Влияние жесткости связей сдвига при расчете ребристых панелей на деревянном каркасе

УДК

624.078.4+624.011.2

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2016.4.136

Аннотация

Ребристые плиты и панели с обшивками из листовых (плитных) материалов используют при строительстве гражданских, промышленных и сельскохозяйственных зданий и сооружений. Они являются универсальными ограждающими и несущими конструкциями, могут использоваться в качестве покрытий, перекрытий, стенового ограждения. Плиты покрытий выполняют одновременно функции прогонов, настила, подшивки, обеспечивают теплозащиту здания. Их отличает унифицированность, высокая степень заводской готовности, возможность заводского контроля прочностных, звуко- и теплоизолирующих свойств, невысокая плотность используемых материалов, благодаря чему снижаются затраты на устройство фундаментов зданий. Стоимость фанеры возрастает за счет роста стоимости сырья и низкого коэффициента полезного выхода готовой продукции, в качестве обшивок плит покрытий и перекрытий за последние годы стали применять  oriented strand boards – плиты OSB. Стоимость этих плит ниже стоимости фанеры, так как сырьем для них является преимущественно древесина мягколиственных пород. В статье представлено исследование напряженно-деформированного состояния панелей на деревянном каркасе с обшивкой из OSB для различных вариантов соединений с ребрами. Для проведения численного эксперимента при прочностном и деформационном анализе конструкций методом конечных элементов был использован программный вычислительный комплекс Scad Office 21.1. Установлен характер распределения напряжений в обшивке панели перекрытия, работающей в составе всей конструкций, а также влияние жесткости связей сдвига на распределение напряжений в обшивке. Выявлено влияние сдвиговой жесткости податливых дискретных связей на коэффициент приведения, характеризующий неравномерность распределения нормальных сжимающий напряжений в поперечном сечении обшивки, определены коэффициенты составности, учитывающие податливость связей при определении прогиба и проверке прочности составных конструкций. По результатам исследования установлено, что увеличение диаметра винтов без постановки дополнительных усиливающих элементов (когтевых шайб) не оказывает существенного влияния на долю участия обшивки в работе панели на изгиб, применение комбинированных соединений с когтевыми шайбами «Bulldog» способствует эффективному вовлечению сжатой обшивки в работу панели.

Сведения об авторах

Е.В. Попов, асп.

В.В. Филиппов, бакалавр

В.И. Мелехов, д-р техн. наук, проф.

Б.В. Лабудин, д-р техн. наук, проф.

Т.В. Тюрикова, канд. техн. наук

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова,

наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002;

e-mail: EPV1989@yandex.ru

Ключевые слова

ребристая панель, жесткие связи, клеевое соединение, дискретные связи, нагельные соединения, прочность, деформативность, податливость, составность

Литература

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Жаданов В.И. Малоэтажные здания и сооружения из совмещенных ребристых конструкций на основе древесины: автореф. дисс. … д-ра техн. наук. Красноярск, 2008. 38 с.

2. Кавелин А.С. Исследование работы на сдвиг гвоздевого соединения обшивки и ребра деревянной стеновой панели // Строительство-2014. Современные проблемы промышленного и гражданского строительства: материалы междунар. науч.-практ. конф. М.: Ин-т пром. и гражд. стр-ва, 2014. С. 98–100.

3. Карельский А.В. Технология изготовления составных деревянных конструкций с металлическими зубчатыми пластинами: дисс. … канд. техн. наук. Архангельск, 2015. 138 с.

4. Карлсен Г.Г., Большаков В.В., Каган М.Е. Конструкции из дерева и пластмасс. М.: Стройиздат, 1975. 686 с.

5. Карпиловский B.C., Криксунов Э.З., Маляренко А.А., Микитаренко А.А., Перельмутер А.В., Перельмутер М.А. Вычислительный комплекс SCAD. М.: СКАД СОФТ, 2007. 592 с.

6. Лабудин Б.В., Воронков С.А, Гмырина А.П., Русланова А.П. Исследование прочности стеновых панелей на деревянном каркасе для условий Крайнего Севера // Строительная наука – XXI век. Теория, образование, практика, инновации – Северо-Аркт. региону: сб. тр. Междунар. научно-техн. конф., г. Архангельск, 28–30 июня 2015 г. / Под ред. Б.В. Лабудина. СПб.: Свое издательство, 2015. 457 с.

7. Лабудин Б.В., Мелехов В.И., Хохлунов А.Н. Инженерный расчет ребристых плит покрытия с обшивками из древесно-композиционных материалов // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2009. № 24. С. 100–103.

