ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

ПОПАЗОВ ОЛЕКСАНДР ПЕТРОВИЧ

УДК 69.022/.25.:691.175

ОГОРОДЖУЮЧІ БАГАТОШАРОВІ КОНСТРУКЦІЇ З КОМПОЗИТІВ З НАПОВНЮВАЧЕМ ІЗ ВИНОГРАДНОЇ ЛОЗИ

05.23.01. - Будівельні конструкції будівлі та споруди

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ОДЕСА - 2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеській державній академії будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

СТОЯНОВ Владимир Васильович, Одеська державна академія будівництва та архітектури, завідувач кафедри металевих, дерев’яних та пластмасових конструкцій

Офіційній опонент: доктор технічних наук, професор

ФУРСОВ Вадим Вiкторович, Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, м. Харкiв, завідувач кафедри металевих дерев’яних та пластмасових конструкцій

кандидат технічних наук, доцент

КАРПЮК Василь Михайлович Одеська державна академія будівництва і архітектури, м. Одесса, завідувач кафедри опору матеріаліу

Провідна установа: Полтавський національний технічний університет ім. Ю.Кондратюка, м. Полтава кафедра металевих дерев’яних та пластмасових конструкцій

Захист відбудеться 20 лютого 2007 р. об 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради

Д 41.085.01 Одеської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 65029, м. Одеса, вул.. Дідріхсона, 4.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 65029, м. Одеса, вул.. Дідріхсона, 4.

Автореферат розісланий 17 січня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д 41.085.01,

канд..техн.наук, доцент Макарова С.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Проблема переробки вторинної сировини з кожним роком набуває все більшого значення. Це пов’язано як з посиленим забрудненням навколишнього середовища, так і з обмеженістю традиційних природних ресурсів.

В даний час на Україні щорічно в процесі обробки виноградників спалюється близько півмільйона кубометрів обрізків деревини виноградної лози (ВЛ). В той же час країна має нагальну потребу в деревині та її відходах. Особливо гостро ця проблема стоїть в південних областях України, де й знищується щорічно величезна маса цінної сировини з обрізків ВЛ.

Завдяки дослідженням вітчизняних та зарубіжних вчених давно доведено, що деревина виноградної лози може з успіхом використовуватись для виготовлення різноманітних конструкцій в т.ч. легких огороджуючих панелей, різних композитів з органічним наповнювачем.

Все вище сказане визначає актуальність теми даної дисертації, спрямованої на наукове обґрунтування конструкцій з легких лозолітових панелей, дослідження несучої здатності, а також встановлення міцності та деформативністі деревини ВЛ для найбільш поширених типів ВЛ на території України.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана згідно з пріоритетними напрямками розвитку науки і техніки до 2006 року, визначених в Законі України від 11 липня 2001 р. №2623-ІІІ “Про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки” напрямок №6 “Новітні технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та агро промисловому комплексі”. Робота нерозривно пов’язана з науково-дослідницькою тематикою кафедри металевих, дерев’яних та пластмасових конструкцій, а також інших кафедр академії в області ефективної утилізації відходів та збереження оточуючого середовища. Вона підлягає обласній науково-технічній програмі “Регіональна ініціатива в цільовій комплексній науково-технічній програмі”, що зараз реалізується і підрядчиком якої є КиевЗНИИЭП.

Ціль дисертації. Ціллю роботи є створення надійних працездатних конструктивних рішень легких огороджуючих конструкцій з використанням деревини ВЛ встановлення міцності та деформативністі деревини ВЛ з обґрунтовуванням вибіру щільності розподілу .

Для досягнення мети необхідно розв’язати такі завдання:

· Експериментально-теоретичне дослідження легких багатошарових панелей та параметрична оптимізація трьохшарових панелей;

· Обґрунтування транстропної моделі деревини однорічних обрізків ВЛ;

· Встановлення характеристик міцності та пружності найбільш поширених сортів деревини ВЛ при зминанні впоперек та вподовж волокон та при згині;

· Оцінка характеру розподілу руйнуючих напруг для основних видів напруженого стану деревини лози;

· Проведення експериментальних досліджень лозолітових панелей, в тому числі й армованих;

Об’єкт дослідження. Легкі загороджуючі конструкції з лозоліту - композиту з органічним наповнювачем з деревини ВЛ та полімерним в’яжучим.

