Испытания деревянных сводов системы В. Г. ШУХОВА — БРОДА

После напечатания статьи о деревянных сводах системы В. Г. Шухова—Брода («Строит. пром.» за 1929 г., №8) в редакцию журнала, к автору и в контору Древстроя посыпался ряд запросов буквально со всех концов Союза. Столь большое внимание, оказанное протежируемой автором системе перекрытий, объясняется многими положительными качествами ее. Когда нами был получен от фирмы, Брода ее проспект, то в нем имелось много фотографий и общих чертежей. Но ни метода расчета, ни принципов конструирования сводов там не было. Достать их отдельно не удалось, поэтому конструкторскому бюро Древстроя пришлось самому их создавать. Таким образом, было спроектировано несколько сводов.

Однако первые же наблюдения над постройкой сводов указали на ряд существенных дефектов как в расчете, так и в конструкции. Автор, пользуясь данными практики, пересмотрел оба эти вопроса. В результате были даны новые методы расчета сводов и их конструирования, столь существенно отличающиеся от первых опытов, что теперь проекты первых сводов приводятся в качестве примеров того, как не надо проектировать деревянные своды системы В. Г. Шухова — Брода. Последними словами предупреждаются все те работники провинции, которые пользуются розданными Древстроем чертежами и расчетами первых сводов.


В отличие от сводов фирмы Брода, строящей свои своды на специальных шурупах, наши своды проектировались почти исключительно на гвоздях. Столь существенная разница в конструкции деталей естественно вызывала сомнение в прочности у многих строителей. Вопрос об испытании системы возникал сам собою. Надо было найти учреждение, которое бы согласилось провести испытания. На предложение автора опыты согласились поставить Сокольническая строительная контора и Мосстрой. Ниже приводятся по­дробные отчеты об этих испытаниях, проведенных под руко­водством и наблюдением автора. Опыты дали ценнейшие материалы, которые подтвердили правильность расчетов и указали пути к дальнейшему улучшению, удешевлению и упрощению конструкции.

На Березниковском химкомбинате производилось испытание свода пролетом 10 м. Свод дал 3-кратный запас прочности. Оба испытания, проведенные в Москве на особенно невыгодную для свода одностороннюю нагрузку, дали также удовлетворительный запас прочности. И эти же опыты, как и следовало ожидать, показали, что употреблять на своды хороший, сосновый лес нецелесообразно—его качества будут там использованы только частично. На обшивки сводов надо употреблять здоровые низкосортные доски. Автор считает, что для сводов пролетом до 20 м вполне можно употреблять липовые, осиновые, тополевые и березовые доски толщиною 25 мм, вводя в расчет технические показатели, соответствующие этим материалам. Многие комиссии бьются над вопросом применения в строительстве низко­сортных материалов. Система перекрытий В. Г. Шухова— Брода должна теперь стать в их повестку дня. Институту сооружений предстоит большая работа над этой системой.

ОТЧЕТ-АКТ

об испытании деревянного свода системы В. Г. Шухова — Брода
Москва, 28 сентября 1930 г.

Составили: Максимов, Р. Ф.- зав. производственным отделом Сокольнической строительной конторы, Захаров Р. А.—производитель работ той же конторы, Савищев — десятник той же конторы, Кочетков Д. А; — преподаватель Высшего инженерно-строительного училища.
Над зданием лаборатории завода «Полиграф» (Москва, село Богородское, Б. Богородская ул., д. 6) был построен в строительном сезоне 1930 г. деревянный свод системы В. Г. Шухова—Брода с расчетным пролетом, равным 17 м подъемом—3,20 м. Модель этого свода была устроена на территории того же завода специально для испытания ее.

