[SergL]

Уважаемые конструктора!
Имеется проём в бревенчатой стене сруба, конфигурация и размеры проёма даны на рисунке. Над проёмом уложены четыре ряда брёвен. С краёв, для уменьшения пролёта проёма, сделаны консольные выпуски брёвен переменной длины. Брёвна между собой никак не соединены.
Прямо по центру проёма действует вертикальная сосредоточенная нагрузка от вышележащих конструкций.
Мне необходимо проверить несущую способность этих брёвен и найти их прогибы. Если бы не было бы этих консольных выпусков, было бы всё понятно, а благодаря им я никак не могу сообразить, какую в данном случае выбрать расчётную схему.
Помогите, пожалуйста, советом или посоветуйте литературу по расчёту, т.к. по деревянным срубам, особенно по расчёту их конструкций, литературу найти очень трудно.

[Regby]

Наверное тут нужно применять тот же подход то применяли в институте при проектировании сборного железобетонного ригеля. Строяться эпюры M и Q, на них накладывается эпюра материалов. Прогиб, наверное достаточно определить в центре под нагрузкой

[SergL]

Regby
Напоминаю, брёвна между собой никак не соединены, даже податливыми связями, а просто лежат друг на друге. Значит, брёвна не работают общим сечением, и применить предложенный вами подход не получится.
С другой стороны, первое, что приходит мне в голову - смоделировать это с помощью МКЭ, представляется мне довольно диким.

[Regby]

Почему если бревна не соединены то они не работают вместе? Блоки вы друг а друга ставите с перевязкой, вы что думаете то что вы их сажаете на раствор соединяет их сильно? Тем не мнее работают они вместе. А еще как пример - модель грунта. Грунт состоит из множества частиц не соединенных практически друг с другом (песчаный грунт) тем не менее работают они вместе. Еще как вариант - известный прием с прутиком - один прутик вы сломаете легко, возьмите еще с десяток (ничем их не склеивайте) попробуйте сломать...

Если бревна не соединены друг с другом мне не очень понятно что мешает выйти какому нибудь из них из плоскости приложения вертикальной силы???

[SergL]

Regby
Я не писал, что одни не работают вместе, я написал, что они не работают ОБЩИМ по высоте сечением. Т.е. момент сопротивления таких балок будет равен СУММЕ моментов сопротивлений отдельных брёвен, т.е. гораздо меньше, чем у цельной балки, высотой, равной сумме высот брёвен.

[Forrest_Gump]

to SergL - откройте тайну, какое значение нагрузки при приходится, может Вы зря панику наводите в данном случае. Касаемо суммарного момента сопротивления - Вы несколько неправы, момент сопротивления "балки", составлено из нескольких бревен (их вообще-то правильно называть венцами ;-)) не есть алгебраическая сумма моментов сопротивления отдельных венцов, Вы еще должны учитывать перенос нейтральной оси для каждого венца.
Венцы по длине между собой практически не соединяются, тольк шкантами (нагелями прямоугольными) с большим шагом. Подобные стержни составного сечения рассматривал Ржаницын, если мне не изменяет память.

[SergL]

Forrest_Gump
По поводу сарказма насчёт венца:
Я хоть с деревяшками, к сожалению, очень мало знаком и иногда могу путать специфические понятия, но в моём представлении венец - это ЗАМКНУТАЯ горизонтальная конструкция, состоящая из одного ряда соединённых между собой брёвен или бруса.
Из словаря Ожегова:

ВЕНЕЦ - ...7. В деревянном срубе: звено из четырёх брёвен в связи (в 7 знач.).

Да русский человек должен вообще-то сразу прочувствовать, что такое венец.

