Деревянная балка

Полезная модель относится к строительству, в частности, к строительству несущих стропильных конструкций покрытия. Техническим результатом предлагаемой полезной модели является снижение деформативности балок и увеличение прочности и надежности приопорных участков на действие сдвигающих усилий. Указанный технический результат достигается тем, что в опорных зонах балки выполняются отгибы нижней продольной арматуры, выполняющие роль анкеров.

Полезная модель относится к области строительства и может найти применение при проектировании и изготовлении армированных деревянных балок.

Первые разработки и исследование клееных армированных деревянных конструкций были проведены X.Гранхольмом (Швеция). Соединение арматуры с древесиной в этих конструкциях выполнялось с помощью эпоксидных и фенолоформальдегидных клеев.

Первый опыт применения армирования был осуществлен под руководством X.Гранхольма шведской фирмой «ABN Tohnson», которая наладила выпуск широкого ассортимента клееных армированных балок 42 типоразмеров.

В Финляндии фирма «Hackman» запатентовала и освоила производство клееных армированных балок пролетами до 30 м. Арматура квадратного сечения 14×14 мм вклеивалась в продольные пазы двух смежных слоев досок. При этом плоскости паза направлены под углом 90 градусов, в то время как по отношению к пласти угол составлял 45 градусов.

Е.А.Подберезкин предложил усиление деревянных балок металлической арматурой, имеющей на концевых участках отгибы в виде петли. Такое техническое решение увеличило зону анкеровки продольной арматуры и снизило податливость концевых участков. Однако отсутствие теории расчета армированных деревянных конструкций и надежного способа соединения арматуры с древесиной в те годы не дали дальнейшего развития предложенному решению.

Для увеличения зоны анкеровки продольных стержней с целью повышения эксплуатационной надежности опорных сечений клееных деревянных балок предложил производить армирование клееных деревянных балок полу каркасами. Сущность этого метода заключается в том, что к концевым участкам продольной арматуры жестко присоединены поперечные стержни, установленные в предварительно просверленные отверстия и соединенные с деревянной частью конструкции при помощи клея. Предложенное техническое решение способно воспринимать сдвиговые деформации продольной арматуры относительно древесины, но не повышает прочность опорной части конструкций на действие касательных напряжений при изгибе ввиду малого количества поперечных стержней. Кроме того, усиление предусматривает вклеивание поперечных стержней под прямым углом к волокнам, что не эффективно при армировании поперечных сечений. Увеличение количества поперечных стержней приведет к увеличению трудоемкости изготовления конструкций и снижает их эффективность.

В.И.Кулиш предложил усиливать приопорные зоны клееных деревянных балок металлическим вертикальным листом, установленным в прорезь балки и соединенным с ней клеевой прослойкой. Предложенный конструктивный прием усиления был направлен на увеличение несущей способности клееной балки на смятие в опорной зоне. Но идея не нашла применения, так как в результате различных температурно-влажностных деформаций листа и балки в местах соединения возникают значительные деформации и усилия, ослабляющие прочность балки в опорной зоне. Эта проблема была решена при использовании в качестве вертикального листа бакелизированной фанеры. Учитывая большую жесткость листа в вертикальном направлении, данное усиление опорной зоны клееных деревянных балок способно воспринимать касательные напряжения при изгибе при условии обеспечения надежного соединения между листом и деревянной частью конструкции.

Применительно к клееным деревянным изгибаемым элементам без продольного армирования, с целью снижения влияния анизотропии древесины на несущую способность конструкций в приопорной зоне в ЦНИИСК им. Кучеренко совместно с МИСИ, а также в ЛИСИ и др., разработаны технические решения усиления балок при помощи вклеенных металлических стержней, устанавливаемых в предварительно просверленные отверстия под углом к волокнам древесины вдоль главных растягивающих напряжений.

Для восприятия главных напряжений армированных балок В.Ю.Щуко и С.В.Климков предложили производить усиление опорных зон путем вклеивания металлических пластин в продольные пропилы с торцов клееной заготовки.

