Експериментальне дослідження фізико-механічних характеристик сталевих саморізів для дерев’яних конструкцій
DOI:
https://doi.org/10.32347/2522-4182.18.2026.173-183Ключові слова:
конструкції з деревини, вузлові з’єднання, саморіз, сталь, механічні характеристики сталіАнотація
Однією з головних проблем, які в теперішній час виявляються важливими для проєктування конструкцій з деревини, є оцінка несучої здатності різних типів вузлових з’єднань. Для з’єднань на сталевих самонарізних гвинтах ця проблема пов’язується із зафіксованим емпірично небажаним ефектом – «відстрілювання» шляпки саморізу за умов різкого зниження температури. Для передбачення коректної роботи таких елементів необхідно знати їх основні механічні характеристики, які згідно чинних методик мають враховуватись при проєктуванні. Також це в подальшому відкриває перспективи для коректної оцінки рооти всього вузлового з’єднання під навантаженням.
Метою проведених експериментальних лабораторних досліджень є визначення та оцінка основних механічних характеристик сталей для саморізів. В якості бази випробувань прийнято вироби датської компанії ExpertFix. Проводились випробування саморізів 3 типорозмірів із номінальними діаметрами 4.2, 5.5 та 6.0 мм. Випробування проводились на універсальній розривній машині УГ20/2, обладнаною сертифікованою системою комп’ютерної фіксації результатів вимірювань.
За результатами досліджень були отримані діаграми роботи сталі самонарізних гвинтів в залежності від рівня деформацій та часу. Руйнування зразків відбувалось за крихкою схемою без утворення пластичної «шийки». Зафіксований рівень міцності коливається в межах від 800 до 1000 МПа, що характерно для високоміцних сталей. При цьому абсолютне видовження не перевищує 11 %, а відносне видовження – 45 %. Відповідно до чинних стандартів України такі сталі можуть бути умовно віднесені до сталей класу С620, проте з певними обмолвками. Розраховані значення згинального моменту пластичної деформації для розглядуваних діаметрів саморізів становлять 1015 кН·см, 2370 кН·см та 3231 кН·см, відповідно, що має використовуватись для оцінки несучої здатності.
В якості перспектив подальших досліджень слід вказати на необхідність розширення спектру досліджуваних типорозмірів саморізів та їх виробників, в тому числі й вітчизняних постачальників. Також передбачається розробка пропозицій щодо коригування методик експериментального визначення механічних характеристик сталевих кріпильних елеменів для конструкцій з деревини.
Посилання
Premrov, M., & Leskovar, V. Ž. (2023). Innovative structural systems for timber buildings: a comprehensive review of contemporary solutions. Buildings, (13), 1820. https://doi.org/10.3390/buildings13071820
Casagrande, D., Sinito, E., Izzi, M., Pasetto, G., & Polastri, A. (2021). Structural performance of a hybrid timber wall system for emergency housing facilities. Journal of Building Engineering, (33), 101937.
https://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101566
Pastori, S., Mazzucchelli, E. S., & Wallhagen, M. (2022). Hybrid timber-based structures: A state of the art review. Construction and Building Materials, (359), 129505. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.129505
Xu, Q., Zou, H., Wang, Z., He, Yu., Qi, L., & Wang, J. (2024). Modal testing and analysis of high-rise laminated timber building. BioResources, 19 (4), 9616-9630. https://doi.org/10.15376/biores.19.4.9616-9630
Михайловський, Д., & Комар, О. (2024). Аналіз існуючих досліджень деревини на ударні та балістичні навантаження. Будівельні конструкції. Теорія і практика, (15), 19–28.
