Zastosowanie prętów kompozytowych i stalowych do wzmocnienia w belkach z drewna klejonego warstwowo stanowi skuteczną technikę zbrojenia, która umożliwia redukcję przekrojów elementów konstrukcyjnych. W pracy przedstawiono wyniki eksperymentalne dotyczące zbrojenia w pełnowymiarowych belkach drewnianych o przekroju poprzecznym 82x162 mm i długości 3650 mm. Przeprowadzono również badania numeryczne za pomocą metody elementów skończonych z uwzględnieniem współczynnika zbrojenia, rodzaju zbrojenia, siły niszczącej, odkształceń czy przemieszczeń wykonane w programie ANSYS. Wyniki z badań doświadczalnych dla belek niewzmocnionych porównano z wynikami dla belek zbrojonych, a następnie określono przyrosty nośności, sztywności, wytrzymałości na zginanie i modułu sprężystości, a ponadto omówiono analizę postaci uszkodzeń. Wyniki pokazały średni wzrost nośności dla belek wzmocnionych prętami stalowymi odpowiednio 56,2 i 45,2% dla belek wzmocnionych prętami bazaltowymi, dla współczynnika zbrojenia w obu przypadkach równym 1,2%. W przeprowadzonej analizie numerycznej otrzymano zadowalającą korelację z wynikami doświadczalnymi, otrzymana różnica zawierała się w przedziale od 4,3 do 10,2%.
EN
The use of composite and steel bars for reinforcement in glued laminated timber beams is an effective reinforcement technique that allows reducing the cross-sections of structural elements. The paper presents experimental results for reinforcement in full-size wooden beams with a cross-section of 82x162 mm and a length of 3650 mm. Numerical tests were also carried out using the finite element method, taking into account the reinforcement factor, type of reinforcement, destructive force, deformations or displacements performed in the ANSYS program. The results from experimental tests for unreinforced beams were compared with the results for reinforced beams, and then the increases in load capacity, stiffness, bending strength and modulus of elasticity were determined, and the analysis of damage patterns was discussed. The results showed an average increase in resistance for steel-reinforced beams of 56,2 and 45,2% for basalt-reinforced beams, respectively, for a reinforcement factor of 1,2% in both cases. In the numerical analysis, a satisfactory correlation with the experimental results was obtained, the obtained difference was in the range of 4,3 to 10,2%.
W artykule przywołano dwa znane nieliniowe modele zniszczenia belek drewnianych przy zginaniu. Jeden z nich to model Suensona, w którym naprężenia ściskające w przekroju aproksymuje się za pomocą paraboli, a naprężenia rozciągające mają rozkład liniowy. Drugi to model Thunella, w którym rozkład naprężeń w całym przekroju belki aproksymuje się za pomocą linii łamanej złożonej z odcinków prostych. Na tle tych modeli przedstawiono model, w którym naprężenia w strefie ściskanej aproksymuje się za pomocą wielomianu 4 stopnia. W ramach tych modeli sformułowano związki między wytrzymałościami doraźnymi drewna bez wad na ściskanie, rozciąganie i zginanie oraz oszacowano moment zginający w belce w chwili zniszczenia. Na przykładach wykazano, że model Thunella oraz zaproponowany model nieliniowy 4 stopnia dobrze pasują do danych doświadczalnych i mogą być stosowane w obliczeniach praktycznych.
EN
The article refers to two known nonlinear models of failure of wooden beams in bending. One of them is the Suenson model, in which the compressive stresses in the cross-section are approximated by a parabola, and the tensile stresses have a linear distribution. The second is the Thunell model, in which the stress distribution in the entire cross-section of the beam is approximated by a line composed of straight segments. Against the background of these models, a model has been presented in which the stresses in the compressed zone are approximated by a polynomial function of degree 4. Within these models, it is possible to formulate the relationship between the compression, tensile and bending ultimate strengths of clear wood. It is also possible to estimate the bending moment in the beam at the moment of failure. The examples show that the Thunell model and the proposed nonlinear model of degree 4 fit well with the experimental data and can be used in practical calculations.
Omówiono problematykę projektowania drewnianych belek dwutrapezowych z otworami w strefie kalenicy. Przedstawiono zagadnienia normowe oraz obliczenia numeryczne za pomocą metody elementów skończonych, z uwzględnieniem zbrojenia wzmacniającego. Zamieszczono rekomendacje dotyczące położenia otworów i stosowanego zbrojenia.
