Метод оцінювання напружено-деформованого стану деревозалізобетонної конструкції складеного перерізу

Abstract

UK: Постановка проблеми. Застосування дерев'яних конструкцій часто обмежується розмірами пиломатеріалів, недостатньою несучою здатністю і жорсткістю елементів. Для подолання цих обмежень в сучасному будівництві застосовуються гібридні конструкції, в яких раціонально використовуються матеріали з різними характеристиками. На сьогоднішній день існуючі методики не враховують особливості діаграм деформування матеріалів конструкції (деревини та залізобетону). Мета статті − вдосконалення методів розрахунку деревозалізобетонних конструкцій з урахуванням залежностей «напруження − деформації» матеріалів та ступеня спільної роботи. Висновки. Запропоновано чисельно-аналітичний метод оцінки напружено-деформованого стану деревозалізобетонної конструкції складеного перерізу з урахуванням діаграм деформування матеріалів і з'єднань, а також ступеня спільної роботи. Розглядається конструкція, що складається з двох компонентів (залізобетонної плити та дерев’яної балки), з'єднаних між собою елементами, які працюють на зсув (нагелями, болтами, шурупами, цвяхами). Вважається, що для розглянутого елемента справедлива гіпотеза Бернуллі; деформації розподілені по висоті перерізу по лінійній залежності, при цьому по лінії між компонентами конструкції виникає розрив, обумовлений взаємним зсувом; компоненти конструкції під навантаженням мають рівні прогини і кривизну осей, а з'єднувальні елементи рівномірно розташовані по довжині конструкції. Визначення внутрішніх деформацій і напружень в перерізі конструкції базується на умові рівноваги зовнішніх і внутрішніх зусиль в перерізі. Виконується розв’язок рівнянь для «абсолютно» сумісної роботи, а для врахування перерозподілу зусиль в перерізі внаслідок податливості з'єднань вводиться коефіцієнт спільної роботи. За отриманими значеннями поздовжніх деформацій та кривизни обчислюються деформації бетонного та дерев’яного елементів. За діаграмами деформування матеріалів визначаються нормальні напруження, після чого виконуються перевірки міцності відповідно до чинних нормативних документів.

RU: Постановка проблемы. Применение деревянных конструкций часто ограничивается размерами пиломатериалов, недостаточной несущей способностью и жесткостью элементов. Для преодоления этих ограничений в современном строительстве применяются гибридные конструкции, в которых рационально используются материалы с различными характеристиками. На сегодняшний день существующие методики не учитывают особенности диаграмм деформирования материалов конструкции (древесины и железобетона). Цель статьи− совершенствование методов расчета деревожелезобетонных конструкций с учетом зависимостей «напряжение − деформации» материалов и степени совместной работы. Выводы. Предложен численно-аналитический метод оценки напряженно-деформированного состояния деревожелезобетонной конструкции составного сечения с учетом диаграмм деформирования материалов и соединений, а также степени совместной работы. Рассматривается конструкция, состоящая из двух компонентов (железобетонной плиты и деревянной балки), соединенных между собой элементами, которые работают на сдвиг (нагелями, болтами, шурупами, гвоздями). Считается, что для рассматриваемого элемента справедлива гипотеза Бернулли; деформации распределены по высоте сечения по линейной зависимости, при этом по линии между компонентами конструкции возникает разрыв, обусловленный взаимным смещением; компоненты конструкции под нагрузкой имеют равные прогибы и кривизну осей, а соединительные элементы равномерно расположены по длине конструкции. Определение внутренних деформаций и напряжений в сечении конструкции базируется на условии равновесия внешних и внутренних усилий в сечении. Выполняется решение уравнений для «абсолютно» совместной работы, а для учета перераспределения усилий в сечении вследствие податливости соединений вводится коэффициент совместной работы. По полученным значениям продольных деформаций и кривизны вычисляются деформации бетонного и деревянного элементов. По диаграммам деформирования материалов определяются нормальные напряжения, после чего выполняются проверки прочности в соответствии с действующими нормативными документами.

EN: Problem statement. The application of timber structures is often limited by the size of the lumber, insufficient load-bearing capacity and rigidity of the elements. To overcome these limitations hybrid designs which rationally use materials with different characteristics are used in modern construction. The existing techniques do not take into account the peculiarities of the diagrams of deformation of structural materials (wood and reinforced concrete). The purpose of the article is to improve of methods for calculating wood-reinforced concrete structures, taking into account the stress-strain relationships of materials and the degree of joint work. Conclusion.A numerical-analytical method is proposed for the assessment of the stress-strain state of a timber-reinforced concrete structure with complex section, taking into account the deformation diagrams of materials and joints, as well as the degree of joint work. A considered structure consists of two components (reinforced concrete slab and timber beam) connected by shear elements (pins, bolts, screws, nails). It is supposed that the Bernoulli hypothesis is valid for the considered element; the deformations are linearly distributed along the height of the cross section, while a gap arises along the line between the components of the structure due to mutual displacement; structural components under load have equal deflections and curvatures of the longitudinal axes, and the connecting elements are uniformly spaced along of the structure. Determination of the internal deformations and stresses in a section of a structure is based on the condition of equilibrium of the external and internal forces in the section. The solution of the equations for "absolutely" joint work is performed, and the coefficient of joint work is introduced to take into account the redistribution of forces in the section due to the ductility of the joints. The obtained values of longitudinal deformations and curvatures are used to calculate the deformations of concrete and timber elements. Normal stresses are determined using the deformation diagrams of materials, then the strength checks are performed in accordance with the current regulatory documents.