ОСОБЕННОСТИ  АРМИРОВАНИЯ  ДЕРЕВЯННЫХ  БАЛОК  СТЕКЛОПЛАСТИКОВОЙ  АРМАТУРОЙ

Максимов  Сергей  Павлович

канд.  техн.  наук,  доцент,  декан  факультета  техники  и  технологии  филиал  Южно-Уральского  государственного  университета  в  г.  Златоусте,  РФ,  г.  Златоуст

Е-mail:  balid@hotbox.ru

Башкова  Юлия  Борисовна

старший  преподаватель  кафедры  ПГС,  филиал  Южно-Уральского  государственного  университета  в  г.  Златоусте,  РФ,  г.  Златоуст

Е-mail:  bashkovayb@susu.as.ru

Шкуркина  Анна  Игоревна

студент  3  курса,  филиал  Южно-Уральского  государственного  университета  в  г.  Златоусте,  РФ,  г.  Златоуст

Е-mail:  laito174@gmail.com

Вшивков  Евгений  Павлович

студент  3  курса,  филиал  Южно-Уральского  государственного  университета  в  г.  Златоусте,  РФ,  г.  Златоуст

Е-mail: 

IT  IS  SPOKEN  IN  DETAIL  THE  DISTINCTIVE  FEATURES  OF  WOODEN  BEAMS  REINFORCING  WITH  THE  FIBERGLASS  ARMATURE

Sergej  Maksimov

cand.  of  Science,  assistant  professor,  Dean  of  the  faculty  of  engineering  and  technology,  South  Ural  State  University,  Zlatoust  branch,  Russia,  Zlatoust

Julija  Bashkova

senior  lecturer,  Department  of  industrial  and  civil  construction,  South  Ural  State  University,  Zlatoust  branch,  Russia,  Zlatoust

Anna  Shkurkina

student,  South  Ural  State  University,  Zlatoust  branch,  Russia,  Zlatoust

Eugene   Vshivkov

student,  South  Ural  State  University,  Zlatoust  branch,  Russia,  Zlatoust

АННОТАЦИЯ

Показана  возможность  и  необходимость  армирования  деревянных  балок  стеклопластиковой  арматурой  для  повышения  несущей  способности.  Рассмотрены  основные  конструктивные  и  технологические  особенности  армирования  элементов  деревянных  конструкций  стеклопластиковой  арматурой.

ABSTRACT

It  is  shown  the  ability  and  necessity  of  wooden  beams  reinforcing  with  the  fiberglass  armature  to  increase  the  load-carrying  ability.  It  is  discussed  the  main  constructional  and  technological  distinctive  features  of  elements  of  wooden  structures  reinforcing  with  the  fiberglass  armature.

Ключевые  слова:  деревянная  балка;  брус;  несущая  способность;  повышение  прочности;  стеклопластиковая  арматура;  особенности  армирования;  схема  армирования;  создание  преднапряженного  состояния;  технология  непрерывного  поточного  армирования.

Keywords:  wooden  beam;  load-carrying  ability;  strength  improving;  fiberglass  armature;  distinctive  features  of  reinforcing;  schematic  view  of  reinforcing;  creation  of  precompressed  state;  technology  of  continually  productionizing  reinforcing.

Рост  темпов  индивидуального  строительства  поднимает  вопрос  рационального  использования  материалов,  сокращения  себестоимости  и  повышения  эксплуатационных  характеристик  конструкций.  Наиболее  популярным  материалом,  как  для  отделки  помещений,  так  и  возведения  несущих  элементов  домов  и  прочих  построек  является  древесина,  которая  обладает  рядом  неоспоримых  преимуществ  [3].  Использование  древесины,  как  экологического  материала,  при  сокращении  материалоемкости  и  сохранении  прочностных  характеристик  элементов  деревянных  конструкция  является  актуальной  задачей  [1].

