Подготовка деревянных элементов на вклеенных стальных шайбах к кратковременным испытаниям

Соединение на стальных шайбах как было не раз отмечено в работах [1], [2]. В настоящей статье описан ход подготовки деревянных элементов на вклеенных стальных шайбах к кратковременным испытаниям.

После выполнения подготовительных работ заготовки образцов выдерживались не менее 4-6 суток в помещении лаборатории с целью полного отвердения клея и установления равновесной влажности древесины. Перед проведением испытаний образцы дополнительно осматривались на предмет отсутствия (или присутствия) каких-либо дефектов, проводились контрольные замеры основных параметров, ставилась маркировка образца .

Образцы испытывались по двум схемам:

1.                  Нагружение образца через стальную раму, имитирующую металлические накладки и передающие усилия на шайбы (рисунок 1, 2).

2.                  Нагружение образца, состоящего из трех дощатых заготовок, показан на рисунке 3.

Подготовка образца к испытаниям по схеме 1, т. е. с «металлическими накладками», включает в себя следующие подготовительные операции:

-          образец помещается в специальную П-образную стальную раму (рисунок 2.6), через которую будет передаваться усилие на центровой болт;

-          через отверстия в раме и шайбах пропускается центровой болт;

-          полученная конструкция стягивается центровым болтом;

-          после того, как на образец устанавливаются измерительные приборы, он готов к испытаниям.

Подготовка к испытаниям образцов, состоящих из трех заготовок, включает в себя операции:

-          сборка трех заготовок в один образец;

-          подтяжка центрового болта до плотного состояния образца;

-          установка измерительных приборов.

В качестве приборов измерения использовались индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм. Индикаторы устанавливались таким образом, чтобы в процессе испытания они не подвергались повреждению при полной выработке хода штока. Для учета возможного неравномерного загружения образца индикаторы ставились попарно.

Рис. 1. Металлическая рама: а) для образцов толщиной 50 мм; б) для образцов толщиной 120 мм

Рис. 2. Схема нагружения образца при помощи металлических накладок: 1 — деревянный элемент; 2  ̶ метталическая рама; 3 — стяжной болт; 4 — гайки; 5  ̶ вклеенные шайбы

Рис. 3. Схема нагружения трехсоставного образца: 1 — крайний элемент; 2  ̶ средний элемент; 3 — стяжной болт; 4  ̶ вклеенные шайбы; 5 — гайки

Все испытываемые образцы были разделены на две основные серии А и Б, исходя из схемы испытания: А — испытание образца с передачей нагрузки через металлические накладки; Б  ̶ трехсоставной образец.

Все образцы маркировались по каждой серии. Шифры, принятые в маркировке, показаны на рисунке 4.

Рис. 4. Маркировка образцов на вклеенных стальных шайбах

Основные характеристики и размеры испытываемых образцов согласно принятой маркировке приведены в таблице 1 и на рисунке 2.1.

Таблица 1

Основные характеристики испытываемых образцов.

Марка	Параметры					Кол-во образцов	Назначение серии образцов
	a, мм	b, мм	c, мм	Dш, мм	t, мм
ВШ-50–6-А	200	150	50	50	6	5	Передача нагрузки через металлические накладки
ВШ-50–8-А					8	5
ВШ-50–10-А					10	5
ВШ-60–8-А		200	50	60	8	3
ВШ-80–8-А		200	50	80	8	3
ВШ-50–10-Б	200	150	50	50	10	2	Передача нагрузки через деревянные элементы с вклеенными шайбами (трех составной образец)
ВШ-60–6-Б	200	150	50	60	6	5
ВШ-60–8-Б					8	5
ВШ-60–10-Б					10	5
ВШ-80–6-Б	200	150	50	80	6	5
ВШ-80–8-Б					8	5
ВШ-80–10-Б					10	5
ВШ-100–8-Б	200	150	50	100	8	5
ВШ-100–10-Б					10	5
ВШ-50–6-АГ	300	200	50	50	10	3	Зависимость разрушающей нагрузки от размеров деревянного элемента
ВШ-80–8-АГ	200			80	8	5
ВШ-100–8-АГ	300			100	8	2
ВШ-60–8-БГ	200			60	8	5
ВШ-60–8-БГ2	300			60	8	5
ВШ-80–8-БГ	200			80	8	5
ВШ-100–6-БГ	300			100	6	5
ВШ-100–8-БГ	300			100	8	5
ВШ-100–10-БГ	300			100	10	5
ВШ-60–8-БШ	200	150	50	60	8	2	Зависимость разрушающей нагрузки от наличия в крайних элементах шайбы
ВШ-60–8-БК	200	300	50	60	8	2	Зависимость разрушающей нагрузки от наличия в гнезде клеевой прослойки
ВШ-80–8-АУ00	200	150	120	60	10	5	Зависимость разрушающей нагрузки от угла a° между линией действия нагрузки и направлением волокон древесины образца
ВШ-80–8-АУ450	200	150	120	60	10	5
ВШ-80–8-АУ600	200	150	120	60	10	5
ВШ-80–8-АУ900	200	150	120	60	10	5

