Розрахунок на вогнестійкість конструктивних вузлових з’єднань ЗА ЄВРОКОД
DOI:
https://doi.org/10.32347/2522-4182.17.2025.79-91Ключові слова:
вузли будівельних конструкцій, нагельні з’єднання, вогнестійкість, Єврокод 2, Єврокод 5Анотація
Належна оцінка структурної вогнестійкості будівельних конструкцій вимагає точного механічного моделювання роботи матеріалу з урахуванням термічної повзучості в реакції матеріалів на напруження-деформацію при підвищених температурах. Розроблені скінченно-елементні моделі вогнезахищених конструкцій із застосуванням різних типів покриттів [6]. З урахуванням особливостей деревини як конструкційного матеріалу на прикладі нагельних вузлових з’єднань представлено огляд робіт та моделей роботи вузлів.
Огляд проведено на основі наведених в літературі експериментальних результатів та їх застосування до моделей вузлових з’єднань в умовах підвищених температур. Розглядувані в огляді роботи надають великий фактичний матеріал стосовно моделей несучої спроможності з’єднання нагельного типу та його жорсткості.
На сьогодні ці питання досліджуються багатьма дослідниками. Детально аналізується двокомпонентна модель, на основі якої проведено порівняння серії зразків за нормальних умов експлуатації та в умовах пожежі, отримані відповідні коефіцієнти напружень за різного ступеню вогневого впливу. Як граничні стани нагельного з’єднання розглядаються втрата міцності через пластичний згин нагеля в нагельному гнізді при зминанні деревини стінки отвору.
Аналіз чисельних експериментів надає можливість переконатися в надійності чинних правил і норм проектування [1, 2] та імплементованих до них національних норм проектування [3-5], а також дозволяє виявити недоліки та межі застосування правил проектування вогнестійкості стосовно цього виду з’єднання. Результати підкреслюють необхідність включення дійсної роботи нагелів у з’єднаннях дерев’яних конструкцій до сучасних удосконалених структурних розрахунків на вогнестійкість та в інженерну практику. В огляді розглядається приклад симетричного з’єднання з двома площинами зсуву, реалізація скінченно-елементної моделі та отримані результати.
На сьогодні застосування розрахункових методів оцінки вогнестійкості пов’язане із впровадженням новітніх програмних обчислювальних комплексів, зокрема таких як Ліра-САПР, Ansys Mechanical, Comsol Multi-physics, IdeaStatiсa та інші [6, 8, 9]. Нові дослідження дозволяють вдосконалити інформаційні бази для створення інструментів чисельного моделювання складних споруд на шляху гармонізації міжнародних і національних стандартів України в галузі будівництва при урахуванні дійсної жорсткості вузлів дерев’яних конструкцій в умовах температурних впливів.
Посилання
DSTU-N B EN 1993-1-2:2010. Yevrokod 3. Proektuvannia stalevykh konstruktsii. Chastyna 1-2. Zahalni polozhennia. Rozrakhunok konstruktsii na vohnestiikist (EN 1993-1-2:2005, IDT) – Chynnyi vid 2014-01-01 – K.: Minrehion Ukrainy, 2012. – 106 s. – (Natsionalnyi standart Ukrainy) [in Ukrainian]
DSTU-N B EN 1995-1-2:2012 Yevrokod 5. Proektuvannia derev`ianykh konstruktsii. Chastyna 1-2. Zahalni pravyla. Rozrakhunok konstruktsii na vohnestiikist (EN 1995-1-2:2004, IDT) – Chynnyi vid 2013-07-01 – K.: Minrehion Ukrainy, 2013. – 96 s. – (Natsionalnyi standart Ukrainy) [in Ukrainian]
DSTU-N B EN 1992-1-2:2012. Yevrokod 2. Proektuvannia zalzobetonnykh konstruktsiy̆. Chastyna 1-2. Zahalni polozhennia. Rozrakhunok konstruktsiy̆ na vohnestiіkist (EN 1992-1-2:2004, IDT) – Chynnyі vid 2013-07-01 – K.: Minrehion Ukraïny, 2012. – (Natsionalnyy̆ standart Ukraïny) [in Ukrainian]