8. Попов Е.В., Лабудин Б.В., Мелехов В.И. Испытание на сдвиг элементов деревянных конструкций, соединенных с применением зубчатых шайб «Bulldog» // Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения: материалы Междунар. акад. чтений.  Курск: Курск. гос. ун-т,  2015. С. 189–198.

9. СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07–85*. М.: ОАО ЦПП, 2011. 80 с.

10. СП 64.13330.2011. Деревянные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-22–81. М.: Стройиздат, 2011. 88 с.

11. Украинченко Д.А. Деревянные унифицированные панельные конструкции с клеедощатой обшивкой: автореф. дисс. … канд. техн. наук. Оренбург, 2011. 21 с.

12. Черных А.Г., Черных А.С., Коваль П.С., Григорьев К.С. Прочность и жесткость стеновых панелей на деревянном каркасе // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 3. С. 171.

13. DIN EN 300–2006. Oriented Strand Boards (OSB). Definitions, classification and specifications. German version. EN 300:2006.

14. Grandmont Jean-Frédéric. Measurement of OSB properties and their variability for modeling purposes/ Jean-Frédéric Grandmont, ing. jr.

15. Karacabeyli Erol, Lau P., Henderson C.R., Meakes F.V., Deacon W. Design rated oriented strandboard in CSA standards // Canadian journal of civil engineering. 1996.
Р. 431–443.

Поступила 15.03.16

Ссылка на английскую версию:

Effect of Shear Connections Rigidity in Calculating the Ribbed Panelson a Wooden Frame

UDC 624.078.4+624.011.2

DOI: 10.17238/issn0536-1036.2016.4.136

Effect of Shear Connections Rigidity in Calculating the Ribbed Panels

on a Wooden Frame

E.V. Popov, Postgraduate Student

V.A. Filippov, Bachelor

V.I. Melekhov, Doctor of Engineering Sciences, Professor

B.V. Labudin, Doctor of Engineering Sciences, Professor

T.V. Tyurikova, Candidate of Engineering Sciences, Senior Lecturer

Northen (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, 163002, Arkhangelsk, Russian Federation; e-mail: EPV1989@yandex.ru

Ribbed plates and panels with coatings of leaf (MDF) materials are used in the construction of civil, industrial and agricultural buildings and structures. They are the universal enclosing and supporting structures and can be used as coatings, floorings, wall envelopes. Coating plates serve simultaneously as lintels, flooring, boarding, provide thermal protection of buildings. They are characterized by commonality, high degree of prefabrication, factory inspection of the strength, acoustic and thermal insulation properties, low density of the used materials that reduce the cost of the building foundations. The plywood cost increases due to the rising cost of the raw materials and low efficiency of the output of finished products. The oriented strand boards – OSB-plates have been used as the cladding panel covers and floorings in recent years. The cost of these plates is below the plywood cost, as their raw material is mostly the wood of the soft-wooded broadleaved species. The article presents a study of the stress-strain state of the panels on a wooden frame with an OSB coatg with the variants of connecting with the ribs. A software computer complex “Scad Office 21.1” is used for the numerical experiment for the strength and deformation analysis of structures by the finite element method. The character of the stress distribution in the flooring panel cover, working as a part of the whole structure, as well as the effect of the shear connections rigidity on the stress distribution in the coating are determined. The effect of shear rigidity of compliant digital connections on the reduction coefficient, characterizing the uneven distribution of normal compressive stresses in the cross-section of a coating is determined; the composition coefficients, taking into account the compliance of connections in determining the deflection and the strength of composite structures, are obtained. The increase in the diameter of the screws without the additional reinforcing elements (claw-type washers) has no significant effect on the proportion of the covering involvement in the activity of the panel in bending. The use of the compounds with claw-type washers “Bulldog” contributes to the effective involvement of the compressed covering in the process.

Keywords: ribbed panel, rigid connection, adhesive bonding, digital connection, dowel joint, strength, deformability, compliance, сomposition.

REFERENCES 

1. Zhadanov V.I. Maloetazhnye zdaniya i sooruzheniya iz sovmeshchennykh rebristykh konstruktsiy na osnove drevesiny: avtoref. dis. … d-ra tekhn. nauk [Low-Rise Buildings and Structures of the Combined Ribbed Constructions on the Basis of Wood: Dr. Eng. Sci. Diss. Abs.]. Krasnoyarsk, 2008. 38 p.

