В СПбГАСУ 3 февраля состоялись Серовские чтения. Мероприятие, которое проводится в нашем вузе с 2021 г., с этого года приобрело статус международного научно-технического симпозиума.

Памяти видного учёного

«Серовские чтения проводятся в память о докторе технических наук, профессоре Евгении Николаевиче Серове, который много лет трудился в нашем вузе. Учёный известен благодаря участию в развитии отечественных норм по проектированию деревянных конструкций в СССР и России, а также качественным учебникам, которые будут актуальны всегда», – сообщил организатор симпозиума, заведующий кафедрой металлических и деревянных конструкций СПбГАСУ Егор Данилов.

По словам Егора Владимировича, Серовские чтения востребованы среди научного сообщества: в них приняли участие известные учёные, в том числе из-за рубежа. Организаторы ставят цель консолидировать российских специалистов в области деревянных конструкций на базе СПбГАСУ.

Евгений Николаевич Серов (1932–2018) – видный учёный, специалист в области деревянных конструкций. Работал в нашем вузе с 1964 по 2017 г., пройдя путь от ассистента до профессора кафедры конструкций из дерева и пластмасс. В 1975–1980 гг. возглавлял заочный факультет.

Наряду с основным курсом «Конструкции из дерева и пластмасс» он читал и спецдисциплины, в том числе «Инженерная реставрация архитектурного наследия», проводил практические занятия непосредственно на объектах-памятниках архитектуры с уникальными деревянными конструкциями. Научно-исследовательские работы студентов, которыми руководил Евгений Серов, неоднократно награждались дипломами второй и третьей степени Минвуза РСФСР. Совмещая большую общественную и административную деятельность, Евгений Николаевич работал по важнейшим народно-хозяйственным темам Госстроя и Госплана.

В результате многолетних исследований Евгений Серов разработал новые конструктивные формы из клеёных деревянных конструкций (КДК), технологии их изготовления, в том числе с безотходным раскроем заготовочных блоков, а также методы расчёта, учитывающие высокую степень анизотропии (неодинаковых свойств по направлениям волокон) клеёной древесины. Им сформулирован основной принцип проектирования КДК – принцип следящей ориентации с согласованием полей действующих напряжений и полей сопротивления анизотропного материала, разработаны и внедрены специальные криволинейные вставки в узлах сопряжения рамных и балочных конструкций, способ усиления приопорных зон КДК с использованием вклеенных арматурных стержней, который применён в арках пролётом 63 м.

Новые решения в использовании древесины

Открывая симпозиум, проректор СПбГАСУ по научной деятельности Евгений Королев подчеркнул: несмотря на длительную историю, тема использования древесины постоянно развивается. Сегодня необходим поиск новых конструктивных и технологических решений.

Профессор кафедры металлических и деревянных конструкций, почётный президент Ассоциации деревянного домостроения Александр Черных полагает, что мероприятие даёт возможность передать опыт молодому поколению, и что исследователям СПбГАСУ важно внимание коллег из других вузов.

Заместитель декана по научной работе, доцент кафедры архитектурно-строительных конструкций Ольга Пастух пригласила собравшихся на III Национальную (всероссийскую) научно-техническую конференцию «Перспективы современного строительства», которая пройдёт в СПбГАСУ 21–23 апреля.

Программа Серовских чтений включала в себя 23 очных и дистанционных доклада, 23 постерных доклада от 62 участников. В качестве слушателей подали заявки 46 человек, в том числе студенты и аспиранты СПбГАСУ. Участники из Москвы, Новосибирска, Архангельска и других российских городов, а также из Китая и Вьетнама обменялись опытом и мнениями о проводимых исследованиях в области деревянных конструкций, их эксплуатации, совершенствовании, расчёте.

Научный консультант ООО «Геореконструкция» Роман Орлович проинформировал о проблемах эксплуатации деревянных конструкций в исторических зданиях. По его мнению, деревянные перекрытия можно сохранить при правильном подходе к анализу их несущей способности, физического износа и поражения гнилью, а также при правильном использовании технических решений.

Главный научный сотрудник Центрального научно-исследовательского института строительных конструкций им. В. А. Кучеренко (структурное подразделение АО «НИЦ "Строительство"») Александр Погорельцев поделился результатами исследования платформенных стыков многоэтажных зданий из CLT. Он уверен, что общая теория расчёта платформенных стыков, которая успешно применяется при расчёте железобетонных конструкций, неприменима к древесине, являющейся анизотропным материалом (т. е. материалом с разными механическими свойствами волокон при действии усилий в разных направлениях к волокнам).

Нынешнее поколение исследователей – достойные преемники именитого учёного

Аспирантка Елизавета Котова выступила с докладом «Несущая способность и деформативность кружальных LVL-конструкций» (научный руководитель – Егор Данилов): «LVL-брус славится высокой прочностью и долговечностью, а кружальные конструкции из этого материала позволяют создавать элегантные и эффективные архитектурные формы с большими пролётами, без использования массивных опор. Это открывает новые возможности для проектирования зданий и сооружений с уникальным дизайном. Поэтому актуальность исследования кружальных LVL-конструкций обусловлена необходимостью развития точных методик расчёта НДС, совершенствования нормативной базы, повышения эффективности проектирования и безопасности эксплуатации».