Предмет дослідження. Несуча здатність та деформативність лозолітових панелей, міцність та деформативність деревини ВЛ.

Методи дослідження – експериментальні методи дослідження малогабаритних зразків ВЛ та великих за розміром лозолітових панелей в умовах статичного навантаження. Методи класичної механіки та механіки руйнування.

Наукова новизна роботи:

· Запропоновано загальні принципи конструювання лозолітових панелей;

· Розробка транстропної моделі деревини ВЛ;

· Обґрунтовано використання логнормального розподілу в методиці призначення розрахункових опорів однолітньої деревини ВЛ;

· Вперше отримано достовірні механічні характеристики для деяких типів деревини ВЛ;

Розроблено параметричну оцінку оптимальної лозолітової панелі;

· Пропозиція основних підходів по розрахунку цільноформованих панелей з пошаровим армуванням;

· Експериментально встановлено несучі здатності та деформативність лозолітових панелей різних типів.

Практичне значення отриманих результатів Розроблено практичні методи розрахунку лозолітових панелей з використанням високо модульного пошарового посилення. Це дає можливість раціонально та надійно конструювати такі конструкції, забезпечуючи підвищення їх працездатності та довговічності.

Результати досліджень можуть бути використані під час проектування легких загороджуючих конструкцій різних типів будівель та споруд, у тому числі й малоповерхових.

Особистий вклад здобувача у наступному:

· обґрунтуванні логнормального розподілу величин міцності однолітньої деревини ВЛ;

· визначенні нормативних розрахункових характеристик деревини виноградної лози для найбільш поширених сортів на території України;

· забезпечення теоретичних основ проектування лозолітових панелей;

· експериментальне дослідження лозолітових панелей з різним ступенем армування.

Апробація роботи Основні віхи дисертації доповідались на міжнародних симпозіумах: “Сучасні конструкції з металу та деревини” (Одеса 1995, 1997, 1999, 2003, 2005, 2006р.), “Сучасні проблеми покращення та розвитку металевих та дерев’яних конструкцій” (Самара – 1996, 2005 р.), “Будівельні конструкції” (Володимир – 1996, 2005 р.), “Комп’ютерне матеріалознавство та забезпечення якості” (Одеса – 1997, 1998 р.), НТК ОГАСА (Одеса – 1995, 1996, 1997, 1998, 1999, 2002, 2004, 2005р.), “Design and Construction in Civil Engineering (Science and Practice)” Bulgaria, Sofia – 2006y.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 11 друкованих робіт, з них 6 надруковані в наукових виданнях, включених до переліку ВАК України.

Структура та об’єм дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, п’яти частин, основних висновків, списку літературних джерел та додатку. Дисертація викладена на 146 сторінках, 136 з яких – сторінки основного тексту, включно 51 малюнок та 13 таблиць. Список використаної літератури складається з 148 найменувань на 11 сторінках, є додаток на 3-ох сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані цілі та завдання досліджень, розкрита їх наукова новизна, визначена практична цінність отриманих результатів та вклад здобувача, наведені данні про апробацію, структуру та об’єм дисертації.

В першому розділі дисертаційної роботи подано короткий огляд історії розвитку способів переробки деревини ВЛ, композитів на основі наповнювачів з деревини ВЛ (лозоліт), загальних принципів конструювання багатошарових панелей та специфіка проектування лозолітових панелей.

Анатомія деревини ВЛ за результатами досліджень П.А.Баранова, Е.Н.Мержової близька до структури деревини листяних порід, що складаються з безперервного жорсткого каркасу, утвореного з орієнтованих в аксильному та радіальному напрямках пустотілих клітинних оболонок. Разом з тим, виявляється й певна специфіка – наявність у однолітньої деревини ВЛ вузлів та міжвузль, дорзивентальності поперечного розрізу та інше.

Лозоліт як композиційний матеріал може бути виготовлений на основі в’яжучих-полімерних, мінеральних та органічних. Крім того, лозоліт можна отримати сухим та гарячим пресуванням, коли використовується реакційна здатність лігновуглеводних компонентів самої деревини ВЛ. Це обґрунтовано В.Н.Петрі, А.С.Аккерманом, В.Д.Бекетовим, А.А.Берліним, В.В.Стояновим.

