Інженерна методика розрахунку елементів із комбінованої клеєної деревини

Анотація

Широкий світовий досвід упровадження будівельних конструкцій із деревини, зокрема з клеєної деревини, різноманітного призначення підтверджує доцільність їх використання. Цьому сприяє той факт, що клеєна деревина ефективно акумулює позитивні властивості деревини як конструкційного матеріалу, насамперед порівняно високу міцність, і дає змогу значною мірою нівелювати недоліки цільної деревини. Одним із видів конструкцій із клеєної деревини є конструкції з комбінованої клеєної деревини.

Враховуючи структуру і особливості роботи елементів із комбінованої клеєної деревини прямокутного поперечного перерізу, для детального аналізу напружено-деформованого стану запропоновано методику, яка полягає у застосуванні до стандартних формул розрахунку приведених характеристик поперечного перерізу: приведеної площі, приведеного моменту інерції, приведеного моменту опору. Для розрахунку елементів із комбінованої клеєної деревини прямокутного поперечного перерізу за другим граничним станом (експлуатаційною придатністю) запропоновано використовувати приведений модуль пружності перерізу до дощок зовнішніх шарів.

Для аналізу запропонованої методики проведено низку чисельних досліджень балок із комбінованої та клеєної деревини одного класу міцності з застосуванням аналітичних методик розрахунку та за допомогою методу скінченних елементів у програмному комплексі (ПК) ЛІРА–САПР, із використанням об’ємних і плоских скінченних елементів.

Із проведених чисельних досліджень видно, що результати розрахунків балок із комбінованої клеєної і з клеєної деревини одного класу міцності різняться у межах 20 % у бік збільшення значень прогинів та нормальних напружень в елементах із комбінованої клеєної деревини.

Розрахунки методом скінченних елементів у програмному комплексі ЛІРА–САПР балок із комбінованої та клеєної деревини одного класу міцності, змодельованих об’ємними та плоскими скінченними елементами, показали майже повний збіг результатів із розбіжністю до 2 %, що дає змогу стверджувати про необхідність, із метою суттєвого спрощення моделювання, задавати елементи з клеєної деревини плоскими скінченними елементами.

Аналітичний розрахунок балок із комбінованої клеєної деревини рекомендують проводити за запропонованою у роботі методикою, що дає змогу враховувати товщину і механічні характеристики для класу міцності кожної дошки, з якої складається клеєний поперечний переріз елемента, що значно розширює діапазон використання комбінованої клеєної деревини.

Підтверджено високий рівень збігу (в межах 5 %) запропонованої аналітичної методики з визначенням приведених характеристик перерізу з результатами, одержаними методом скінченних елементів для різних перерізів та прольотів балок, що дає змогу стверджувати про доцільність її застосування в інженерних розрахунках. Крім того, моделювання конструкцій із комбінованої клеєної деревини можливе стрижневими елементами з наданням їм приведеного модуля пружності за запропонованою методикою, що значно спрощує розрахунок складних стрижневих систем.

Ключові слова: клеєна деревина, аналітична методика розрахунку, метод скінченних елементів, конструкції із клеєної деревини, приведені геометричні характеристики перерізу, приведений модуль пружності.