Гнутые конструкции из клееного бруса: Гнутые балки из клееного бруса – купить в Москве, цена

Содержание

Где применяют и как производят гнутые балки из клееного бруса

Дата публикации: 23 июня 2017

Древесина – податливый материал с практически безграничными возможностями. Его используют как для строительства зданий традиционной формы, так и для возведения оригинальных конструкций необычного вида. В последнем случае применяются особые элементы – гнутые балки из клееного бруса.

Рис.1. «Жизненные» этапы балки из клееного бруса

Применение гнутых клееных балок для строительства крыш жилых домов

К самым распространенным типам крыш современных загородных коттеджей относятся:

Двухскатная. Традиционная и наиболее простая форма кровли, которая часто встречается у дач и компактных жилых домов.
Вальмовая. Состоит из двух пар скатов треугольной и трапециевидной формы. Подходит для коттеджей большой площади.

Гораздо реже встречаются крыши купольной, полукруглой или стрельчатой формы. Минусы такой кровли – высокая стоимость применяемых для ее изготовления гнутых балок из клееного бруса. Но у нее также много плюсов.

Рис.2. Как смотрятся гнутые балки для крыш в интерьере

На округлой крыше не скапливается снежная масса и не застаивается дождевая влага. Она более устойчива к мощным порывам ветра. Может стать украшением интерьера мансарды, если ее отдельные внутренние элементы будут выполнены в виде ферм. Кроме того, дом с крышей необычной купольной или стрельчатой формы сразу попадает в разряд эксклюзивных жилых строений.

Где еще применяются гнутые клееные балки

Гнутоклееные элементы из дерева применяются также при строительстве таких объектов, как:

Строения хозяйственного назначения: большие склады, ангары, здания для содержания животных.
Промышленные постройки: производственные, сборочные, упаковочные цеха, технологические линии.

Рис.3. Примеры использования гнутого клееного бруса в различных постройках
Здания религиозного назначения: православные храмы, соборы, колокольни.
Сооружения для выращивания растений: теплицы, парники, зимние сады.
Крытые легкие постройки: флигели, беседки, веранды, террасы, шатры.

Рис.4. Примеры использования гнутого клееного бруса в легких постройках

Из этого материала возводят также большие навесы для торгово-развлекательных центров, выставочных и спортивных залов, концертных площадок.

Особенности технологии изготовления гнутых клееных балок

Выгибание клееного бруса – технологически сложный процесс, который следует проводить только в промышленных условиях. Профессиональный подход помогает предотвратить образование трещин при получении необходимой геометрической формы балки. А также гарантирует качество и долговечность готового материала.

Согнуть древесину любого типа можно только с помощью ее гидротермической обработки. Под действием высокой температуры и влажности жесткое дерево приобретает пластичность. Это дает возможность выгнуть балку, сохранив ее структуру. Максимальную гибкость древесина приобретает при достижении 30%-ной влажности материала и 100-градусной температуры в центральной части балки.

При самостоятельном изготовлении добиться таких показателей сложно.

Еще одна особенность производства гнутых клееных балок – длительность гидротермической обработки. Заготовка закрепляется на шине, после этого обрабатывается паром больше часа, до приобретения достаточной пластичности. Иногда дополнительно выпиливаются пазы в форме прямоугольника или конуса. Такие пропилы помогают задать балке требуемый радиус кривизны. Изгиб заготовки выполняется с помощью шины и пресса.

Рис.5. Как гнут клееный брус

Когда изделие приобретает выгнутую форму, его просушивают в специальных условиях. И только после доведения уровня влажности до нормативных значений, отсоединяют от шины. Гнутые клееные балки получают путем совмещения криволинейных заготовок и склеивания их между собой.

Плюсы и минусы гнутоклееных балок

Даже в изогнутом состоянии балка из клееного бруса сохраняет все достоинства этого материала.

Основные преимущества таких изделий:

Большая протяженность. Производственная технология дает возможность изготавливать особо прочные гнутые балки из клееного бруса длиной в несколько десятков метров.
Стабильность формы. Радиус изгиба не меняется на протяжении всего периода эксплуатации здания или сооружения.
Долговечность. Все поверхности пропитываются специальными защитными и антисептическими составами, поэтому деревянные элементы изогнутой формы не уступают по надежности металлу.

Гнутые балки применяются для строительства изящных домов и бань со скругленными стенами. С их помощью также возводят крыши с плавными очертаниями, без стыков. Этот материал помогает реализовывать сложнейшие дизайнерские замыслы.

К минусам гнутых балок из клееного бруса относят:

высокую стоимость, которая объясняется большой трудоемкостью производственных операций;
сложную схему расчетов, применяемую при изготовлении конструкций из этого материала;
возможность расслоения балок (исключается при выборе надежного производителя, у которого имеется профессиональное оборудование).

Гнутые клееные балки – материал штучный, большими оптовыми партиями его не производят. Эти изделия стоят в полтора раза больше, чем обычный клееный брус того же размера. Но они дают возможность создавать уникальные проекты домов с замысловатой формой крыши и других элементов конструкции дома. При этом несущая способность качественных гнутых элементов сохраняется на высоком уровне.

Остались какие-то вопросы?

Оставьте заявку и наш менеджер свяжется с Вами в течение рабочего дня!

Телефон

Гнутые балки из клееного бруса

Владельцев частных домов и загородных участков, не устраивает традиционный вариант формы кровли и стандартные размеры построек. Древесина предоставляет очень обширные возможности для строительства, и одна из них – постройка куполообразных сооружений при помощи гнутых конструкций, которые дают возможность создавать наиболее необычные и оригинальные очертания зданий с применением криволинейных поверхностей. Помимо этого, гнутоклееный брус имеет еще многие дополнительные преимущества.

Изготовление гнутых балок из бруса. Этапы:

	Выбор места применения и варианта конструкции. Перед какими-либо работами следует выяснить основные нюансы будущей постройки и выбрать подходящие гнутые балки.
	Создание гнутых балок из бруса: выбор породы дерева, выгибание материала, гидротермическая обработка или пропаривание, сушка.
	Применение в строительстве. Возведение необычных крыш или конструкций.

Этот материал применяют не только в жилом строительстве, но и при постройке промышленных и хозяйственных сооружений.

Гнутые балки расширяют горизонты в сфере проектирования и выполнения конструкций, позволяя решать такие задачи как:

Дерево устойчиво к разным факторам воздействия, по этой причине конструкции из гнутоклееного материала используют для возведения складов.

Гнутый брус дает возможность реализовать перекрытие между стенами с большим расстоянием, поскольку из него производят фермы, балки и прочие разновидности конструкций для установки кровли.
Это позволяет строить здания, склады и постройки для содержания животных в больших фермерских хозяйствах и прочие сооружения, которым необходима большая площадь.

Самый распространенный вариант применения: гнутая балка из клееного бруса – материал для постройки куполов и кровель необычной формы.

Данный материал используют при строительстве теплиц и парников, поскольку с его помощью можно выполнять устойчивые и прочные конструкции подходящей формы и большой площади.

Гнутый клееный брус позволяет строить и небольшие архитектурные сооружения.

Купольное строение крыши не только красиво и необычно с эстетической стороны, но и имеет ряд дополнительных преимуществ. На такой кровле не будет накапливаться снег, она слабо нагревается от солнца и не несет большой нагрузки на стены. Неудивительно именно такой тип крыши используется с древних времен.

Изготовление гнутых балок из клееного бруса

Как согнуть древесину без появления трещин, а сам материал, чтобы принял требуемую геометрическую форму? Создание гнутого бруса происходит в промышленных условиях, однако с другой стороны подобную работу можно выполнить собственноручно.

Выгибание древесины – это довольно сложный технологический процесс, требующий воздействия сразу нескольких факторов. Данная работа нуждается в определенных навыках и строгом соблюдении технологии, а иначе изделие станет непрочным и долго не прослужит.

Обычно для изготовления гнутых конструкций применяются лиственные породы дерева, поскольку они более пластичны и легко подвергаются обработке. Наиболее популярными породами являются дуб, клен, ольха, ясень и другие.

Хвойные породы используются крайне редко. Большинство гнутых заготовок для мебели и для прочих изделий производят из березового шпона. Такие материалы составляют примерно 60% всех гнутоклееных заготовок. Инструкция по сгибанию древесины:

Основы технологии производства гнутых компонентов

Основой в сгибании клееного бруса становится гидротермическая обработка – одновременное воздействие высокой температуры и пара.

Подобная обработка увеличивает пластичность древесины, в результате чего она получает повышенную гибкость и может менять ее форму, не вызывая при этом каких-либо повреждений самой структуры материала.

Высокие пластические способности дерево получает тогда, когда его влажность доходит до 30%, а температура в сердцевине заготовки – 100^о. Добиться подобных показателей в домашних условиях крайне непросто, тем более что процесс пропаривания должен быть длительным. Брус, который обладает сечением 3,5 см нужно пропаривать не менее 1,5 часов, чтобы он достиг необходимого показателя гибкости.

Схема изготовления:

Заготовка помещается на шину и тщательно крепится, после чего она пропаривается необходимое время. Их снабжают специальными прямоугольными или коническими пропилами, позволяющими древесине выгнуться.

Подготовленный материал сгибают до требуемой кривизны при помощи пресса и шины.

Заготовка, все еще прикрепленная к шине отправляется в сушку, где получает нужный уровень влажности, подходящий для строительных работ.

В результате, заготовка получает требуемый радиус кривизны, и ее можно применять и для изготовления, и для строительства деревянных компонентов внутреннего интерьера. Брус гнутоклееный изготавливают, совмещая одновременно два процесса: ламели изгибаются и сразу же склеиваются в один блок.

В результате, материал сохраняет все положительные качества и характеристики клееного бруса, приобретая особую форму. Технология дает возможность создавать самые разнообразные конструкции и формы с разным радиусом изгиба.

Гнутые балки из клееного бруса

Что такое гнутый клееный брус? Разбираем подробно историю, применение и производство

Сегодня клееный брус – распространенный материал для строительства домов, бань, декоративных сооружений на дачных и приусадебных участках. Но в продаже в основном классическая форма – прямой пиломатериал с профилем для соединения венцов между собой.

А ведь существует и такой вид клееного бруса, как гнутый. Изготовление его несколько сложнее, поэтому приобрести у компании-изготовителя 2-3 единицы не получится, заказ (особенно по собственному проекту) – от 1 куба. С помощью такого материала создают уникальные архитектурные сооружения – беседки и дома в форме шатра, закругленные эркеры и полукруглые лоджии.

Немного истории

Подобие клееного пиломатериала распространено в строительстве довольно давно, но окончательный вид изогнутый пиломатериал прессованный с применением клея принял к 1890 году – плотник Отто Хетцер из Германии использовал казеиновый клей и придал конструкциям пространственность путем выгибания элементов.

Широкое применение несущих клееных деревянных конструкций в Европе началось с середины XX века (1960-1970), именно тогда промышленность стала выпускать множество прочных и надежных клеев для скрепления ламелей в единый монолит.

Клееный брус применялся при реконструктивных работах в Троицком соборе в Санкт-Петербурге.