Т.е. в нашем случае эти деревянные перемычки, прогоны, балки (не знаю, как правильно назвать) уж никак нельзя назвать венцом.
Насчёт момента сопротивления этих балок:
Не могу я сейчас вспомнить, в какой литературе было написано конкретно, что момент сопротивления такой составной балки равен алгебраической сумме моментов отдельных бревен, (да и желания нет).
Но если взять первый попавшийся учебник по деревянных конструкциям и ознакомится с теорией расчёта составных балок, то (см. рис.1) подставив вместо общей высоты балки её половину и просуммировав моменты инерций и моменты сопротивлений отдельных брусьев, мы придём к указанным формулам.
По поводу нагрузок:
У меня были основания сомневаться в несущей способности этих балок, т.к. на этот проём приходится 1/4 нагрузки от 6-ти метрового призматического восьмерика и 5-ти метрового купола покрытия самопально без проекта построенной церкви, но в момент открытия этой темы, я ещё собирал нагрузки и думал над расчётной схемой. Но, к сожалению, не дождался, чего хотел.
Поэтому, я решил, что быстрее всего будет выполнить расчёт в Лире, чем долго искать литературу или ждать пока на Форуме до меня снизойдут специалисты в данном вопросе.
Вот что получилось (в расчётной схеме я убрал из визуализации шарниры связей, чтобы не засорять рисунок, эпюра изгибащих моментов дана для верхнего, наиболее нагруженного бревна):

[Forrest_Gump]

Спорить с Ожеговым мне не досуг, но я участвовал в проектировании и строительстве нескольких часовен и церквей из бревна. Жилые дома и бани - не в счет.
Посему сразу отвергаю верность Ваших слов о том, что на бревна (венцы) над проемом приходится нагрузка от восьмерика и купола. Чтобы развеять мои сомнения, не могли бы Вы показать фотографии церкви?
И рассмотрев Ваши эпюры, говорю, что в реальности деформации в 3,6 мм физически невоможны для такого варианта проема!

[SergL]

Forrest_Gump

рассмотрев Ваши эпюры, говорю, что в реальности деформации в 3,6 мм физически невоможны для такого варианта проема!

Ну там же по мозаике видно, что деформации 33.1 мм!

Посему сразу отвергаю верность Ваших слов о том, что на бревна (венцы) над проемом приходится нагрузка от восьмерика и купола. Чтобы развеять мои сомнения, не могли бы Вы показать фотографии церкви?

Напоминаю, что церковь построена почти без проекта, грубо говоря, по фасадам.
Восьмерик и купол опираются на балки, уложенные ромбом, а венцы восьмерика потом вписаны в этот ромб, см. рис.1.
Церковь эта начинает разваливаться, есть очень сомнительные решения. Все не буду приводить.
В частности вертикальные несущие брёвна колокольни опираются на горизонтальные балки, которые заделаны в стену основной части здания. При ветре эта стена начинает шататься.
Люди, поющие на хорах, очень жалуются, когда стена сзади вдруг начинает сильно шевелиться. .

[Forrest_Gump]

Вернемся к расчетной модели МКЭ - для чистоты эксперимента предлагаю еще ввести в модель конструкции восьмерика - ибо они тоже имеют свою жесткость и не являются, как говорят америкосы - dead load. То есть просто нагрузкой.
По поводу последней фотографии - открою тайну небольшую. Бревно хорошо усыхает в поперечном направлении и почти не усыхает в продольном. По опыту могу сказать, что относительная усушка стены из бревна составляет порядка 5% от высоты стены. Из-за этой неприятной особенности дерева очень проблематично сочетать бревенчатые стены и стойки. Из-за разницы осадок (усушки).
На текущий момент могу только порекомендовать закрыть церковь и перебрать ее. Только рубщики должны быть не шабашники с бензопилами, а с нормальными топорами.

[SergL]

Forrest_Gump

Вернемся к расчетной модели МКЭ - для чистоты эксперимента предлагаю еще ввести в модель конструкции восьмерика - ибо они тоже имеют свою жесткость и не являются, как говорят америкосы - dead load. То есть просто нагрузкой.

Да ну, нафиг . Думаете, мне на выходных больше нечем заняться?

По поводу последней фотографии - открою тайну небольшую.

Вы мне всё время пытаетесь какие-то тайны открыть. Но поверьте, для меня это давно не является тайной, поэтому я и разместил эту фотографию.

