Применение термически поврежденной древесины в деревоклееных балочных конструкциях. C. 168-181

УДК

691.11

DOI:

10.37482/0536-1036-2024-1-168-181

Аннотация

Приведены результаты экспериментальных исследований деревоклееных балочных конструкций, выполненных с применением ламелей, изготовленных из деревьев сосны, частично поврежденных в лесонасаждениях. Цель – изучение напряженно-деформированного состояния деревоклееных балочных конструкций с применением древесины, нарушенной термическим воздействием лесного пожара. Ранее авторами выполнен значительный объем исследований физико-механических и прочностных свойств термически поврежденной древесины сосны, установлены зависимости прочностных характеристик древесины от степени огневого повреждения, мест отбора древесины по высоте ствола. Перед началом описанного в статье эксперимента на крупномасштабных моделях в программном комплексе «Лира 10.12» проведены численные исследования 4 серий однопролетных балок пролетом 6,0 м и сечением 140×500 мм, изготовленных в верхней и нижней частях сечения из древесины сосны 1-го сорта, а в средней части – из термически поврежденной древесины сосны. Выполнен сопоставительный анализ балок с различной долей замещения здоровой древесины сосны на ослабленную огневым воздействием пожара по высоте сечения: 76, 62, 51 и 36 %. В результате численного расчета исследуемых балок с применением выведенного коэффициента запаса (1,136) определена их фактическая несущая способность. Установлено, что снижение несущей способности балок БК-2 составляет 12,2 кН, это 16,05 % относительно эталонной балки БК-5, выполненной полностью из древесины сосны 1-го сорта; балок БК-4 – 7,4 кН, 9,74 % относительно балки БК-5. Разница между расчетными и экспериментальными разрушающими нагрузками равняется 9,5…14,3 %. Введение коэффициента запаса 1,136 при численном расчете обеспечивает достаточную сходимость расчетных и экспериментальных данных – погрешность составляет 3 %. Несущая способность эталонной балки БК-5 – 12,38 кН/м, балок БК-1– БК-4 – 8,53…12,06 кН/м, относительное снижение несущей способности не превышало 31,1…32,5 %. Установлено, что балка БК-4 с 34 % термически поврежденной древесины сосны позволяет обеспечить несущую способность на 97,5 % относительно балок, полностью выполненных из древесины сосны 1-го сорта.

Сведения об авторах

В.А. Мартынов, аспирант; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6570-0265
М.С. Лисятников, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: V-6057-2018,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5262-6609
А.В. Лукина, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: O-1352-2016,
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6065-678X
С.И. Рощина*, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: A-7722-2019,
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0356-1383

Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых, ул. Горького, д. 87, г. Владимир, Россия, 600000; martinov3369@gmail.com, mlisyatnikov@mail.ru, pismo.33@yandex.ru, rsi3@mail.ru*

Ключевые слова

древесина сосны, термически поврежденная древесина сосны, моделирование, деревоклееная балочная конструкция, деревокомпозитная балка, прочность, ресурсосбережение, лесной пожар

Для цитирования

Мартынов В.А., Лисятников М.С., Лукина А.В., Рощи- на С.И. Применение термически поврежденной древесины в деревоклееных балочных конструкциях // Изв. вузов. Лесн. журн. 2024. № 1. С. 168–181. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2024-1-168-181

