Обґрунтування вибору геометричних параметрів дослідних зразків клеєних дерев’яних балок, армованих поздовжньою арматурою
DOI:
https://doi.org/10.32347/2522-4182.18.2026.130-145Ключові слова:
клеєна деревина, поздовжнє армування, геометрія дослідних зразків, чотириточковий згин, FRPАнотація
Незважаючи на те, що дослідження поздовжнього армування дерев’яних балок тривають уже близько семи десятиліть, у провідних країнах світу досі відсутні базові нормативні документи, які б регламентували проєктування таких конструкцій. Однією з причин є відсутність уніфікованих методик випробувань, що унеможливлює формування порівнянної експериментальної бази.
У статті обґрунтовано вибір геометричних параметрів дослідних зразків клеєних дерев’яних балок, армованих поздовжньою арматурою, для випробувань на чотириточковий згин. Проведено порівняльний аналіз вимог європейських (EN 408), міжнародних (ISO 8375, ISO 13910) та американських (ASTM D198, ASTM D4761) стандартів випробувань дерев’яних балок на згин. За результатами пошуку у наукометричних базах даних Scopus, Web of Science та Google Scholar сформовано вибірку з 31 експериментального дослідження армованих балок, аналіз якої виявив значний розкид геометричних параметрів зразків: співвідношення прольоту до висоти від 7,7 до 25,0; відношення висоти до ширини від 1,0 до 4,29; висоти перерізу від 90 мм до 605,5 мм. Встановлено, що вибір параметрів не залежав від відсотка та методу армування і не демонструє тенденції до уніфікації з часом.
Граничні значення геометричних параметрів обґрунтовано аналітично за чотирма незалежними критеріями: забезпечення згинального характеру руйнування з урахуванням збільшеної несучої здатності армованого перерізу; мінімізація впливу зсувних деформацій на результати визначення модуля пружності; забезпечення статистичної репрезентативності з позицій масштабного фактора Вейбулла та мінімальної кількості ламелей; забезпечення стійкості балки з площини згину без додаткових бічних розкріплень. Показано, що поздовжнє армування підвищує ризик втрати стійкості з площини згину, оскільки несуча здатність на згин зростає значно сильніше за критичний момент втрати стійкості. Сформульовано рекомендації щодо геометричних параметрів дослідних зразків: для помірного та для високого рівня армування; висота перерізу ; кількість ламелей – не менше чотирьох.
Посилання
Saad, K., & Lengyel, A. (2022). Strengthening timber structural members with CFRP and GFRP: A state-of-the-art review. Polymers, 14(12), 2381. https://doi.org/10.3390/polym14122381
Михайловський, Д. В., & Комар, М. А. (2021). Армування конструкцій з деревини композитними матеріалами, стан і перспективи. Будівельні конструкції. Теорія і практика, (9), 72–80.
https://doi.org/10.32347/2522-4182.9.2021.72-80
Михайловський, Д. В., & Комар, М. А. (2022). Аналіз досліджень застосування композитних стрічок для підсилення дерев'яних конструкцій. Будівельні конструкції. Теорія і практика, (10), 4–10. https://doi.org/10.32347/2522-4182.10.2022.4-10
Михайловський, Д. В., & Комар, М. А. (2020). Інженерна методика розрахунку елементів з клеєної деревини, армованої композитною арматурою. Будівельні конструкції. Теорія і практика, (7), 93–100
https://doi.org/10.32347/2522-4182.7.2020.93-100
Yang, H., Liu, W., Lu, W., Zhu, S., & Geng, Q. (2016). Flexural behavior of FRP and steel reinforced glulam beams: Experimental and theoretical evaluation. Construction and Building Materials, 106, 550–563.https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.12.135
National Research Council [CNR]. (2007). Guidelines for the design and construction of externally bonded FRP systems for strengthening existing structures: Timber structures (CNR-DT 201/2005).
https://www.cnr.it/en/node/2637
ASTM International. (2020). Standard practice for establishing characteristic values for reinforced glued laminated timber (glulam) beams using mechanics-based models (ASTM D7199-20). https://doi.org/10.1520/D7199-20
Dietsch, P. (2021). Reinforcement of timber structures: Standardization towards a new section for EC 5. In G. Machado, J. Branco, T. Descamps et al. (Eds.), Reinforcement of Timber Elements in Existing Structures (pp. 131–146). Springer. (RILEM State-of-the-Art Reports, Vol. 31). https://doi.org/10.1007/978-3-030-67794-7_6
European Committee for Standardization. (2003). Timber structures – Structural timber and glued laminated timber – Determination of some physical and mechanical properties (EN 408:2003).