Интересный факт: первые составные несущие балки из ламелей соединялись при помощи клиньев и стяжек, без всякого клея. При этом их прочность позволяла выдерживать большие нагрузки. Идея соединения брусьев посредством клина принадлежит Ф. Делорну, он использовал эту технологию для строительства арочных частей дворцовых зданий.

На сегодняшний день клееный брус с изгибом используют в домостроении, возведении аквапарков и других крупных конструкций шатрового типа.

Изготовление балок и бруса изогнутой формы

В России такое производство слабо распространено, поэтому долгое время при необходимости использования гнутых балок или клееного бруса умельцы обходились собственными силами. До сих пор на строительных форумах находится минимум 3 технологии самостоятельного изготовления изогнутого клееного бруса различного сечения, причем каждый способ имеет модификации, продуманные любителями столярных и плотницких работ.

Ваймы

Простейшие столярные приспособления, выполняющие роль струбцин помогут удержать ламели в нужном положении до полного отвердения клея. Изготавливают их своими руками практически из подручных материалов. Хорошо подойдут для изготовления бруса или балок с небольшим изгибом без распаривания ламелей. Заготовки вырезаются сразу с нужным градусом искривления после чего собираются на клей и зажимаются ваймой.

Распаривание

В этом случае ламели выгибаются до нужного состояния после обработки кипятком или паром. Способ сложнее, чем предыдущий, ведь потребуется базовое оборудование и мастерская. Суть метода заключается в распаривании деревянных заготовок – ламелей, и дальнейшей их фиксации на шаблоне нужной формы. После высыхания и остывания древесина сохранит полученную форму. Тогда приступают к склейке бруса.

К плюсам метода относят возможность изгибания даже твердых пород дерева – дуба, лиственницы, карельской березы.

Изготовление гнутого бруса в заводских условиях

Удобное и простое решение – просто закажите необходимое количество изделий с выбранными параметрами у специалистов. Высокая точность оборудования, решение даже самых сложных задач и использование только сертифицированных безопасных клеевых систем – основные достоинства заказа изделий на заводе.

Применение изогнутого клееного бруса и балок в частной застройке

Если взглянуть на проекты, которые предлагает большинство строительных компаний, то становится ясно, что гнутые клееные элементы там вряд ли потребуются. А вот индивидуальные эскизы предполагают нестандартный подход.

Изогнутые опорные балки применяют:

для сооружения несущих конструкций шатровых крыш;
строительства беседок;
возведения крупных сооружений шатрообразной формы – аквапарков, планетариев, развлекательных центров.

В частной застройке кроме шатровых крыш опорные балки мало где применимы, а брус изогнутой формы выбирают для сооружения полукруглых эркеров, лоджий и балконов, архитектурных элементов требующих плавных форм.

Клееный брус (lvl) – Kerto® LVL

Невероятно прочная и стабильная по размерам деревянная балка

Kerto® LVL от Metsä Wood – это ламинированный шпон, используемый во всех типах строительных проектов, от новых зданий до ремонта и ремонта. Kerto LVL невероятно сильный и стабильный в размерах. Kerto LVL обеспечивает свою высокую прочность благодаря однородной связанной структуре.

Kerto LVL изготавливается из шпона из мягкой древесины толщиной 3 мм, которые склеиваются друг с другом, образуя непрерывную заготовку. Заготовка разрезается по длине и распиливается на балки, доски или панели LVL в соответствии с требованиями заказчика. Посмотрите видео о том, как производится Kerto LVL.

Продукты Kerto LVL имеют маркировку CE и сертифицированы Центром технических исследований VTT Финляндии, № 184/03.

Пример использования Kerto® LVL (клееный брус)

Балки
Балки
Фермы
Каркасы
Компоненты элементов кровли, пола и стен
Компоненты для промышленного применения, e.грамм. производство дверей и окон
Компоненты для прицепов HGV
Опалубка для бетона
Опалубка для лесов

Дальнейшая обработка

Kerto LVL может быть подвергнут дальнейшей обработке многими различными способами в соответствии с его конечным использованием и конкретными пожеланиями клиента. Услуга дальнейшей обработки является неотъемлемой частью системы обслуживания клиентов и поставок.

Шлифование: оптическое или калибровочное
Профилирование края балки, эл.г, шпунт и канавка
Специальная распиловка: прямая и коническая форма
Склеивание: переклейка для увеличенной толщины
Обработка на станке с ЧПУ: сверление, шлифование, ослабление кромок, вырубка
Сборка, например, коробчатые плиты
Защитные процедуры, например WeatherGuard

Kerto® LVL доступен в следующих вариациях

Смотрите также приложения для Kerto LVL.

Европейские классы прочности LVL

Продукты Kerto LVL соответствуют или превышают требования к классу прочности, установленные европейскими производителями LVL. Бюллетень LVL сентябрь 2019 года согласно следующей таблице

Тип	Плотность 510 кг / м ³	Плотность 440 кг / м ³
Балки, балки, шпильки, опалубка	LVL 48 P -> Kerto LVL S-луч	LVL 32 P -> Kerto LVL T-шип
Вертикальные и горизонтальные панели	LVL 36 C / 32 C -> Kerto LVL Q-панель	LVL 25 C / 22 C -> Kerto LVL L-панель
Промышленные панели и балки	Kerto LVL Qp-beam & Kate Kerto LVL специальные конструкции

Ламинированная облицовочная доска Okoume Lvl Структурная балка

$ 350.00 – 580,00 $ / Кубический метр | Мин. Заказ: 42 куб. М / куб.

Тип фанеры:: Шпон Доски

Время выполнения:

Количество (кубических метров)	1 – 500	> 500
Est.Время (дни)	30	Торг

композитный пиломатериал Lvl и клееный брус

композитный пиломатериал lvl и балка из клееного шпона

Конструкция из соснового бруса LVL

Конструкция из клееного бруса ROCPLEX (LVL), изготовленная в соответствии с AS / NZS 4357, со свойствами, определенными в соответствии со стандартом AS / NZS 4357, характеристики которого определены в соответствии с AS / NZS 4357, характеристики определены с AS / NZS 4063. 2 и, следовательно, соответствует требованиям для проектирования конструкций в соответствии с AS1720.1

Терминатор ROCPLEX LVL доступен во всех размерах и является частью линейки Carter Holt Harvey Terminator. Терминатор ROCPLEX h4-S обработан против термитов к югу от тропика Козерога. Обработка применяется к клеевой линии во время производства для достижения полной защиты от термитов в сердцевине балки. Никакого дальнейшего уплотнения не требуется на обрезанных концах, отверстиях или выемках. Другие уровни обработки доступны от поставщиков по запросу, но лечение ограничено наземным использованием. HySPAN нельзя легко обрабатывать при контактах с землей.

ROCPLEX LVL изготавливается с использованием связки «А» с выбросами формальдегида менее 0,5 мг / л (эквивалент E0) из конечного продукта.
многослойная фанера
Для обеспечения качества серия ROCPLEX изготавливается с независимыми процессами аудита и сертификации продукции. Картер Холт Харви гарантирует, что его древесина на законных основаниях поступает из управляемых лесов, и предлагает FSC «цепочку поставок», сертифицированную по запросу.

ROCPLEX LVL изготавливается с конструкционной поверхностью и обычно не используется для внешнего вида, а во время отправки с производственной площадки содержание влаги составляет 8-15%.

Размерный ряд

РАЗМЕР	35мм	45мм	63мм	75мм
90мм		А	А		А	А A	A	A
150 мм	A	A	A	A
170 мм	A	A	A
200 мм	A	A	A
240 мм		A	A
300 мм		A	A	A
360 мм		A	A
400 мм		A	A	A
450 мм			A
525 мм			A	A
600 мм			A	A

Описание продукта

из композитного бруса и клееного бруса lvl
Преимущество конструкции ROCPLEX LVL
Небольшие бревна могут быть изготовлены из крупногабаритных изделий LVL.
Предлагаются большие длины латов до 12 м.
Ресурс древесины может быть оптимизирован путем сортировки и выбора шпона для различных частей поперечного сечения LVL и создания ассортимента продуктов с различными свойствами.
Структурные свойства LVL очень однородны, потому что рандомизированные слои тонких виниров предварительно оценены по жесткости (коэффициент вариации для модуля упругости менее 5%). Члены
LVL имеют высокую прочность из-за низкой изменчивости и рандомизированных свойств древесины в тонких слоях.
LVL можно резать и обрабатывать обычным деревообрабатывающим инструментом.
LVL часто используется в дополнение к использованию пиломатериалов в домашнем строительстве.
клееный брус

Упаковка и отгрузка

композитный балочный брус и клееный брус

проектная выставка

LVL LVL хорошо подходит для следующих применений
Стропила и балки
Перемычки, балки и элементы каркаса
Ферменные пояса
Рамы порталов
двутавровые балки
Балки ящиков
Доски лесов
Опалубка
Панели из LVL разрезаются на элементы конструкции, которые имеют высокую прочность и жесткость.
LVL подходит для структурных применений, таких как балки, стропила и колонны в широком спектре зданий, включая дома, коммерческие, промышленные и сельские сооружения. Некоторые специальные LVL имеют небольшое количество виниров, уложенных перпендикулярно (поперечные полосы).
В коммерческих или промышленных сооружениях его часто используют как древесную альтернативу конструкционной стали или железобетону.

многослойная фанера

ROC Exhibitions

Наши сертификаты

Смотрите также

Клей пва и опилки для щелей в брусе
Блок хаус или имитация бруса сравнение
Из какого бруса строят дома
Изготовление конструкций из клееного бруса
Вагонка или имитация бруса что выбрать
Двухэтажный дом из бруса 7х7
Сертификат на доску и брус
Проект бани из бруса 6х5
Дома из клееного бруса клест
Как склеить брус из досок в домашних условиях
Дом из бруса сколько прослужит

Гнутые балки из клееного бруса

Главная » Советы

Советы

На чтение 4 мин. Просмотров 4 Опубликовано 28.04.2021

Изготовление гнутых балок из бруса. Этапы:

Дерево устойчиво к разным факторам воздействия, по этой причине конструкции из гнутоклееного материала используют для возведения складов.

Гнутый брус дает возможность реализовать перекрытие между стенами с большим расстоянием, поскольку из него производят фермы, балки и прочие разновидности конструкций для установки кровли. Это позволяет строить здания, склады и постройки для содержания животных в больших фермерских хозяйствах и прочие сооружения, которым необходима большая площадь.

Самый распространенный вариант применения: гнутая балка из клееного бруса – материал для постройки куполов и кровель необычной формы.

Данный материал используют при строительстве теплиц и парников, поскольку с его помощью можно выполнять устойчивые и прочные конструкции подходящей формы и большой площади.

Гнутый клееный брус позволяет строить и небольшие архитектурные сооружения.

Изготовление гнутых балок из клееного бруса

Основы технологии производства гнутых компонентов

Схема изготовления:

Заготовка помещается на шину и тщательно крепится, после чего она пропаривается необходимое время. Их снабжают специальными прямоугольными или коническими пропилами, позволяющими древесине выгнуться.

Подготовленный материал сгибают до требуемой кривизны при помощи пресса и шины.