2. Kavelin A.S. Issledovanie raboty na sdvig gvozdevogo soedineniya obshivki i rebra derevyannoy stenovoy paneli [Research of the Work on a Shift of the Nailed Connection of Siding and a Rib of a Wooden Wall Panel]. Stroitel'stvo – 2014. Sovremennye problemy promyshlennogo i grazhdanskogo stroitel'stva: materialy mezhdunar. nauch.-prakt. konf. [Building – 2014. Modern Problems of Industrial and Civil Construction: Proc. Intern. Sci. Pract. Conf.]. Moscow, 2014, pp. 98–100.

3. Karel'skiy A.V. Tekhnologiya izgotovleniya sostavnykh derevyannykh konstruktsiy s metallicheskimi zubchatymi plastinami: dis. … kand. tekhn. Nauk [Manufacturing Technology of Composite Wood Structures with Punched Metal Plates: Cand. Eng. Sci. Diss.]. Arkhangelsk, 2015. 138 p.

4. Karlsen G.G., Bol'shakov V.V., Kagan M.E. Konstruktsii iz dereva i plastmass [Structures of Wood and Plastic]. Moscow, 1975. 686 p.

5. Karpilovskiy B.C., Kriksunov E.Z., Malyarenko A.A., Nikitarenko M.A. Perel’muter A.V., Perel’muter M.A. Vychislitel'nyy kompleks SCAD [The Computing Complex SCAD]. Moscow, 2014. 592 p.

6. Labudin B.V., Voronkov S.A, Gmyrina A.P., Ruslanova A.P. Issledovanie prochnosti stenovykh paneley na derevyannom karkase dlya usloviy Kraynego Severa [Research of the Strength of Wall Panels on a Wooden Frame for the Far North]. Stroitel'naya nauka – XXI vek. Teoriya, obrazovanie, praktika, innovatsii – Severo-Arkticheskomu regionu: sb. tr. Mezhdunar. nauchno-tekhn. konf., g. Arkhangel'sk, 28–30 iyunya 2015 g. [Construction Science – XXI Century. Theory, Education, Practice, Innovation to the North-Arctic Region: Proc. Intern. Sci. Eng. Conf., Arkhangelsk, 28–30 June, 2015]. St. Petersburg, 2015. 457 p.

7. Labudin B.V., Melekhov V.I., Khokhlunov A.N. Inzhenernyy raschet rebristykh plit pokrytiya s obshivkami iz drevesno-kompozitsionnykh materialov [Engineering Calculation of Ridge Cover Plates with the Shells of Wood-Composite Materials]. Aktual'nye problemy lesnogo kompleksa, 2009, no. 24, pp. 100–103.

8. Popov E.V., Labudin B.V., Melekhov V.I. Ispytanie na sdvig elementov derevyannykh konstruktsiy, soedinennykh s primeneniem zubchatykh shayb “Bulldog” [Testing of the Shear Elements of Wooden Structures, Coupled with the Use of Claw Plates “Bulldog”]. Bezopasnost' stroitel'nogo fonda Rossii. Problemy i resheniya [Security of the Russian Building Fund. Problems and Solutions]. Kursk, 2015, pp. 189–198.

9. SP 20.13330.2011. Nagruzki i vozdeystviya. Aktualizirovannaya redaktsiya SNiP 2.01.07–85* [Building Regulation 20.13330.2011. Loads and Effects. The Updated Edition of SNiP 2.01.07-85 *]. Moscow, 2011. 80 p.

10. SP 64.13330.2011. Derevyannye konstruktsii. Aktualizirovannaya re-daktsiya SNiP II-22–81 [Building Regulation 64.13330.2011. Wooden Structures. The Updated Edition of SNiP II-22-81]. Moscow, 2011. 88 p.

11. Ukrainchenko D.A. Derevyannye unifitsirovannye panel'nye konstruktsii s kleedoshchatoy obshivkoy: avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk [Wooden Unified Panel Constructions with Glued Board Sheathing: Cand. Eng. Sci. Diss. Abs.]. Orenburg, 2011. 21 p.

12. Chernykh A.G., Chernykh A.S., Koval' P.S., Grigor'ev K.S. Prochnost' i zhestkost' stenovykh paneley na derevyannom karkase [The Strength and Stiffness of the Wall Panels on a Wooden Frame]. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya [Modern Problems of Science and Education], 2012, no. 3. 171 p.

13. DIN EN 300–2006. Oriented Strand Boards (OSB) – Definitions, Classification and Specifications. German Version. EN 300:2006.

14. Grandmont Jean-Frédéric. Measurement of OSB Properties and Their Variability for Modeling Purposes. 2008.

15. Karacabeyli Erol, Lau P., Henderson C.R., Meakes F.V., Deacon W. Design Rated Oriented Strandboard in CSA Standards. Canadian Journal of Civil Engineering, 1996, pp. 431–443.

Received on March 15, 2016