Особенности формирования нестандартных клееных деревянных конструкций, эксплуатируемых в тяжелых условиях

Abstract

Разработана модель комбинированной шпалы, состоящей из двух брусьев. Она учитывает анизотропию свойств древесины, наличие и расположение сердцевины, применение склеива-ния, колебания влажности древесины свыше 15%. Модель предполагает, что рассчитываемая конструкция представляется в виде совокупности конечных элементов, узлы которых обеспечивают соединение элементов между собой, а их перемещения определяют деформированное состояние конструкции в целом, связь между напряжениями и деформациями осуществляется через упругие постоянные на базе теории упругости анизотропного тела, параметры, характеризующие механические и физические свойства древесины, заданы с учетом цилиндрической системы координат, все нагрузки являются установившимися во времени, температурные деформации из-за их незначительной величины не учитываются. Разработанная модель была применена при расчете комбинированной деревянной сосновой шпалы второго типа для железных дорог широкой колеи. Из расчетов установлено, что возникновение трещин обусловлено влажностными колебаниями и анизотропией самой древесины. Под воздействием этих факторов в комбинированных шпалах возникают высокие напряжения, достигающие более 2 МПа, что является причиной возникновения глубоких трещин на боковой пласти. Напряжения концентрируются в плоскости расположения сердцевины, что и обусловливает появление трещины в этой же зоне. В верхней зоне сопряжения двух брусьев возникает зазор. При перепаде влажности между пластями в 15% возникающие нормальные напряжения достигают до 5,9 МПа, при 10% – 2,1 МПа, при 5% – 1,8 МПа. Полученные результаты свидетельствуют о необходимости обязательной влагозащитной обработки деревянных конструкций, эксплуатируемых в тяжелых условиях. Использование брусьев без сердцевины позволяет снизить максимальные нормальные напряжения в 1,8 раза. Проведенные эксперименты подтвердили сопоставимость реального напряженно-деформированного состояния комбинированной шпалы с моделированным.