EN
The paper is dedicated to design of timber double tapered beams with openings in the apex area. Standard design regulation as well as computational analysis by the finite element method with the influence of reinforcement are presented. The work is supplemented with recommendations regarding the location of openings and the reinforcement used.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono symulacje numeryczne przepływu ciepła przez belki drewniane różnych klas, w warunkach pożaru standardowego ISO. Modele numeryczne wykonano w programie SAFIR. Następnie, na podstawie izotermy 300 określono przekroje belek zmieniające się podczas pożaru. Finalnie uzyskano wytężenie belek wykonanych z różnych gatunków drewna, w sytuacji pożaru.
EN
The article presents numerical simulations of heat flow through timber beams of different classes, in the conditions of standard ISO fire. Numerical models were made in the SAFIR program. Then, the beam cross-sections were determined on the basis of the 300 isotherm. Finally, effort of beams made of various types of wood were obtained in a fire situation.
Przedstawiono analizę naprężeń normalnych prostopadłych do włókien w swobodnie podpartych dźwigarach o typowym i nietypowym kształcie wykonanych z drewna klejonego warstwowo. Belki są analizowane zgodnie z europejską normą projektową oraz z zastosowaniem metody elementów skończonych. Analiza jest przeprowadzona dla różnych parametrów materiałowych, przy założeniu zarówno ortotropii, jak i izotropii.
EN
The present paper presents the analysis of stress perpendicular to the grain in both standard and non-standard simply supported beams made of glued laminated timber. The beams are analysed according to Eurocode and independently with the finite element approach. The analysis is conducted for various material parameters with the assumption of both orthotropy and isotropy and leads to the conclusion that non-standard beans should be analysed individually.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
One of the basicconstruction materials is wood. It is used both for the construction of the main structural elements as well as during finishing works. Therefore, it is extremely important to choose the right type of wood as well as to recognize its strength characteristics properly. In the context of civil engineering, it is important to properly apply the material in the context of its load capacity and strength. In the article, the authors evaluated the load-bearing capacity of a pine beam by carrying out a test of its destruction on a testing machine. The assessment of the emerging displacements invoked by the applied load has been verified by a geodetic monitoring system consisting of a precise, robotic electronic total station remotely operated from the controller's position, using specialised software. The obtained results were compared with the values obtained from the testing machine. Furthermore, the accuracy level of the geodesic system and its potential usefulness in deformation monitoring of timber elementswere assessed.
PL
Jednym z podstawowych materiałów budowlanych jest drewno. Wykorzystuje się je zarówno do budowy głównych elementów konstrukcyjnych, jak również podczas prac wykończeniowych. Stad też, niezwykle istotny jest wybór właściwego rodzaju drewna, również należyte rozpoznanie jego cech wytrzymałościowych. W kontekście budowlanym, ważne jest należyte zastosowanie omawianego materiału w kontekście nośności I wytrzymałości. W artykule, autorzy dokonali oceny nośności belki sosnowej przeprowadzając test jej zniszczenia na maszynie wytrzymałościowej. Ocena stanu pojawiających się przemieszczeń w zależności od przyłożonego obciążenia została zweryfikowana geodezyjnym systemem monitoringu składającym się z precyzyjnego, zrobotyzowanego tachimetru elektronicznego obsługiwanego zdalnie z pozycji kontrolera, przy użyciu specjalistycznego oprogramowania. Otrzymane rezultaty porównano z wartościami otrzymanymi z maszyny wytrzymałościowej. Oceniono następnie poziom precyzji działania systemu geodezyjnego w kontekście monitoringu deformacji element konstrukcji drewnianej.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wybrane rezultaty numerycznej analizy drgań belki drewnianej wzmocnionej prętami stalowymi, poddanej obciążeniu dynamicznemu. Analizowano zakres tzw. umiarkowanie dużych ugięć. Zróżnicowane cechy mechaniczne materiału belki uwzględniono na etapie wyznaczania sił wewnętrznych, wprowadzając odpowiednie uwarstwienie przekroju. W analizie numerycznej wykorzystano metodę różnicową z jawnym schematem całkowania względem czasu. W przykładzie obliczeniowym analizowano wpływ zbrojenia na nośność i sztywność belki oraz na podstawowe parametry dynamiczne. W przypadku stali i drewna przyjęto sprężysto-idealnie plastyczny model materiału.
