ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты испытаний по повышению прочности соединения путем ввинчивания под углом поперек волокон древесины по ГОСТ Р 58959—2020 Соединения элементов деревянных конструкций на винтах, определение оптимального диаметра и длины шурупов по ГОСТ 11473-75 Шурупы с шестигранной головкой, методы проектирования и расчета конструкций из цельной и клееной древесины определено по нормативам свод правил СП 64.13330.2017 Деревянные конструкции.

ABSTRACT

The article presents the results of tests to increase the strength of the connection by screwing at an angle across the wood grain according to GOST R 58959-2020 Connections of wooden structure elements with screws, determination of the optimal diameter and length of screws according to GOST 11473-75 Hexagon-head screws, methods for designing and calculating structures made of solid and glued wood determined by the standards of the set of rules SP 64.13330.2017 Wooden structures.

Ключевые слова: винт, шуруп, прочность, анизотропия, деформация, породы, сорта древесины, поперечные волокна, выдергивание, диаметр, класс стали.

Keywords: screw, wood screw, strength, anisotropy, deformation, wood species, wood grades, cross-grain, pull-out, diameter, steel grade.

Введение. Соединения элементов конструкций из древесины бесклеевым способом отображают собой важный фактор современного строительства. Методы на основе механических связей, обеспечивают надежность и долговечность деревянных конструкций, актуальны в условиях нарастающих требований к устойчивости и экологии. В данной статье рассматривается различные подходы к бесклеевым соединениям, их преимущества и недостатки, а также влияние используемых пород древесины и крепежных деталей на эффективность передачи усилий в конструкциях [1, c.7].

Целью наших исследований является улучшение узлов соединений деревянных конструктивных элементов крыш общественных и жилых зданий.

Объектом исследования являются соединений деревянных конструктивных элементов зданий, места приложения шурупов под различными углами с различными породами деревьев и результаты их испытаний. В соединениях шурупы используются преимущественно для восприятия статических нагрузок и устанавливаются в элементах деревянных конструкций под углом к анизотропии 30^о ≤ a ≤ 90^о. Шурупы должны быть утоплены в деревянную деталь таким образом, чтобы головка винта была заподлицо с внешней поверхностью прикрепляемой детали. Не допускается более глубокое заглубление винта [2, с.25-31].

Метод. Проведены испытания по определению степени влияния диаметра и длины шуруп, а также угла отклонения силы на способность шурупов удерживать древесину относительно главных осей 90^о и 45^о.

Испытания проводились в соответствии по ГОСТ Р 58959-2020. Для этого выбраны образцы сосны второго сорта размером 150х500х140 мм, пихты второго сорта размером 140х400х110 мм и местной осины размером 150х500х150 мм [3, с.3-7].

Сравнительный вид поперечного сечения образцов для испытания на рисунке 1.

а)                                б)                                       в)

Рисунок 1. Поперечное сечение образцов древесины: а-сосны, б-пихты, в-местной осины

Испытание на выдергивание шурупов из древесины под углом 90˚ к осям анизотропии.  Для испытания на выдергивание шурупов из древесины были подготовлены образцы в 3 сериях по 3 штуки в соответствии по ГОСТ 58959-2020. Для испытания использовалась универсальная гидравлическая испытательная машина Alfa Test H1000.

Для удобства определения выбраны следующие примеры:

Для соединений образцов деревянных конструктивных элементов использовались металлические шурупы из стали 20Г2Р диаметром 6-8 мм и длиной 100-120 мм по ГОСТу 11473-75 .

