Прочность и деформативность деревянных конструкций, армированных отработанными полотнами ленточных пил

В России всё больше расширяется объём выпускаемой пилопродукции, получаемой за счёт раскроя крупномерных брёвен на ленточнопильных станках. Полотна ленточных пил отрабатывают от 20 до 500 часов, и технология их вторичного использования в настоящее время не предусмотрена. Создание эффективного метода армирования деревянных конструкций отработанными полотнами ленточных пил позволит повысить их показатели несущей способности, жёсткости и эксплуатационной надёжности. Предполагается, что по сочетанию прочностных показателей и технологичности новые армированные деревянные конструкции будут соответствовать существующим аналогам, а по экономическим показателям – превосходить их. Новизна исследования состоит во вторичном использовании техногенных отходов деревообрабатывающих производств в строительстве зданий и сооружений, что позволит с достаточной степенью достоверности обосновать эффективность предложенного метода армирования деревянных конструкций. В статье исследуются балки из цельной древесины длиной 6 метров сечением 100×200 мм, испытания производятся на изгиб. Выполнено численное моделирование плоского напряжённого состояния методом конечных элементов. Несущая способность балки с армированием отработанными полотнами ленточных пил увеличилась в 1,5 раза в сравнении с неармированной балкой.

1. Киселев С.В., Блохин А.В., Дулевич А.Ф. Ленточные пилы с повышенной долговечностью полотна // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2016. № 46. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/lentochnye-pily-s-povyshennoy-dolgovechnostyu-polotna (дата обращения: 24.03.2023).

2. Журавлева Л.Н., Девятловская А.Н. Основные направления использования древесных отходов // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2007. № 18. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/osnovnyenapravleniya-ispolzovaniya-drevesnyh-othodov (дата обращения: 24.03.2023).

3. Спицын И.Н. Анализ устойчивости и напряженного состояния ленточных пил для раскроя древесины // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2011. № 29. URL:https://cyberleninka.ru/article/n/analizustoychivosti-i-napryazhennogo-sostoyaniya-lentochnyh-pil-dlya-raskroya-drevesiny (дата обращения: 24.03.2023).

4. Воробьев А.А., Спицын И.Н., Кравченко Н.В., Очирова Л.А., Филиппов Ю.А. Исследование влияния вибрации механизма резания дереворежущего ленточнопильного станка на качество поверхности древесины // Успехи современной науки. 2017. Том 4. № 4. С. 178-184.

5. Luca V.De., Marano C. Prestressed glulam timbers reinforced with steel bars. Construction and Building Materials. 2012. Vol. 30. Pp. 206-217. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2011.11.016. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061811006465.

6. Peixoto L.S., Soriano J., Mascia N.T., Pellis B.P. Bending behavior of steel bars reinforced glulam beams considering the homogenized cross section. Wood Material Science and Engineering. 2021. Vol. 17. Pp. 1-7. doi: 10.1080/17480272.2021.1900392.

7. Gribanov A.S., Rimshin V.I., Roshchina S.I. Experimental investigations of composite wooden beams with local wood modification. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 687. Pp. 033039. doi: 10.1088/1757-899X/687/3/033039.

8. Yang H., Liu W., Lu W., Zhu S., Geng Q. Flexural behavior of FRP and steel reinforced glulam beams: Experimental and theoretical evaluation. Construction and Building Materials. 2016. Vol. 106. Pp 550-563. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2015.12.135.

9. Novosel A., Sedlar T., Čizmar D., Turkulin H., Živković V.. Structural reinforcement of bi-directional oak-wood lamination by carbon fibre implants. Construction and Building Materials. 2021. Vol. 287. Pp. 123073. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2021.123073.

10. Işleyen Ü.K., Kesik H.İ. Experimental and numerical analysis of compression and bending strength of old wood reinforced with CFRP strips. Structures. 2021. Vol. 33. Pp. 259-271. doi: 10.1016/j.istruc.2021.04.070.

11. Кощеев, А. А. Рощина С. И. Эффективность прямолинейного армирования деревянных балок перекрытий стальной тросовой арматурой без предварительного натяжения // Системы. Методы. Технологии. 2021. № 2(50). С. 100-105. doi: 10.18324/2077-5415-2021-2-100-105.

12. Лукина А.В., Сергеев М.С. Исследование напряженно-деформированного состояния композитных деревянных балок // Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения: материалы Международных академических чтений. 2021. С. 183-190.

13. Uchimura K., Shioya S., Hira T. An innovative hybrid timber structure in japan: Experiments on the long term behavior in beam. Paper presented at the WCTE 2016 – World Conference on Timber Engineering. 2016.

14. Granholm H. Armerat Tra Reinforced Timber. 1954. 98 p.

15. Granholm H. Swedjebackens valswerks aktiebolag. 1944. No. 111150, 37, 301.

16. Турковский С.Б., Погорельцев А.А., Назаров Ю.П. Эффективность несущих клееных деревянных конструкций в сейсмических районах строительства // Промышленное и гражданское строительство. 2009. № 10. С. 10-13.

