Файл: Кулиш В.И. Современные конструктивные формы клееных деревянных мостов учеб. пособие.pdf

- 24

зуются короткие доски, что повышает эффективность использова­

ния древесины и резке сокращает количество материала, идущего

вотходи.

2. По высоте поперечного сечения элемента ип слоистой дре­

весины волокна в слоях расположены параллельно, что позволяет избежать природных пороков, имеющих место в круглом лесе (ко­ сослой, свилеватость) - эго ведет к увеличению несущей способ­ ности клееного элемента по сравнению с элементом такого же по­ перечного сечения,изготовленного из дельной древесины.

3. Клееный элемент, выполненный из древесины с низким со­ держанием влаги, что необходимо из условия обеспечения хоро­ шего качества клеевого соединения, в меньшей степени подвер­ чен трещинообразовакию от усушки, чем конструкция из сырой древесины, в которой величина усушенных деформаций значитель­ но больше.

4. Применение слоистой древесины в мостовых конструкциях открывает широкие возможности в области компоновки конструк­ ции по длине из пород леса, имеющих различные прочнсс.'ныі характеристики. Такой синтез пород леса позволяет создавать различные внутренние структуры конструкции, позволяющие полу­ чить большую несущую способность по сравнению с конструкцией,

выполненной целиком из более прочной древесины.

5. Преобразование внутренней структуры конструкции можно провести в направлении улучшения строений поперечного сечения элемента. В этом случае мы руководствуемся следующими положе­ ниями. В наиболее напряженных крайних зонах элемента распо­ лагаем эаболонную, более прочную древесину, а в зонах дейст­ вия меньших напряжений, находящихся в средней части сечения,

располагаем ядровую древесину, имеющую меньшую прочность.

- 25 -

При это«, если годовые кольце элемента ориентированы выпук­ лость» вниз, а верхних - вверх, структура поперечного сече­ ния клееного элемента максимально приближается к природной структуре, свойственной строении ствола дерева.

6, Внешний вид клееішх мостов эстетически благоприятен. По­ слойное располоке1: досок в клееном элементе подчеркивает строгость конструктивных форм, а в сочетании с синтезом по­

рол, имеющих различную интенсивность окраски позволяет созда-

(

вать сооружения, по внешнему виду не имеющие себе равных. 7. Расчетные сопротивления древесины значительно выше для

кратковременно действующих нагрузок, нежели для длительно приложенных, вследствие чего динамические нагрузки, для про­ пуска которых служат мосты, не являются определяющими при проектировании сооружений из дерева.

8. В древесине, как в никаких других материалах, предель­ ное расчетное сопротивление двухкратно превышает нормативное

(длительное сопротивление). Это дает возможность в случае не­ обходимости пропускать по мосту подвижной состав, значитель­ но превышающий по весу нагрузки, регламентируемыенормами.

9, Вязкость древесины и хорошая адгезия позволяет приме­ нять для ее армирования практически любые материалы.

10. Защищая древесину клееных балок железобетонной плитой проезжей части наряду с увеличением несущей способности кле­ еных прогонов можно,кроме того,рационально регулировать на­ пряженно-деформационное состояние конструкций в целом.

11. Процесс изготовления клееных конструкций и изделий кхе-

ет больше возможностей в не .авлении механизации технологи­ ческих операций, нежели существующая в настоящее время техно­ логия изготовления конструктивных элементов из обычной-дре-

весины, когда преобладающим является руччой труд, 12. Дере о, в силу своих структурных особенностей, имеет

низкий температурный коэффициент линейного расширения,вслед­ ствие чего опорные части пролетных строений из слоистой дре­ весины очень просты в конструктивном отношении, а при неболь­ ших пролетах моста ыокно совсем отказаться от опорных частей,

заменив их рубероидными прокладками. Этот фактор имеет осо­ бое значение в районах резкого колебания температур, к кото­ рым следует отнести юхкые области Сибири и дальнего востока, 13. Антисептированная слоистая древесина не требует допол­ нительной окраски и может успешно эксплуатироваться в агрес­

сивной промышленной атмосфере.

І<*. Деревянное клееное пролетное строение с толстостенными главными балками имеет более высокую сопротивляемость разру­ шению от огня, чем незащищенное стальное, гак как на горящей поверхности образуется .защитный слой угля, при этом воздей­ ствие высоких температур в меньшей степени оказывается на прочностных показателях древесины.

15. Применение индустриальных клееных деревянных конструк­ ций в мостостроении наиболее полно отвечает особенностям строительства в отдаленных и малонаселенных районах нашей Ро­ дины, ввиду большой разбросанности и отдаленности объектов строительства от основных баз 5 трудности доставки тяжелых сборных элементов; недостаточной оснащенности строительных организаций транспортными средствами и монтажный оборудова­ нием; суровыми климатическими условиями.

После небольшого анализа, на основании которого преиму­

щества деревянных клееных конструкций очевидны, нужно гово­

рить не о возможности использования слоистой древесины в

конструкциях, а о необходимости всемерного внедрения элемен-

-27 -

тов из клееной древесины в практику мостостроения с использо­ ванием последних научных достижений .и передовых методов стро­ ительства.

