Влияние шага досок в поперечном слое на деформативность и распределение напряжений в трехслойной CLT-панели, жестко защемленной с двух сторон

Плиты из древесины перекрестно клееной, или CLT-панели, изготавливаются путем склеивания накрест нескольких слоев досок, что обеспечивает их высокой несущей способностью и устойчивостью на изгиб. Помимо количества слоев в панели, на деформативность и несущую способность оказывают влияние геометрические параметры плиты, состав и способ крепления слоев друг к другу, способ опирания конструкции и т.д. Ввиду того, что материал не так давно стал применяться в строительстве, многие вопросы остаются малоизученными, а потому существует возможность и необходимость оптимизировать некоторые аспекты как в самих CLT-панелях, так и в способе их взаимодействия с другими строительными конструкциями. В настоящей статье было изучено влияние шага досок в поперечном слое на деформативность и распределение напряжений в трехслойной CLT-панели, жестко защемленной с двух сторон. Были проведены численные исследования методом конечных элементов (МКЭ) с использованием вычислительного комплекса SCAD+. Расчетная модель плиты в настоящем исследовании представляет собой составную ортотропную пластину с жесткими связями между слоями. Результатом исследования являются числовые данные, отражающие зависимость распределения нормальных напряжений OX и OY и поперечной деформации плиты от шага ламелей (досок) в поперечном слое. Также получены проекции расчётной модели с изополями нормальных напряжений на растянутом и сжатом слое плиты. Это позволяет выделить общие закономерности распределения напряжений и изменения деформаций при вариации геометрических параметров при данном виде опирания для использования их при проектировании строительных конструкций с применением плит из древесины перекрестно клееной, или CLT-панелей, а также при оптимизации конструкции с целью увеличения эффективности затрат ресурсов.

1. Ашкенази Е.К. Анизотропия древесины и древесных материалов. М.: Лесная промышленность,1978. 224 с.

2. Трошин М.Ю., Турков А.В. Влияние шага поперечных слоев на деформативность и распределение напряжений в трехслойных плитах древесины перекрестно-клееной // Архитектурно-строительный и дорожно-транспортный комплексы: проблемы, перспективы, инновации: VII Международная научно-практическая конференция, приуроченная к проведению в Российской Федерации Десятилетия науки и технологий 24-25 ноября 2022 года – Омск, 2022 – С.515-519.

3. Трошин М.Ю., Турков А.В. Влияние толщины поперечных и продольных слоев на деформативность и распределение напряжений в трехслойных плитах древесины перекрестно-клееной // Вестник МГСУ. 2023. Т. 18. Вып. 3. С. 391–400. https://doi.org/doi:10.22227/1997-0935.2023.3.391-400.

4. Трошин М.Ю., Турков А.В. Влияние шага поперечных слоев на деформативность и распределение напряжений в пятислойных плитах древесины перекрестно-клееной. Строительство и реконструкция. 2023;(3):35-41. https://doi.org/10.33979/2073-7416-2023-107-3-35-41.

5. Ржаницын А.Р. Составные стержни и пластинки. – Москва: Стройиздат, 1986. – 316 с.

6. Yinlan Shen, Schneider Johannes, Stiemer Siegfried F., Xueyong Ren. Failure Modes and Mechanical Properties of Bracket Anchor Connections for Cross-Laminated-Timber // MATEC Web of Conferences 275. 2019. Pp. 1-7. doi:10.1051/matecconf/201927501011.

7. Ioannis P. Christovasilis, Michele Brunetti, Maurizio Follesa, Michela Nocetti, Davide Vassallo. Evaluation of the Mechanical Properties of Cross Laminated Timber with Elementary Beam Theories compression // Engineering Structures. 2016. V. 122. Pp. 202-213. https://doi:10.1016/j.conbuildmat.2016.06.082.

8. Бубис А.А., Гизятуллин И.Р., Хворова А.Н., Петров И.Ю. Особенности поведения древесины перекрёстно-клееной (ДПК/CLT) при статических и динамических нагрузках, моделирующих сейсмические воздействия // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2022. № 2. С. 62-80. https://doi:10.37153/2618-9283-2022-2-62-80.

9. Рогожина А.В. Расчет деформативности CLT-панели перекрытия // Инженерный вестник Дона. 2022. № 6. URL: http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_89__5_Rogozhina.pdf_10c4252bae.pdf (дата обращения: 30.11.2023).

10. Филимонов М.А., Смирнов П.Н. Исследования прочностных и упругих характеристик плит из древесины перекрестно-клееной (ДПК/CLT) Российского производства // Сейсмическое строительство. Безопасность сооружений. 2022. № 2. С. 81-97. https://doi:10.37153/2618-9283-2022-2-81-97.

11. Мамедов Ш.М, Шабикова Е.Г., Нижегородцев Д.В., Казакевич Т.Н. Методика расчета панелей из перекрестно-клееной древесины / Вестник гражданских инженеров. 2020. № 5(82). С. 66-71. https://doi:10.23968/1999-5571-2020-17-5-66-71.

12. Чебыкин А.А., Фрицлер Ю.А., Кудрявцев С.В. Определение расчетных характеристик сечений древесных клееных плит из перекрестных досок // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. 2017. № 2. С. 83-85. URL:https://cyberleninka.ru/article/n/opredelenie-raschetnyh-harakteristik-secheniy-drevesnyh-kleenyh-plitiz-perekrestnyh-dosok/viewer (дата обращения: 28.11.2023).

13. Погорельцев А.А., Филимонов М.А., Смирнов П.Н. Определение прочностных и упругих характеристик древесины перекрестно клееной (ДПК/CLT) и классификация по классам прочности. М.: Научно-исследовательский центр "Строительство", 2020. 175 с.

14. Погорельцев А.А., Смирнов П.Н., Филимонов М.А. Проведение исследований по определению несущей способности стеновых панелей и плит перекрытия из древесины перекрестно клееной (ДПК/CLT) и разработка методики. М.: Научно-исследовательский центр "Строительство", 2020. 268 с.

15. Филатов В.В. К расчету составных пластин по теории А.Р.Ржаницына. // Труды международной научно-технической конф. «Вычислительная механика деформируемого твердого тела». Москва: МИИТ, 2006. Том 2. С. 414-416.

16. Gagnon, S. and M. Popovski. Structural Design of Cross-Laminated Timber Elements. In: Chapter 3, CLT Handbook. FPInnovations. Québec, Québec, Canada. 2011.

17. Abejón R., Moya L. Cross-laminated timber: Perspectives from a bibliometric analysis (2006–2018) / Wood Material Science & Engineering. 2021. V.17. Issue 6. Pp. 429-450. https://doi:10.1080/17480272.2021.1955295.

18. Alexander Opazo-Vega, Franco Benedetti, Mario Nuñez-Decap, Nelson Maureira-Carsalade, Claudio Oyarzo-Vera. Non-Destructive Assessment of the Elastic Properties of Low-Grade CLT Panels // Forests. 2021. No. 12. https://doi.org/10.3390/f12121734.

19. Змеев М.В. Определение толщины перекрытия из перекрестно-клееных досок на примере CLTплит Binderholz (Austria) из условия жесткости // Инженерный вестник Дона. 2020. № 11. URL:http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_35__10_Zmeev.pdf_91b8606af3.pdf (дата обращения: 30.11.2023).

20. Щелокова Т.Н. Современные тенденции улучшения свойств древесины и деревянных строительных конструкций // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2018. № 6. С. 39-45. URL: http://dspace.bstu.ru/bitstream/123456789/1514/1/6.%20Щелокова.pdf (дата обращения: 27.11.2023).