Аналіз загальних принципів конструювання багатошарових панелей (В.Н.Кобелев, В.Домнічек, К.Штамм) вказує на дотримання деяких загальних вимог. Зокрема, для трьохшарових конструкцій зі структурою, близькою до симетричної можна використати поділ заповнюючи на м’які та жорсткі, що пов’язано з характером сприймання повздовжніх сил.

Лозолітові панелі розглядаються в різних конструктивних рішеннях: трьохшарові з суцільним середнім шаром та каркасні

В результаті проведеного аналізу було уточнено шляхи та методи експериментальних досліджень.

У другому розділі розглянуто загальні критерії міцності деревини однолітньої ВЛ, яка має яскраво виражену структурну ортогональність. Стеблина однолітньої деревини ВЛ – це циліндрична трубка, розділена міжвузлями через 60-150 мм. Складається з структуроутворюючих сегментів (мал.1), які мають строгу повздовжню орієнтацію, що вказує на можливість визначення деревини ВЛ як поперечно ізотропного матеріалу. Такий підхід як результат вивчення пружних деформацій “малих чистих” об’ємів деревини підтверджений дослідами А.Н.Митинського, а аналіз пружної анізотропії такого виду вперше виконав В.П.Наиболі. Слабким елементом однолітньої деревини ВЛ є вузол з діафрагмою, де міцність елемента вдвоє менша, ніж у міжвузлі.

Мал. 1 Структурна модель однолітньої ВЛ:

а – ортогонально анізотропна модель для звичайної деревини,

б – циліндрично-ізотропна прийнята для ВЛ,

с – структурний сегмент ВЛ.

Мал. 2. Схема зв’язку структурних одиниць однолітньої деревини ВЛ між двома вузлами:

1 – структурний сегмент,

2 – поперечна діафрагма,

3 – осередний промінь,

4 – осердя.

Структурні сегменти (тяжі), які знаходяться по периметру розрізу, мають різний ступінь розвитку: дорзивентальність (мал.2), що є причиною нерівномірного розподілу щільності напруг по розрізу елемента. Наявність у структурі однолітньої деревини ВЛ даних дефектів вказує на необхідність обґрунтованого вибору щільності розподілу – нормального, логарифмічного, розподілу Вейбула. Аналіз цих щільностей розподілу, проведений С.Н.Журковим, А.П.Александровим, Г.М.Бартеневим, С.И.Кейсом вказує, що при мінливості показників міцності деревини ? > 0,25 нормальний закон розподілу спричиняє занижені статистичні оцінки мінімальних значень міцності. Використання формули Вейбула дає перебільшені оцінки, а логарифмічно нормальний розподіл більш універсальний:

(1)

Результати досліджень меж міцності деревини однолітньої ВЛ, проведені у лабораторії кафедри МД та ПК ОДАБА свідчать про асиметричний характер щільності розподілу для різних видів напружено-деформованого стану (мал.3).

Мал. 3. Характер кривої розподілу під час різних напружених станів:

а – згин; б – зминання вподовж волокон;

Мал. 3. Характер кривої розподілу під час різних напружених станів:

в – зминання впоперек волокон;

г – розтягування вподовж волокон.

У третьому розділі подано результати експериментальних досліджень однолітньої деревини для деяких сортів ВЛ, найбільш поширених на Україні. Для проведення досліджень на кафедрі МД та ПК було розроблено та сконструйовано випробувальні прибори та установки, які враховують специфіку випробовуваного матеріалу. Всього було випробувано більш 300 зразків для встановлення меж міцності на розтягування, стискання, зминання впоперек волокон, а також для встановлення деформативністі при поперечному згині. Крім того, для визначення коефіцієнта mдл та середнього значення рівня безпечної напруги було проведено тривалі випробування деревини однолітньої ВЛ на згин.

В результаті експериментальних випробувань було встановлено характер руйнування деревини однолітньої ВЛ при різних напружених станах та отримано величини розрахункового при розтягуванні, стисканні, зминанні впоперек волокон та згині. У таб.1 подано порівнянні розрахункові величини, отримані при статистичній обробці з рахунком логнормальної та нормальної щільності розподілу для деревини однолітньої ВЛ одного типу.