5, Область применения современных конструктивных форм

Максимальное ускорение научно-технического прогресса - - важнейшая общенародная задача - это положение является од­ ним из программных тезисов Коммунистической партии Советского Союза. В области мостового строительства применение клееных ламинированных (слоистых) деревянных конструкций долано быть определено стимулированием дорожного строительства в районах богатых лесными материалами. На данном этапе развития дере­ вянных мостов индустриализацию возведения следует считать

современным направлением технического прогресса,приводящим не только к улучшению технико-экономических показателей сферы материального производства, но и к социальным результатам - - облегчению и оздоровлению труда строителей, повышению гза-

лифихацяи и культуры производства и в целом к стиранию разли­ чий между физическим и умственным трудом.

Технико-экономическая сторона индустриализации характе-'

ризуется следующими закономерностями: перенесение операций изготовления со строительной площадки в заводские условия;

снижение собственного веса конструкции при широкой использо­ вании местных материалов} сокращение продолжительности стро­ ительства.

Начальной стадии внедрения всегда сопутствуют трудности организационного порядка: отсутствие обор дования, незначи­ тельная степень автоматизации поточных линий* нвотработан-

ность технологии, трудности доставки дефицитных материалов и прочее

Из четырех общбпризяинзых -ѵіпрчвлейиН ' *ёкяячоовог&

прогрессе: «жплекспой механизации л автоматизации производ­ ственных процессов, совершенствования технологи, улучшение проектных решений и, наконец« применения новых материалов и их взаимосочетаний при организации несущей конструкции, спе­ цифическую особенность представляет последнее направление,

так как к основным материалам н их сочетаниям предъявляется,

прежде всего, требование безопасности пропуска обращающихся нагрузок. Два других исходят из условий индустриальности строительства. Это, во-первых, высокая заводскал готовность и, во-вторых, относительно небольшой вес конструкции, позво­ ляющий вести монтаж крупными элементами.

Из перечисленных в предыдущих параграфах конструктивных форм пролетных строений следует рекомендовать свободно опер­ тую балочную систему,как наиболее четкую по статической схе­ ме и простую в технологическом отношении.

Сквозные балочные конструкцій! в виде ферм, арск, раино-ба-

лочкых дисков, линз и др., хотя и приводят к экономии древе­ сины - нецелесообразны в характеризуемый период; они менее транспортабельны и более трудоемки.

Таким образом,из всего подчеркнутого здесь и описанного в предыдущих параграфах с очевидной ясностью вытекает необхо­ димость использования свободно опертых балочных систем с плитой проезжей.части из ламинированной древесины (композит­ ные плиты) пролетами 6-24 м. Сфера распространения мостов из клееных деревянных балок, объединенных о железобетонной плиtoü несколько аире и поглощает перекрываемые пролеты в ин­ тервале длин 9-33 м. Поперечные сечения клееных балок лучше выполнен прямоугольными, вследствие большей технологичности

их и яучаей приспособленности к действии скалнваданх напря­ жении .

Конструкция клеефанерных балок при тонкой стенке (б:к-

фанера) должна быть коробчатой. С выпуском толстостенной строительной фанеры толщиной до 4 - 6 си эффективными будут клеефанерные балки с волнообразной стенкой. Величина пере­ крываемых пролетов 12 ~ 24 м.

- 30 -

ГЛАВА П. ОСОБЕН"ОСТИ РАСЧЕТА ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ ДГЕВЕС'.ГМ

I.Древесина - анизотропный конструкционный материал

Известно, что теоретическая прочность материала опреде­ ляется величиной примерно на один порядок меньшей модуля уп­ ругости О тз о , І Е . Если сопоставить модули упругости стали,

бетона и древесины (Е^=2*І06кг/см2 ; Е Б=3*І05 ♦ (сІО^кг/см2 ,

Ед =-ІО5 кг/см2) с пределами прочностей этих материалов

(Сд^'Ю^кг/см2 ; 0 Б =3*102 * ^•І02кг/см2 і бд = ІО3 кг/см2),

то нохно сделать вывод, что пределы прочности стали и древе­ сины отличаются от теоретической прочности на один порядок,

бетона - на два порядка. Появление песчаного бетона,армиро­ ванного тонкой металлической сеткой,создает тонко дисперсную структуру, приводящую к увеличению прочности. Аналогичную трансформацию мы наблюдали и в древесине, когда увеличение предела ее прочности достигал сь утончением ее структуры,пу­ тем создания фанеры, древеснослоистых пластиков, а также стаям, где больше прокатные профили (двутавры, ввеллеры,

уголки) обладают значительно меньшей прочностью в сравнении с малыми (арматура).

Таким образом, утончение структуры материала ведет к по-

внвеншю его прочности. Материалы с более грубой структурой менее прочны. Но это не единственный путь получения высоко­ прочных конструкционных материалов. Интересно направление,

использующее в качестве главного приема - улучшение свойств материала путем создания композиций.