В практике строительства Московской области были применены гнутоклееные деревянные балки с продольным и поперечным армированием. Поперечное армирование выполнялось из отдельных арматурных стержней, установленных в зоне действия максимальных напряжений растяжения поперек волокон и в опорной зоне. Экспериментальные исследования таких конструкций показали хорошие результаты, однако было высказано пожелание соединить в единый каркас продольное и поперечное армирование.

Для покрытий складов минеральных удобрений НИИпромстроем (г.Уфа) разработаны и внедрены в строительство балки, армированные предварительно напряженными стальными стержнями.

Прототипом разработанной балки может являться деревянная балка составного сечения на наклонно вклеенных стержнях (патент 2173376, E04C 3/14 от 08.06.2000, опубл. 10.09.2001), авторы Меркулов А.Т., Турковский С.Б., Грилль А.А., Сазонов А.И. Изобретение относится к строительству и может быть использовано при сооружении пространственных и плоских покрытий и перекрытий. Изобретение направлено на создание деревянных балок составного сечения на наклонно вклеенных связях, обеспечивающих сплачивание соединяемых между собой элементов таким образом, чтобы они работали как одно целое. Поставленная цель достигается за счет того, что соединительные элементы - металлические стержни установлены под углом в пределах от 30° до 45°, с шагом S, лежащим в интервале h>s>10d, где h - высота сечения балки, d - диаметр стержней, при этом стержни заглублены в нижнем элементе балки на глубину 1>20d. Технический результат изобретения - повышение прочности соединения.

Недостатком балки составного сечения является то, что она обладает податливостью в зоне стыка по длине, что увеличивает ее деформативность и уменьшает несущую способность.

Техническим эффектом предложенной полезной модели является сокращение приведенных затрат при производстве балок на 914%. Расход древесины и клея для склеивания деревянной заготовки сокращается на 14%, расход стали по сравнению на 9%. При этом сокращается трудоемкость изготовления на 19% за счет исключения затрат на поперечное армирование, практически в 2 раза происходит сокращение времени на вклеивание арматуры.

Технический результат достигается тем, что в деревянной балке в нижней растянутой зоне пакета установлена продольная арматура с отгибами, а в верхней сжатой зоне - продольная арматура с обрывом на опорах, в сечении, проходящем через точку перегиба арматуры растянутой зоны.

Предложенная деревянная балка состоит из клееного пакета из досок 1, в который в нижней растянутой зоне произведено вклеивание продольной арматуры с отгибами 2. В верхней сжатой зоне также вклеена продольная арматура 3 с обрывом на опорах.

В результате экспериментально-теоретических исследований армированных балок, проведенных во Владимирском университете, был определен характер рационального размещения арматуры по траекториям главных растягивающих деформаций, что в свою очередь обеспечивает прочность приопорных сечений на действие сдвигающих усилий. Арматуру растянутой зоны предлагалось размещать по линиям главных растягивающих деформаций путем отгиба стержней в приопорных участках в сторону сжатой зоны. Результаты эксперимента показали, что величина усилий, возникающих в отгибе, в 2-3 раза меньше, чем в продольной арматуре в середине пролета конструкции. Количество арматуры, размещаемой в растянутой зоне достаточно для того чтобы ее отогнутая часть воспринимала сдвигающие усилия в приопорных зонах, что позволяло исключить поперечное армирование опорной зоны, необходимое для восприятия касательных напряжений в «высоких» балках.

Деревянная балка, состоящая из клееного пакета досок и вклеенной в него арматуры, отличающаяся тем, что в нижней растянутой зоне пакета установлена продольная арматура с отгибами, а в верхней сжатой зоне - продольная арматура с обрывом на опорах, в сечении, проходящем через точку перегиба арматуры растянутой зоны, при этом отгибы концов арматуры в нижней зоне производят кверху под углом к продольной оси конструкции.