Экспериментальное исследование прочности и выносливости клееной древесины на скалывание, сжатие и изгиб

Введение. В настоящее время дерево возвращает свои позиции как материал для мостов. За первые десятилетия XXI в. в России доля деревянного мостостроения выросла с 10 до 40 %. Стоимость пролетного строения мостов из клееной древесины на 30–50 % ниже стоимости пролетного строения моста из сборных предварительно напряженных железобетонных конструкций. Актуальной задачей современного мостостроения является расширение области применения клееной древесины для сложных и протяженных конструкций. Для этого необходима актуализация существующих и разработка новых нормативных документов, которая, в свою очередь, невозможна без экспериментальных исследований действительной работы элементов строительных конструкций из клееной древесины.

Материалы и методы. Исследовали предел выносливости образцов из клееной древесины при скалывании вдоль волокон и сжатии поперек волокон, предел выносливости клееных деревянных балок при изгибе, провели контроль остаточной прочности не разрушившихся после циклических испытаний образцов.

Результаты. Статистическая обработка экспериментальных результатов позволила выявить особенности деформирования и разрушения клееной древесины: предел выносливости при циклическом изгибе до 10 раз выше, чем предел выносливости при циклическом скалывании и сжатии, что лишний раз подчеркивает высокий уровень анизотропии материала. Это существенно больше, чем для других строительных материалов.

Выводы. Статические испытания показали практически равномерную линейную работу клееных образцов при испытаниях на сжатие поперек волокон. Анализ разрушений позволил сделать вывод о надежности клеевых соединений. Выявлено, что при увеличении влажности на 1 % прочность уменьшается на 0,4 %. Следовательно, для мостовых конструкций вопросы влагостойкости клееной древесины остаются актуальными. Результаты исследований использованы при разработке проектов национальных стандартов.

1. Стуков В.П. Развитие деревянных мостов и их применение в условиях Севера // Региональные аспекты развития науки и образования в области архитектуры, строительства, землеустройства и кадастров в начале III тысячелетия : мат. Междунар. науч.-практ. конф. 2019. С. 316–321. EDN DNPGEH.

2. Соколов А.Ю. Обзор зарубежной и отечественной историографии изучения средневековых деревянных мостов // Актуальная археология 7 : мат. Междунар. науч. конф. молодых ученых. 2024. С. 399–401. EDN XVQPKE.

3. Подъяпольская М.А., Вербицкий И.О., Вербицкая Е.В. Деревянные мосты. Мостостроение с использованием древесины в прошлом и сейчас // Ползуновский альманах. 2022. № 1. С. 168–170. EDN QVUMAT.

4. Мищенко Д.С. Обзор деревянного мостостроения в России // Инновационные методы проектирования строительных конструкций зданий и сооружений : сб. науч. тр. 4-й Всеросс. науч.-практ. конф. 2022. С. 363–366. EDN GGUIXY.

5. Погорельцев А.А., Турковский С.Б. Особенности применения клееных деревянных конструкций в сейсмических районах // Строительная механика и расчет сооружений. 2022. № 2 (301). С. 31–38. DOI: 10.37538/0039-2383.2022.2.31.38. EDN YHQJAE.

6. Турковский С.Б., Погорельцев А.А., Стоянов В.О. Опыт эксплуатации большепролетных клееных деревянных конструкций с узлами системы ЦНИИСК // Строительная механика и расчет сооружений. 2022. № 6 (305). С. 61–68. DOI: 10.37538/0039-2383.2022.6.61.68. EDN EEXUNC.

7. Погорельцев А.А., Турковский С.Б. Линзообразные фермы из клееной древесины: особенности конструкций, испытания, расчет и применение // Строительная механика и расчет сооружений. 2021. № 2 (295). С. 62–72. DOI: 10.37538/0039-2383.2021.2.62.72. EDN RMZBNQ.

8. Масалов А.В., Кабанов В.А., Масалов Н.А. Сопротивление разрушению изгибаемых элементов из клееной древесины // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2012. № 2–3. С. 229–232. EDN RSFKNL.

9. Уткин В.А. Совершенствование конструкций пролетных строений автодорожных мостов из клееной древесины : дис. … д-ра техн. наук. Омск, 2009. 233 с. EDN QFETPZ.

10. Кобзев П.Н. Совершенствование конструкции и методики расчета многоребристого пролетного строения моста из клееной древесины с учетом совместной работы перекрестной деревоплиты и балок : дис. … канд. техн. наук. Омск, 2006. 165 с.

11. Mahnert K.C., Hundhausen U. A review on the protection of timber bridges // Wood Material Science & Engineering. 2018. Vol. 13. Issue 3. Pp. 152–158. DOI: 10.1080/17480272.2017.1403955

12. Fiore А., Liuzzi M.A., Greco R. Some shape, durability and structural strategies at the conceptual design stage to improve the service life of a timber bridge for pedestrians // Applied Sciences. 2023. Vol. 10. Issue 6. P. 2023. DOI: 10.3390/app10062023

13. Hawryszkow P., Biliszczuk J. Vibration serviceability of footbridges made of the sustainable and eco structural material: Glued-laminated wood // Materials. 2022. Vol. 15. Issue 4. P. 1529. DOI: 10.3390/ma15041529

14. Bergenudd J., Battini J.M., Crocetti R. Dynamic analysis of a pedestrian timber truss bridge at three construction stages // Structures. 2024. Vol. 59. P. 105763. DOI: 10.1016/j.istruc.2023.105763

15. Toyoda A., Honda H., Kato S. Static and dynamic structural performance of modern timber bridges // Journal of JSCE. 2020. Vol. 8. Issue 1. Pp. 26–34. DOI: 10.2208/journalofjsce.8.1_26

16. Garcia-Dieguez M., Racic V., Zapico-Valle J.L. Complete statistical approach to modelling variable pedestrian forces induced on rigid surfaces // Mechanical Systems and Signal Processing. 2021. Vol. 159. P. 107800. DOI: 10.1016/j.ymssp.2021.107800

17. Song Z. Discussion on Human-induced Vibration of Glulam Pedestrian Arch Bridge // Academic Journal of Science and Technology. 2024. Vol. 13. Issue 1. Pp. 181–184. DOI: 10.54097/f7kw8d13

18. Tazarv M., Carnahan Z., Wehbe N. Glulam timber bridges for local roads // Engineering Structures. 2019. Vol. 188. Pp. 11–23. DOI: 10.1016/j.engstruct.2019.03.012

19. Cerda F.C., Goulas C., Sabirov I., Papaefthymiou S., Monsalve A., Petrov R.H. Microstructure, Texture and Mechanical Properties in a Low Carbon Steel after Ultrafast Heating // Materials Science and Engineering: A. 2016. Vol. 672. Pp. 108–120. DOI: 10.1016/j.msea.2016.06.056

20. Ermakov V., Stepanova E. Moisture content and its influence on glued timber structures // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 869. Issue 5. P. 052015. DOI: 10.1088/1757-899X/869/5/052015