Приведем высказывания двух специалистов об отмеченных путях: "Хс ч наивысшая прочность,- пишет Аллен [Іб],-наблю-

деемая для нитевидных кристаллов хелеэа составляет около

Е /20, уже имеются большіе поковки с. прочностью В /80, а экс­ периментально достигнуто значение Е /70, следует серьезно по­ думать, стоит ли идти дальие, поскольку при таких ішіря ’ниях возникают серьезные проблемы в связи с упругой устойчивость»

и изменением формы из-за упругих деформаций".

Мнение Котгрела по поводу использования кошіозициояних маго-

риалов более оптимистично,» му него прозкальзивавт опреде­

ленная озабоченность. "Упрочнение волокнами имеет таи много преимуществ - больная прочность, стойкость к разруявикя, М №

котвмпвратурвая прочность, темпвратуриал устойчивость в деве-

вязяа, легкость и химическая пассивность материалов волокон - - что поойдимому в будущем составит основу для получения прочных инженерных материалов. Главные проблемы - Дехдояогк-

ческие" [Хб].

Таким образом, з отличие от обычных материалов, где мат­

рица вносит основной вклад в прочность,в композиции основная

и волокон является необходимым фундаментом,на котором можно возвести изящные и современные абстрактные структуры новых прогрессивных материалов.

Каковы хе потенциальные возможности материалов современ­ ных деревянных мостов?

Традиционные формы соединения элементов сопряжений при­ водят к смятию и сколV древесины иногда и под углом к волок­ нам. Исследования этого вопроса проводятся со времен Д.И. Жу­ равского, обратившего впервые внимание на' различие между ра­ диальным и тангентальным направлением в древесине при ее на­ пряжении поперек волокон и давшего весьмаинтересные объясне­ ния этому явлению. Кроме этсго,Д.И. Журавский впервые в Рос-

- 32 -

сии провел испытания древесины на прочность при сжатии и рас тяхении.

. Если считать анизотропию следствием преимущественной ориентации элементов микро- и инфоструктуры, то можно опре делить ортогональную анизотропию (ортотропность) наличием трех взаимно-перпендикулярных плоскостей симметрии строения.

Таковы,например: нечетная фанера, ДОТ, СВАМ, текстолит,стек лотекстолиты (КАСТ)* прокатные металлы, пленки ориентирован­ ных полимеров.

Если это материалы листовые слоистые (фанера,ДСП,СВАМ,.

то анизотропия в плоскости листа определяется волокнистым строением отдельных слоев и их взаимным расположением.

В случае,когда листовой материал поперечноизотропен

(траястропен), то все направления, лежащие на плоскости лис­ та, эквивалентны, и плоскость листа является плоскостью изот­ ропии.

Плоскость листа слоистых материалов может быть плос­ костью изотропии в двух случаях:

1. Если слои изотропны. Тогда анизотропия материала опре­ деляется только различием между его свойствами в плоскости листа и его свойствами в направлении,перпендикулярном плос­ кости листе.

2. Если слои анизотропны, но повернуты друг к другу: лист

вцелом имеет ось симметрии примерно 2я /5 или более высо­

кого порядка ("звёздное расположение слоев при величине уг­ ла между волокнами в смежных слоях не больше 72°).

В элементах деревянных конструкций расчетная схема анизотропии определяется формой, размерами и расположением

.сечения по отношению к годичным, кольцам. При достаточно больших размерах сечения и отсутствии правильной ориентации

-33 -

(доски, бруски, рейки) можно,как показал А.Н, Митинский,при­ ближенно считать направление волоке., древесины осы) симмет­ рии ее строения, а плоскость,перпендикулярную этой оси,- - плоскостью изотропии всех ее свойств [17].

Следует отметить, что в НиТУ 122-55, С Ф Ш П-В.4-62 дре­

весина рассматривается как материал поперечно-изотропный

(транстропный, т.ѳ. в этом случае не деласся различий мехду тангентальным и радиалыелі направлением поперек волокон. В

то же время ГОСТ 6336-52 Методы физико-механических испыта­

ний древесины" предусматривает раздельное испытание всех ви­ дов образцов в радиальном и тангентальном направлениях, а

следовательно, здесь древесина рассматривается как материал ортотропный.

В.К. Ашкенази отмечаем, что установке: де расчетных со-'

противлении необходимо производить по схеме ортогональной и

различать где это возможно, ориентировку сил не только по отношению к волокнам, во и по отношению к годичным слоям древесины [18 ]. Впервые вопрос о зависимости прочности дре­

весины от направления вояокон теоретически *ия рассмотрен в

1939 году Медиссонской лабораторией лесных продуктов.

Вообще говоря, д ’я древесины всех пород характера. силь­ но выраженная анизотропия. Ее модули упругости вдоль и попе­

рек волокон отличают ,і почти в двадцать раз, а пределы проч­

ности в 40 раз, больше того,экспериментальные исследования,

проведенные нами и рядом других авторов,показывают, что мо­