17. Турковский С.Б., Погорельцев А. А., Николаев В. Г. Физкультурно-оздоровительные комплексы Москвы с деревянными стропильными системами покрытий // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2008. № 8. С. 70-72.

18. Погорельцев А. А., Пятикрестовкий К. П. Обоснование нормируемых значений модулей упругости при расчетах деревянных конструкций // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 10. С. 33-35.

19. Щуко С. А., Смирнов А. В., Евдокимов А. В. Оптимальное армирование клееных деревянных балок на части длины // Тезисы научно-технической конференции «Повышение качества строительства автодорог в Нечерноземной зоне РСФСР». 1987.

20. Патент на изобретение № SU 958612 A1 – «Деревянная балка». Aвторское свидетельство CCCР № 3008532, кл; E04C 3/22, 1982 / Скрибо В.И., Шутов Г.И., Шалькевич Е.Б.; патентообладатель Белорусский ордена трудового красного знамени технологический институт им. С. М. Кирова; заявл. 26.11.1980 г.; публ. 15.09.1982 г.

21. Патент на полезную модель № RU 176996 U1 – «Клееная балка». Рос. Федерация: E04C 3/12 / Бокарев С.А., Мурованный И.Ю.; патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения"; заявл. 2017.06.19 г.; публ. 2018.02.06 г.

22. Gribanov A. S., Roshchina S. I., Popova M. V., Sergeev M. S. Laminar polymer composites for wooden structures. Magazine of Civil Engineering. 2018. Vol. 83. Pp. 3-11. doi:10.18720/MCE.83.1.

23. Roshchina S., Lukin M., Lisyatnikov M., Koscheev A. The phenomenon for the wood creep in the reinforced glued wooden structures. MATEC Web of Conference. 2018. Vol. 245. Pp. 03020. doi: 10.1051/matecconf/201824503020.

24. Labudin B. V., Popov E. V., Nikitina T. A. Notes for calculated resistance to tension for laminated wood. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 687. Pp. 033028. doi: 10.1088/1757-899X/687/3/033028.

25. Labudin B. V., Popov E. V., Sopilov V. V. Stability of compressed sheathings of wood composite plateribbed structures. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 687. Pp. 033041. doi: 10.1088/1757-899X/687/3/033041.

26. Labudin B., Popov E., Stolypin D., Sopilov V. The wood composite ribbed panels on mechanical joints. E3S Web of Conferences. 2019. Vol. 91. Pp. 02021. doi: 10.1051/e3sconf/20199102021.

27. Патент на изобретение № RU 2 225 924 C2 – «Длинномерный несущий строительный элемент». Рос. Федерация: E04C 3/12 / Пятницкий А.А., Пятницкая М.М.; патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный строительный университет" (МГСУ); заявл. 2012.07.18; публ. 2012.12.20 г.

28. Патент на изобретение № SU 84267 A1 – «Деревянная балка с металлической арматурой». Aвторское свидетельство CCCР № 84267 п. класс: E04C 3/18 / Поберезкин К.А.; патентообладатель Поберезкин К.А.; заявл. 1949.07.26 г.; публ. 1950.10.10 г.

29. Патент на изобретение № RU 171490 U1 – «Деревянная балка». Рос. Федерация: E04C 3/12 / Веселов В.В.; патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I»; заявл. 2017.02.22 г.; публ. 2017.06.02 г.

30. Патент на изобретение № RU 2 535 865 C1 – «Бипластмассовая балка». Рос. Федерация: E04C 3/07/ Жаданов В.И., Дмитриев П.П., Украинченко Д.А.; патентообладатель Автономная некоммерческая организация научно-технологический парк Оренбургского государственного университета "Технопарк ОГУ" (АНО "Технопарк ОГУ") ; заявл. 2013.10.09 г.; публ. 2014.12.20 г.

31. Kreher K., Natterer J., Natterer J. Timber-glass-composite girders for a hotel in Switzerland. Structural Engineering International. 2004. Vol. 14. Pp. 149-151. doi: 10.2749/101686604777963964.

32. McConnell E., McPolin D., Taylor S. Post-tensioning of glulam timber with steel tendons. Construction and Building Materials. 2014. Vol. 73. Pp. 426-433. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2014.09.079

33. Nowak T. Strength enhancement of timber beams using steel plates – Review and experimental tests. Drewno. 2016. Vol. 59. Pp. 75-90. doi: 10.12841/wood.1644-3985.150.06.

34. Патент на изобретение № RU 2 225 924 C2 – «Длинномерный несущий строительный элемент». Рос. Федерация: E04C 3/292 / Шабля В.Ф., Кривицкий В.Г., Шапиро Г.И.; патентообладатели Шабля В.Ф., Кривицкий В.Г., Шапиро Г.И.; заявл. 2002.04.16 г.; публ. 2004.03.20 г.

35. Jasieńko, J., Nowak, T. Solid timber beams strengthened with steel plates – Experimental studies. Construction and Building Materials. 2014. Vol. 63. Pp. 81-88. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2014.04.020.