EN
This paper presents the solution of the numerical analysis for wooden beam reinforced with steel rods and loaded dynamically. The moderately large deformation is analyzed. The variation of material properties in the cross section is included during the integration of the internal forces. This effect was obtained by specification appropriate layers in the beam cross section. The finite difference method with explicit time integration scheme is used in the numerical analysis. The numerical example is given, in which the influence of the reinforcement for the load capacity and stiffness of the beam, as well as, the basic dynamic properties is analyzed. For both materials – reinforced steel and wood, the elastic perfectly plastic model is used.
W analizie zróżnicowanie właściwości odkształceniowych materiału w przekroju belki uwzględniono na etapie całkowania sił wewnętrznych, wprowadzając odpowiednie uwarstwienie przekroju. Wykorzystano metodę różnicową z jawnym schematem całkowania względem czasu. Podano kryterium oszacowania wartości krytycznej kroku czasowego. W przykładzie obliczeniowym analizowano wpływ zbrojenia na nośność i sztywność belki oraz na podstawowe parametry dynamiczne.
EN
In the analysis the variation of material properties in the cross section is included during the integration of internal forces. This effect was obtained by specification appropriate layers in the beam cross section. The finite difference method with explicit time integration scheme is used in the numerical analysis. Due to the conditional stability of the proposed method, the criterion for estimating the value of the critical time step is applied. The numerical example is given, in which the influence of the reinforcement for the load capacity and stiffness of the beam, as well as, the basic dynamic properties is analyzed.
This article describes aspects within an experimental programme aimed at improving the structural performance of solid fir-wood beams reinforced with unglued composite laminates applied on the beam tension zone. Softwood is from gymnosperm plants and it is the basis of approx. 85% of the world’s production of wood elements. Fir wood is characterised by low weight density, low compression strength and high level of defects, is likely to distort when dried and tends to fail in tension due to the presence of cracks, knots or grain deviation. The addition of modest ratios of FRP composite reinforcement can suppress tension failure in beams. However the application of epoxy adhesives presents problems of reversibility, compatibility with timber, durability and poor performance at temperatures higher than 60–80°C. The study of failure modes, particularly in tension-reinforced beams, is the main focus of this paper. The experimental campaign is dealing with the evaluation of bending strength and deformation properties of a significant number of unreinforced and reinforced beams strengthened with unbonded carbon (CFRP) plates or basalt (BFRP) spikes. Increases of beam capacity, bending strength and of modulus of elasticity and analysis of failure modes were measured and discussed.
PL
Artykuł opisuje aspekty programu badań eksperymentalnych, mającego na celu poprawę pracy konstrukcyjnej belek z litego drewna jodłowego, wzmocnionych materiałami kompozytowymi bez użycia kleju, zastosowanymi w strefie belki poddawanej rozciąganiu. Miękkie drewno pochodzi z roślin nagonasiennych i stanowi podstawę dla około 85% światowej produkcji elementów drewnianych. Drewno jodły charakteryzuje niska gęstość wagowa, niska wytrzymałość na ściskanie i wysoki poziom defektów i wad. Drewno takie ma tendencję do wypaczania się po wyschnięciu oraz ulega zniszczeniu przy rozciąganiu z uwagi na obecność pęknięć, sęków lub nieregularności włókna. Zastosowanie niewielkich ilości wzmocnienia kompozytowego FRP może zapobiec zniszczeniu belek na skutek rozciągania. Jednak zastosowanie klejów epoksydowych jest problematyczne ze względu na brak możliwości odwracalności interwencji, kompatybilność z drewnem, trwałość oraz niekorzystne zachowanie w temperaturach powyżej 60–80°C. Badania nad mechanizmami zniszczenia, zwłaszcza belek wzmocnionych na rozciąganie, są tematem niniejszego artykułu. Program badawczy ma na celu ocenę wytrzymałości na zginanie oraz właściwości deformacyjnych znacznej liczby niewzmocnionych i wzmocnionych belek, do których wzmocnienia wykorzystano taśmy węglowe (CFRP) lub sztyfty bazaltowe (BFRP) bez użycia kleju. Dokonano pomiarów wzrostu nośności belek, ich wytrzymałości na zginanie i modułu elastyczności, przeprowadzono analizę mechanizmów zniszczenia. Artykuł prezentuje otrzymane wyniki.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono model obliczeniowy redystrybucji naprężeń normalnych z uwzględnieniem liniowej teorii pełzania w drewnianych belkach eksploatowanych przez wiele lat. W celu określenia stanu naprężeń i odkształceń belek w dowolnej chwili, zastosowano metodę dyskretyzacji kontinuum przestrzenno-czasowego. Wykorzystując przedstawiony w artykule algorytm uwzględniający długotrwały czas obciążenia i nierównomierny rozkład wilgotności, można dowieść, że naprężenie normalne w przekroju zmniejsza się w strefach przypowierzchniowych belki, a zwiększa w strefach rdzeniowych. Jest to korzystna redystrybucja, biorąc pod uwagę rozkład wytrzymałości drewna w przekroju po wieloletniej eksploatacji (określony on został eksperymentalnie w przypadku belek stropodachowych po 140-letniej eksploatacji).