Заготовка, все еще прикрепленная к шине отправляется в сушку, где получает нужный уровень влажности, подходящий для строительных работ.

Возможно Вам будет также интерестно:

использование в строительстве. Советы по изгибанию пиломатериалов с использованием гидротермической подготовки

Не смотря на всю свои крепость и прочность, деревянные детали можно легко и просто согнуть, если вдруг в процессе строительства потребуется какая-то особенная, и оригинальная детали овальной или круглой формы. Дерево при правильной обработке легко поддается изменению своей формы, и провести данную процедуру можно своими собственными силами, не прибегая к помощи профессионалов.

Виды работы

Различают два основных способа согнуть дерево до нужной формы, и один из них холодных, другой горячий. Как видно из названия, способы различаются лишь использование горячих температур, по эффективности оба эти способа совершено одинаковые, просто горячий способ фиксации дерева проходит гораздо быстрее. Для каждого способа потребуется клей, пва или обойный, смотря, что будет под рукой, ничего специально покупать не нужно. И с помощью металлических деталей можно создать своеобразный пресс или каркас, который будет удерживать дерево в нужной форме. Для того чтобы согнуть брус необходимо смазать его клеем, сильно и тщательно, не боясь, что дерево от этого станет влажным. На самом деле, под воздействием клеевого раствора вся лишняя влага уйдет из дерева, и оно станет еще более прочным и крепким, что крайне важно. После того, как брус был смазан клеем, его нужно закрепить с помощью инструментов в нужной форме, и в случае холодного процесса работы просто оставить сушиться закрепленным. Если вы выбираете горячий, то брус стоит накрыть обычной пленкой, чтобы он быстрее высушился, и испарилась вся влага.

Долговечность

Какой бы способ не был выбран, оба они эффективные и действуют одинаково. Брус полностью фиксируется в своей новой форме, и больше не вернется в старую. Гнуть мокрый брус от клея можно максимально, не боясь, что он сломается. И в результате вы получите оригинальный и красивый предмет интерьера или деталь для создания еще более привлекательного интерьера дома или его фасада. Согнутый клеем брус даже не нужно будет ничем обрабатывать для долговечности, что крайне удобно. Влага не будет пропитываться сквозь клеевой раствор, а насекомые не станут покушаться на такое дерево, в котором клея будет гораздо больше. Именно поэтому такой способ самый оптимальный и практичный, если срочно нужно согнуть деревянный брус.

*информация размещена в ознакомительных целях, чтобы поблагодарить нас, поделитесь ссылкой на страницу с друзьями. Вы можете прислать интересный нашим читателям материал. Мы будем рады ответить на все ваши вопросы и предложения, а также услышать критику и пожелания по адресу [email protected]

Одним из способов обработки заготовок столярных изделий является гнутье. Обработанные горячим паром деревянные заготовки способны изгибаться и после высыхания сохранять полученную форму. Такой технологический процесс не представляет особых сложностей, но некоторые особенности того, как гнуть древесину, следует учитывать. Также вас могут заинтересовать лестницы из сосны , заказать которые вы сможете на сайте http://mirdereva.ru/.

Волокна древесины скреплены особым веществом – лигнином, который под воздействием высокой температуры размягчается, а после остывания опять скрепляет волокна. На этом и основан процесс гнутья заготовок. Следует учитывать, что древесина разных пород поддается гнутью по-своему. Для гнутых изделий лучше всего использовать дуб, бук, березу, тис, вишню, вяз. А вот сосну, ель, кедр, ольху не следует применять для этих целей.

Работа над гнутыми деталями начинается с выбора материала. Заготовки должны быть прямослойными, не допускается использование древесины с искривленными волокнами. Подготовленный материал сушат в естественных условиях, под навесами, до влажности не более 20%. А вот древесину, высушенную искусственно, использовать для гнутья не следует, так как она хуже поддается такой обработке. Если же приходится использовать такой материал, то перед гнутьем его необходимо замочить в воде (не менее недели). Замачивание необходимо и для древесины твердых пород деревьев таких как дуб, ясень, бук.

Для нагревания заготовок перед гнутьем лучше всего использовать паровую камеру. Такую камеру несложно изготовить в домашних условиях, применив пластиковую трубу подходящих размеров и обычный чайник. Детали помещают в трубу, а пар подают от чайника. Время выдержки в камере зависит от размеров детали и определяется опытным путем. При этом можно ориентироваться на то, что на 1 см толщины заготовки необходимо 30-40 минут пропаривания древесины.

В места изгиба на деталях, если это позволяет конструкция изделия, можно слегка уменьшить толщину материала, снять фаски. Это облегчит процесс гнутья. Тонкие заготовки, при отсутствии паровой камеры, можно нагревать над электро- или газовой плитой.

Перед началом того, как гнуть древесину, необходимо подготовить форму, на которой будет закрепляться деталь, и зажимы для фиксации. Следует учитывать, что после прогрева древесины времени на то, чтобы зафиксировать заготовку, будет очень мало, не более 5 минут. Поэтому все нужно делать быстро, если же деталь начала остывать, то следует еще раз ее нагреть. Иначе можно сломать заготовку.

Поэтому важно предусмотреть такую конструкцию форм и зажимов, которая позволяла бы быстро фиксировать заготовку в нужном положении. Если формы изготовлены из древесины, то их не следует покрывать какими-то защитными составами, красить, лакировать. Во-первых, они портятся от нагревания, а во-вторых, будут мешать высыханию заготовок.

Короткие заготовки изгибают на оправках большего радиуса, а потом уже крепят в форме. Такой предварительный изгиб уменьшает вероятность того, что деталь сломается при формировании изгиба. Выдерживать детали в форме нужно до полного высыхания, чтобы они не разогнулись обратно. Обычно на это требуется от 6 до 9 дней, и определяется опытным путем.

После освобождения заготовки от зажимов ее необходимо отложить на сутки, и только потом приступать к обработке и отделке. Это нужно для того, чтобы снять остаточные разгибающие напряжения. Советы несложные, но они позволят без проблем освоить процесс, как гнуть древесину.

Часто в процессе проведения ремонтных работ возникает необходимость в получении криволинейных поверхностей изделий, изготовленных из древесины. Как согнуть доску таким образом, чтобы место изгиба было крепким и не треснуло в процессе изгибания? Что же, если уж решили делать капитальный ремонт своими руками, то отступать перед такими трудностями не стоит. В этой статье мы подробно поговорим о том, как придать древесному материалу изогнутую форму.

Нет, наша задача состоит вовсе не в том, чтобы сгибать ни в чем не повинное растение. Речь идет о древесных строительных материалах. Как согнуть дерево, чтобы оно изогнулось, а не сломалось? Способ изгибания деревянных изделий известен с древних времен: для придания древесине нужно формы необходимо лишь тепло и влага, под воздействием которых увеличивается пластичность материала со всеми вытекающими отсюда последствиями. Как согнуть дерево? Подержать его в горячей воде (чем выше температура, тем быстрее происходят процессы) или обработать паром (парогенератор можно соорудить из чайника или воспользоваться утюгом). Чем выше температура, тем быстрее древесина сдается и можно приступать к ее сгибанию. Увлажненную и прогретую древесину можно изогнуть под действием груза (концы доски укладываются на опоры), а на место будущего изгиба укладывают груз. Высохшая древесина прекрасно сохраняет минимальный радиус кривизны, который был достигнут в процессе сгибания. Теперь мы знаем, как гнуть дерево, можно остановиться на этом вопросе подробнее.

Реакция древесины на внешнее воздействие

Дело в том, что древесина по-разному реагирует на изгиб. Выпуклая часть подвергается растяжению, вогнутая – сжатию. Причем на пропаривание материал тоже реагирует по-разному. Например, способность к сжатию увеличивается аж на треть, а вот к растяжению – всего на пару процентов . Именно поэтому думать о том, как согнуть доску толщиной более двух сантиметров, в домашних условиях не стоит. Нужно учитывать и то, что разные виды древесины по-разному реагируют на сгибание. Например, такие породы как дуб, лиственница, клен гнутся плохо, а вот бук, ясень, орех – хорошо. Так что прежде чем думать над тем, как согнуть доску, определитесь с породой древесины, из которой она сделана.

Как согнуть фанеру, ДВП, МДФ

В домашних условиях фанеру сгибают путем увеличения ее влажности, последующей утюжкой (потребуется утюг), и закреплением в шаблоне. Шаблоном может служить любой каркасный элемент и вовсе необязательно его форма должна быть криволинейной. Крепится к шаблону изделие посредством скотча. Можно зажимать согнутую фанеру между двумя распорками, придавать ей согнутую форму за счет веревок, обвязывая ими изделие в нескольких местах вдоль радиуса искривления. Фанеру можно использовать только после того, как она высохнет. Вроде с тем, как согнуть фанеру, мы разобрались – идем дальше.

Как согнуть ДВП? Методика та же, что и в предыдущем случае! А как согнуть МДФ? В этом случае можно пойти двумя путями: либо изгибать тонкие листы (не более 5 мм) и склеивать их между собой, либо использовать гибкий МДФ , в котором с одной из сторон есть поперечные прорези. Толщина таких листов обычно составляет 8 мм. При изгибе они накладываются друг на друга фрезерованными сторонами, после чего склеиваются. Вот, собственно, и все!

Многих владельцев частных домов, не устраивает традиционная форма крыш и стандартные размеры построек. Дерево предоставляет очень широкие возможности строительства, и одна из них – возведение куполообразных сооружений с помощью гнутых конструкций, которые позволяют создавать самые оригинальные и необычные очертания зданий с использованием криволинейных поверхностей. Кроме этого, гнутоклееный брус обладает еще многими дополнительными преимуществами.

Сферы применения гнутых элементов из дерева в строительстве

Данный материал применяется не только в жилом строительстве, но и при возведении хозяйственных и промышленных сооружений.

Гнутый брус расширяет горизонты в сфере проектировки и воплощения конструкций, позволяя решать следующие задачи:

Гнутый брус позволяет реализовать перекрытие больших расстояний между стенами, так как из него изготавливают балки, фермы и другие разновидности конструкций для монтажа кровли. Это позволяет возводить склады, здания для содержания животных в крупных фермерских хозяйствах и иные сооружения, которым требуется большая площадь;
Дерево устойчиво к различным факторам воздействия, поэтому конструкции из гнутоклееной древесины применяют для строительства складов;

Важно! Поскольку дерево, пропитанное специальными составами, не гниет и совершенно не подвергается коррозии, оно становится даже более надежным, чем металл.

Данный материал используют при возведении теплиц и парников, так как с его помощью можно создавать прочные и устойчивые конструкции удобной формы и большой площади;
Самый распространенный способ применения: гнутый клееный брус – материал для кровель необычной формы и куполов;

Гнутый клееный брус дает возможность строить и малые архитектурные сооружения: с купольной крышей станут отличным украшением для участка, они смотрятся оригинально и необычно.

Купольное строение кровли не только необычно и красиво с эстетической стороны, оно выгодно и по другим причинам. На такой крыше не будет скапливаться снег, она очень слабо нагревается от солнца и не создает большой нагрузки на стены. Неслучайно именно такой тип кровли применяется с древнейших времен.