У четвертому розділі висвітлено загальні підходи до формування лозолітових плит на полімерному в’яжучому, структурна модель та технічні характеристики лозоліту, а також розглянуто можливості наближеної оцінки теоретичної міцності лозоліту.

З різноманітності отримання лозоліту на полімерному в’яжучому практичне втілення отримав спосіб виготовлення будівельних ви- робів з цільної однолітньої деревини ВЛ. Його суть у

Таблиця.1

Величини міцності деревини однолітньої ВЛ при статистичній обробці з урахуванням логнормального та нормального розподілу

№ | Вид НДС | Rвр, МПа | Rн, МПа | R, МПа | 1 | Розтягування | 48,7 | 19,9/20,6 | 13,5/9,7 | 2 | Стискання уздовж волокон | 43,5 | 30,5/29,1 | 24,6/16,4 | 3 | Зминання впоперек волокон4,2 | 2,2/2,9 | 1,6/1,5 | 4 | Згин | 43,6 | 23,0/25,6 | 16,6/13,5 |

Примітка: в знаменнику наведено величини міцності, розраховані з урахуванням нормальної міцності розподілу.

наступному: не подрібнена ВЛ у будь-якому неорієнтованому положенні вкладається у форму, та після введення заливочного пінополіуретану підпресовується та витримується у закритому виді до затвердіння пінополіуретану. Простота цього способу, безумовно, пов’язана з певними обов’язковими умовами, як по конструкції опалубки, так й по технології запресовування. У залежності від виду проектованого виробу, зусилля запресовування може змінюватись у широких межах. Використання цільних обрізків ВЛ великих розмірів дозволяє економно використовувати в’яжучі у порівнянні з подрібненою чи посіченою деревиною, у зв’язку з різким зменшенням поверхні часток наповнювача. Пінополіуретан, піноепоксиди, пінокарбаміди можна використовувати у якості спінених пластмас.

Жорсткі епоксидні пінопласти заливочного типу мають високу міцність та ряд інших корисних якостей, але, все ж, за ступенем технологічності та собівартості вони значно програють найпоширенішому із пінопластів - пінополіуретану (ППУ). Для отримання лозоліту використовується жорсткий ППУ. Середня молекулярна маса структурної одиниці жорсткого ППУ складає 400-700. Механічні характеристики лозоліту можуть мати варіанти у широкому об’ємі – у залежності від ступеня підпресовування деревини ВЛ (не більше 1-3 МПа), та щільності пінополіуретану. Межа міцності лозоліту при ступені підпресовування наповнювача до 2 МПа та об’ємна маса ППУ 150 кг/м3 складає при розтягуванні 10,0 МПа, при стисканні приблизно 3,5 МПа, згині приблизно 11,0 МПа, а модуль пружності при згині складає 300 Мпа.

Структурну модель даного типу лозоліту, що розглядається, слід рахувати лінійно-армованою. Тут наповнювач може розташовуватись найрізноманітнішим чином, що й має значний вплив на співвідношення складу в’яжучого наповнювача та їх взаємодія у напруженому стані. Існує велика кількість теорій міцності, що в тій чи іншій мірі наближаються до оцінки та пояснення природи руйнування. Разом з тим, представляє інтерес експериментально-теоретичний підхід у оцінюванні фактичної межі міцності композитів ?ф.

(2)

Для цього величину теоретичної міцності ?т, що визначається за будь-якими апробованими критеріями міцності, необхідно корегувати введенням спеціальної функції f(x). Остання визначається експериментальним шляхом, та враховує конкретні умови виготовлення матеріалу.

У п’ятому розділі розкрито деякі спеціальні аспекти проектування лозолітових панелей, їх параметрична оптимізація, особливості розрахунку, наведено результати відомих експериментальних та власних досліджень, використано сучасні підходи у посиленні цільноформованих панелей шляхом пошарового армування високо модульним матеріалом (металеві сітки, вуглепластикові стрічки та інше).

Трьохшарові лозолітови панелі можуть бути чотирьох типів. Вони відрізняються як конструктивним рішенням, так і фізико-механічними характеристиками материалів яки використовуються у них (Мал.4.)