EN
The article presents a computational model of normal stress redistribution in operating for many years, wooden beams, taking into account the linear theory of creep. To determine the state of stress and strain beams at any instant of time, we applied the method of discretization space-time continuum. The analysis algorithm used takes into account the long time to load and uneven distribution of moisture redistribution normal stresses can be seen in cross-section: to reduce their value in the areas of subsurface beams and an increase in core areas. It is a favorable redistribution considering the distribution of strength of wood in the section after many years of exploitation specified experimental research carried out on the roof beams of 140-year life.
Przedstawiono zasady projektowania drewnianych elementów zginanych o przekrojach złożonych z różnych materiałów. Uwzględniono zmiany parametrów wytrzymałościowych oraz charakterystyk geometrycznych elementów przekroju w czasie eksploatacji. Zamieszczono przykład liczbowy.
EN
In the article, the principles of bending timber composite elements designing were presented. The changes of design parameters of timber composite elements were taken into consideration during the operating time. The numerical example of composite timber element designing was presented.
W artykule przedstawiono analizę numeryczną belki drewnianej z drewna klejonego warstwowo. Podczas analizy założono, że belka została poddana działaniu ognia. Wartość wzrostu temperatury w czasie obciążenia ogniem przyjęto na podstawie krzywej pożaru ISO R834. Analizy dokonano na podstawie modelu numerycznego. Ze względu na zmianę właściwości fizycznych drewna wraz ze zwiększającą się temperaturą do obliczeń przyjęto współczynniki redukcyjne przedstawione w Eurokodzie 5.
EN
The article presents the numerical analysis of the beam made of glulam. In the analysis it was assumed that the beams were exposed to fire. The value of temperature of the beams while being exposed to fire was based on a fire curve ISO R834. The analysis was made on the basis of numerical models. Because of the changes in mechanical-physical properties of wood together with the increasing temperature, for the calculations there were used reduction factors included in Eurocode 5.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono tablice i wykresy pozwalające oszacować nośność na zginanie drewnianych belek w sytuacji wyjątkowej, jaką jest pożar. Wykorzystując algorytmy zawarte w eurokodach, autorzy zaproponowali łatwe w użyciu przez rzeczoznawców ds. zabezpieczeń przeciwpożarowych i pracowników prewencji PSP, nomogramy przydatne w ocenie odporności ogniowej zginanych, drewnianych elementów nośnych (belek).
EN
The paper presents graphs and tables allow to estimate the load-bearing capacity of bending timber beams in a fire conditions. Using algorithms contained in the EN standards, authors proposed easy-to-use nomograms useful in the evaluation of fire resistance to bending timber load-bearing elements.
The subject of this paper is the general formulation of a model for scarf adhesive joints in timber beams within the framework of plane linear elasticity. It is assumed that wood is orthotropic. The joint can be subjected to a complex loading state including an axial force, a bending moment and a shear force. The joint model is given in displacements by means of a set of four partial differential equations of the second order. Boundary conditions cater for sharp edges in the adherends. Complete solutions to theory of elasticity equations are presented and discussed. The manner in which the joint transmits the axial force, the bending moment and the shear force is presented. It is shown that the scarf joint does not feature stress concentrations and that there exists an approximate equivalence of displacements and stress states in scarf jointed and continuous elements.