Изготовление гнутых конструкций

Как согнуть брус, чтобы древесина не дала трещин, а сам материал принял необходимую геометрическую форму? Изготовлением гнутого бруса занимаются в промышленных условиях, но с другой стороны такую работу можно попробовать выполнить и своими руками.

Выгибание древесины – это достаточно сложный технологический процесс, при котором древесина подвергается воздействию сразу нескольких факторов. Эта работа требует определенного навыка и строгого соблюдения технологии, иначе изделие окажется очень непрочным.

Обычно для изготовления гнутых форм используются лиственные породы дерева, так как они более пластичны и легче подвергаются обработке. В качестве основных пород используются дуб, ольха, клен, ясень и т.д.

Хвойные породы для этого применяются крайне редко. Большую часть гнутых заготовок для мебели и для других изделий изготавливают из березового шпона, такой материал составляет около 60% всех гнутоклееных заготовок. Примерная инструкция по сгибанию древесины выглядит следующим образом:

Основы технологии изготовления гнутых элементов

Основой в сгибании древесины становится гидротермическая обработка, то есть одновременное воздействие пара и высокой температуры.

Такая обработка увеличивает пластические свойства древесины, в результате чего она приобретает повышенную гибкость, и можно менять ее форму, не вызывая при этом повреждений самой структуре материала.

Самые высокие пластические способности древесина приобретает тогда, когда ее влажность достигает 30%, а температура в сердцевине заготовки – 100 градусов. Добиться таких показателей в домашних условиях непросто, тем более что пропаривание должно быть длительным. Брус, имеющий сечение 3,5 см необходимо пропаривать не менее 1,5 часов, чтобы он стал гибким.

Схема изготовления гнутого бруса

Заготовку помещают на шину и тщательно прикрепляют, после чего пропаривают необходимое время. Заготовки снабжают специальными коническими или прямоугольными пропилами, которые позволят древесине изогнуться;

Подготовленный материал сгибают до достижения необходимой кривизны с помощью шины и пресса;
Все еще прикрепленная к шине заготовка отправляется в сушку, где она приобретает влажность, подходящую для строительных работ.

В результате, заготовка приобретает нужный радиус кривизны, и ее можно использовать и для строительства, и для изготовления деревянных элементов внутреннего интерьера. Гнутоклееный брус изготавливают, совмещая два процесса: ламели изгибаются и тут же склеиваются в единый блок.

В конечном итоге, материал сохраняет все положительные , приобретая при этом особую форму. Технология позволяет создавать самые разнообразные формы с различным радиусом изгиба.

В деревообрабатывающем производстве в больших количествах изготовляют криволинейные детали. Изготовление криволинейных деталей производится двумя способами: выпиливанием из досок или плит и гнутьем прямолинейных брусков (цельногнутые детали) или слоев древесины с одновременным склеиванием (гнутоклееные детали).

Технологический процесс гнутья древесины. Технологический процесс гнутья брусков из массивной древесины включает в себя следующие операции: заготовку материала для гнутья, гидротермическую обработку, гнутье и сушку.

Заготовка материала для гнутья. Заготовки для гнутья получают из необрезных досок путем их раскроя на круглопильных станках. К заготовкам для гнутья предъявляются следующие требования.

Косослой не должен превышать 10°. При обычных методах гнутья в заготовках совершенно не допускаются сучки. В заготовках с одновременным прессованием сучки допускаются в больших пределах, что резко увеличивает выход заготовок. Выкраивать заготовки следует с учетом припусков на последующую обработку деталей. При гнутье с одновременным прессованием, кроме припуска на обработку, должен предусматриваться припуск на упрессовку древесины поперек волокон и повышенный припуск по длине заготовки. В целях повышения выхода заготовок для гнутья раскраивать доски рекомендуется после предварительной разметки.

На небольших предприятиях сохранился способ получения заготовок для гнутья путем раскалывания чураков. Колотая заготовка не имеет косослоя, поэтому при изгибании дает меньший процент брака. Однако этот способ весьма трудоемок, так как выполняется вручную и дает на 20-25% ниже выход заготовок из кряжа, чем при его распиловке.

После раскроя (или раскалывания) заготовки для деталей круглого сечения обрабатываются на токарно-копировальных или круглопалочных станках, а заготовки для деталей прямоугольного сечения – на продольно-фрезерных станках. Можно загибать и нестроганые заготовки, но в этом случае доски раскраивают строгальными пилами, дающими чистый и точный пропил.

Гидротермическая обработка. Гидротермическая обработка древесины перед гнутьем производится для того, чтобы повысить пластичность древесины. Оптимальная пластичность древесины достигается при ее нагреве во влажном состоянии. Это объясняется тем, что при нагревании часть веществ, входящих в состав клеток, переходит в коллоидное состояние.

В результате этого повышается способность клеток и всей древесины к деформации. При сушке деформированной (гнутой) древесины коллоидные вещества затвердевают и сохраняют приданную заготовке форму.

Гидротермическая обработка древесины перед гнутьем осуществляется провариванием в горячей воде или пропариванием. Для проваривания применяют деревянные чаны или металлические ванны и баки. Вода в ваннах и чанах нагревается паром.

Температуру воды поддерживают на уровне 90-95°С, не доводя ее до кипения. Продолжительность проваривания зависит от начальной влажности, размеров и породы древесины.

При проваривании сложно получить равномерную температуру и влажность всей заготовки, наружные слои перенасыщаются водой. Поэтому проваривание в горячей воде применяют только в тех случаях, когда пропаривание технически затруднено.

Наиболее широкое применение в производстве получило пропаривание древесины в атмосфере насыщенного пара. Пропаривание позволяет нагревать древесину до нужной температуры (70-80°С), регулировать влажность древесины и получать ее всегда близкой к оптимальной для гнутья, т. е. около 25-30%.

Для пропаривания пользуются насыщенным паром низкого давления (0,02-0,05 МПа), что соответствует температуре 102-105°С. Пропаривание древесины осуществляется в герметически закрывающихся металлических котлах-барабанах или бетонных камерах. Емкость котлов и камер небольшая, рассчитана на закладку брусков в количестве 30-40 шт.

Котлы располагаются у каждого гнутарного станка и соединяются паропроводом между собой в батарею. Бруски в котлы и камеры укладывают на прокладках для того, чтобы обеспечивалось лучшее омывание их паром.

Продолжительность пропаривания зависит от начальной влажности и температуры древесины, размеров брусков и давления пара в котле. Время пропаривания определяется по специальной диаграмме. Например, для заготовок толщиной 40 мм при начальной влажности 30% и давлении пара в пропарочном котле 0,03- 0,05 МПа продолжительность пропаривания составляет 12-13 мин, а для заготовок толщиной 80 мм – 65 мин.

Фанеру в случае гнутья на малые радиусы кривизны также можно подвергать гидротермической обработке. Фанеру, склеенную синтетическими клеями, проваривают, а склеенную казеиновым или альбуминовым клеем, только пропаривают.

Вынутые из пропарочного котла или варочного бака заготовки должны подвергаться гнутью немедленно. Нельзя допускать остывания наружных слоев древесины, которые испытывают наибольшие напряжения при гнутье.

Гнутье древесины и оборудование. Станки для гнутья древесины делятся на два типа: с холодными и горячими формами.

Станки первого типа (рис. 4.13) применяют для гнутья на замкнутый контур. Бруски изгибаются вокруг съемного необогревае-мого вращающегося шаблона 6. Шаблон вместе с шиной 2 надевается на вертикальный вал 8, который приводится во вращательное движение от электродвигателя через редуктор 7.

Свободный конец шины закрепляется в каретке 4, скользящей по направляющим 3. Брусок 5 закладывается между шаблоном 6 и шиной 2 и закрепляется подвижным упором. Затем включается электродвигатель, при этом поворачивается вал 8 с надетым на него шаблоном и изгибается брусок вместе с шиной.

В месте загиба установлен ролик /, плотно прижимающий брусок к шаблону. Задний конец шины закрепляется с помощью скобы на шаблоне. Шаблон с бруском и шиной снимаются со станка и направляются в сушку, а на станок надевают новый шаблон, и операция повторяется.

Рис. 4.13.

7 – прижимный ролик; 2 – шина; 3 – направляющая; 4 – брусок; 5 – заготовка;

б -шаблон; 7 – редуктор; 8 – вал

Рис. 4.14.

7 – крючок; 2 – шаблон; 3 – упор; 4 – шина; 5 – заготовка

Гнутарные станки с горячими формами называются гнутарно-сушильными, они могут быть с двух- и односторонним обогревом. Станки с двухсторонним обогревом представляют собой гидравлический или пневматический пресс с обогреваемыми профильными плитами-шаблонами, между которыми зажимаются изгибаемые бруски. В этих станках бруски выдерживаются в зажатом состянии до полного закрепления формы и сушки заготовок.

В станках с односторонним обогревом (рис. 4.14) заготовки 5 закладываются между горячим шаблоном 2, обогреваемым паром, и шиной 4 и крепятся упором 3. Изогнутые заготовки 5 вместе с шинами закрепляют на шаблоне специальными крючками /. Заготовки остаются в станке до закрепления приданной им формы.

Это достигается высушиванием древесины примерно до 15%-й влажности, на что затрачивается 90-180 мин. Для увеличения производительности гнутарно-сушильных станков заготовки перед гнутьем рекомендуется подсушивать до 20%-й влажности, выдерживать в станке до влажности 12-15%, а окончательную досушку до производственной влажности снятых со станка заготовок производить в сушильных камерах.

Гнутье фанеры осуществляют в шаблонах, состоящих из двух частей: матрицы и пуансона, между которыми закладывают и выгибают фанеру. При этом используются специальные приспособления, винты, пневматические и гидравлические прессы.

Гнутье с одновременным прессованием заключается в том, что древесину изгибают вокруг шаблона, снабженного насечкой, и в процессе гнутья с внешней стороны заготовки прижимают ее к шаблону через шину прессующим роликом.

Происходит прокатка заготовки. Толщина заготовки уменьшается, слои древесины на вогнутой стороне заготовки принимают волнообразную форму от вдавливания насечки шаблона, наружные слои уплотняются. Это способствует повышению сопротивления сжатия вогнутых слоев в древесине и растяжению наружных.

Гнутье с одновременным прессованием значительно улучшает способность древесины к гнутью, позволяет изгибать древесину с крупными сучками, расположенными на наружной стороне заготовки. Оно применяется для гнутья древесины хвойных и мягких лиственных пород.

Сушка заготовок после гнутья. Изогнутые заготовки сушат в сушильных камерах до эксплуатационной влажности, причем заготовки помещают в камеру вместе с шаблонами и охватывающими их шинами. Конструкция сушильных камер подобна тем, которые применяют для сушки пиломатериалов.

Высушенные заготовки выгружают из камер и направляют в остывочное отделение, где выдерживают не менее 48 ч для выравнивания внутренних напряжений. Только после этого заготовки освобождают от шаблонов и шин и направляют в цех механической обработки.

Последовательность и принципы механической обработки гнутых заготовок на станках, т.е. придание им окончательных размеров и чистой поверхности, принципиально не отличаются от обработки прямолинейных заготовок.