DBN V .1.1-7:2016. Pozhezhna bezpeka obiektiv budivnytstva. Zahalni vymohy: – chynni vid 2017-06-01. – K.: Minrehion Ukrainy, 2017. – 47 s. – (Derzhavni budivelni normy) [in Ukrainian]
DSTU-N B EN 1991-1-2:2010 Yevrokod 1. Dii na konstruktsii. Chastyna 1-2. Zahalni dii. Dii na konstruktsii pid chas pozhezhi (EN 1991-1- 2:2002, IDT) – Chynnyi vid 2013-07-01 – K.: Minrehion Ukrainy, 2011 – 81 s. – (Natsionalnyi standart Ukrainy) [in Ukrainian]
Barbash M., Kovalov F., & Romashkina M. (2022) Calculated assessment of fire resistance of fireproof reinforced concrete building structures by pc LIRA-SAPR tools Building Constructions. Theory and Practice, (12), 53 – 64 [in Ukrainian]
https://doi.org/10.32347/2522-4182.12.2023.53-64
Fesenko O.A., & Momotiuk D.S. (2021). Fire Resistance Design of Timber Structures According to Eurocode 5. Tenden-tsii ta vyklyky suchasnoi ahrarnoi nauky: teoriia i praktyka: materialy III mizhnarodnoi naukovoi internet-konferentsii (m. Kyiv, 20-22 Zhovtnia 2021 r.). – K.: NUBiP Ukrainy,. 353 [in Ukrainian]
Khitskov K., & Lavrinenko L. (2023). Fire resistance design analysis for steel connections using specialized 3d modeling software Building Constructions. Theory and Practice, (12), 93 – 104 [in Ukrainian].
https://doi.org/10.32347/2522-4182.12.2023.93-104
Fesenko O, Koliakova V., Dmytrenko Ye., & Momotiuk D. (2022) Fire resistance analysis of bending timber structures according to Eurocode 5. Building Constructions. Theory and Practice, (10), 94-107 [in Ukrainian].
https://doi.org/10.32347/2522-4182.10.2022.94-107
Nekora V., Sidnei S., Shnal T., Nekora O., Lavrinenko L., & Pozdieiev S.(2021)..Thermal effect of a fire on a steel beam with corrugated wall with fireproof mineral-wool cladding Eastern-European Journal of Technologies. –No5/1(113), 24-32.
http://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.241268
Johansen K. W. Theory of Timber Сonnections IABSE, Publications No 9, Bern, Switzerland, 1949, pp. 249–262.
Sawata K, & Yasumura M. (2003) Estimation of yield and ultimate strengths of bolted timber joints by nonlinear analysis and yield theory Journal of Wood Scitnce.(49), 383–391 https://doi.org/10.1007/s10086-002-0497-3
Marcolan A. C.. & Dias de Moraes J. P. (2022). Probabilistic model for determining the failure time of steel-to-timber connections with multiple dowel-type fasteners exposed to fire. Fire Safety Journal, (133), 103646
https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2022.103646
Santana C.L.O., Mascia N.T., Determination of fastener stiffness and application in the structural design with semi-rigid connections Ninth World Conference on Timber Engineering, WCTE 2006, Portland, OR, USA. https://www.researchgate.net/publication/290841810
Kharouf N., McClure G., Smith I., (2003). Elasto-plastic modeling of wood bolted connections// Comput. Struct. (81), 747–754
.https://doi.org/10.1016/S0045-7949(02)00482-0
Racher P., Bocquet J.F. (2005). Non-linear analysis of dowelled timber connections: a new approach for embedding modelling Electron. J. Struct. Eng. 5 1–9.
https://doi.org/10.56748/ejse.546
Gonzalez Fueyo J., Dominguez M., Cabezas J., Rubio M.. Design of connections with metal dowel-type fasteners in double shear // Materials and Structures, 2009.-42(3), pp.385–397.
https://doi.org/10.1617/s11527-008-9389-3
Matsubara D., Teranishi M.,Wakashima, Y. Elastic interaction in multiple bolted timber joints Journa of WoodScience, 2022.-68, 53.
https://doi.org/ 10.1186/s10086-022-02060-3
Laplanche K. Etude du comportement au feu des assemblages de structures bois: approche expe ́rimentale et mode ́lisation: Ph.D. Dissertation, University Blaise Pascal (Clermont-Ferrand), France, 2006 [in French].