Використання лозоліту для теплоізолювання стінних панелей є дуже ефективним бо лозоліт поєднує у собі теплоізоляційні властивості та має несучу здібність. При виробництві лозолітових стінних панелей лозоліт приформовувається к ребрам та обшивкам панелі, та починає брати участь у роботі панелі.

Розрахунок на міцність:

(3)

де Wrпр – приведеній момент опору.

Мал.4. Конструктивне рішення лозолітових панелей

а та б — Трьохшарові з суцільним середнім шаром, в та г — каркасні

1 — високомодульний матеріал,

2 — лозоліт низької щільності не більш ніж 200 кг/м3;

3 — лозоліт високої щільності (700 – 1360 кг/м3);

4 — пінопласт ( = 15 – 20 кг/м3);

5 — захисній шар розчину на основі швидкотвердного мінерального в’яжучого;

6 — дерев’яний каркас;

7 — лозолітові профілі;

Щоб враховувати роботу лозоліту необхідно при розрахунку стінної панелі використовувати приведені характеристики.

Розрахунок на угинання від горизонтальної (вітрової) навантаги:

; (4)

де Jr – приведений момент інерції поперечного розрізу панелі відносно вісі Y, розглянутого як цільне коробчате;

kж = коефіцієнт жорсткості, якій враховував спільну роботу нижній обкладені, каркасу та лозоліту;

kдл = коефіцієнт, якій враховував повзучість лозоліту у терміні.

У неармованій лозолітовій панелі деформації повзучості наростають на всьому періоді випробувань (мал.5). Така незакріплена повзучість пов’язана з тим, що величина діючих напруг перевищувала 50-60% від межі міцності матеріалу, коли відбувається накопичення пошкоджень у наповнювачі та спостерігається перерозподіл між пошкодженими областями.

Мал.4. Криві повзучості неармованої панелі.

--- теорія; —

практика

Армування лозолітових панелей дозволяє повністю використати ресурс міцності лозоліту. Це пов’язано з помітною різницею у величинах граничних деформацій лозоліту та арматури (Мал.5).

Мал.5. Релаксування пруження у лозолітової панелі з одиночним армуванням

Для лозоліту величина граничних деформацій при розтягуванні та стисканні складає відповідно 2,2% и 1,4%, а для арматури (деформації, що відповідають межі текучості) дорівнює 0,15-0,35%, що свідчить про те, що напруга у арматурі досягне межі текучості раніше, ніж буде вичерпано міцність лозоліту.

Іспит армованої лозолітової панелі (Мал.6.) показують можливість використовування лозолітової панелі у якості огородужуючіх конструкций – як конструкцій яки мають невелику власну вагу та високу несучу здібність.

Мал.6. Іспит армованої лозолітової панелі

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Побудова однолітньої деревини ВЛ відповідає ортогонально-ізотропному матеріалу, а основний вплив на величину її міцності має дорзивентальність поперечного розрізу – нерівномірний розвиток структурних тяжів.

2. Специфіка побудови поперечного розрізу однолітньої ВЛ обумовлює необхідність оцінки щільності розподілу напруг по логнормальному закону, що суттєво впливає на величину розрахункового опору, а різниця величин розрахункового опору з порівнянням з нормами опору складає 20 – 45%.

3. Гексагональна упаковка в лозоліті неподрібнених елементів наповнювача з ВЛ виявляється найбільш ефективною для мінімалізації використання в’яжучого 10-11%.

4. Встановлено, що специфіка роботи деревини ВЛ на розтягування та стискання пов’язана з дорзивентальністю її побудови, різниця в товщині стінки плоскої та протилежної спинної відрізняється від черевної частини в 2-3 рази.

5. При визначенні міцності деревини ВЛ на зминання впоперек волокон дуже важливо знизити величину погрішності при визначенні площі зминання. Для цього рекомендується у звичайно використовуваній графітовій техніці відбитків використовувати тонку мідну проволоку (діаметр = 0,15мм), що дозволяє на 20-25% знизити погрішність розрахунку. При руйнуванні деревини однолітньої ВЛ зминанні впоперек волокон простежуються чотири стадії: поперечний розріз спочатку набуває форми витягнутого еліпса, потім утворюється чечевидна тріщина, далі клиновидні тріщини, і, на кінець, зразок розпадається на 4-и сегменти.