1) Образец «С-1, 8-100» - древесина второго сорта, порода - сосна, диаметр винта - 8 мм, длина - 100 мм, угол наклона груза к главным осям анизотропии древесины – 90^о;

2) Образец «С-2, 8-100» - высокосортная древесина, местная осина, диаметр винта 8 мм, длина - 100 мм, угол отклонения груза по главным осям анизотропии древесины - 90^о;

3) Образец «С-3, 8-100» - древесина второго сорта, порода - пихта, диаметр винта - 8 мм, длина - 100 мм, угол отклонения груза по главным осям анизотропии древесины - 90^о;

4. Образец «С-1,6-120» - древесина второго сорта, порода - сосна, диаметр винта - 6 мм, длина - 120 мм, угол отклонения груза по главным осям анизотропии древесины - 90^о;

5. Образец «С-2,6-120» - высокосортная древесина, местная осина, диаметр винта 6 мм, длина - 120 мм, угол отклонения груза по главным осям анизотропии древесины - 90^о;

6. Образец «С-3, 6-120» - древесина второго сорта, порода - пихта, диаметр винта 6 мм, длина - 120 мм, угол отклонения груза по главным осям анизотропии древесины – 90^о;

Обзор процесса испытания показан на рисунке 2, результаты представлены в таблице 1.

Рисунок 2. Процесс испытания образцов на прочность крепления винтов в древесине при действии нагрузки под углом к 90˚ осям древесины: а) общий вид, б) процесс испытания, в) характеристики разрушения

Результат. Испытания на выдергивание шурупов из древесины под углом 90° представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты выдергивание шурупов из цельного дерева

За среднюю деформацию приняты перемещение шурупа до свободного выхода без приложения дополнительной нагрузки.

При испытании на выдергивание шурупа из древесины под углом 90^о представленных на рисунках 3 и 4, показана зависимость податливости δ мм от нагрузки N, кН.

Рисунок 3. График зависимости нагрузки Р (кН) от деформации d (мм) при испытании выдергивания шурупа диаметром 8-100 мм из деревянного массива при угле отклонения 90^о

Рисунок 4. График зависимости нагрузки Р (кН) от деформации δ (мм) при испытании на выдергивание шурупа диаметром 6-120 мм из деревянного массива под углом наклона 90^о

Испытание на выдергивание шурупов из древесины под углом 45^о к осям древесины. Для испытания древесины на прочность при растяжении образцы изготавливали в 3 сериях по 3 штуки в соответствии с стандартом ГОСТ Р 58959-2020.

Размеры деревянных элементов 150х150х400 мм. Для проведения испытаний использовалась универсальная гидравлическая испытательная машина Alfa Test H1000.

Для удобства определения были отобраны следующие образцы:

1) Образец «С-1, 8-100» - древесина второго сорта, порода - сосна, диаметр винта - 8 мм, длина - 100 мм, угол наклона груза к главным осям анизотропии древесины - 45 ^о;

2) Образец «С-2, 8-100» - древесина высшего сорта, порода – местная осина, диаметр винта - 8 мм, длина - 100 мм, угол наклона груза к главным осям анизотропии древесины - 45 ^о;

3) Образец «С-3, 8-100» - древесина второго сорта, порода - пихта, диаметр винта - 8 мм, длина - 100 мм, угол наклона груза к главным осям анизотропии древесины - 45 ^о;

4. Образец «С-1,6-120» - древесина второго сорта, порода - сосна, диаметр винта - 6 мм, длина - 120 мм, угол наклона груза к главным осям анизотропии древесины - 45 ^о;

5. Образец «С-2,6-120» - высокосортная древесина, местная осина, диаметр винта 6 мм, длина - 120 мм, угол наклона груза к главным осям анизотропии древесины - 45 ^о;

6. Образец «С-3, 6-120» - древесина второго сорта, порода - пихта, диаметр винта 6 мм, длина - 120 мм, угол наклона груза к главным осям анизотропии древесины - 45 ^о;

Процесс испытания показан на рисунке 5, результаты представлены в таблице 2.

Рисунок 5. Процесс испытания образцов на прочность крепления винтов в массиве древесины при действии нагрузки под углом к 45˚ осям древесины: а) общий вид, б) процесс испытания, в) характеристики разрушения.

Результат. Испытания на выдергивание шурупов из древесины под углом 45 ^о представлены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты выдергивание шурупов из цельного дерева

За среднюю деформацию приняты перемещение шурупа до свободного выхода без приложения дополнительной нагрузки.