https://doi.org/10.32347/2522-4182.15.2024.19-28
Михайловський, Д., Комар, М., Склярова, Т., & Бондарчук, Б. (2024). Застосування клеєної та поперечно-клеєної деревини при реконструкції та новому будівництві. Будівельні конструкції. Теорія і практика, (15), 54–65. https://doi.org/10.32347/2522-4182.15.2024.54-65
Li, Z., Kitamori, A., Zhang, X., Wu, Ya., Zhang, L., & Xue, J. (2024). Analytical investigation on the rotational behavior of dovetail mortise–tenon joints between beams and columns in traditional Chinese timber frames, Journal of Wood Science, 70, 50. https://doi.org/10.1186/s10086-024-02162-0
Бідаков, А., Пустовойтова, О., Космачевський, В., & Кузуб, Ю. (2025). Аналіз роботи на зсув з’єднань зі шпонками з деревени твердих порід у стиках стін з пкд панелей. Будівельні конструкції. Теорія і практика, (15), 19–28. https://doi.org/10.32347/2522-4182.17.2025.65-78
Liu, K., Zhang, H., Du, Y., Hu, X., Wang, L., Li, S., Liu, H., & Luo, B. (2024). Fatigue and damage evolution in wood T-shaped mortise and tenon joints. Scientific Reports, 14 (1). https://doi.org/10.1038/s41598-024-72874-2
Teodorescu, I., Pereira, B., Aquino, C. D., & Branco, J. M. (2020). Experimental evaluation of dowel-type timber joints with wooden dowels. Proceedings of the Institution of Civil Engineers: Structures and Buildings, 173 (12), 927-938. https://doi.org/10.1680/jstbu.20.00021
Salamah, H., Lee, S. H., & Kang, Th. H.-K. (2023). Investigation of design methods in calculating the load-carrying capacity of mortise-tenon joint of timber structure. Earthquakes and Structures, 25 (5), 307-323.
Bannikov, D., Bakan, I. (2026). Experimental evaluation of strength and deformability of steel nails for wooden structures. Наука та прогрес транспорту, 1 (113), 159-170. https://doi.org/10.15802/stp2026/353813
Kossakowski, P. G. (2024). New advances in strengthening of structural timber. Materials, 17 (11), 2545.
https://doi.org/10.3390/ma17112545
Liu, R., Chen, X., Guo, L., Wang, G., & Wang, J. (2025). Experimental research on the shear performance of RSM integrated walls considering self⁃tapping screw spacing. Steel Construction, 40 (11), 22-31. https://doi.org/10.13206/j.gjgS24092403
Myuran, K. (2017). Unified static-fatigue pull-through capacity equations for cold-formed steel roof battens. Journal of Constructional Steel Research, 139, 135-148. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2017.09.027
Sivapathasundaram, M., &Mahendran, M. (2018). New pull-out capacity equations for the design of screw fastener connections in steel cladding systems. Thin-Walled Structures, 122, 439-451. https://doi.org/10.1016/j.tws.2017.08.019
Sieber, M. Scharf, I., Hartel, M., Hellmig. R. G., & Lampke, Th. (2012). Influence of anodic oxide coatings on screwing behaviour and susceptibility to stress corrosion cracking of self-tapping aluminium screws. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 43 (7), 661-667. https://doi.org/10.1002/mawe.201200014
Xiang, H., & Shi, Z. (2026). Experimental study on the pull-out mechanical behavior of self-tapping and self-drilling screw nodes with aluminum substrate. Journal of Physics Conference Series, 3174 (1), 012068. https://doi.org/10.1088/1742-6596/3174/1/012068
ДБН В.2.6-161:2017. Дерев’яні конструкції. Основні положення. – Мінрегіонбуд та ЖКГ України. Київ, 2017. – 111 с. – чинний з 01.02.2018.
Bannikov, D. O. (2019). Outlooks of using DBN B.2.6-161:2017 «Wooden Structures» in design practice. Science and Transport Progress, 1 (79), 167-174. https://doi.org/10.15802/stp2019/158181
ДСТУ EN ISO 1479:2022. Саморізи з шестигранною головкою. – ДП «УкрНДНЦ». Київ, 2022. – 24 с. – чинний з 31.12.2023.
ДСТУ ISO 6892-1:2019. Металеві матеріали. Випробування на розтяг. Частина 1. Метод випробування за кімнатної температури. – ДП «УкрНДНЦ». Київ, 2019. – 70 с. – чинний з 31.12.2023.
Банніков, Д. О., & Клочко, Л. І. (2024). Випробування сталевих саморізів для конструкцій з деревини. Тези доповідей Міжнародної науково-технічної конференції «Сучасні будівельні конструкції з металу та деревини». Одеса, ОДАБА, 22-23.
ДСТУ EN ISO 7500-1:2017. Матеріали металеві. Калібрування та повірка машин для статичних одновісних випробувань. Частина 1. Випробувальні машини на розтягування та стиснення. Калібрування та повірка силовимірювальних систем. – ДП «УкрНДНЦ». Київ, 2019. – 28 с. – чинний з 01.10.2017.
ДБН В.2.6-198:2014. Сталеві конструкції. Норми проєктування. – Мінрегіон України. Київ, 2014. – 205 с. – чинний з 01.01.2015.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 І. Бакан
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).