Изготовление гнутоклееных деталей. Для получения гнутоклееных деталей гидротермическая обработка древесины перед гнутьем и сушка после гнутья не требуются. Гнутоклееные детали изготовляют из лущеного шпона или фанеры. Технологический процесс получения гнутоклееных деталей состоит из подготовки сырья (шпона, фанеры или тонких планок), нанесения на склеиваемые поверхности клеевого раствора, склеивания заготовок с одновременным гнутьем в пресс-формах или в шаблонах и выдержки деталей после запрессовки для выравнивания влажности и напряжений.

Склеивание производится либо в блоках, либо отдельными деталями. Прессование ведут в гидравлических прессах с пресс-формами или шаблонами. Используют один из трех видов нагрева прессуемого пакета: электроконтактный, паровой или токами высокой частоты (ТВЧ). Наиболее прогрессивен нагрев ТВЧ. При этом способе требуется меньшее время прессования и более равномерно распределяется температура по сечению пакета.

В качестве связующего при изготовлении гнутоклееных деталей используются клеи на основе карбамидных смол большой концентрации и повышенной скорости отверждения. Расход таких клеев на 1 м 2 намазываемой поверхности составляет 110-120 г.

Гнутый клееный конструкционный брус

СТРОИТЕЛЬНАЯ КОМПАНИЯ «ДВОЕ ИЗ ЛАРЦА» – это предприятие, специализирующееся на производстве и строительстве гнутоклееных деревянных конструкций и различных столярных изделий. Образована компания в 1917 году и на сегодняшний день является инновационным лидером в части склейки среди деревообрабатывающих предприятий нашей страны.

Ваше имя: *

Ваш телефон: *

Адрес куда ехать:

Стоимость гнутого клееного бруса

49 900 руб за м³

Наши преимущества

Используем только качественные материалы
Даем гарантию на сделанную продукцию
Строго соблюдаем оговоренные сроки

Наше производство

Собственное производство оснащено современным технологичным оборудованием для производства клееных изделий. Компания осуществляет расчет, проектирование и монтаж различных клееных изделий. Используется сертифицированный клей AkzoNobel (Швеция). Клей ПУР 3-го поколения – лучший по экологическим требованиям.

Нижний Новгород 2020

Преимущества гнутого клееного бруса

Лучшее применение клееные балки находят там, где требуется перекрытие больших пролетов: они не только упрощают проектировку просторных помещений, но и добавляют им визуальной привлекательности. При этом клееные балки достаточно устойчивы к воздействиям внешней среды: не боятся влажности, мало подвержены появлению грибка. Лёгкость, прочность и впечатляющая несущая способность.

Гнутый брус позволяет реализовать перекрытие больших расстояний между стенами, так как из него изготавливают балки, фермы и другие разновидности конструкций для монтажа кровли. Это позволяет возводить склады, здания для содержания животных в крупных фермерских хозяйствах и иные сооружения, которым требуется большая площадь.

Самый распространенный способ применения: гнутый клееный брус – материал для кровель необычной формы и куполов

Данный материал используют при возведении теплиц и парников, так как с его помощью можно создавать прочные и устойчивые конструкции удобной формы и большой площади

Изогнутое или купольное строение кровли не только необычно и красиво с эстетической стороны, оно выгодно и по другим причинам. На такой крыше не будет скапливаться снег, она очень слабо нагревается от солнца и не создает большой нагрузки на стены. Неслучайно именно такой тип кровли применяется с древнейших времен

Гнутый клееный брус дает возможность строить и малые архитектурные сооружения, беседки с купольной крышей всегда изящны и эстетичны.

Качественно изготовленную балку можно использовать не только как несущий элемент, но и как важную деталь интерьера.

Клееные балки — функциональный, экологичный, нейтральный по стилю и удобный в эксплуатации материал, который может с одинаковым успехом использоваться при строительстве жилья, спортивных объектов, выставочных павильонов или офисов.

Открытые арочные конструкции из качественного дерева – великолепный декоративный элемент, который очень любят архитекторы.

Клееные конструкционные балки могут быть использованы для выполнения межэтажных перекрытий, эффектных залов и мостовых конструкций, балконов, полов и в составе других несущих конструкций.

Гнуто-клееные балки гармонично сочетаются с другими материалами.

Почти неограниченные архитектурные и структурные возможности.

Огнестойкость и сохранение структурной прочности клееных деревянных балок больше, чем у других материалы из-за медленного обугливания.

Соотношение массы строительной конструкции с ее несущей способностью . Деревянная балка того же веса, что и металлическая, выдерживает на четверть большую нагрузку.

Применение клееных балок значительно удешевляет расходы на стройматериалы и монтажные работы. Ориентировочно, при индустриальном строительстве эта разница составляет 30%.

Клееные конструкции могут быть применены при строительстве широкого спектра зданий и сооружений различного назначения.

Малоэтажное строительство, мостовые конструкции, надземные переходы, декоративные конструкции, навесы.

Ипподромы, конюшни, конно-спортивные комплексы, манежи.

Спортивные залы и стадионы (хоккейные, футбольные), теннисные корты и ледовые дворцы, велотреки, аквапарки.

Киноконцертные и выставочные залы, бизнес-центры, павильоны, административные здания.

Гнутоклееные элементы из дерева применяются также при строительстве таких объектов, как: Строения хозяйственного назначения: большие склады, ангары, здания для содержания животных. Промышленные постройки: производственные, сборочные, упаковочные цеха, технологические линии.

Этапы работы с нами

У вас
есть идея?!
Встреча
с клиентом
Тех.проект
и согласование
Составление
сметы

У вас есть креативнй проект?
Или нестандартная задача?
Встречаемся с вами
и обсуждаем детали сделки
Проект выполняется
профессионалами высокого уровня
Минимизируем расходы
и предлагаем оптимальную цену

Оформление
договора
Производство
изделий
Упаковка
изделий
Сдача
проекта

Учитываем все
ваши пожелания
Контроль качества
на каждом этапе
Фирменная упаковка защитит
брус от внешних воздействий
Доставляем продукцию
на место строительства

Наши работы

Первая работа

Дмитров

Жаворонки

Оформить заявку

Ваше имя: *

Ваш телефон: *

Адрес куда ехать:

Характеристики изгиба предварительно напряженных неразрезных клееных балок

На этой странице

РезюмеВведениеМатериалы и методыАнализВыводыДоступность данныхКонфликты интересовБлагодарностиСсылкиАвторское правоСтатьи по теме

Ограниченная способность передачи момента в соединениях из клееного бруса (клееная ламинированная древесина) приводит к недостаточной жесткости соединения. Поэтому большинство соединений представляют собой шарнирные соединения. На основании предыдущих исследований было предложено одно новое устройство концевого соединения для формирования предварительно напряженных непрерывных клееных балок. Предварительно напряженные балки состояли из предварительно напряженных стальных стержней с низкой релаксацией, девиаторного блока, анкерного устройства и нового устройства концевого соединения. Эти предварительно напряженные стальные стержни были натянуты девиаторным блоком для создания предварительного напряжения. Затем 18 предварительно напряженных неразрезных балок и две предварительно напряженные свободно опертые балки были подвергнуты испытаниям на изгиб, чтобы изучить влияние коэффициента армирования и предварительного напряжения на предварительно напряженные балки из клееного бруса с точки зрения таких аспектов, как режимы разрушения, несущая способность, зависимость нагрузки от прогиба и нагрузки. напрягать отношения. Результаты показывают, что при одинаковом уровне предварительного напряжения по сравнению с балками с коэффициентом армирования 1,92 % несущая способность балок с коэффициентом армирования 3,84 % и 5,76 % увеличивается на 20,3–29,4 % и 30,51–36,36 % соответственно. При одинаковых коэффициентах армирования по сравнению с балками без предварительного напряжения несущая способность балок с усилием предварительного напряжения 7 кН и 14 кН увеличивается на 2,39–10,14 % и 6,49–13,26 % соответственно. Кроме того, по сравнению со свободно опертыми балками несущая способность неразрезных балок увеличена на 40 %, а деформация уменьшена на 13 %. Таким образом, в качестве новой предварительно напряженной балки характеристики изгиба клееных балок могут быть эффективно улучшены.

1. Введение

Обладая свойствами хранения углерода и экологически безопасными характеристиками, древесина привлекает все больше внимания во всех сферах жизни из-за ее превосходных механических характеристик и возобновляемости. Древесина широко используется в качестве строительного материала [1–3]. Между тем, деревянная конструкция обладает такими достоинствами, как хорошая теплоизоляция, энергосбережение, сокращение выбросов, а также безопасное и комфортное проживание; поэтому на фоне активной пропаганды зеленого строительства деревянные конструкции получили новые возможности для развития [4]. Являясь важным конструкционным материалом для современных деревянных конструкций, клееный брус не только устраняет недостатки традиционного древесного материала в виде низкого выхода пиломатериалов и сложности в обработке, но также, по сравнению с традиционными деревянными материалами, обладает преимуществами меньшего количества централизованных дефектов, высокой прочности, различные формы поперечного сечения и компонентов, а также разумное распределение напряжений [5]. Однако из-за ограниченного размера сырья и методов обработки длина балок из клееного бруса обычно не может соответствовать требованиям непрерывных балок. В состоянии изгиба разрушение всегда происходит в зоне растяжения; таким образом, прочность на сжатие не может быть использована полностью [6]. Кроме того, большинство балок из клееного бруса представляют собой просто поддерживаемые балки, потому что способность традиционных соединений из клееного бруса передавать изгибающий момент относительно слаба, что может привести к недостаточной жесткости соединения. Поэтому было предложено множество методов усиления для повышения несущей способности деревянных конструкций. В качестве обычных армированных материалов используются многие типы армированных полимеров, стальных пластин и стальных стержней для повышения пластичности и способности к изгибу, а также для уменьшения деформации балок из клееного бруса. Были проведены исследования поведения деревянных балок, армированных ими [7–17]. Грибанов и др. [7] исследовали различные ламинарные полимерные композиты для деревянных конструкций и предложили соответствующие конструктивные предложения. Стержни из углепластика (полимера, армированного углеродным волокном) использовались Янгом и др. для улучшения способности к изгибу и жесткости балок из клееного бруса. [16]. Из-за стержня из углепластика режим разрушения был изменен с разрушения при хрупком растяжении на разрушение при пластичном сжатии, и способность к изгибу значительно улучшилась. Новак и др. [17] сравнили грузоподъемность деревянных балок, оклеенных различными стальными пластинами, а затем дали конструктивные предложения. Чжан и др. [8] представили экспериментальное исследование балок PBSL (параллельных бамбуковых прядей), армированных AFRP (полимером, армированным арамидным волокном). Соотношение ткани было единственной изучаемой переменной; Затем оценивались изгибная способность, жесткость и несущая способность испытанных балок. Результаты показали, что склеивание AFRP может увеличить жесткость балок PBSL. Пластичность балок PBSL можно эффективно повысить, приняв положение AFRP. Между тем, метод NSM (приповерхностный монтаж) был применен к деревянным конструкциям [18, 19].]. Хорхе и др. [18] изучали связь между ламинатом Glulam и NSM CFRP; были определены локальные отношения напряжения и проскальзывания связи и режимы разрушения, и они обнаружили, что длина связи была основным фактором влияния. Бранко и др. [19] предложили, чтобы робы из стеклопластика устанавливались на днище из двухпролетных сплошных клееных плит, чтобы усилить его грузоподъемность. Результаты показали, что способность к изгибу и способность к деформации могут быть значительно улучшены. Было подробно оценено использование предварительного напряжения для структурного усиления деревянных конструкций, а затем предварительное напряжение было использовано для усиления механических свойств балок из клееного бруса [20–29].]. Вэй и др. [21] предложил новую армированную сталью балку PBSL, в которой стальные стержни или предварительно напряженные стальные стержни были встроены в бамбуковые композитные балки. Результат показал, что предельная несущая способность армированных балок увеличивается с увеличением коэффициента армирования и предварительного напряжения, но влияние предварительного напряжения уступало влиянию диаметра армированных стержней. Ян и др. [26] исследовали характеристики изгиба внешних предварительно напряженных клееных балок, а контрольное напряжение для предварительного напряжения, высоту стального девиатора и форму поперечного сечения клееных балок изучали переменными. Результаты показали, что предельные нагрузки и жесткость на изгиб армированных балок могут быть значительно улучшены, а типичным видом отказа было нарушение текучести древесины в зоне сжатия для армированных и предварительно напряженных балок из клееного бруса. Кроме того, ряд моделей конечных элементов был разработан для прогнозирования всех влияющих факторов клееных балок и проверки некоторых новых методов армирования некоторыми исследователями [30, 31].

