- •Ордена трудового красного знамени центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций им. В.А. Кучеренко (цнииск им. Кучеренко) госстроя ссср
- •Предисловие
- •1. Общие положения
- •2. Материалы Номенклатура
- •Лесоматериалы
- •Фанера листовая. Фанерные трубы
- •Древесные плиты
- •3. Расчетные характеристики материалов Нормирование расчетных сопротивлений древесины и фанеры
- •Особенности нормирования расчетных характеристик древесных плит
- •4. Расчет элементов деревянных конструкций Упругие характеристики
- •Учет переменности сечения
- •Компоновка и подбор сечения элементов
- •Расчет сжато-изгибаемых деревянных элементов на прочность по деформированной схеме
- •Расчет деревянных элементов на устойчивость плоской формы деформирования
- •Определение прогибов изгибаемых деревянных элементов
- •Особенности расчета гнутоклееных элементов
- •Расчет элементов из клееной древесины на выносливость
- •5. Соединения элементов деревянных конструкций Общие указания
- •Клеевые соединения
- •Соединения на вклеенных стальных стержнях
- •Соединения на цилиндрических и пластинчатых нагелях
- •Соединения на металлических зубчатых пластинах и металлических шайбах
- •Учет концентрации напряжений при расчете узловых соединений клееных конструкций
- •Соединения на врубках
- •Рекомендации и примеры по проектированию деревянных конструкций Плиты покрытий и панели стен
- •Прогиб фермы
- •Исходные данные
- •Геометрические размеры оси арки
- •Нагрузки
- •Расчетные усилия
- •Геометрические размеры оси арки
- •Координаты оси арки
- •Нагрузки
- •Статический расчет арки
- •Подбор сечения арки
- •Статический расчет рамы
- •Проверка прогиба ригеля
- •Расчет узлов рамы
- •Расчет анкерных болтов и траверс
- •Колонны
- •Обеспечение пространственной жесткости плоских деревянных конструкций в зданиях и сооружениях
- •Технико-экономическая оценка деревянных конструкций
- •Исходные данные
- •Приложение1
- •Приложение2 весовая оценка несущих деревянных конструкций покрытий
- •Приложение3 правила* учета степени ответственности зданий и сооружений при проектировании конструкций
- •Приложение4 рекомендации по расчету плоских деревянных конструкций на монтажные силовые воздействия
- •Зависимость ширины сечений деревянных элементов от пролета конструкций
- •Содержание
Расчет элементов из клееной древесины на выносливость
4.33. Для древесины следует различать два вида утомляемости: от переменных напряжений, вызываемых циклическим изменением температурно-влажностного режима окружающей среды; от переменных напряжений, вызываемых внешней циклической нагрузкой.
4.34. Под влиянием переменного температурно-влажностного режима в древесине возникают преимущественно сдвигающие и растягивающие напряжения поперек волокон, которые суммируются с начальными собственными внутренними напряжениями, особенно опасными при усушке.
Клееная древесина, по сравнению с цельной, более чувствительна к такого рода циклическим воздействиям.
4.35. Действие внешней циклической нагрузки, в зависимости от схемы ее приложения к конструкции, вызывает в ее элементах различные виды напряженного состояния. Для балочных конструкций типичными являются нормальные напряжения изгиба и напряжения сдвига вдоль волокон. Постепенное накопление локальных повреждений в процессе циклического нагружения приводит к разрушению материала, если возникающие при этом напряжения превышают предел выносливости. Уровень разрушающего напряжения зависит от частоты ω и числа циклов N.
Рис. 10. График зависимости коэффициента выносливости древесины от числа циклов N при изгибе
Рис. 11. График зависимости выносливости древесины при циклическом нагружении от коэффициента асимметрии и lg N
4.36. Под нижним пределом выносливости понимается такой уровень максимального напряжения σмакс, вызываемого пульсирующей нагрузкой в режиме 0 - σмакс, которому соответствует число циклов N = 2×106 при частоте ω = 5 Гц. Предел выносливости характеризуется отношением σмакс к временному сопротивлению Rвр при стандартных испытаниях, именуемых коэффициентом выносливости
Kв = σмакс/Rвр.