6. Завдяки дослідам встановлено характер руйнування однолітньої деревини ВЛ при поперечному згині. В процесі деформації верхні та нижні волокна поступово наближались до безпосереднього контакту по бокових поверхнях з появою повздовжніх тріщин. Характер руйнування пружно-пластичний. У більшості випадків зразок складався, так і не поруйнувавшись.

Експериментальними дослідами встановлено, що в лозолітових панелях без обшивок при постійному навантаженні 0,5 – 0,6 Ррасч помічено невстановлену повзучість при тривалих випробуваннях.

7. Також встановлено появу остаточних деформацій при циклічному навантаженні-розвантаженні, що свідчить про необхідність зміни формату панелі.

8. Армування лозолітових панелей металевими сітками в межах 1 – 2%, сприяє зростанню несучої здатності панелі в 3-4 рази. При цьому релаксація напруг в панелі з одинарним армуванням наближається до стану рівноваги вже через декілька діб, а в панелях з подвійним армуванням помітних релаксаційних процесів взагалі не спостерігається.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Стоянов В.В., Попазов А.П.,Мустафа Салим. Проблема установления физико-механических характеристик виноградной лозы. Материалы международного семинара "Структурообразование прочности разрушения композиционных строитель-ных материалов", Одесса, 1994. C 54-55.

Внесок здобувача – розглянуто недосліджені області та проблеми, що відомі в світовій практиці у зв’язку з дослідженнями фізико-механічних характеристик виноградної лози.

2. Стоянов В.В. Хреновсков Э.И. Попазов А.П. Прочность и деформативность однолетней древесины виноград-ной лозы. Материалы сборн.докл. Меж-дународного симпозиума "Современные строительные конструкций из металла и древесины", Одесса, 1995 г. C 147-151.

Внесок здобувача – розглянуто тенденції та підходи для визначення міцності та деформативності виноградної лози.

3. Попазов А.П. Оптимизация структуры композиционного материала с органическим наполнителем и гипсовым вяжущим. Материалы Международного симпозиума “Компьютерное материаловедение и обеспечение качества” Одесса, 1997г. C 133.

Внесок здобувача – розглянуто найбільш оптимальні варіанти лозолітових стінних панелей. Використано метод швидкішого спуску.

4. Стоянов В.В., Попазов А.П. К конструированию армированных лозолитовых конструкций. УДК.69.024.26:728.94, Одесса, 1996г. C 65.

Внесок здобувача – розглянуто різні варіанти армування лозолітових панелей та зроблено порівнюючий аналіз.

5. Стоянов В.В., Попазов А.П. Анализ результатов исследований древесины виноградной лозы. Материалы сборника докладов международного симпозиума “Современные строительные конструкции из металла и древесины”, Одесса, 1997г. C 121-124.

Внесок здобувача – за результатами досліджень виявлено, що деревина виноградної лози за своїми якостями відповідає деревині листяних порід.

6. Стоянов В.В., Попазов А.П. Новые подходы в определении расчетных характеристик древесины виноградной лозы. Материалы сборника докладов Международного симпозиума “Современные строительные контрукции из металла и древесины”, Одесса, 1997г. C 92-94.

Внесок здобувача – запропоновано для визначення розрахункових характеристик виноградної лози застосовувати статистичну теорію міцності.

7. Попазов А.П., Стоянов В.В. О нормировании расчетных характеристик древесины виноградной лозы. Сборник научных трудов ОГАСА “Современные строительные конструкции из металла и древесины”, Одесса, 2005г. C 55-61.

Внесок здобувача –для визначення розрахункових характеристик виноградної лози запропоновано використовувати логнормальну криву розподілу щільності напруг руйнування.

8. Попазов А.П., Пути повышения несущей способности трехслойных лозолитовых панелей. Материалы зборника докладов международного симпозиума “Современные строительные конструкции из металла и древесины”. Одесса, 1999р. C 160-162.

Внесок здобувача – провів аналіз іспитів трьохшарових лозолітових панелей з армуванням та без армування. Розглянути методи та характер армування.

