Несущая способность соединений из бамбука и их применение в ферменных конструкциях

Введение. Конструкции из бамбука получили широкое распространение в странах Азии, Африки, Латинской Америки. Бамбук представляет собой градиентный материал с неодинаковыми свойствами по поперечному сечению и характерной анизотропией: хорошими свойствами в продольном и слабыми поперечном направлениях. В связи с этим соединения бамбуковых стержней представляет слабое место в конструкции, что является научной проблемой. В современной литературе показана недостаточная эффективность различных типов соединений бамбуковых стержней, что приводит к прогрессирующему обрушению конструкции. Выявленные пробелы в существующих исследованиях позволили сформулировать цель настоящей статьи: разработка новых типов соединений стержней бамбука для обеспечения безопасной и надежной работы ферменной конструкции.

Материалы и методы. Объектом исследования является ферменная конструкция из бамбука с толщиной стенки не менее 10 мм. Расчет ферм проводился по усовершенствованным методам вырезания узлов, подбора сечений и построения линий влияния.

Результаты исследования. Предложена новая конструкция соединения бамбуковых стержней в пространственном случае. Усовершенствованный пространственный шарнир представляет собой цельную стальную сферу горячей ковки с 18 резьбовыми отверстиями и обработанной опорной поверхностью под углами 45°, 60° и 90° относительно друг друга. На каждом конце элемента пространственной конструкции прикрепляется коническая стальная секция для передачи усилия от бамбуковых соединений к узловым соединениям. Благодаря такому сужающемуся конусообразному сечению узловые соединения могут быть соединены со многими элементами одновременно. Проведен расчет фермы пешеходного моста при различных вариантах приложения нагрузки. Показано, что предложенный тип соединения обеспечивает эффективную работу пространственной конструкции. Реальный коэффициент надежности 2,33 превосходит традиционное значение на 29 %.

Обсуждение и заключения. Предложенные варианты обеспечения надежного соединения бамбуковых стержней имеют большое значение при проектировании и строительстве бамбуковых ферменных конструкций пространственного типа. Сферический шарнир и конусное крепление с металлическим тросом создают надежное соединение, что имеет решающее значение для конструкций мостового типа или жилых помещений. Перспективы настоящей работы сосредоточены на исследовании эффективности предложенных соединений в динамических задачах в условиях движущейся нагрузки и ползучести.

1. Martal, C, Almeida, J.E. Considering the invisible in architecture: The contribution of traditional architecture to the study of pre-Hispanic mounds in the north-Andean region of Ecuador. Journal of Anthropological Archaeology. 2026;81: 101732. https://doi.org/10.1016/j.jaa.2025.101732

2. Devi, A. S., Singh, K. S. Carbon storage and sequestration potential in aboveground biomass of bamboos in North East India. Sci. Rep. 2021;11:837. https://doi.org/10.1038/s41598-020-80887-w

3. Huang, Y., Hu, J., Zhang,Y. et al. Multifunctional Bamboo Based Materials Empowered by Multiscale Hierarchical Structures – A Critical Review. Adv. Mater. 2026;38:e07844. https://doi.org/10.1002/adma.202507844

4. Hao, J., Shinohara, H. Continuity through change: community-led adaptation of Dai bamboo houses under modernisation. Built Heritage. 2026;10:10. https://doi.org/10.1186/s43238-026-00250-2

5. Mastura, J., Noor, S., Rasoolimanesh, M.S. Perception of young local residents toward sustainable conservation programmes: A case study of the Lenggong World Cultural Heritage Site. Tourism Management. 2015;48:154–163. https://doi.org/10.1016/j.tourman.2014.10.018

6. Su, N.; Li, Y.; Zhang, C.; Chen, Y.; Xu, H.; Fang, C.; Chen, L. Bamboo Rhizomes: Insights into Structure, Properties, and Utilization. Forests. 2026;17:6. https://doi.org/10.3390/f17010006

7. Qu, Y., Liu, Z., Li, Y., He, E., Zhang, Z. Analytical modeling of axial compressive behavior of geopolymer concrete columns confined with FRP-bamboo winding tubes. Composite Structures. 2026;385:120233. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2026.120233

8. Ahmad, S. I., M. S. Alam, and M. J. Alam. Structural and life-cycle economic feasibility of rooftop low-height bamboo telecom tower considering a case study from Bangladesh. Pract. Period. Struct. Des. Constr. 2026;25(3):1–12. https://doi.org/10.1061/(ASCE)SC.1943-5576.0000492

9. Guan, M., Jia, Q., Liu, X., Wu, M., Che, P. Bending and affecting behavior of a novel flattened bamboo/epoxy composite with high robustness-toughness. Construction and Building Materials. 2026;517:145758. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2026.145758

10. Yue, Q., Wang, W., Zhang, X., Zhao, E. Failure and fracture evolution analysis of inorganic-bonded bamboo composite material under compression. Engineering Failure Analysis. 2026;186(B):110536. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2026.110536

11. Zhang, K.; Xia, H.; Xu, L.; Zhou, S.; Gao, L.; Zuo, G.; Zhang, X.; Li, Q. Tensile Behavior and Failure Mechanism of Bamboo Fiber Bundle and Its Scrimber Under Different Strain Rates. Materials. 2025, 18:2550. https://doi.org/10.3390/ma18112550

12. Zhang, K.; Sun, Y.; Wang, F.; Liang, W.; Wang, Z. Progressive Failure and Energy Absorption of Chopped Bamboo Fiber Reinforced Polybenzoxazine Composite under Impact Loadings. Polymers. 2020, 12:1809. https://doi.org/10.3390/polym12081809

13. Li, J.-N.; Singh, A.; Zhou, J.-W.; Zhang, H.-T.; Lu, Y.-C. Size and Geometry Effects on Compressive Failure of Laminated Bamboo: A Combined Experimental and Multi-Model Theoretical Approach. Buildings. 2025,15:3261. https://doi.org/10.3390/buildings15183261

14. Wang, X.; Zhong, Y.; Luo, X.; Ren, H. Compressive Failure Mechanism of Structural Bamboo Scrimber. Polymers. 2021, 13:4223. https://doi.org/10.3390/polym13234223

15. Kennaway, J.; Rajabipour, A.; Huang, D.; Bazli, M.; Tang, S.; Wang, J.; Zanker, H.; Su, F. Connection Confinement of Bolted Fibre-Reinforced Polymer Bamboo Composite. Polymers. 2022,14:2051. https://doi.org/10.3390/polym14102051