Конструкция, погода и нагрузки


Конструкция модели. Модель имела пролет 17,00 м, подъем—3,20 м, ширину по образующей—2,00 м, обшивки из досок толщиною в 25 мм, сечение прогонов Брода— 120×150 ли; размер «120» по вертикали.
Доски прибивались к прогонам 5″ гвоздями, а на стыках привинчивались З½ шурупами; По концам свода были поставлены две железных затяжки. Затяжка к своду не подвешивалась. Очертание оси свода—квадратная парабола. После раскружаливания гайки на концах затяжек были подвинчены настолько, что прогиб от собственного веса был устранен. Работы по устройству модели были произведены мало квалифицированными рабочими, благодаря чему в модели имелся ряд мелких недостатков, а именно: при забивке некоторых гвоздей последние удары наносились так сильно, что шляпки гвоздей уходили в доску на глубину от 1 до 3 мм. На стыках концы досок не приторцовывались (между прочим по расчету этого тоже не требовалось.). В опорном узле некоторые доски неплотно приходили к мауэрлатному брусу. Опорные железные подкладки под гайками затяжек не всей поверхностью прилегали к мауэрлату. Было и еще не¬сколько других недостатков в работе, но все они допускали оставление их в модели, сводя таким образом качество работ к категории средних. Материал на модель был употреблен сырой, сучковатый, с синевой, третьего сорта.


Погода. Работы по устройству модели и подмостей были закончены 1 сентября. С 2 по 9 сентября шли сильные дожди, и модель, будучи непокрыта сверху, сильно намокла, каковое обстоятельство шло не в запас прочности. С 9 по 30 сентября пасмурные дни перемежались с солнечными.


Нагрузка. Пробная нагрузка производилась рядами силикатного кирпича. Один ряд кирпича соответствовал временной расчетной нагрузке. Укладывались кирпичи отдельными участками с зазорами между ними такой величины, что при прогибе модели эти участки не смыкались и не образовывали сплошного кирпичного свода, могущего частично нести свой вес.
Модель подвергалась следующим нагрузкам:

1) 7 сентября 15 час.—нагрузка № 1—один ряд кирпичей в правой половине свода;
2) 9 сентября в 10 час.—нагрузка № 2—один ряд кирпичей по всему пролету свода;
3) 14 сентября в 9 час.—нагрузка № 3—один ряд кирпичей по всему пролету свода и кроме того в правой половине еще один ряд кирпичей;
4) 14 сентября в 11 час.—нагрузка №4—один ряд кирпичей по всему пролету свода и кроме того в правой половине два ряда кирпичей;
5) 27 сентября в 11 час. весь груз был снят.

Измерения

Измерения деформации. Для определения деформации модели под нагрузками производился целый ряд измерений в различных пунктах. Чтобы исключить влияние одностороннего перекоса модели на величину деформации, последние замерялись дважды: спереди и сзади модели. В ниже¬следующих таблицах приведены средние арифметические из этих двух отчетов.
Деформации измерялись не тотчас же после загружаться, я некоторое время — непосредственно перед следующим загружения. Нагрузка № 2 выдерживалась на модели продолжительный срок — 5 дней, дабы получить возможно полное затухание пластических деформаций, точная кар¬тина которых нужна для расчета деревянных сводов большой статической неопределенности. С этой же целью, но еще больший срок выдерживалась нагрузка № 4.
Время измерения деформации указано в соответствующих таблицах деформации.
Прогиб. Прогиб определялся в 7 пунктах: 4 — в левой половине и 3—в правой половине.
Эти пункты совпадали с центрами специально установленных прогонов Брода; в левой половине прогоны №№1 — 2, 3 — 4, а в правой прогоны №№ 5, 6, 7. Кроме этих восьми пунктов была еще одна точка—середина свода, где также определялся прогиб.

Испытания деревянных сводов системы В. Г. ШУХОВА - БРОДА

Поворот прогонов. Прогоны свода под влиянием одно-сторонней нагрузки стремятся повернуться вокруг своей продольной оси, чем вызывают работу гвоздей на выдергивание.
Для определения поворотов прогонов на концах упомянутых выше прогонов №№1 — 2 — 3 — 4 — 5 — 6 — 7 были укреплены специальные планки-стрелы длиной по 4 м. По горизонтальному и вертикальному перемещениям нижних концов стрел, с одной стороны, и по горизонтальному и вертикальному перемещению центров прогонов, с другой стороны, можно определить углы поворота прогонов,а по сближению или расхождению обшивок можно определить величину выдергивания гвоздей.