9. Попазов А.П., Купченко Ю.В., Стоянов В.В. Методика испытаний на прочность образцов из древесины виноградной лозы. Сборник научных трудов “Современные строительные конструкции из металла и древесины”. Одесса, 2005г. C 172-177.

Внесок здобувача – запропоновано методики випробувань виноградної лози на розтягування вподовж волокон, стискання вподовж волокон, стискання впоперек волокон та згин. Сконструйовано випробувальні установки та захвати. Запропоновано методику дискретних відбитків для випробування виноградної лози при зминанні впоперек волокон.

10. Попазов А.П., Стоянов В.В. Основные допущения структуры древесины виноградной лозы. Вестник ОГАСА № 20. Одесса 2005. C 299-301.

Внесок здобувача – визначено, що структура виноградної лози відповідає ортогонально-ізотропному матеріалу.

11. Стоянов В.В., Попазов А.П., Урсулян И.П. Исследование прочности и деформативности лозолитовых панелей. Сборник научных трудов “Современные строительные конструкции из металла и древесины”, Одесса, 2006г. C 200-203.

Внесок здобувача – визначено нормативно розрахункові характеристики для сортів виноградної лози найбільш поширених на території України.

АНОТАЦІЯ

Попазов Олександр Петрович. Огороджуванні багатошарові конструкції з композитів з наповнювачем з виноградної лози. Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі та споруди. – Одеська державна академія будівництва й архітектури, Одеса, 2006 р.

Дисертація присвячена вишукуванню фізико-механічних властивостей деревини виноградної лози, та використання лози у багатошарових огороджуючих панелях у якості наповнювача.

Для досягнення цієї мети були сконструйовані установки для іспиту виноградної лози на основні напружено-здеформовані стани, які лоза іспитує при використанні її у якості наповнювача для багатошарових панелей. Здійснен аналіз характеру розподілу руйнівних напруг для виноградної лози, та запропоновано метод призначення розрахункового опору для деревини виноградної лози.

Здійснен іспит лозолітових панелей з в’яжучім з пенополіуретану, та запропоновані методи розрахунку лозолітових багатошарових панелей.

Ключові слова: лозоліт, виноградна лоза, логнормальний розподіл, пенополіуретан, багатошарові конструкції.

АННОТАЦИЯ

Попазов Александр Петрович. Ограждающие многослойные конструкции из композитов с наполнителем из виноградной лозы. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 – Строительные конструкции, здания и сооружения. – Одесская государственная академия строительства и архитектуры, Одесса, 2006 г.

Диссертация посвящена исследованию физико-механических характеристик древесины виноградной лозы, а также использования виноградной лозы в многослойных композитных конструкциях, создание надежных работоспособных конструктивных решений легких ограждающих конструкций из композитов с использованием древесины ВЛ и разработка методики их расчета на основе модели конструкций из разномодульных материалов.

Стебель однолетней ВЛ представляет собой цилиндрическую трубку разделенную междоузлиями через 60 – 150 мм и состоит из структурообразующих сегментов имеющих строгую продольную ориентацию, что дает основания определить ВЛ как поперечно изотропный материал.

Слабым элементом однолетней ВЛ является узел с диафрагмой, где прочность лозы вдвое меньше, чем в междоузлии. Структурные сегменты (тяжи) расположенные по периметру сечения имеют различную степень развития: дорзивентальность, что приводит к неравномерному распределению плотности напряжений по сечению элемента.

Для проведения исследований на кафедре МД и ПК были разработаны и сконструированы испытательные установки и приборы, учитывающие специфику испытываемого материала. Всего было испытано более 300 образцов для установления пределов прочности на растяжение, сжатие, смятие поперек волокон, а также деформативности при поперечном изгибе. Кроме того, для определения коэффициента mдл и среднего значения уровня безопасного напряжения были проведены длительные испытания древесины однолетней ВЛ на изгиб.

В результате испытаний был установлен характер разрушения древесины однолетней ВЛ при различных напряженных состояниях и получены величины расчетных сопротивлений при растяжении, сжатии, смятии поперек волокон и изгибе.

Были рассмотрены подходы к формированию лозолитовых плит на полимерном вяжущем, структурная модель и технические характеристики лозолита, а также рассмотрены возможности приближенной оценки теоретической прочности лозолита.