[Forrest_Gump]

Могу сказать однозначно - Ваш расчет не верен в принципе, ибо моделировать работу бревна в данном случае стержневыми элементами с густо посаженными межузловыми шарнирами - глупость. Потому что НДС в реальном бревне не соответствует идеализации стежневого элемента МКЭ.
Если Вы знаете подобные ньюансы работы деревянных элементов, то у Вас не возник бы вопрос о причине подвижности конструкций.
Встает вопрос о соблюдении технологии рубки, был ли выдержан сруб для усушки дерева, качественно ли выполнены чашки при рубке, имеются ли потайные шипы в чашках и прочие принципиальные моменты...

[SergL]

Forrest_Gump

Могу сказать однозначно - Ваш расчет не верен в принципе, ибо моделировать работу бревна в данном случае стержневыми элементами с густо посаженными межузловыми шарнирами - глупость. Потому что НДС в реальном бревне не соответствует идеализации стежневого элемента МКЭ.

А поконкретней? Почему, собственно, стальные и ж.б. конструкции, свободно лежащие друг на друге, можно таким образом моделировать (взять те же методы частичного разгружения для усиливаемых ж.б. конструкций), а деревянные - нельзя?
Или это у вас опять - ничем не аргументированные слова?

Если Вы знаете подобные ньюансы работы деревянных элементов, то у Вас не возник бы вопрос о причине подвижности конструкций.

Я не задавал вопрос о причине подвижности конструкций, см. пост№1. Приведённый мной узел опирания столба на балку из совершенно другого места церкви - опирание столба колокольни. Я эту фотографию разместил, только чтобы показать, что в конструкции этой церкви полно странностей.

[Forrest_Gump]

Почему нельзя моделировать в данном случае работу бревен стержневыми элементами - да потому что стержневыми элементами моделируют, как правило изгибаемые элементы. А для учета свиговых эффектов есть модифицированные стержневые элементы МКЭ. Монолитную колонну сечением 300х600 и т.п. моделируют не стержневым, а плоскими, оболочечными элементами.
Также для балок (коли мы говорим о стержневых элементах) характерно, что пролет балки больше характерного размера сечения более чем в 10 раз, тогда теория даст результат, близкий к реальности.
Работа венцов в срубе сильно отличается от работы изгибаемых элементов.
Поэтому я считаю Ваш расчет в Лире - бесмысленным.
Если Вы пытаетесь указать мне, что я утверждаю что либо без аргументации, то потрудитесь привести это голословное место.

[SergL]

Forrest_Gump

Работа венцов в срубе сильно отличается от работы изгибаемых элементов.

Чем же? И как сильно?
Если вы утверждаете, что в данном случае работа брёвен сильно отличается от работы изгибаемых элементов, то опишите, как оно работает. Было бы хорошо, если бы вы предложили и расчётную схему.
Я лично считаю, что в данном случае брёвна работают по типу работы составной балки, теория работы которых широко освещена в литературе. Там считается, что она работает как изгибаемый элемент.
Ведь балки свободно лежат друг на друге, жёсткость балок относительно невелика и влияние сдвига будет мизерным. Я понимаю, если вся эта конструкция была из сплошного материала, тогда - другое дело.

Монолитную колонну сечением 300х600 и т.п. моделируют не стержневым, а плоскими, оболочечными элементами

Это в моём понимании уже элемент извращения, который не имеет никакой практической пользы, равно как и то, что вы в самом начале, (видимо до того, как обиделись и начали ёрничать) предлагали:

Вернемся к расчетной модели МКЭ - для чистоты эксперимента предлагаю еще ввести в модель конструкции восьмерика - ибо они тоже имеют свою жесткость и не являются, как говорят америкосы - dead load. То есть просто нагрузкой.

[Forrest_Gump]

Работа сруба тем отличается от балок, что сруб располагается на ленточном фундаменте. Поэтому объясните мне, почему работа верхних вецов должна быть аналогичная работе балок.
Для венцов над проемом - если уж хотите применить теорию балок, то считайте вручную для жестко защемленной (все равно степень защемения определить не сможем). Концы венцов вполне жестко перевязываются друг с другом. Остается вопрос вычисления момента инерции составного сечения балки. Если смогу откопать в коробках справочник проектировщика, то будет более предметный спор (ремонт в комнате идет у меня).

