка прочности и деформативности полимерных соединений деревянных конструкций. - Журнал «ПГС» № 4 – М.: «ООО издательство ПГС», 2006 г. - с. 53-54.

2. Линьков Н.В., Филимонов Э.В. Моделирование средствами ПК SCAD соединения деревянных элементов композиционным материалом на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани. «Вестник МГСУ». Спецвыпуск № 1/2009 – М.: МГСУ, 2009 с. 50–53.

3. Филимонов Э.В., Линьков Н.В. Прочность и деформативность композиционного материала на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани. - «Вестник МГСУ», № 1/2010 – М.: МГСУ, 2010. - с. 235–243.

4. Линьков Н.В. Несущая способность и деформативность соединений деревянных конструкций композиционным материалом на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани. – Журнал «ПГС» № 10/2010 – М.: ООО «Издательство ПГС», 2010 г., с. 28-31.

Статьи, опубликованные в других научных журналах и изданиях:

Филимонов Э.В. Линьков Н.В. Усиление эпоксидной композицией на основе стеклоткани деревянных балок в памятнике архитектуры XVIII-го века. - В сб. докладов VI Международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов – Донбасская национальная академия строительства и архитектуры. – Макеевка, 2007.- с. 4

Линьков Н.В. Кобазев Ю.В. Несущая способность и деформативность соединений на основе полимерной композиции для деревянных элементов составного сечения. - В сб.: «Строительство – формирование среды жизнедеятельности»: научные труды Одиннадцатой международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов. – М: - МГСУ, 2008.-с. 115-119.

Филимонов Э.В. Линьков Н.В. Напряженно-деформированное состояние модели деревянной балки составного сечения с соединениями в виде эпоксидной композиции на основе стеклоткани. - В сб. докладов Международной научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ИСА МГСУ. – М: - МГСУ, 2008.-с. 62-72.

Линьков Н.В. Математическая модель соединения деревянных элементов композиционным материалом на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани в программном комплексе «SCAD». - В сб. «Современные металлические и деревянные конструкции. Нормирование, проектирование и строительство». Науч. Тр. Международного симпозиума г.Брест, 15-18 июня 2009 г. – г. Брест, 2009. с. 164-167.

Линьков Н.В. Прочностные и деформационные характеристики композиционного материала на основе эпоксидной матрицы и стеклоткани. - В сб. докладов Н.Т. конф. профессорско-преподавательского состава ИСА МГСУ– М: - МГСУ, 2010 . с. 239 – 245.