Испытания деревянных сводов системы В. Г. ШУХОВА - БРОДА
Испытания деревянных сводов системы В. Г. ШУХОВА - БРОДА
Испытания деревянных сводов системы В. Г. ШУХОВА - БРОДА

Деформация обшивок. В результате поворота прогонов обшивки сближались или расходились между собой. После нагрузки №№ 1 — 2 — 3 деформаций обшивок не было заметно на-глаз, и только после нагрузки № 4, когда свод сильно изогнулся, стали заметны изгиб обшивок и врезание гвоздей в доску. Эти деформации были измерены тогда, когда они достигли наибольшей величины — 27 сентября.

Состояние свода под нагрузками. Нагрузки №№ 1—2—3 вызывали соответствующие изгибы свода, но никаких разрушений ни в самом своде, ни в его отдельных мелких деталях не последовало. Изгиб свода происходил без какого бы то ни было шума, скрипа и треска.

После приложения к своду нагрузки № 4 правая поло» вина свода стала постепенно прогибаться. В течение 3 час. свод прогнулся в четверти пролета на 30 см.

В это время прогоны №№ 6 и 7 уперлись в стойки весов и задержали дальнейшую осадку правой половины свода. Концы прогонов №№ 6 и 7 были отпилены, и свод опять был предоставлен самому себе. Прогиб по прежнему стал возрастать, пока не достиг величины 700 мм. Дальше осадка не могла продолжаться, так как свод коснулся стоящих под ним кружал и сильно на них навалился. Общая деформация свода под нагрузкой № 4 была столь значительна, что эту нагрузку надо считать для него критической.

Несмотря на то, что лес был плохого качества и деформация свода была очень велика, ни одна доска не сломалась. Сильный прогиб свода был вызван сдвигом обшивок по прогонам. Этот сдвиг был столь значителен, что стыки досок в растянутых зонах разошлись. Так например стыки разошлись;

  1. в нижней обшивке правой половины свода около про­гона № 6 на 18—20 мм, около прогона № 7 на 25—30 леи;
  2. в верхней обшивке левой половины свода на прогоне № 2 на 18—22 мм, около прогона № 3 на 18 леи.

При этом одни шурупы изогнулись и своими шляпками врезались в дерево; на прогоне № 2 на глубину 2—5 мм, на прогоне № 6 на глубину 6—2 мм и на прогоне № 7 на глубину 6—8 мм. Диаметр шляпок шурупов был 15 мм.

Те же шурупы, которые не изогнулись, выкололи кусочки дерева по двум плоскостям, касательным к своим стержням. Гвозди, забитые в смыкаемые доски на соседних от стыка прогонах, также сильно изогнулись и врезались в дерево. На прогоне № 3 шляпки гвоздей так глубоко ушли в доски, что их даже не было видно. Гвозди же на соседних нестыкаемых здесь досках оставались на своих местах. На обеих опорах ни деформаций в гвоздях, ни разрушений в досках не произошло. Торцы досок в стыках сжатых вон сошлись между собою плотиц; древесина осталась целой, доски друг в друга не врезались.

Слабое место в сводах В. Г. Шухова—Брода—работа гвоздей на выдергивание. Испытание в этом отношении дало ценный материал. При изгибе свода обшивки изгибаются неравномерно: в середине между прогонами круче, нежели над самыми прогонами. Этим обстоятельством и объясняется то, что многие гвозди не выдернулись и не врезались в доску, хотя прогоны сильно повернулись.

Несмотря на большой изгиб свода и сильное расхождение стыков досок общее состояние его создавало впечатление, что свод приподнимется при удалении нагрузки. Чтобы лучше проверить это положение, нагрузка № 4 оставалась на своде 11 дней. Надо полагать, что за этот срок и упругие и пластичные деформации достаточно проявили себя. 27 сентября весь груз со свода был снят, и свод приподнялся. Он отошел от кружал, но первоначальную свою форму не восстановил. Даже наоборот форма его мало отличалась от той, которая была при критической нагрузке.

Колебания свода. До нагрузки свод подвергался вынуж­денному колебанию. Для этой цели свод снизу против прогона № 2 раскачивался; в такт с колебанием свода на него снизу нажимал руками инж. Кочетков. Специально построенный прибор для автоматической записи диаграммы колебаний показал, что свод колеблется как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях.