Rewolucja przemysłowa przełomu XV III i XIX wieku dokonująca się głównie w Anglii dociera również kilkadziesiąt lat później na ziemie polskie. Głównym ośrodkiem przemysłowym w tej części Europy staje się Łódź. W ciągu kilkudziesięciu lat wybudowano tam dziesiątki obiektów, które pod koniec XX wieku osiągnęły kres swego życia technicznego. Zachowanie tego dziedzictwa dla przyszłych pokoleń wymaga przedsięwzięć inwestycyjnych określanych jako rewitalizacja. Polega to na nadaniu budynkom nowych funkcji i włączeniu ich w obieg współczesnej kultury przy maksymalnym poszanowaniu kompozycji i formy architektonicznej oraz struktury budowlanej. W artykule przedstawiono wybrane problemy techniczne związane z rewitalizacją XIX-wiecznych fabryk.
EN
The Industrial Revolution of late seventeenth and early nineteenth century, taking place mainly in England, decades later, also comes on Polish territory. Lodz becomes the main industrial center of this part of Europe. In recent decades, dozens of buildings built here in the late twentieth century reached the limit (end) of their technical life. Preservation of this heritage for future generations requires development projects known as revitalization. This involves assigning new features to buildings and turning them into the circulation of contemporary culture, with maximum respect for composition and the architectural form and structure of the building. The paper presents some technical problems related to the revitalization of the nineteenth century factories.
W kraju i za granicą powstaje wiele obiektów usługowych i hal sportowych z drewna klejonego. Konstrukcje te stosuje się również do kładek dla pieszych i obiektów mostowych na pełne obciążenia drogowe. Są to głównie konstrukcje typu belkowego, które oprócz obciążeń stałych, znajdują się pod wpływem obciążeń zmiennych. Najbardziej newralgicznym miejscem w takich belkach są strefy podporowe, zwłaszcza strefy docisku miejscowego w poprzek włókien.
EN
In Poland and in other countries, many service buildings and sports halls are built of glued timber. Such constructions are also used for footbridges and fully-loaded road bridges. They are mainly beam-type structures, which are subject to both constant and variable loads. The most critical place in such beams are the support zones, particularly zones with local pressure across the fibres.
W artykule przedstawiono przegląd rozwiązań konstrukcyjnych wzmacniania belek z drewna klejonego warstwowo zbrojeniem w postaci prętów. Szczególną uwagę zwrócono na pręty kompozytowe jako alternatywę dla taśm z włókien kompozytowych i stalowych prętów. Na zakończenie przedstawiono krótką charakterystykę prętów poliestrowo-szklanych i epoksydowo-bazaltowych.
EN
This paper presents a review of methods of strengthening glulam beams with bars. Particular attention was paid to the composite rods as an alternative to FRP belt and steel rods reinforcement. In conclusion is presented short characterization of polyester-glass and basalt-epoxy rods.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono wybrane wyniki badań zabytkowych drewnianych belek stropowych wzmacnianych taśmami kompozytowymi CFRP. Eksperyment przeprowadzono na elementach w skali technicznej. Przedstawiono ponadto analizę teoretyczną uzyskanych rezultatów oraz założenia własnego modelu teoretycznego opisującego pracę belek wzmocnionych z uwzględnieniem fizycznej nieliniowości materiału belki. Zaproponowana metoda wzmacniania belek drewnianych, polegająca na wklejaniu taśm CFRP do wnętrza przekrojów może być z powodzeniem zastosowana w pracach konserwatorskich.
EN
Selected results of investigations of antiquewooden ceiling beams strengthened with composite material CFRP strips have been presented in the study. The experiment was carried out on elements in the technical scale. The theoretical analysis of the obtained results and the foundation for authors' own theoretical model describing the work of strengthened beams taking into consideration physical nonlinearity of the material of the beam has also been presented. The proposed method of strengthening of wooden beams, consisting in inserting CFRP strips to the interior of cross-sections, can be successfully applied in conservator's works.
W dźwigarach belkowych w miejscach podparcia reakcje wywołują naprężenia na docisk w poprzek włókien. Wytrzymałość drewna w poprzek włókien jest jednak bardzo mała. W artykule przedstawiono rozkład naprężeń w strefach podparcia oraz praktyczne sposoby zwiększania nośności stref podporowych belek drewnianych.
EN
Compressive stresses across wood fibres are created as a result of processes occurring at the supports of beam girders. However, wood strength across fibres is very Iow. The article presents the distribution of compressive stresses at support points and outlines some practical guidelines to increase the load-bearing capacity at support points in wood beams.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.