Литература

1. Баланцева Н.Б., Мелехов В.И., Калиничева О.А. Совершенствование метода расчета процесса конвективной сушки пиломатериалов // Изв. вузов. Лесн. журн. 2018. № 4. С. 132–139. https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2018.4.132
2. Губенко Л.А., Хандов М.Г. Возможность применения низкосортной древесины в клееных деревянных конструкциях // Строительная наука – XXI век: теория, образование, практика, инновации Северо-Арктическому региону: сб. тр. VII Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 100-летию со дня рождения ученых СПбГАСУ (ЛИСИ) В.А. Лебедева, В.А. Трулля, Е.И. Светозаровой, Архангельск, 28–30 июня 2016 г. / САФУ им. М.В. Ломоносова, СПбГАСУ, Ассоц. выпускников АГТУ, РААСН, М-во стрва Архангельской обл., Союз проф. строителей, Союз проектировщиков, Ассоц. инж. изыскания в стр-ве; отв. ред. Б.В. Лабудин. Архангельск: Агентство рекламы РАД, 2016. С. 64–68.
3. Лабудин Б.В., Морозов В.С., Попов О.Н., Никитина Т.А., Орлов А.О. Сопротивление клееной древесины растяжению под различными углами к направлению волокон // Строит. механика и расчет сооружений. 2019. № 3(284). С. 12–17.
4. Лукина А.В., Лисятников М.С., Мартынов В.А., Рощина С.И. Прочность и деформативность сырьевой древесины после огневого воздействия // Строительство и реконструкция. 2022. № 6(104). С. 40–49. https://doi.org/10.33979/2073-7416-2022-104-6-40-49
5. Найчук А.Я., Погорельцев А.А., Серов Е.Н. Теория и практика дальнейшего развития деревянных конструкций. Ч. 1. Нагрузки, расчетные сопротивления и длительная прочность древесины // Промышл. и гражд. строительство. 2018. № 6. С. 38–44.
6. Никитина А.В., Исакова В.В., Ашихмина А.А. Древесина и клеи, применяемые при изготовлении клееных деревянных конструкций // Интеграция наук. 2018. № 8(23). С. 431–433.
7. Патент № 2587215 C1 РФ, МПК E04B 1/10 (2006.01), E04B 2/70 (2006.01). Деревянный клееный строительный элемент, способ возведения стеновых конструкций из деревянных клееных строительных элементов: № 2015103127/03: заявл. 30.01.2015: опубл. 20.06.2016 / К.В. Иванов.
8. Пирцхалава-Карпова Н.Р., Карпов А.А., Козловский Е.Е., Грищенко М.Ю. Защита еловых лесов от вспышек Ips typographus (обзор) // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 4. С. 55–67. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2021-4-55-67
9. Погорельцев А.А., Пятикрестовский К.П. Дальнейшее развитие и совершенствование норм проектирования конструкций из древесины // Промышл. и гражд. строительство. 2019. № 3. С. 35–41. https://doi.org/10.33622/0869-7019.2019.03.35-41
10. Пятикрестовский К.П., Травуш В.И., Погорельцев А.А., Клюкин А.А. Разработка конструкций из цельной древесины для объектов инфраструктуры // International Journal for Computational Civil and Sctructural Engineering. 2018. Т. 14, № 1. С. 145–154. https://doi.org/10.22337/2587-9618-2018-14-1-145-154
11. Тюрина О.Е. Повышение прочности и жесткости деревоклееных балочных элементов с армированием композитными стержнями: дис. … канд. техн. наук. Архангельск, 2022. 128 с.
12. Arefyev S.P. West Siberian Latitundial Xylomycological Scale and Its Use for Indicating Forest Conditions. Contemporary Problems of Ecology, 2018, vol. 11, iss. 5, pp. 527–541. https://doi.org/10.1134/S1995425518050037
13. Castillo M.E., Garfias R., Plaza Á. Effects of Fire on Forest Communities and Sclerophyllous Scrubs in Central Chile as a Basis for the Formulation of Restoration Guidelines. Forestist, 2021, vol. 71, iss. 1, pp. 9–17. https://doi.org/10.5152/forestist.2020.20042
14. Lisyatnikov M., Lukina A., Chibrikin D., Labudin B. The Strength of Wood-Reinforced Polymer Composites in Tension at an Angle to the Fibers. Proceedings of MPCPE 2021. Lecture Notes in Civil Engineering. Cham, Springer, 2022, vol. 182, pp. 523–533. https://doi.org/10.1007/978-3-030-85236-8_46
15. Lukin M., Prusov E., Roshchina S., Karelina M., Vatin N. Multi-Span Composite Timber Beams with Rational Steel Reinforcements. Buildings, 2021, vol. 11, iss. 46. https://doi.org/10.3390/buildings11020046
16. Lukina A., Lisyatnikov M., Lukin M., Vatin N., Roschina S. Strength Properties of Raw Wood after a Wildfire. Magazine of Civil Engineering, 2023, iss. 3(119), art. no. 11907. https://doi.org/10.34910/MCE.119.7
17. Lukina A., Lisyatnikov M., Martinov V., Chernykh A., Roschina S. Mechanical and Microstructural Changes in Post-Fire Raw Wood. Architecture and Engineering, 2022, vol. 7, iss. 3, pp. 44–52. https://doi.org/10.23968/2500-0055-2022-7-3-44-52
18. Scandelli H., Ahmadi-Senichault A., Richard F., Lachaud J. Simulation of Wood Combustion in PATO Using a Detailed Pyrolysis Model Coupled to fireFoam. Applied Sciences, 2021, vol. 11, iss. 22, art. no. 10570. https://doi.org/10.3390/app112210570
19. Suzuki J., Mizukami T., Naruse T., Araki Y. Fire Resistance of Timber Panel Structures Under Standard Fire Exposure. Fire Technology, 2016, vol. 52, pp. 1015–1034. https://doi.org/10.1007/s10694-016-0578-2
20. Veselkin D., Kuyantseva N., Pustovalova L., Mumber A. Trends in Forest Fire Occurrence in the Ilmensky Nature Reserve, Southern Urals, Russia, between 1948 and 2014. Forests, 2022, vol. 13, iss. 4, art. no. 528. https://doi.org/10.3390/f13040528
21. Yang Y., Hu X., Han M., He K., Liu B., Jin T., Cao X., Wang Y., Huang J. Post-Rire Temporal Trends in Soil Properties and Revegetation: Insights from Different Wildfire Severities in the Hengduan Mountains, Southwestern China. Catena, 2022, vol. 213, art. no. 106160. https://doi.org/10.1016/j.catena.2022.106160