При испытании на выдергивание шурупа из древесины под углом 45^о представленных на рисунках 6 и 7, показана зависимость податливости δ мм от нагрузки N, кН.

Рисунок 6. График зависимости нагрузки Р (кН) от деформации δ (мм) при испытании на выдергивание шурупа диаметром 8-100 мм из деревянного массива под углом наклона 45^о

Рисунок 7. График зависимости нагрузки Р (кН) от деформации δ (мм) при испытании на выдергивание шурупа диаметром 6-120 мм из деревянного массива под углом наклона 45^о

Заключение. Удерживающая способность шурупа при испытании угла вырыва 45-90^о от основных осей древесины результат шурупа при угле отклонения 90^о сильнее по сравнению с углом отклонения 45^о, а прочность при угле отклонения 90^о на 16,8% выше, чем у древесины сосны из осины местной породы, а древесина осины местной породы на 12,8% выше, чем древесины пихты. В качестве эксплуатации рекомендуем для соединения элементов из разных древесных пород использовать шурупы диаметром 6 мм и длиной 120 мм под углом к анизотропии 90^о.

Список литературы:

1. Волик А.Р. Конструкции из дерева и пластмасс. учебно-методический комплекс для студентов специальности. Новополоцк 2005. – Новополоцк: ПГУ, 2005. – 300 с
2. S.J. Razzakov, D.E. Berdakov, О.D. Аytjanov, N.Z. Sayimbetova. Аg’ash konstrukciya. Oqiw qollanba. No’kis «Bilim», 2024.-178b.
3. ГОСТ Р 58959—2020. Соединения элементов деревянных конструкций на винтах. Москва 2020.
4. ГОСТ 11473-75. Шурупы с шестигранной головкой. Издательство стандартов. Москва 1975. 7-с
5. ГОСТ 23431-79. Древесина.  Строение и физико-механические свойства. Термины и определения. – М.: Издательство стандартов.
6. СП 64.13330.2017. Деревянные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-25-80. Минрегион России. - М.: ОАО "ЦПП", 2017. 105 с.
7. Razzakov S.Zh., Juraev B.G., Juraev E.U. Stability of walls of individual residential buildings with a wooden frame. Calculations for stability. Namangan Institute of Civil Engineering. Volume 14, No. 5 (2018). https://doi.org/10.22363/1815-5235-2018-14-5-427-435
8. Mavlonov R.A., Razzakov S.J., Numanova S.E. Stress-strain state of combined steel-FRP reinforced concrete beams // E3S Web of Conferences 452, 06022, IPFA – 2023. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202345206022
9. S. Razzakov and A. Martazaev. Mechanical properties of concrete reinforced with basalt fibers. E3S Web of Conf., 401 (2023) 05003
10. Mavlonov R.A., Razzakov S.J. Numerical modeling of combined reinforcement concrete beam // E3S Web of Conferences 401, 03007, CONMECHYDRO – 2023. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202340103007.
11. A.P.Purxanatdinov, B.K.Erimbetov, Uchsay bentoniti tiykarinda ekologiyalıq taza qurılıs materialın alıw// https://doi.org/10.5281/zenodo.11221185
12. Niyazova, S., Kadyrova, Z., Usmanov, K., Purkhanatdinov A.,Turganbaev, B. // Research of the crystallization properties of silicate melts based on magmatic rock // https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57222733161#:~:text=AIP%20Conference%20Proceedings%2C%202024%2C%203184(1)%2C%20020042
13. Kadyrova, Z., Niyazova, S., Kazakova, M., Purkhanatdinov, A.Physico-chemical studies of Arvaten basalt for the production of mineral fiber E3S Web of ConferencesЭта ссылка отключена., 2023, 431, 06027 https://www.e3s-conferences.org/articles/e3sconf/abs/2023/68/e3sconf_itse2023_06027/e3sconf_itse2023_06027.html