Число циклов N и время tц до наступления разрушения будут тем меньше, чем выше σмакс, N и tц связаны между собой зависимостью tц = N/ω, где ω - частота циклического нагружения.
Зависимость коэффициента выносливости от числа циклов представлена на рис. 10.
Режим регулярного циклического нагружения может иметь и нижний предел напряжения σмин (рис. 11), в этом случае вводится коэффициент асимметрии ρ = σмин/σмакс.
4.37. Режимы нагружения, характеризуемые различным числом, частотой и амплитудой циклов, сводятся к функциональной зависимости
Kв = f(ρ, tцпр).
Приведенное время при переходе от циклического к постоянному режиму нагружения tцпр = ctц, где c - переходный коэффициент от времени циклического нагружения к приведенному времени в режиме постоянной нагрузки с учетом влияния ρ.
Таблица 19
Коэффициент асимметрии цикла ρ |
Числовые коэффициенты a иb при частоте ω, сек-1(циклов/мин) |
Коэффициент c | ||||
0,0333 (2) |
0,83 (50) |
2,5 (150) |
4,17 (250) | |||
0,2 |
0,945 0,068 |
0,945 0,07 |
0,945 0,076 |
0,945 0,082 |
0,19 | |
0,4 |
0,97 0,061 |
0,97 0,063 |
0,97 0,068 |
0,97 0,073 |
0,2 | |
0,6 |
0,99 0,055 |
0,99 0,057 |
0,99 0,061 |
0,99 0,066 |
0,22 | |
0,8 |
1,01 0,051 |
1,01 0,053 |
1,01 0,057 |
1,01 0,061 |
0,27 | |
Примечания: 1. Промежуточные значения коэффициентаc следует определять по линейной интерполяции. 2. Над чертом - a; под чертой -b. |
Зависимость между Kв и tцпр, полученная экспериментально, показана на рис. 11.
4.38. При расчете на выносливость изгибаемых элементов из клееной древесины, непосредственно воспринимающих многократно действующие вибрационные и другие виды циклических нагрузок с количеством циклов N ≥ 5×104, к расчетным сопротивлениям изгиба и скалывания при изгибе следует вводить поправочный коэффициент цикличности
Kц = Kв/mдл, (39)
где Kв = a - blg tцпр - коэффициент выносливости, вводится к кратковременной прочности при стандартных испытаниях линейно-возрастающей нагрузкой элементов из клееной древесины; a, b, c - числовые коэффициенты, зависящие от показателя асимметрии напряжений ρ ≥ 0 и частоты циклов ω, приведенные в табл. 19;mдл = 0,66 - коэффициент перехода от кратковременной к длительной прочности древесины, принятый при нормировании расчетных сопротивлений.
Таблица 20
Вид напряженного состояния |
Асимметрия цикла напряжения ρ | ||||||||
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 | |
Коэффициент выносливости Kв | |||||||||
Изгиб |
0,370 |
0,405 |
0,441 |
0,476 |
0,515 |
0,55 |
0,583 |
0,616 |
0,654 |
Скалывание при изгибе |
0,405 |
0,441 |
0,467 |
0,51 |
0,542 |
0,575 |
0,612 |
0,646 |
0,68 |
Коэффициент цикличности Kц | |||||||||
Изгиб |
0,56 |
0,61 |
0,67 |
0,72 |
0,78 |
0,83 |
0,88 |
0,93 |
0,99 |
Скалывание при изгибе |
0,61 |
0,67 |
0,71 |
0,77 |
0,82 |
0,87 |
0,93 |
0,98 |
1 |
После подстановки в формулу (39)Kв, tцпр и значения mдл получим
Kц = 1,52[a - blg (NC/ω)]. (40)
Значения коэффициентов Kв и Kц при N ≥ 2×106 следует принимать не ниже указанных в табл. 20с учетом вида напряженного состояния и показателя асимметрии ρ.
4.39. Расчет на выносливость необходимо производить с соблюдением требований разд. 4 и 6 СНиП II-6-74. Расчетное число циклов N, их частота ω определяются техническими условиями.
4.40. Для клееных деревянных элементов, подвергаемых действию циклических нагрузок, рекомендуется использовать только резорциновые клеи.