ASTM International. (2022). Standard Test Methods of Static Tests of Lumber in Structural Sizes (ASTM D198-22a). ASTM International, West Conshohocken, PA. https://doi.org/10.1520/D0198-22A
ASTM International. (2019). Standard test methods for mechanical properties of lumber and wood-based structural materials (ASTM D4761-19). ASTM International.
International Organization for Standardization. (2017). Timber structures – Glued laminated timber – Test methods for determination of some physical and mechanical properties (ISO 8375:2017).
https://www.iso.org/standard/67532.html
International Organization for Standardization. (2014). Timber structures – Strength graded structural timber – Test methods for structural properties (ISO 13910:2014). https://www.iso.org/standard/52977.html
Ahmad, Y. (2013). Ductility of timber beams strengthened using fiber reinforced polymer plates. Journal of Civil Engineering and Architecture, 7(5), 535–544. https://doi.org/10.17265/1934-7359/2013.05.003
Alkhudery, H. H., Al-Tameemi, H. A., & Al-Katib, H. A. A. (2023). Experimental and theoretical investigation of the structural behavior of reinforced glulam wooden members by NSM steel bars and shear reinforcement CFRP sheet. Open Engineering, 13, 20220481. https://doi.org/10.1515/eng-2022-0481
Blank, L., & Frangi, A. (2020). Design model for the bending resistance of fibre reinforced glulam. Engineering Structures, 211, 110385. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.110385
Borri, A., Corradi, M., & Grazini, A. (2005). A method for flexural reinforcement of old wood beams with CFRP materials. Composites Part B: Engineering, 36, 143–153. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2004.04.013
Brady, J. F., & Harte, A. M. (2008). Prestressed FRP flexural strengthening of softwood glue-laminated timber beams. In Proceedings of 10th World Conference on Timber Engineering (WCTE 2008), Miyazaki, Japan.
Buell, T. W., & Saadatmanesh, H. (2005). Strengthening timber bridge beams using carbon fiber. Journal of Structural Engineering, 131(1), 173–187. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(2005)131:1(173)
Bula, S., & Pelekh, A. (2023). Comparing the efficiency of strengthening timber beams reinforced with carbon composite rods and plates. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(7(125)), 14–22. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.287673
Çankal, D., Şakar, G., & Çelik, H. K. (2023). A criticism on strengthening glued laminated timber beams with fibre reinforcement polymers, numerical comparisons between different modelling techniques and strengthening configurations. Revista de la Construcción. Journal of Construction, 22(3), 661–678.
https://doi.org/10.7764/RDLC.22.3.661
Cao, A. S., Steiger, R., & Frangi, A. (2025). Experimentally validated bending capacity models for strip-reinforced timber beams. Wood Material Science & Engineering, 20(4), 828–844. https://doi.org/10.1080/17480272.2025.2509076
Dagher, H. J., Kimball, T. E., Shaler, S. M., & Abdel-Magid, B. (1996). Effect of FRP reinforcement on low grade eastern hemlock glulams. In M. A. Ritter, S. R. Duwadi, & P. D. H. Lee (Eds.), National Conference on Wood Transportation Structures: Proceedings (pp. 207–214). U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory. (Gen. Tech. Rep. FPL-GTR-94)
Davids, W. G., Dagher, H. J., & Breton, J. M. (2000). Modeling creep deformations of FRP-reinforced glulam beams. Wood and Fiber Science, 32(4), 426–441. https://wfs.swst.org/index.php/wfs/article/view/1879
Fiorelli, J., & Dias, A. A. (2003). Analysis of the strength and stiffness of timber beams reinforced with carbon fiber and glass fiber. Materials Research, 6(2), 193–202. https://doi.org/10.1590/S1516-14392003000200014
Fiorelli, J., & Dias, A. A. (2006). Fiberglass-reinforced glulam beams: Mechanical properties and theoretical model. Materials Research, 9(3), 263–269. https://doi.org/10.1590/S1516-14392006000300004
Gentile, C., Svecova, D., & Rizkalla, S. H. (2002). Timber beams strengthened with GFRP bars: Development and applications. Journal of Composites for Construction, 6(1), 11–20.
https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0268(2002)6:1(11)
Glišović, I., Stevanović, B., & Petrović, M. (2015). Bending behaviour of glulam beams reinforced with carbon FRP plates. Journal of Civil Engineering and Management, 21(7), 923–932.