Анализ  показывает,  что  основным  недостатком  древесины  является  ее  неоднородность,  ввиду  наличия  сучков.  Для  повышения  эстетических  и  прочностных  свойств  используют  удаление  дефектных  мест  и  сращивание.  При  этом  используют  распространенный  вид  клеевых  соединений  зубчатым  шипом.  В  этом  случае  прочность  при  растяжении  составляет  90  %  не  стыкованной  древесины  без  пороков.  Однако  использование  данного  метода  снижает  прочность  в  виду  того,  что  зубчатое  соединение  занимает  всю  площадь  поперечного  сечения  и  разрушение  деревянной  клееной  конструкции  происходит  по  нижнему  растянутому  слою.  Таким  образом,  в  изгибаемых  элементах  удаление  пороков  не  повышает  несущую  способность  за  счет  склеивания  материала  1-го  сорта,  а  обладает  той  же  прочностью  в  растянутой  зоне,  что  и  не  стыкованная  по  длине  древесина  3  сорта.  Кроме  данного  способа  на  практике  часто  используют  изготовление  сборных  балок  по  типу  ферм  [2].  Этот  способ  существенно  повышает  несущую  способность  деревянных  конструкций,  однако  нарушает  целостность  и  красоту  массива  древесины,  поскольку  требует  скрытия  сложного  конструктива  внутренней  части.

Известен  и  способ  армирования  деревянных  балок  как  стальной,  так  и  стеклопластиковой  арматурой  [4].  При  этом  в  литературе,  для  стальной  арматуры,  приводятся  основные  правила  конструирования  деревянных  армированных  балок:

·     поперечное  сечение  балок  конструируется,  как  правило,  прямоугольным  постоянной  высотой,  при  экономическом  обосновании  —  двутавровым  или  коробчатым;

·     высота  поперечного  сечения  назначается  от  1/15  до  1/20  от  длины  балки,  ширина  сечения  принимается  с  учетом  существующего  сортамента  пиломатериалов;

·     рекомендуется  симметричное  армирование  в  сжатой  и  растянутой  зонах;

·     рациональный  процент  армирования  1,2...3,5  %.

Стеклопластиковая  арматура  (СПА)  обладает  рядом  значительных  преимуществ  [5]:

·     меньшая  в  5  раз  масса,  по  сравнению  с  металлической  арматурой;

·     высокая  коррозионная  стойкость;

·     непрерывный  цикл  производство  СПА  любой  строительной  длины  и  др.

Проведенные  исследования  показали,  что  армированные  металлическими  прутками  деревянные  балки  обладают  несущей  способностью  в  2  раза  выше,  по  сравнения  с  клеедощатыми,  и  в  три  раза  выше,  чем  балки  составного  сечения  на  податливых  связях.  При  повышенной  несущей  способности  армированные  балки  имеют  наименьший  прогиб  при  приложении  максимальной  нагрузки.

Для  СПА,  подобно  металлической,  разработаны  методы  и  схемы  армирования  деревянных  балок.  Однако  имея  значительные  преимущества,  производители  строительных  материалов  сталкиваются  с  рядом  специфических  особенностей  применения  СПА  для  армирования  деревянных  балок,  поэтому  распространение  такого,  казалось  бы,  эффективного  направления  строительной  отрасли  не  получает  широкого  распространения.  Рассмотрим  эти  особенности.

1.  Глянцевая  поверхность  арматуры.  При  использовании  в  качестве  клеевой  композиции  эпоксидных  или  полиэфирных  смол  и  затвердевании  данного  состава  образуется  глянцевая  поверхность.  Как  показывают  исследования,  последующее  клеевое  сцепление  с  такой  поверхностью  имеет  малую  прочность,  поэтому  при  использовании  СПА  и  вклейке  ее  в  деревянную  балку  целесообразно  обработать  ее,  придав  ей  матовую  поверхность.  Данная  технология  широко  известна,  например,  при  бесцентровом  шлифовании  тонких  прутков.  Однако  нужно  учитывать,  что  обработка  и  снятие  внешней  навивки  СПА  является  недопустимым  в  виду  ее  эксплуатационного  назначения.  Поэтому  устройство  зачистки  поверхности  должно  учитывать  шаг  винтовой  навивки  и  не  допускать  ее,  хоть  и  незначительной  обработки.  Избежать  негативного  эффекта  глянцевой  поверхности  можно  на  этапе  производства  СПА,  укладывая  ее  в  не  затвердевшем  состоянии  в  заранее  обработанный  паз  деревянной  балки.  Однако  вопросы  натяжения  и  фиксации  пропитанного  клеем  сплетенного  ровинга,  а  затем  и  сушки  при  условии  поточного  производства  вызывает  массу  сложных  технических  задач.