В результате исследования существующих методик расчёта кружальных конструкций Елизавете удалось выяснить, что информация о несущей способности и деформативности кружальных LVL-конструкций относительно ограничена по сравнению с исследованиями прямолинейных LVL-балок. Это связано со сложностью анализа напряжённо-деформированного состояния в криволинейных конструкциях.

На данный момент произведены пробные испытания LVL-образцов с разными углами наклона для наглядного представления поведения криволинейного LVL-образца под нагрузкой с целью получения основных механических характеристик материала. Полученные результаты будут применены для более точного составления и расчёта кружальной LVL-конструкции в вычислительной программе. В дальнейшем планируется изучить напряжённо-деформированное состояние нагельных соединений. По итогам численного исследования будет разработана физическая модель кружальной LVL-конструкции, которая подвергнется испытаниям в лабораторных условиях.

Работа направлена на создание математической модели расчёта НДС кружальных LVL-конструкций, которая позволит повысить эффективность расчёта и проектирования таких конструкций и оптимизировать технические решения, что приведёт к увеличению их несущей способности и жёсткости.

Студентка магистратуры Юлия Трунина выполнила доклад на тему «Влияние низких отрицательных температур на механические свойства LVL» (научный руководитель – доцент кафедры металлических и деревянных конструкций Павел Коваль): «При понижении температуры изменяются свойства древесины, а именно прочностные и упругие характеристики становятся выше. Эта закономерность позволяет использовать материал в регионах, где значительное время в году температура воздуха не только ниже нуля, но и достигает –70 °С. LVL – композитный материал на основе древесины. Это позволило предположить, что изменение его свойств тоже будет происходить при смене температуры».

Эксперимент при температурах замораживания –70, –35 и 0 °С на сжатие маленьких образцов LVL более 300 штук подтвердил эту закономерность. При этом в зависимости от направления волокон шпона изменение прочности и модуля упругости происходило с разной степенью. Юлия сообщила, что это позволит в дальнейшем более точно прогнозировать свойства материала. Стал возможен учёт процесса оттаивания (с помощью выведенной формулы), поскольку эксперимент происходил в нормальных условиях – при 20° С. Эти данные в дальнейшем стоит использовать для более крупных конструкций, например, балок или рам, а также исследовать их долговечность, т. е. работу конструкции в климатических условиях Арктики и Крайнего Севера с учётом времени. А также следует рассмотреть совместное действие влаги и температуры на конструкцию, в том числе в реальных условиях при колебании этих факторов.

Международный опыт

Работа аспиранта Сюй Кайсюаня получила название «Развитие методов расчёта композитных (деревобетонных) плит перекрытий жилых и общественных зданий» (научный руководитель – профессор, доктор технических наук Александр Черных). «Я начал работать по данной теме в процессе обучения в магистратуре СПбГАСУ и выбрал её для своей кандидатской диссертации. Хочу отметить, что исследования проводятся студенческим коллективом при активной помощи сотрудников Центра механических испытаний строительных конструкций СПбГАСУ», – отметил автор.

По словам аспиранта, применяемые конструктивные решения и формы деревобетонных композитных плит востребованы при сооружении объектов промышленного, гражданского строительства и социальной инфраструктуры, включая многоквартирные жилые здания с применением деревянных конструкций из CLT, а также при строительстве пешеходных и автомобильных мостов в качестве плит пролётных строений. К преимуществам таких решений Сюй Кайсюань отнёс экологичность и устойчивость, экономическую эффективность, синергию прочностных свойств бетона и древесины. Основная проблема состоит в обеспечении совместной работы бетона и CLT под нагрузкой.

В процессе исследований Сюй Кайсюань определил виды и форму металлических коннекторов (соединителей) для обеспечения совместной работы соединений плит CLT и бетона; выявил, что комбинация формы, размеров и расположение коннекторов в зоне адгезионного сцепления критически важны для восприятия действующих нагрузок композитными плитами перекрытий.

В данный момент проведён анализ лучших практик проектирования и применения деревобетонных композитных плит перекрытий в России и за рубежом, экспериментальным путём установлены зависимости между геометрией коннекторов и несущей способностью исследуемых образцов.

В планах Сюй Кайсюаня – проведение численного моделирования и экспериментальных исследований для определения недостающих расчётных характеристик адгезионного взаимодействия в зоне контакта коннекторов и бетона для разработки методики расчёта напряжённо-деформированного состояния деревобетонных композитных плит перекрытий.

Кафедра металлических и деревянных конструкций СПбГАСУ родилась из слияния двух крупных научных центров: МКиИС (металлические конструкции и испытания сооружений) и КДиП (конструкции из дерева и пластмасс), авторитетных в российском научном сообществе и за рубежом. Сотрудники кафедры являются членами Технического комитета по стандартизации в строительстве, принимают участие в работе Всероссийского научно-технического совета по металлическим и деревянным конструкциям. Ко мнению членов кафедры прислушиваются в крупных предприятиях отрасли (ЦНИИСК, Ассоциация развития стального строительства, Ассоциация деревянного домостроения и др.).