[Forrest_Gump]

Вопрос - кирпичная стена в целом моделируется оболочечными анизотропными элементами, хотя известно, что локально каждый кирпич работает скорее как изгибаемый элемент из-за неравномерного опирания на раствор. Но никто не мооделирует кирпичную стену по кирпичикам - работу отдельного кирпича не учитывают в расчете стены явно.

[SergL]

Forrest_Gump
Про работу сруба говорить не будем.
Рассматриваем работу бревен над проёмом.

Для венцов над проемом - если уж хотите применить теорию балок, то считайте вручную для жестко защемленной (все равно степень защемения определить не сможем).

Зачем вручную, когда можно с помощью МКЭ? (ну а вручную всегда можно проверить и себя подстраховать).
Принимаю расчётную схему, близкую к схеме частичного разгружения усиливаемых балок (см. страницу из альбома Мальганова):

[Forrest_Gump]

Ваша идеализация работы бревен над проемом отличается от реальной работы отсутствием сил трения между бревнами. Применение расчетной схемы из альбома Мальганова не допустима тем, что в альбоме имеем шарнирно-опертую балку, в реальности бревна имеют заделку концов бревнами в поперечном направлении (перевязка венцов), а следовательно имеем защемленную балку.
МКЭ есть расширение метода перемещений. А раз схема деформирования, используемая для построения обобщенных функций конечных элементов, отличается от реальной схемы деформирования бревен, то Вы рискуете сильно ошибиться при машинном счете. Что уже и произошло - перемещения порядка 30 мм в деревянных конструкциях при пролете 2 м - нереальны.

[SergL]

Forrest_Gump

Ваша идеализация работы бревен над проемом отличается от реальной работы отсутствием сил трения между бревнами.

Мальганов тоже силами трения, возникающими между ж.б. поверхностями, пренебрёг, а они гораздо выше, чем между брёвнами.
Поэтому, я в данном случае считаю, что учёт этих сил - тоже извращение. Неучет сил трения идёт в запас прочности, к тому же мне в данном случае не нужна бешенная точность.
Даже если бы я совсем выжил из ума и стал учитывать силы трения, всё равно не смог бы добиться реальной картины, т.к. брёвна не идеально ровные, частично усохшие и не могут плотно прилегать к друг другу всей поверхностью.

Применение расчетной схемы из альбома Мальганова не допустима тем, что в альбоме имеем шарнирно-опертую балку, в реальности бревна имеют заделку концов бревнами в поперечном направлении (перевязка венцов), а следовательно имеем защемленную балку.

Граничные условия на этом листе в альбоме Мальганова - это ЧАСТНОСТЬ и зависят от конкретной задачи. Там с таким же успехом можно было нарисовать и защемление в опорах.
Я не спорю, что какой-то момент в защемлении этих балок должен присутствовать, но опять-таки я никогда не поверю, что там будет полное защемление брёвен.
Мне, для проверки прочности брёвен, нужны изгибающие моменты. Поэтому, когда я идеализирую схему и назначаю шарниры в опорах балки, я сознательно иду на завышение изгибающих моментов (в запас).
Когда я проверил прочность наиболее нагруженного бревна, напряжения в нём не превышают расчётного сопротивления, запас 35%.
Значит, в любом случае, как ни крути и не учитывай силы трения, защемление балок в опорах, прочность этих брёвен будет обеспечена.
Что для меня и требовалось.
Если там было бы всё на грани, и я был бы виновником этой картины, тогда я тоже развёл бы шаманство и стал бы учитывать всякую мелочь, чтобы выкрутиться.
Вас послушать, так всю расчётную литературу, кроме руководств по МКЭ, надо на помойку выбросить. Ведь там не учитываются: силы трения между балками, лежащими друг на друге, колонны расчитываются как стержни.... и ещё много чего.

Что уже и произошло - перемещения порядка 30 мм в деревянных конструкциях при пролете 2 м - нереальны

Вы ошибаетесь, пролёт там не 2 м! Те консольные выпуски, которые поддерживают балку на 2 опорах пролётом 5.5 м намного более податливы чем сама балка. Усилия же в элементах распределяются пропорционально жёсткостям элементов, поэтому на себя они не должны много принять.
Поэтому для этой нагрузки и для данной схемы, деформации - вполне реальны. Да и по обмерам сходится с нужной мне точностью.