Помимо двух основных испытываемых серий образцов А и Б (группа I и II) были изготовлены и испытаны образцы с передачей нагрузки только через центровой болт и через шайбу, вложенную в гнездо без клея (группа V), а также образцы с передачей на них нагрузки под различными углами по отношению к направлению волокон древесины (группа VI) и образцы с отсутствием шайб в крайних элементах с внешней стороны (группа IV).

Представленные в таблице 2.1 разновидности образцов позволяли выявить зависимость предельной нагрузки и характер работы образцов от таких факторов, как:

-        диаметр шайбы D_ш;

-        толщина шайбы t;

-        размеры деревянного элемента a, b, c;

-        способ приложения нагрузки;

-        положительный эффект от вклейки шайбы в гнездо;

-        наличие клеевой прослойки в гнезде;

-        направление действующего усилия по отношению к волокнам древесины.

Для различия образцов, исходя из их предназначения, в основные марки образцов помимо букв А и Б (показывающих схему передачи нагрузки на шайбы) были добавлены дополнительные буквы, позволяющие судить о предназначении конкретной группы образцов. В приводимых марках образцов такими буквами являются:

-          Г — серия образцов, позволяющая оценить зависимость разрушающей нагрузки от геометрических параметров образцов;

-          Ш —  серия образцов с отсутствием шайб в крайних элементах;

-          К —  образцы без клеевой композиции в гнезде;

-          У — серия образцов, испытываемых нагрузкой, действующей под различными углами к волокнам древесины;

-          PP — серия образцов, отличающихся не вклеиванием в гнездо шайбы, а приклейкой к пласти древесины;

Испытания образцов соединений на вклеенных шайбах

Образцы испытывались на сжатие при нормальных температурно-влажностных условиях, т. е. при температуре 18-20°С и относительной влажности воздуха W=60-65%. Нагрузка создавалась гидравлическим прессом и прикладывалась ступенями DР=5 кН, что составляет примерно 0,1 ̶ 0,05 Р_разр. Общий вид испытания показан на рисунке 5.

Перед приложением нагрузки и в дальнейшем после каждой ступени нагружения снимались отсчёты по индикаторам. Скорость нагружения принималась непрерывной и равномерной с фиксацией начального и конечного времени. В процессе испытаний осуществлялся осмотр образцов, фиксировались характер и вид их разрушения, величина разрушающей нагрузки и время действия нагрузки. Результаты заносились в журнал испытаний. Испытание образцов проводилось возрастающей нагрузкой с доведением образцов до их полного разрушения. За разрушающую нагрузку принималась такая ее величина, когда рост деформации сдвига в образцах в определенный интервал времени действия нагрузки происходил без заметного увеличения нагрузки.

Рис. 5. Испытание образцов: а)  ̶ передача нагрузки через металлические накладки, б)  ̶ передача нагрузки через деревянные элементы

Литература:

1.                  Арискин М. В Теоретические исследования напряженно-деформированного состояния элементов соединений на вклеенных шайбах [Текст] / Арискин М. В., Д. В. Гуляев, И. Ю. Агеева, Гарькин И. Н.// Молодой ученый. — 2013. — № 2. — С. 27–31

2.                  Арискин М. В., Д. В. Гуляев, И. Ю. Агеева, Гарькин И.Н Применение многорядных соединений в деревянных конструкциях в практике строительства [Текст] // Молодой ученый. — 2013. — № 5. — С. 35–38.