Хотя в этих предыдущих исследованиях изучались неармированные и усиленные клееные балки, все они были основаны на свободно опертых балках [8–31]. Исследований предварительно напряженных неразрезных балок не проводилось. Поэтому на основе предварительно напряженных свободно опертых клееных балок, предложенных в предыдущих исследованиях [28, 29], в этом исследовании изобретается набор концевых соединительных устройств для формирования предварительно напряженных неразрезных клееных балок. В качестве нового предварительно напряженного композитного изгибаемого несущего элемента предварительно напряженные неразрезные клееные балки обладают преимуществами предварительно напряженных свободно опертых клееных балок и повышенной жесткостью соединения. Благодаря устройству концевого соединения и предварительному напряжению достигаются полужесткие соединения, которые изменяют распределение изгибающего момента, чтобы лучше использовать материал с уменьшенной деформацией. Поэтому в этом исследовании изучается поведение новой предварительно напряженной непрерывной клееной балки с различными коэффициентами армирования и уровнями предварительного напряжения. Более того, на основе экспериментальных результатов дается подробный теоретический анализ.

2. Материалы и методы

2.1. Материал

Сырой древесный материал был получен из провинции Хэйлунцзян, Китай. Высушенным еловым пластинам придали прямоугольную форму с помощью фенольных клеев и отверждали при температуре 25°C. Марка древесины I _c [32]. На основании китайских стандартов [32, 33] и предыдущего исследования [34] в лаборатории Северо-восточного университета лесного хозяйства были проведены испытания на сжатие и растяжение. Согласно испытаниям на сжатие пиковая прочность на сжатие ( f _cμ ) составляет 38,67 МПа, а модуль упругости при сжатии составляет 8301,14 МПа с коэффициентами вариации 4,63% и 6,14%, параллельно волокнам, соответственно. Согласно испытаниям на растяжение пиковая прочность на растяжение ( f _tμ ) составляет 81,32 МПа, а модуль упругости при растяжении составляет 9750,11 МПа с коэффициентами вариации 6,42% и 6,18%, параллельно волокнам, соответственно. . Все стальные образцы представляли собой предварительно напряженную стальную проволоку с низкой релаксацией, номинальный предел текучести стального стержня составляет 1570 МПа, а его предел прочности при растяжении и модуль упругости составляют 1640,51 МПа и 1,9.2 × 10 ⁵ МПа, с коэффициентами вариации 1,71 % и 0,35 %.

2.2. Процедура испытаний

В этом документе предварительно напряженная неразрезная балка из клееного бруса состояла из клееного бруса, высокопрочной стальной проволоки и стальных компонентов (включая предварительно напряженное устройство управления, стальной лист и соединительное устройство), как показано на рисунках 1 и 2.

Чтобы изучить характеристики изгиба предварительно напряженных неразрезных клееных балок и сравнить их с предварительно напряженными свободно опертыми клееными балками, испытательные балки были разделены на две группы, группу A и группу B. На рисунках 3–5 показаны, соответственно, принципиальные схемы проверенные балки. Группа А содержала непрерывные балки размером 6260 мм × 80 мм × 100 мм (длина × ширина ×высота). Все образцы были установлены предварительно напряженными стальными проволоками с низкой релаксацией диаметром 7 мм. Испытания включали рабочие условия, и всего было проведено 18 тестовых лучей, по два для каждого рабочего состояния. Для изучения влияния количества предварительно напряженных стальных стержней и уровней предварительного напряжения на характеристики изгиба неразрезных клееных балок Группа А была разделена на две подгруппы (Группа I и Группа II). Группа I использовалась для проверки влияния коэффициента армирования на характеристики изгиба балки, а расчетная формула для коэффициента армирования равна 9.0021 ρ = A _S / BH (%), где A _S – это общая площадь стальных решетков и B и H 22222, соблюдение стальных баров и B и H 2222222, до B и H 222222. ширина и высота сечения балки. Группа II использовалась для проверки влияния предварительного напряжения на характеристики изгиба балки, и основные детали испытательных балок показаны в таблицах 1 и 2.

и деформации, предварительно напряженные свободно опертые клееные балки размером 3070 мм × 80 мм × 100 мм (длина × ширина × высота) были взяты в качестве контрольной группы, группы B, которая имела одно рабочее состояние и две испытательные балки. Что касается выбора условий работы, то из условий работы группы А было выбрано рабочее состояние с четырьмя стальными стержнями в каждом пролете и усилием предварительного напряжения 7 кН (при этом условии относительно полностью используется прочность материала на сжатие). , и уровень предварительного напряжения относительно подходит). Основные сведения о контрольной группе представлены в таблице 3.

Для определения деформации балок из клееного бруса и стальной проволоки тензометрические датчики размером 100 мм × 3 мм были приклеены к верхней, нижней и боковой сторонам промежуточного пролета балки. Тензорезисторы размером 2 мм × 3 мм были приклеены к поверхностям стальной проволоки на расстоянии L /4 от точек опоры балок. Для контроля прогиба балок на его опоре были размещены три LVDT (линейные регулируемые дифференциальные трансформаторы) с диапазоном 50 мм соответственно, а LVDT с диапазоном 150 мм был установлен в середине пролета, как показано на рисунке 3. Для сбора измерений деформации и прогиба применялись системы регистрации статической деформации JM3813.

После того, как предварительно напряженные неразрезные клееные балки были собраны, вращение гайки против часовой стрелки заставляло винт вращаться, как показано на рис. 2(с). Поэтому рулевой блок сместился вниз; таким образом, арматура была растянута, а предварительное напряжение было приложено к клееным балкам. Регулируя расстояние от блока девиатора до низа балки, можно контролировать величину предварительного напряжения.

3. Результаты испытаний и анализ

3.1. Режим отказа

По результатам испытаний режимы отказа предварительно напряженных неразрезных клееных балок делятся на три типа.

3.2. Разрушение верха балки на сжатие

Разрушение этого вида проявляется следующим образом: вначале, с увеличением нагрузки, прогиб постепенно увеличивался; при достижении определенной степени нагрузки в местах сучков, пальцевых соединений и участков с тонкими волокнами древесины появлялись морщины, так как древесина достигла предела текучести при сжатии; затем, при постоянном увеличении нагрузки, сморщивание постепенно росло вниз; наконец, когда клееный брус больше не мог сопротивляться сжимающей силе, балка разрушилась, как показано на рис. 6.

3.3. Разрушение низа балки на растяжение

Разрушение такого типа проявляется в двух формах: во-первых, с увеличением нагрузки прогиб постепенно увеличивался, нижняя фибра клееного бруса растрескивалась из-за недостаточной прочности на растяжение, что в итоге привело к снижение несущей способности балки, и дальнейшее нагружение невозможно; во-вторых, с увеличением нагрузки прогиб постепенно увеличивался, на верхней части клееного бруса появлялись складки, которые затем распространялись вниз по мере непрерывного увеличения нагрузки, и, наконец, дно клееного бруса треснуло из-за силы растяжения. Независимо от того, образовались ли складки на верхней части клееной балки или нет, если в нижней части балки появилось разрушение при растяжении, это рассматривалось как разрушение при растяжении нижней части балки, как показано на рис. 7.9.0003

3.4. Потеря устойчивости

Неисправность этого типа проявляется следующим образом: вначале, с увеличением нагрузки, прогиб постепенно увеличивался, а когда нагрузка достигала определенного градуса, винт наклонялся вбок.

Было два явления: во-первых, морщина образовалась сначала на одной стороне луча. С увеличением нагрузки складка распространялась вниз, что приводило к разрушению локальной части балки и нестабильности винта; другое явление заключается в том, что соединение балки и предварительно напряженного управляющего устройства треснуло, и с увеличением нагрузки наклон винта увеличился, и винт изогнулся; наконец, балка прогнулась. Изгиб вызван двумя факторами: во-первых, разница в длине стальных стержней привела к разной силе, приложенной к двум концам блока девиатора, в результате чего блок девиатора заставил винт отклониться от плоскости. ; другой причиной являются дефекты в контактной части между клееным брусом и стальной опорной пластиной в нижней части балки по ширине балки; клееный брус не мог равномерно противостоять силе, прикладываемой винтом к клееному брусу; когда произошло локальное сжатие Glulam, винт отклонился в сторону. Затем с увеличением уровня нагрузки несущая способность балки уже не увеличивалась, винт наклонялся еще сильнее, и балка выгибалась, как показано на рис. 8.9.0003

Статистический анализ результатов испытаний показал, что разрушение из-за коробления в основном происходило для балок с меньшим количеством дефектов клееного бруса. В процессе проектирования испытаний были приняты меры по предотвращению коробления, такие как добавление изогнутой гайки к основанию винта или установка бокового зажимного устройства к основанию домкрата. В процессе нагружения часть непрерывной балки из клееного бруса находилась в состоянии изгиба, в некоторых рабочих условиях это была в основном сжимающая сила, и сила была равномерной по сечению. Таким образом, несмотря на меры по предотвращению потери устойчивости, если дефектов клееного бруса будет меньше, не произойдет ни разрушение верхней части балки при сжатии, ни разрушение нижней части балки при растяжении, а вместо этого произойдет разрушение из-за коробления.

Во многих случаях повреждения двух пролетов неразрезной балки были в основном одинаковой степени. Весь непрерывный пучок можно считать отказавшим. Однако, поскольку способность средней крепи соединять оба пролета слаба, также существует ситуация, когда один пролет выходит из строя, а другой пролет не может продолжать нагружение; в таком случае это также рассматривается как полный непрерывный отказ балки. Вообще говоря, за исключением некоторых отдельных балок, которые пострадали при растяжении, предварительно напряженные неразрезные клееные балки продемонстрировали значительную деформацию на ранней стадии разрушения, которую можно считать пластическим разрушением. В Таблице 4 показаны режимы отказа каждой непрерывной балки, а на Рисунке 9дает коэффициент распределения отказа.

