ДЕРЕВЯННАЯ БАЛКА, АРМИРОВАННАЯ ТОНКОЛИСТОВОЙ СТАЛЬЮ

Древесина является очень эффективным материалом. Его заметное сопротивление как при сжимающих, так и при тяговых нагрузках становится практически уникальным по сравнению с его ограниченной плотностью веса.

Однако благодаря своим характеристикам этот материал никогда не был известен своей долговечностью. Деревянные элементы, использующиеся для того, чтобы выдерживать изгибающие нагрузки, такие как балки, обычно подвергаются либо замене, либо усилению с помощью классических технологий. Элементы из дерева, в связи с природой материала, могут подвергаться усиливающему вмешательству по нескольким причинам: древесина обладает более низкими пластическими свойствами при растяжении, чем при сжатии и тем, что на несущую способность растянутых волокон балки оказывают большое влияние пороки древесины. В качестве материала армирования используется углепластиковая, стеклопластиковая, стальная арматура и стеклоткань. В табл.1 представлены для сравнения характеристики некоторых металлических, полимерных материалов конструкционного назначения и углепластиков.

Таблица 1

Свойства материалов армирования

Как видно из табл.1, по показателям удельной прочности и жесткости высокопрочная сталь превосходят практически все наиболее широко используемые конструктивные полимерные и металлические материалы.

Экономическая целесообразность использования стали определяется также сравнительно низкими удельными затратами энергии (в кВт*ч) на производство конструктивных материалов и изделий из них, табл.2.

Таблица 2

Удельные затраты энергии

Таким образом, в пересчете на 1 кг готовых изделий из стали расходуется в 3 раза больше, чем на изделия из углепластика, в 2 раза меньше, чем на изделия из алюминия [1].

Деревянные конструкции по ряду технико-экономических показателей превосходят металлические и железобетонные. Древесина, как строительный материал обладает достоинствами и недостатками, которые перечислены ниже [4, 5].

Достоинства:

Плотность. Древесина, примерно, в 14 раз легче стали и в 3 раза легче бетона, что позволяет снизить материальные затраты на транспортировку и избежать применения тяжелых грузоподъемных механизмов.

Удельная прочность. Удельная прочность древесины всего на 11 % меньше, чем стали, и на 200 % больше, чем бетона.

Коэффициент температурного расширения. Малый коэффициент температурного расширения вдоль волокон древесины, равный  (1/°С), что в 3 раза меньше того же показателя для стали, позволяет избежать в деревянных зданиях устройства температурно- деформационных швов.

Экономическая эффективность. В нашей стране лес является одним из наиболее дешевых строительных материалов. Стоимость деревянных конструкций на 20-40 % ниже, чем металлических.

Коррозионная стойкость. Древесина обладает коррозионной стойкостью к воздействию солей и щелочей.

Недостатки:

Анизотропность. Различия в показателях физико-механических свойств.

Пороки. Существенно снижающим качество изделий и конструкций.

Воспламеняемость и сгораемость. Древесина отличается лёгкой воспламеняемостью и сгораемостью, невысоким сопротивлением изнашиванию, особенно вдоль волокон.

Гниение. Подвержена гниению в условиях переменных температур и влажности воздуха, старению и разрушению под действием биологических факторов.

Одним из путей устранения указанных недостатков и повышения технико-экономической эффективности конструкций из древесины является армирование тонколистовой сталью, которое позволяет увеличить в 2-3 раза и более прочность и жесткость конструкций, повысить их надежность и долговечность. При этом значительно уменьшаются размеры поперечных сечений конструкций, снижается на 15 – 20 % монтажная масса, уменьшается до 30% расход древесины [2].

Армирование деревянной балки направлено на повышение несущей способности и жесткости балки, а также снижению пагубного влияния пороков древесины. Одним из способов увеличения прочности деревянных изгибаемых элементов (балок) является их усиление более прочными материалами, например тонколистовой сталью. Усиление заключается в сопряжении с древесиной стальных листов по всей длине изгибаемого элемента (балки). Это позволяет существенно сократить расход древесины, уменьшить монтажную массу, повысить качество и надежность деревянных конструкций, работающих в основном на изгиб и сжатие с изгибом. Пример армирование тонколистовой сталью в растянутой зоне показано на рис.1.

Рисунок 1. Деревянная балка, армированная тонколистовой сталью в растянутой зоне

Высокая прочность и жёсткость в сочетании с малой монтажной массой делают армированные деревянные конструкции незаменимыми в рассредоточенном сельскохозяйственном строительстве, в труднодоступных и отдаленных от магистральных путей районах, при проектировании больших пролётов и при больших нагрузках [3].

Список литературы:

1. Молчанов Б.И., Гудимов М.М. Свойства углепластиков и области их применения: ВИАМ/1996 – 202215 – 10 с.
2. Щуко С.А., Козулин А.Н. Технико-экономическая оценка эффективности клееных армированных деревянных конструкций // Изв. вузов. Строительство и архитектура. – 1972. – No 11. – С. 124 – 126.
3. Щуко В.Ю. Клееные армированные конструкции в сельскохозяйственном строительстве: ВНИИИС, сер. 6, вып. 4. – М., 1984. – 61 с.
4. Зубарев Г.Н. Конструкции из дерева и пластмасс [Текст]: учеб. Пособие для студ. вузов/ Г.Н. Зубарев [и др.]; под ред. Ю.Н. Хромца. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательский центр «Академия», 2004 – 304 с.
5. Барабанщиков Ю.Г. Строительные материалы и изделия [Текст]: учебник для студ. сред. проф. образования/ Барабанщиков Ю.Г. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 368 с.