В четверти пролета амплитуда колебаний свода в верти­кальной плоскости в среднем равна 50 мм (25 мм вверх и 25 .мл« вниз от теоретической оси). Затухание колебаний свода происходит весьма неравномерно. Кривая, огибающая диаграмму колебаний, близко подходит к эллипсу; быстрое уменьшение амплитуды колебаний вначале и медленное потом.

Полное затухание колебаний происходит в течение 15 сек. Было произведено несколько колебаний и всегда эта цифра оставалась неизменной.

ОТЧЕТ — АКТ

об испытании деревянного свода системы В. Г. Шухова — Брода

Москва, 6 ноября 1930 г.

Составили: Бабин Г. А. — производитель работ Мосстроя, Гринберг Э.Э. — производитель работ Мосстроя, Грузинцев — инженер бюро рационализации, Маши некий — архитектор «Моспроекта», Кочетков Д. А. — преподаватель Высшего инженерно-строительного училища.

За время с 1 октября 1930 г. и по 6 ноября 1930 г. на территории постройки гаража по Петровке 38 было произведено испытание модели деревянного свода системы В. Г. Шу­хова — Брода.

Конструкция модели. Модель имела пролет L=20,00 m; подъем f= ⅕ ; L=4,00 m; ширину по образующей=2,00 m. Обшивку из досок толщиною в 25 мм.

Сечение прогонов Брода 140×160 мм-, размер —160 мм по вертикали. Доски прибивались к прогонам 100 — милли­метровыми гвоздями, а на стыках привинчивались 76 — милли­метровыми шурупами. По концам свода были поставлены две железные затяжки, которые в четвертях пролета были подвешены к своду. Опорами модели служили кирпичные стены гаража. Очертания оси свода — квадратная парабола После раскружаливания гайки на концах затяжек были подвинчены на столько, что прогиб модели от собственного веса был частично устранен (из 28 мм прогиба был ,устранено 13 мм).

Работы по устройству модели были произведены мало­квалифицированными рабочими. Эти рабочие деревянных сводов никогда не строили, благодаря чему в модели имелся ряд мелких недостатков, которые по своей значимости допускали оставление их в модели, сводя тем самым качество работ к категории средних. Материал на модель был употреблен сырой, сучковатый: с синевой, второго сорта.

Погода. Работы по устройству модели производились в сырую и пасмурную погоду. После устройства свода последний был покрыт сверху одним слоем теля. Пробный груз ввиде красных кирпичей ничем сверху не закрывался. За все время испытания стояла пасмурная погода; дождей не было до 25 октября. Вечером 25 октября пошел дождь, который продолжался более суток. Кирпичи впитали в себя дождевую воду и этим самым увеличили пробную нагрузку.

Нагрузки. Один ряд кирпичей, уложенных по своду, соответствовал временной расчетной нагрузке — 80 кг/м² . Кирпичи укладывались отдельными участками равномерно по всему своду с зазорами между ними.

Модель подвергалась следующим нагрузкам:                   ,

  1. 10 октября в 16 час.—нагрузка № 1 —по всему пролету—р=80 кг/м² ,
  2. 15 октября в 16 час.—нагрузка № 2— в левой половине свода—р=80 кг/м² , а в правой половине свода—p=160 кг/м² ,
  3. 24 октября в 15 час. нагрузка № 3—в левой половине свода—р=80 кг/м² , а в правой—р=240 кг/м² ;
  4. 25—26 октября—нагрузка № 4—дождь, ливший более суток, промочил все кирпичи и тем самым довел пробную нагрузку в левой половине до 192 кг/м² , а в правой половине до 275 кг/м² ;
  5. 2 ноября весь груз был снят.

Изменения деформаций модели под нагрузками произво­дились в различных пунктах. Чтобы исключить влияние одностороннего перекоса модели на величину деформации, последние замерялись дважды: спереди и сзади модели. Время измерения деформаций и величины их приведены в соответствующих таблицах* (В настоящей статье приводится только одна таблица. Д.К.)

В таблицах деформации обозначались; а) кверху и влево знаком минус, книзу и вправо знаком плюс; б) сближение обшивок знаком минус, расхождение обшивок знаком плюс.

Все деформации даны в миллиметрах.

