Reakcja mechaniczna połączenia na zakładkę z zamkiem ukośnym i drewnianymi kołkami w warunkach obciążenia złożonego

The paper focuses on analyzing mechanical behavior of a lap scarf joint with inclined contact faces and wooden dowels which is a commonly used connection for repairing damaged beams in historical structures. Experimental and numerical analysis were performed to investigate mechanical parameters such as stiffness and strength of this type of prosthesis. This study concentrates on investigating joints behavior under combined loading, compression and bending, and tension and bending. It was desired to simulate the real loading conditions found in historical timber trusses such as combined compression and bending for rafters or tension and bending for tie beams. Experimental work has been designed for testing the jointed beams in small scale subjected to pure bending, combined compression and bending and combined tension and bending. Finally, a finite element model was constructed and validated using experimental output and further used for estimating the strength on the jointed beams. Applicability of the lap scarf joint with wooden dowels for reparation of damaged structural members in historical trussed roofs is discussed in terms of the joint’s strength and stiffness. Moreover, authenticity and aesthetics of such prosthesis for historical timber structures was explored through testing two different types of lap scarf joints i.e. two-face and three-face joints.Artykuł poświęcony jest analizie pracy mechanicznej połączeń zakładkowych z zamkiem ukośnym i drewnianymi kołkami, które są powszechnie stosowane podczas prac naprawczych uszkodzonych belek w konstrukcjach zabytkowych. Przeprowadzono testy badawcze oraz analizę numeryczną w celu sprawdzenia parametrów mechanicznych, takich jak sztywność oraz wytrzymałość tego typu protez. Badania koncentrowały się na analizie pracy połączeń w warunkach obciążenia złożonego, gdy element poddawany był działaniu naprężeń ściskających i zginających, oraz rozciągających i zginających. Prowadzący testy starali się symulować rzeczywiste warunki obciążenia, jakim poddawane są zabytkowe drewniane wiązary dachowe, takie jak połączone naprężenia ściskające i zginające oddziałujące na krokwie lub naprężenia rozciągające i zginające oddziałujące na belki wiązarowe. Przeprowadzono testy połączeń belek w pomniejszonej skali, poddanych czystemu zginaniu, obciążeniom złożonym ściskającym i zginającym oraz obciążeniom złożonym rozciągającym i zginającym. Następnie przygotowano Model Elementów Skończonych, na którym zweryfi kowano wyniki otrzymane w eksperymentach oraz posłużono się nim do określenia wytrzymałości połączonych belek. Możliwość zastosowania połączeń na zakładkę z zamkiem i kołkami drewnianymi do naprawy zniszczonych elementów konstrukcyjnych w zabytkowych wiązarach dachowych analizowana była pod kątem wytrzymałości i sztywności złącza. Ponadto przeprowadzono analizę autentyczności i kwestii estetycznych użycia tego typu protezy w zabytkowych konstrukcjach drewnianych, testując dwa rodzaje złączy na zakładkę z zamkiem – o dwóch licach i o trzech licach