По предварительно напряженным свободно опертым балкам разрушение всех балок произошло в середине пролета; разрушение является хрупким, как показано в Таблице 4.

Из Таблицы 4 видно, что, когда коэффициент армирования и значение силы предварительного напряжения относительно малы, неразрезные балки в основном подвергаются разрушению при растяжении внизу и разрушении при сжатии вверху. Затем, с увеличением коэффициента армирования и уровня предварительного напряжения, вероятность возникновения потери устойчивости увеличилась. Это связано с тем, что в предварительно напряженных непрерывных балках из клееного бруса часть из клееного бруса является элементом сжатия-изгиба; по мере увеличения коэффициента армирования и уровня предварительного напряжения сжимающая сила, воспринимаемая клееным брусом, увеличивалась, и, наконец, балки не выгибались.

4. Влияние коэффициента усиления

4.1. Несущая способность

При значениях усилия предварительного напряжения 0 кН, 7 кН и 14 кН несущая способность предварительно напряженных неразрезных клееных балок с различным коэффициентом армирования показана в таблице 5.

Из таблицы 5 видно, что , при одинаковом уровне предварительного напряжения с увеличением коэффициента армирования соответственно увеличивалась несущая способность неразрезных балок. По сравнению с предварительно напряженными неразрезными клееными балками с коэффициентом армирования 1,9.2 %, несущая способность неразрезных балок с коэффициентом армирования 3,84 % увеличилась на 20,30 % до 29,40 %; а для неразрезных балок с коэффициентом армирования 5,76 % их несущая способность увеличилась на 30,51 % до 36,36 %.

4.2. Кривая нагрузки-прогиба

При различных уровнях предварительного напряжения форма кривой нагрузки-прогиба каждой балки одинакова; различия заключаются только в величине. На рис. 10 представлены кривые нагрузка-прогиб при значении усилия предварительного напряжения 7 кН. В начале нагружения из-за приложенного предварительного напряжения балки выгибаются назад, что приводит к отрицательному начальному прогибу. Направление вверх определяется как отрицательное, а противоположное – как положительное.

Из рисунка 7 видно, что дефекты в левом и правом пролетах неразрезных балок несколько различаются, а кривые нагрузка-прогиб не совсем совпадают, но разница незначительна. Когда уровень предварительного напряжения одинаков, с увеличением коэффициента армирования наклон и пиковое значение кривой нагрузки-прогиба увеличиваются, что означает увеличение жесткости и несущей способности балки. Это связано с тем, что чем больше коэффициент армирования, тем больше сила растяжения, которую несет стальной стержень, и тем больше сила сжатия, которую несет клееный брус. Пара сил, образованная двумя силами, сопротивлялась изгибу вместе, следовательно, большее сопротивление изгибу. Кроме того, по мере увеличения коэффициента армирования максимальный прогиб балки уменьшался; то есть способность к деформации снижается, но она по-прежнему может соответствовать требованиям к конструкции и обслуживанию.

4.3. Кривая нагрузка-деформация

Представлены кривые нагрузка-деформация балок с коэффициентами армирования 1,92 %, 3,84 % и 5,76 % при усилии предварительного напряжения 7 кН, как показано на рисунке 11. Серийный номер тензорезистора показано на Рисунке 3.

Из Рисунка 8 видно, что по мере увеличения несущей способности пластины из клееного бруса и стальных стержней также постепенно увеличивались; чем больше коэффициент армирования, тем меньше деформация клееного бруса в одном и том же положении при той же нагрузке; а именно, кривые балки стали ближе друг к другу, что указывает на то, что увеличение коэффициента армирования может снизить деформацию клееного бруса, а сила, воспринимаемая каждым слоем клееного бруса, распределяется более равномерно; таким образом, прочность материала используется более полно.

5. Влияние предварительного напряжения

5.1. Несущая способность

При коэффициенте армирования 1,92 %, 3,84 % и 5,76 % несущая способность предварительно напряженных неразрезных клееных балок при различных значениях предварительного напряжения показана в таблице 6.

Из таблицы 6 видно, что при при том же коэффициенте армирования несущая способность непрерывной балки увеличивалась с увеличением предварительного напряжения. По сравнению с предварительно напряженными неразрезными клееными балками с усилием предварительного напряжения 0 кН несущая способность неразрезных балок с усилием предварительного напряжения 7 кН увеличивается в 2,39 раза.%–10,14%; а для неразрезных балок с усилием предварительного напряжения 14 кН несущая способность увеличивается на 6,49–13,26 %. Чем значительнее предварительное напряжение, приложенное к балке, тем больше увеличивается несущая способность.

5.2. Кривая нагрузки-прогиба

При различных коэффициентах армирования форма кривой нагрузки-прогиба каждой балки одинакова; различия заключаются только в величине. Для краткости приведены только кривые нагрузка-прогиб балок с коэффициентом армирования 3,84 %, как показано на рис. 12.9.0003

Из рисунка 13 видно, что дефекты левого и правого пролетов неразрезных балок несколько различаются; кривые нагрузка-прогиб не полностью совпадают. При одинаковом коэффициенте армирования с увеличением предварительного напряжения наклон кривых нагрузка-прогиб существенно не изменился, но несущая способность балок увеличилась. Можно сделать вывод, что увеличение предварительного напряжения незначительно повлияло на жесткость балки, но значительно улучшило несущую способность балки.

5.3. Кривые нагрузка-деформация

Кривые нагрузка-деформация балок с коэффициентом армирования 1,92 % при усилиях предварительного напряжения 0 кН, 7 кН и 14 кН представлены, как показано на рисунке 13. Серийный номер тензодатчика показано на рисунке 3.

Из рисунка 14 видно, что на начальном этапе нагрузки предварительное напряжение вызвало выгибание назад и соответствующее обратное напряжение в каждом слое клееного бруса. По мере увеличения нагрузки искривление постепенно уменьшалось. Чем больше предварительное напряжение, тем больше пиковая деформация сжатия верхней части клееного бруса, и количество слоев, несущих нагрузку на сжатие, увеличивается. С увеличением предварительного напряжения увеличивается сжимающая сила детали клееного бруса. Таким образом, характеристики сжатия клееного бруса могут быть использованы более полно.

6. Сравнительный анализ неразрезных балок и свободно опертых балок

Для проверки рациональности предварительно напряженных неразрезных клееных балок в данном исследовании были проведены сравнительные испытания предварительно напряженных свободно опертых балок того же типа, как показано в таблице 7. Типичные шарнирные балки выбираются и сравниваются со сплошными балками при тех же условиях работы, и получаются соответствующие кривые нагрузки-прогиба, как показано на рисунке 14.

несущая способность неразрезных балок увеличена на 40%, а жесткость увеличена на 13%. С точки зрения наклона кривой, наклон неразрезных балок больше, чем у свободно опертых балок; жесткость балок была значительно улучшена. Это связано с тем, что при изменении формы конструкции с просто опертых балок на неразрезные балки средняя опорная часть может передавать отрицательный изгибающий момент, что значительно снижает изгибающий момент балки в средней части пролета. По сравнению с свободно опертыми балками распределение изгибающего момента неразрезных балок на каждом участке каждого пролета распределено более равномерно. При разумном размещении стальных стержней в установке распределение напряжений стальных стержней и клееного бруса становится более разумным, что может в полной мере раскрыть их соответствующие преимущества.

Из-за отсутствия аналогичных исследований других форм предварительно напряженных неразрезных балок, прямого сравнения нет. Тем не менее, на основании предыдущих исследований [28, 29, 35], по сравнению с клееными балками, несущая способность неразрезных предварительно напряженных балок может быть увеличена на 106,4% до 652,4%, а несущая способность других типов предварительно напряженных клееных балок была увеличена. на 28,5–28,8 % [21, 26]. Поэтому по сравнению с другими типами предварительно напряженных балок предложенная предварительно напряженная неразрезная балка более эффективна и реализуема.

7. Теоретический анализ

Для проверки допущения о плоском сечении клееной части предварительно напряженной клееной балки исследуется деформация по высоте балки в каждом пролете непрерывной клееной балки. Из каждой группы выбирается одна типовая балка для построения кривых поперечной деформации, как показано на рис. 15. Поскольку изменения поперечной деформации балок с разными значениями усилия предварительного напряжения аналогичны, только балок под усилием предварительного напряжения 7 кН.

Из рисунка 15 видно, что при одинаковой приложенной силе предварительного напряжения с увеличением количества стальных стержней положение нейтральной оси постепенно уменьшается. На начальном этапе нагрузки клееная часть балки соответствовала предположению о плоском сечении; на более позднем этапе нагрузки, когда клееный брус постепенно поддавался, изгиб появился в области сжатия кривых нагрузка-деформация. Поскольку в конструкции должна быть сохранена определенная надежность, можно считать, что клееная часть балки соответствовала предположению о плоском сечении в состоянии несущей способности.

Диаграмма внутренних усилий предварительно напряженных неразрезных клееных балок показана на рис. 16; F _N — осевая сила клееного бруса, M — изгибающий момент, F _T — осевая сила стальных стержней. Поскольку предварительно напряженные стальные стержни расположены за пределами балок Glulam, предложенных в этом исследовании, аналитический метод не может быть непосредственно использован для решения изгибающей способности луча. Таким образом, на этапе проектирования осевая сила и изгибающий момент на концах клееного бруса и растягивающая сила стального стержня могут быть получены на основе механического анализа. Тогда балки из клееного бруса можно рассматривать как элемент конструкции, изгибающийся при сжатии.

8. Выводы

В этом документе изучалось механическое поведение предварительно напряженных неразрезных балок из клееного бруса, обеспечивая сравнение с предварительно напряженными неразрезными балками из клееного бруса и свободно опертыми балками. Выводы, изложенные ниже, сделаны: (1) Было три основных типа разрушения предварительно напряженных неразрезных балок из клееного бруса: разрушение при сжатии верхней части балки, разрушение при растяжении нижней части балки и разрушение из-за потери устойчивости. (2) При одинаковом предварительном напряжении. уровне, по мере увеличения коэффициента армирования увеличивается несущая способность и жесткость неразрезных балок. По сравнению с балками с коэффициентом армирования 1,92 % несущая способность балок с коэффициентом армирования 3,84 % увеличивается на 20,3–29,4 %, а несущая способность балок с коэффициентом армирования 5,76 % увеличивается на 30,51–36,36 %.(3) Для при одном и том же коэффициенте армирования по мере увеличения предварительного напряжения увеличивается несущая способность неразрезных балок. По сравнению с балками без предварительного напряжения несущая способность балок с усилием предварительного напряжения 7 кН увеличивается на 2,39–10,14 %; при усилии предварительного напряжения 14 кН это значение увеличивается на 6,49%–13,26%.(4)По сравнению со свободно опертыми балками при условии того же коэффициента армирования и одинакового предварительного напряжения, поскольку изгибающий момент неразрезной балки распределен более равномерно, ее несущая способность увеличивается на 40 %, а деформация меньше уменьшилась на 13%. Таким образом, метод изготовления предварительно напряженных неразрезных клееных балок эффективен, безопасен и надежен.