Исследовались лозолитовые плиты в которых в качестве вяжущего использовался пенополиуретан, а наполнителем служила цельная виноградная лоза. Неизмельченная однолетняя ВЛ в любом неориентированном положении укладывалась в форму и после введения заливочного пенополиуретана подпрессовывалась и выдерживалась в закрытом виде до отвердения пенополиуретана. Простота этого способа, несомненно, связана с определенными обязательными сегментами, как по конструкции опалубки, так и по усилиям запрессовки. В зависимости от вида проектируемого изделия, усилие запрессовки может меняться в широких пределах. Использование большеразмерных цельных обрезков ВЛ позволяет экономно расходовать связующее по сравнению с дробленной или измельченной древесиной ВЛ. Это происходит ввиду резкого уменьшения поверхности частиц наполнителя. В качестве вспененных пластмасс можно использовать пенополиуретаны, пеноэпоксиды, пенокарбамиды.

Жесткие эпоксидные пенопласты заливочного типа имеют высокую удельную прочность и ряд других положительных качеств, но все же они по степени технологичности и себестоимости значительно уступают самому распространенному из пенопластов пенополиуретану (ППУ). Для получения лозолита использовался жесткий ППУ. Средняя молекулярная масса структурной единицы жесткого ППУ составляет 400 – 700.

Механические характеристики лозолита могут варьироваться в широких пределах – в зависимости от степени подпрессовки древесины ВЛ и плотности пенополиуретана. Предел прочности лозолита при степени подпрессовки наполнителя до 2 МПа и объемной массе ППУ 150 кг/м3 составляет: при растяжении 10,0 МПа, при сжатии около 3,5 МПа, изгибе около 11,0 МПа, а модуль упругости при изгибе составляет 300 МПа.

Структурную модель рассматриваемого типа лозолита следует считать линейно – армированной. Здесь наполнитель может размещаться самым разнообразным образом, что оказывает определенное влияние на соотношение содержания связующего наполнителя и их взаимодействия в напряженном состоянии.

Существует большое количество теорий прочности в той или иной мере приближающихся к оценке и объяснению природы разрушения композитов. Вместе с тем представляет интерес экспериментально-теоретический подход в оценке фактического предела прочности композитов ?ф. Для этого величину теоретической прочности ?т определяемую по любым апробированным критериям прочности необходимо корректировать введением специальной функции f(x). Последняя определяется экспериментальным путем и учитывает конкретные условия изготовления материала.

Расчет лозолитовых панелей производится по предельным состояниям в соответствии с нормативными требованиями по проектированию деревянных конструкций и рекомендациями ЦНИИСК им. Кучеренко. Особенность расчета будет состоять в определении величин геометрических характеристик, учитывающих совместную работу утеплителя, каркаса и обшивки.

Исследуя влияние армирования на характер работы лозолитовых панелей удалось выяснить, что армирование лозолитовых панелей позволяет более полно использовать прочностной ресурс лозолита. Это связано с заметной разностью в величинах предельных деформаций лозолита и арматуры. Для лозолита величина предельных деформаций при растяжении и сжатии составляет соответственно 2,2% и 1,4%, а для арматуры (деформации соответствующие пределу текучести) равен 0,15 – 0,35%, что свидетельствует о том, что напряжение в арматуре достигнут предела текучести ранее, чем будет исчерпана прочность лозолита.

THE SUMMARY

Popazov Alexandr Petrovich. The multi-layer walling structures of composite with stuff out of vine branches. The manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on specialty 05.23.01 – Building structures, buildings and constructions. – the Odessa state academy of building and architecture, Odessa, 2006.

The dissertation is devoted to the investigation of physico-mechanical qualities of vine branches and using them in multi-layered walling structures as stuff material.

To achieve this goal, there was constructed a plant for testing vine branches on the purpose of their mane stressedly-deformed conditions, which vine branches experience as stuff material in multi-layered panels. There was made an analyses of the character of accommodation of distractive stresses for vine branches and a method for setting of the designed resistance for the wood of vine branches was proposed.

There was made an examination of lozolit panels with foamed polyurethane binding agent and the methods for structural analysis of the multi-layered lozolit panels was introduced.

Key words: lozolit, vine branches, lognormal distribution, foamed polyurethane, multi-layered walling structures.