Для определения поворотов прогонов под влиянием односторонней нагрузки, на концах некоторых (9 шт.) прогонов были установлены специальные планки-стрелы. По горизонтальному и вертикальному перемещению нижних концов стрел, с одной стороны, и по горизонтальному и вер­тикальному перемещению центров прогонов—с другой, можно определить углы поворота прогонов. А по сближению или расхождению обшивок можно определить величину выдергивания гвоздей.

После нагрузок №№ 1, 2 деформаций обшивок не было заметно на-глаз.И только после нагрузки № 3 стали заметны деформации обшивок, и то только в части модели.

Удлинение затяжек при разных нагрузках было равно:

Испытания деревянных сводов системы В. Г. ШУХОВА - БРОДА

Под влиянием перекоса свода после нагрузки № 4 затяжка в месте прикрепления левой подвески поднялась на 250 мм.

Состояние свода под нагрузками. Нагрузки №№ 1—2—3 вызывали соответствующие деформации свода, но никаких разрушений ни в самом своде, ни в его мелких деталях не последовало. Каждая из этих нагрузок выдерживалась на своде настолько продолжительно, чтобы всякие дефор­мации в своде прекращались, и только после этого произво­дилась следующая нагрузка. Изгиб свода происходил без какого бы то ни было треска и скрипа.

Нагрузка № 4 — дождевая вода, впитанная кирпичами, прилагалась к своду постепенно в течение довольно продол­жительного времени. За это время свод постепенно прогибался. Вечером 26 октября свод хотя и был несколько дефор­мирован, однако хорош) держался. В ночь же с 26 на 27 октября правая половина свода сильно прогнулась и коснулась стоящих под сводом кружал. Общая деформация свода под нагрузкой № 4 была столь значительна, что эту нагрузку надо считать для него критической.

Несмотря на то, что лес был сырой, среднего качества и деформация свода была очень велика, ни одна доска не сломалась и не скололась. Сильный прогиб свода объясняется плотным обжатием торцов досок на стыках, сдвигом обшивок по прогонам и раскалыванием прогона № 7. На прогоне № 7 половина досок нижней обшивки имела стык. В этом стыке концы досок разошлись на 35 — 40 мм и отодрали от прогона угловую его часть по линии забивки гвоздей. Вообще все стыки досок, находящиеся в растянутых зонах, разошлись.

Испытания деревянных сводов системы В. Г. ШУХОВА - БРОДА

Расхождение стыков стало заметно только после нагрузки № 3. Ни в одном стыке концы досок против шурупов не скололись. Гвозди, забитые в стыкаемые доски на соседних от стыка прогонах, также сильно изогнулись и врезались в дерево. Здесь же гвозди нестыкаемых досок оставались на своих местах.

На левой опоре ни деформации в гвоздях, ни разрушений в досках не произошло. На правой же опоре нижняя обшивка осталась на месте, а концы верхней обшивки припод­нялись и отошли от мауэрлата настолько, что образовалась щель в 12 мм. При этом гвозди врезались в дерево на 2—5 .«а». Торцы досок в стыках сжатых зон сошлись между собою плотно, древесина осталась целой. В местах наибольших поперечных сил между обшивками свода были поставлены распорки, доски, на ребро прибитые к обшивкам. Концы распорок не были приторцованы, между некоторыми распор­ками и прогонами были щели. Однако несмотря на такие дефекты, наличие в своде распорок благоприятно сказывалось в работе гвоздей на выдергивание. В натуре влияние распорок на деформацию свода было заметно особенно рельефно, что подтверждает как правильность идея об их применении, так и правильность их расчетов по проекту. Необходимо отметить особенно следующее:

Испытания деревянных сводов системы В. Г. ШУХОВА - БРОДА

1) свод дал тот запас прочности, на который он был рассчитан;
2) свод имеет «предел пропорциональности»: до некоторого предела деформации свода пропорциональны нагрузкам, за этим пределом «пропорциональности системы» деформации растут быстрее, чем нагрузка;
3) после каждой нагрузки пластические деформации имеют большую величину, чем упругие деформации.

Испытания деревянных сводов системы В. Г. ШУХОВА - БРОДА

ДИМ. КОЧЕТКОВ

Строительная Промы́шленность 1931 год.

Роман Королёв

Конструктор-моделист, автор сайта.

Оставить комментарий

avatar