2.  Фиксация  арматуры  в  балке.  Свойства  клеевого  состава  для  сцепления  СПА  и  массива  древесины  должны  обеспечивать  прочность  и  возможность  незначительного  циклического  деформирования  балок  без  потери  качества  сцепки.  Поэтому  состав,  условия  сушки  и  объем  необходимой  клеевой  массы  требует  тщательного  изучения.

3.  Схема  армирования.  При  выборе  схем  армирования  необходимо  определить  «золотую  середину»  между  количеством,  частотой  расположения,  геометрическими  размерами  армирующих  элементов,  прогнозируемым  повышением  прочностных  характеристик  и  стоимостью  готовой  балки.  Поэтому  разработка,  например,  прикладного  программного  обеспечения  для  учета  этих  факторов  является  необходимым  условием  решения  вопроса  активного  перехода  на  технологию  армирования.

4.  Вскрытое  расположение  армирующих  элементов.  Поскольку  работа  ведется  с  массивом  древесины,  то  армирование  предполагает  внешнюю  закладку  прутков  в  балку.  Вопрос  разработки  технологии  скрытия  армирующих  элементов  для  обеспечения  высоких  эстетических  свойств  является  актуальной  задачей.  При  этом  необходимо  учитывать  внешнее  расположение  накладки,  которая  будет  испытывать  значительные  деформации  при  восприятии  балкой  нагрузок  и  выбор  метода  и  технологии  крепления  этого  элемента,  что  требует  проведения  дополнительных  исследований.

5.  Низкий  модуль  Юнга.  Как  показывают  практика  при  массе  своих  неоспоримых  преимуществ,  СПА  обладает,  однако  относительно  высокой  податливостью  при  упругом  изгибе.  Это  при  известных  схемах  и  технологиях  армирования  негативно  сказывается  на  приросте  прочностных  характеристик  армируемых  балок.

Разработка  эффективных  способов  и  схем  армирования  является  актуальной  задачей  в  области  современных  конструкционных  материалов  и  технологий  их  создания.  Детальное  решение  вышеперечисленных  вопросов,  а  также  разработка  технологий  непрерывного  поточного  армирования  при  обеспечении  плотного  прижима  и  фиксации  СПА  во  время  сушки  клеевого  состава,  проектирование  операций  зачистки  поверхности  содержащей  армирующие  элементы,  создание  преднапряженного  состояния  арматуры  для  повышения  прочностных  характеристик  позволит  эффективно  использовать  данный  полифункциональный  материал  в  строительной  индустрии.

Список  литературы:

1. Линьков  И.М.  Снижение  материалоемкости  деревянных  конструкций  /  И.М.  Линьков.  М.:  Стройиздат,  1974.  —  48  с.
2. Металло-деревянная  балка.  —  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.garus.ru/production/balka/  (дата  обращения  12.04.2015).
3. Пособие  по  проектированию  деревянных  конструкций  (к  СНиП  П-25-80)  /ЦНИИСК  им.  Кучеренко.  М.:  Стройиздат,  1986.  —  216  с.
4. Рощина  С.И.  Армированные  деревянные  конструкции  /  С.И.  Рощина  //  Архитектура  и  строительство  России.  —  №  3,  —  2008.  —  С.  34—39.
5. Щуко  В.Ю.  Клееные  армированные  деревянные  конструкции  /  В.Ю.  Щуко,  С.И.  Рощина  //  Учебное  пособие.  Владимир,  ВлГУ,  2008.  —  82  с.