https://doi.org/10.3846/13923730.2014.897969
Harrach, D., Habashneh, M., & Movahedi Rad, M. (2022). Reliability-based numerical analysis of glulam beams reinforced by CFRP plate. Scientific Reports, 12, 13587. https://doi.org/10.1038/s41598-022-17751-6
He, M., Wang, Y., Li, Z., Zhou, L., Tong, Y., & Sun, X. (2021). An experimental and analytical study on the bending performance of CFRP-reinforced glulam beams. Frontiers in Materials, 8, 802249.
https://doi.org/10.3389/fmats.2021.802249
Issa, C. A., & Kmeid, Z. (2005). Advanced wood engineering: Glulam beams. Construction and Building Materials, 19, 99–106. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2004.05.013
Kawecki, B. (2021). Guidelines for FEM modelling of wood-CFRP beams using ABAQUS. Archives of Civil Engineering, 67(4), 175–191. https://doi.org/10.24425/ace.2021.138493
Kim, Y. J., & Harries, K. A. (2010). Modeling of timber beams strengthened with various CFRP composites. Engineering Structures, 32(10), 3225–3234. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2010.06.011
Kliger, R., Al-Emrani, M., Johansson, M., & Crocetti, R. (2007). Strengthening glulam beams with steel or CFRP plates. In: S.T. Smith (Ed.), Proceedings of the Asia-Pacific Conference on FRP in Structures (APFIS 2007), Hong Kong, China, 12-14 December 2007, pp. 291–296.
Livas, C., Ekevad, M., & Öhman, M. (2022). Experimental analysis of passively and actively reinforced glued-laminated timber with focus on ductility. Wood Material Science & Engineering, 17(2), 129–137.
https://doi.org/10.1080/17480272.2020.1869998
Lu, W., Ling, Z., Geng, Q., Liu, W., Yang, H., & Yue, K. (2015). Study on flexural behaviour of glulam beams reinforced by Near Surface Mounted (NSM) CFRP laminates. Construction and Building Materials, 91, 23–31. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.04.050
Mahinic Vrce, A., Salčin, M., & Ćećez, M. (2025). Experimental study of reinforced glulam beams. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1339, 012023. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1339/1/012023
Raftery, G. M., & Harte, A. M. (2013). Nonlinear numerical modelling of FRP reinforced glued laminated timber. Composites Part B: Engineering, 52, 40–50. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.03.038
Romani, M., & Blaß, H. J. (2001). Design model for FRP reinforced glulam beams (CIB-W18/34-12-3). International Council for Research and Innovation in Building and Construction, Working Commission W18 – Timber Structures, Meeting Thirty-Four (Paper No. 34-12-3). Venice, Italy.
Wdowiak-Postulak, A., & Świt, G. (2021). Behavior of glulam beams strengthened in bending with BFRP fabrics. Civil and Environmental Engineering Reports, 31(2), 1–14. https://doi.org/10.2478/ceer-2021-0016
Komar, M. A., & Mykhailovskyi, D. V. (2024). Definition of the stress-strain state of a glued laminated timber beam reinforced with composite strips using experimental method. Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-Technical Collected Articles, (112), 43–51. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2024.112.43-51
Mykhailovskyi, D., & Gomon, P. (2025). Experimental studies of prestressed solid timber beams. Building Constructions. Theory and Practice, (17), 30–40. https://doi.org/10.32347/2522-4182.17.2025.30-40
Демчина, Б. Г., Бляхар, Т. Й., Кравз, А. Р., Орешкин, Д. О., & Сурмай, М. І. (2011). Експериментальне дослідження роботи дощатоклеєних балок, армованих металевою та неметалевою арматурою. Вісник Національного університету «Львівська політехніка». Теорія і практика будівництва, (697), 87–92. https://ena.lpnu.ua/handle/ntb/10395
European Committee for Standardization. (2004). Eurocode 5: Design of timber structures – Part 1-1: General – Common rules and rules for buildings (EN 1995-1-1:2004).
European Committee for Standardization. (2016). Structural timber – Strength classes (EN 338:2016).
Weibull, W. (1951). A statistical distribution function of wide applicability. Journal of Applied Mechanics, 18(3), 293–297.
European Committee for Standardization. (2013). Timber structures – Glued laminated timber and glued solid timber – Requirements (EN 14080:2013).
European Committee for Standardization. (1999). Timber structures – Glued laminated timber – Strength classes and determination of characteristic values (EN 1194:1999).
APA – The Engineered Wood Association. (2020). Standard specification for structural glued laminated timber of softwood species (ANSI 117-2020).
https://www.apawood.org/ansi-117
The Institution of Structural Engineers & TRADA. (2007). Manual for the design of timber building structures to Eurocode 5. The Institution of Structural Engineers.
ISBN 978-0-901297-44-0
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 О. Лисюк, А. Мазурак
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).