Moses D.M., Prion H.G.L.. (2003). A three-dimensional model for bolted connections in wood, Can. J. Civ. Eng. 30 (3) 555–567.
https://doi.org/10.1139/l03-009
Patton-Mallory M., Smith F.W., Pellicane P.J.. (1998). Modeling bolted connections in wood: a three-dimensional finite-element approach, J. Test Eval. 26 (2) 115–124. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1997)123:8(1054)
Resch E., Kaliske M.. (2010). Three-dimensional numerical analyses of loadbearing behavior and failure of multiple double-shear dowel-type connections in timber engineering Computers and Structures, 88 (3-4), p. 165–177.
https://doi.org/ 10.1016/j.compstruc.2009.09.002
Erdodi L., Bodi I.. Experimental and numerical analysis of timber joints, in: C.A. Brebbia, W.P. de Wilde (Eds.). High Performance Structures and Materials II, WIT Press, Wessex, UK, 2004.
Chen C.J., Lee T.L., Jeng D.S.. Finite element modeling for the mechanical behavior of dowel-type timber joints//Comput. Struct. 81 (2003) 2731–2738.
https://doi.org/ 10.1016/S0045-7949(03)00338-9
Reid M., Shin J., Quenneville P.. Capacity predictions for one and two-row bolted timber connections Eighth World Conference on Timber Engineering, WCTE 2004, Lahti, Finland.
Jiang L., Chui Y.H.. Finite element model for wood-based floors with lateral reinforcements// J. Struct. Eng.—ASCE 130 (7) (2004) 1097–1107.
https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(2004)130:7(1097)
Hwang K., Komatsu K.. Bearing properties of engineered wood products I: effects of dowel diameter and loading direction//J. Wood Sci. 48 (2002) 295–301.
Daudeville L., Davenne L., Yasumura. M. Prediction of the load carrying capacity of bolted timber joints//Wood Sci. Technol. 33 (1999) 15–29
Lavrinenko L.I., Afanasieva L.V., & Tonkacheiev V.H. (2023). Features of behavior and calculation of dowel timber joints with slotted-in plates according to EC5. Building Constructions. Theory and Practice, (13), 123-138 [in Ukrainian]
https://doi.org/10.32347/2522-4182.13.2023.123-138
C. Erchinger, A. Frangi, A. Mischler. Thermal investigations on multiple shear steel-to-timber connections//Ninth World Conference on Timber Engineering, WCTE 2006, Portland, OR, USA
Konig J., Fontana M.. The Performance of Timber Connections in Fire—Test Results and Rules of Eurocode 5 S. Aicher, H.-W. Reinhardt (Eds.), Proceedings of the RILEM Symposium Joints in Timber Structures, Stuttgart, Germany, 2001, pp. 639–648.
Cachim P., Franssen J.-M.. Numerical modelling of timber connections under fire loading using a component model Fire Safety Journal, 2009. - 44(6), pp. 840–853. https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2009.03.013
Franssen J.-M.. SAFIR. A thermal/structural program modelling structures under fire// Eng. J. AISC 42 (3) (2005) 143-158
DOI: 10.62913/engj.v42i3.856
Jorissen A. Double shear timber connections with dowel type fasteners - Ph.D. Thesis. Delft University of Technology, Delft, Netherlands, 1999 –264 p.
Sawata K., Yasumura M.. Determination of embedding strength of wood for dowel-type fasteners// J. Wood Sci. 48 (2002) 138–146.
Dorn M, Borst K, Eberhardsteiner J. Experiments on dowel-type timber connections // Engineering Structures, 2013. – 47, pp. 67–80 https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2012.09.010
Kruppa J., Lamadon T., Racher P.. Fire resistance tests of timber connections, CTICM, INC-00/187-JK/NB – 2000.
DOI: 10.1260/2040-2317.3.2.107
Laplanche K., Dhima D., Racher P. Predicting the behaviour of dowelled connections in fire: fire test results and heat transfer modelling // Eighth World Conference on Timber Engineering, WCTE, 2004, Lahti, Finland.
Afanasieva L.V., Kulik T.R. (2020) Harmo-nizatsiia mizhnarodnykh i natsionalnykh standartiv yak mekhanizm tekhnichnoho rehuliuvannia budivelnoi haluzi Ukrainy [Harmonization of International and National Standards as a Mechanism of Technical Regulation in the Construction Sector]./Zbirnyk prats XIV Mizhnarodnoi naukovoi konferentsii «Nauka i osvita». Uhorshchyna, Khaidu-soboslo,3-7 [in Ukrainian]
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Л.Лавріненко, Л.Афанасьєва, В.Тонкачеєв
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами: Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).