Доступность данных

Данные, использованные для поддержки результатов этого исследования, включены в статью.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов, о котором необходимо сообщить в отношении данного исследования.

Благодарности

Авторы благодарят профессора Хунлян Цзо и профессора Цзяньминь Чжан за участие в закупке древесины и другого экспериментального оборудования для этого исследования. Эта статья была поддержана Фондом естественных наук провинции Хэйлунцзян (гранты № Lh3019E005 и Lh3020E009) и Фондом естественных наук провинции Фуцзянь (грант № 2020J01402).

Ссылки

Дж. Колер и С. Свенссон, «Вероятностное представление продолжительности действия нагрузки в деревянных конструкциях», Engineering Structures , vol. 33, нет. 2, стр. 462–467, 2011.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
М. Дж. Хе, Дж. Л. Чен и Х. К. Лю, «Перспективы развития деревянного каркасного жилья в сельской местности Китая», Architectural Technology , vol. 40, стр. 940–942, 2009.
Просмотр по адресу:
Google Scholar
CY Du и CH Yu, «Зеленый, космический, строительство-интерпретация современной западной деревянной конструкции», New Architecture , vol. 5, pp. 17–21, 2005.
Посмотреть по адресу:
Google Scholar
C.M. Fan and S.L. Chen, «Recent development of science and technology in woodstructures», Harbin Institute of Technology , vol. 36, нет. 6, стр. 812–814, 2004.
Просмотр:
Google Scholar
X. Y. Zhou, L. Cao, D. Zeng et al., «Анализ прочности на изгиб клееных балок», Building Structure , vol. 45, нет. 22, стр. 91–96, 2008.
Посмотреть по адресу:
Google Scholar
К. А. Исса и З. Кмейд, «Передовые технологии обработки древесины: клееные балки», Construction and Building Materials , vol. 19, нет. 2, стр. 99–106, 2005 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Академия Google
Грибанов А.С., Рощина С.И., Попова М.В., Сергеев М.С. Слоистые полимерные композиты для деревянных конструкций. 83, нет. 7, стр. 3–11, 2018 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Х. З. Чжан, Х. Т. Ли, И. Корби и К. Оттавия, «Влияние AFRP на параллельные балки из бамбуковых прядей», Sensors , vol. 18, нет. 9, ID статьи 2854, 2018.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
HL Zuo, HR Liu и JX Lu, «Влияние новых мер по усилению самонарезающих винтов на характеристики изгиба клееных балок», Journal of Northeast Forestry University , vol. 48, нет. 5, стр. 112–116+121, 2020.
Просмотр по адресу:
Google Scholar
Х. Цзо, Ю. Цю, Д. Фу и Н. Го, «Испытание на изгиб различных форм армированных клееных балок», Журнал Северо-восточного лесотехнического университета , том. 47, нет. 8, стр. 62–65, 2019.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Г. Фава, В. Карвелли и К. Поджи, «Прочность на отрыв вклеенных плит FRP, скрепленных клееным брусом», Construction and Building Materials , vol. 43, стр. 362–371, 2013.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Г. М. Рафтери и П. Д. Родд, «Армирование стеклопластиком низкосортной клееной древесины, склеенной клеем для дерева», Строительство и строительные материалы , том. 91, стр. 116–125, 2015.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
В. Д. Лука и К. Марано, «Предварительно напряженная клееная древесина, армированная стальными стержнями», Construction and Building Materials , vol. 30, стр. 206–217, 2011.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Б. Аншари, З. В. Гуан, А. Китамор и К. Юнг, «Конструктивное поведение балок из клееного бруса, предварительно напряженных прессованной древесиной», Строительство и строительные материалы , том. 29, стр. 24–32, 2011 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Б. К. Ши, В. К. Лю и Х. Ф. Ян, «Экспериментальное исследование долгосрочного поведения сборных деревянно-бетонных композитных балок с соединениями из стальных пластин», Строительство и строительные материалы , том. 266, нет. Часть A, ID статьи 120892, 2021.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Академия Google
Х. Ян, Д. Джу, В. Лю и В. Лу, «Предварительно напряженные клееные балки, армированные стержнями из углепластика», Construction and Building Materials , vol. 109, стр. 73–83, 2016.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Т. Новак, Й. Ясенько, Э. Котвица и С. Кржосек, «Повышение прочности деревянных балок с использованием стальных пластин — обзор и экспериментальные испытания», Древно, , том. 59, нет. 2016. Т. 196. С. 75–90.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
С. Хосе, Дж. Марко, Дж. Бранко, М. Витор и К. Ф. Кунья, «Связь между клееным клеем и ламинатом NSM CFRP», Construction and Building Materials , vol. 40, pp. 260–269, 2013.
Посмотреть по адресу:
Google Scholar
Дж. М. Бранко, М. П. Хорхе и Дж. С. Круз, Двухпролетные непрерывные клееные плиты, усиленные стеклопластиком, Springer 9002, Германия 2014.
Дж. Чжан, Х. Шен, Р. Г. Цю и др., «Кратковременное поведение при изгибе предварительно напряженных клееных балок, армированных изогнутыми напрягающими элементами», Journal of Structural Engineering , vol. 146, нет. 6, ID статьи 04020086, 2020.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Ю. Вей, С. С. Ян, К. Чжао и др., «Экспериментальное и теоретическое исследование армированных сталью бамбуковых балок-скримберов», Engineering Structures , vol. 223, артикул ID 111179, 2020.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
З. В. Гуан, П. Д. Родд и Д. Дж. Поуп, «Исследование клееных балок, предварительно напряженных с помощью пултрузионного стеклопластика», Computers & Structures , vol. 83, стр. 2476–2487, 2005.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Э. МакКоннелл, Д. МакПолин и С. Тейлор, «Пост-натяжение клееного бруса со стальными арматурами», Строительство и строительные материалы , том. 73, стр. 426–433, 2014.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Дж. Х. Неграо, «Предварительное исследование методов предварительного напряжения проволокой для армирования деревянных деталей», Construction and Building Materials , vol. 102, pp. 1093–1100, 2014.
Просмотр по адресу:
Google Scholar
М. Хелифа и А. Селзард, «Численный анализ изгибного усиления деревянных балок, армированных полосами углепластика», Композитные конструкции , том. 111, стр. 393–400, 2014.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Ян Х. Ф., Чжу В. X., Хао Дж. Д. и Сюй В., «Экспериментальное исследование поведения при изгибе внешних предварительно напряженных клееных балок», Journal of Nanjing Tech University , vol. 38, нет. 5, стр. 68–73+93, 2016.
Просмотр по адресу:
Google Scholar
Г. М. Рафтери и А. М. Харт, «Низкосортный клееный брус, армированный плитой из стеклопластика», Композиты, часть B: Engineering , vol. 42, нет. 4, стр. 724–735, 2011.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Н. Го, Ю. Дж. Ван и Х. Л. Цзо, «Исследование кратковременного изгиба клееного бамбука и деревянных балок в различном предварительно напряженном состоянии», Civil Engineering Journal , vol. 2, 2017.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Н. Го, В. Б. Ван и Х. Л. Цзо, «Изгибные свойства струнной балки из предварительно напряженного клееного бруса на основе влияния регулирования и контроля», Конструкционная долговечность и мониторинг работоспособности , vol. 13, стр. 143–179, 2019.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Чжан Дж. М., Пан Дж. Л. и Донг Х. Б., «Экспериментальное исследование характеристик деформации струнной конструкции из деревянных балок с использованием ANSYS FEM», Low Temperature Architecture Technology , vol. 2, pp. 49–51, 2006.
Просмотр по адресу:
Google Scholar
Х. Р. Валипур и К. Крюс, «Эффективное конечно-элементное моделирование деревянных балок, усиленных полимерами, армированными волокном», Строительство и строительные материалы , том. 25, нет. 8, стр. 3291–3300, 2011.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Китайский национальный стандарт, Стандарт проектирования деревянных конструкций (GB50005-2017) , Китайский национальный стандарт, Пекин, Китай, 2017 г. к Текстура древесины (GB/T 1935-2009) , Китайский национальный стандарт, Пекин, Китай, 2009 г. .
WJ Wang, HL Zuo, N. Guo et al., «Испытания механических свойств конструкционного глубама на прочность на растяжение, параллельную зерну», Low Temperature Architecture Technology , vol. 4, стр. 38–40, 2015.
Посмотреть по адресу:
Google Scholar
Т. Т. Чжао, Изучение поведения клееных струнных балок в различном предварительно напряженном состоянии при кратковременном изгибе , Северо-восточный университет лесного хозяйства, Хэйлунцзян, Китай, 2015.

Авторское право

Авторское право © 2021 Nan Guo et al. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

[PDF] Прочность на изгиб вертикально склеенных многослойных балок от одного до пяти слоев.

Идентификатор корпуса: 1072

 @inproceedings{Wolfe1979BendingSO,
  title={Прочность на изгиб вертикально склеенных многослойных балок от одного до пяти слоев.},
  автор = {Рональд В. Вулф и Рассел С. Муди},
  год = {1979}
}

R. Wolfe, R. Moody
Published 1979
Engineering

Резюме: Были изучены свойства вертикально слоистых балок для определения влияния количества и качества слоистых материалов на характеристики конструкции. Детерминированный и вероятностный анализы использовались, чтобы показать, как производительность зависит от количества и качества ламинирования, а также от предполагаемых параметров нагрузки. Увеличение допустимого напряжения в зависимости от количества слоев, которое в настоящее время считается постоянной корректировкой для трех и более слоев, было значительным для двухслойного покрытия…

permanent. fdlp.gov

Bending Properties of Wood I-Sections Fabricated with Screws and Polyurethane Adhesive

Andrew J. Holstein, D. Bohnhoff
Engineering, Materials Science
2011

AbstractLaboratory tests were используется для количественной оценки влияния формы сечения, плотности шурупов и использования полиуретанового клея на прочность на изгиб и жесткость сборки из клееной древесины. Обе двутавровые…

Элементы конструкции клееные

R. Moody, Jen-Yung Liu
Машиностроение, материаловедение
1999

Ссылки 11–21 смазанные конструкционные элементы изготавливаются в различных конфигурациях. Изделия из конструкционных композитных пиломатериалов (SCL) состоят из небольших кусков дерева, склеенных между собой в стандартные размеры…

РАЗРАБОТКА И ПОЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ МОДУЛЬНОГО Т-ОБРАЗНОГО ДЕРЕВЯННОГО МОСТА CAMP ARROWHEAD

Дж. Давалос, Х. Салим, Б. Диксон
Машиностроение
1993

Представлены разработка и полевые испытания нового модульного деревянного моста из ламинированного Т-образного профиля, который, как ожидается, станет конкурентоспособным по стоимости с мостами из сборного железобетона. Новый модульный…

Влияние количества соединений на свойства изгиба клееного бруса из тополя (Populus nigra)

А. Баяткашколи, М. Шамсян, Марьян Мансурфард
Материаловедение
2012

Соединение играет важную роль в элементах конструкции, а торцевое соединение является одним из наиболее распространенных соединений в конструкциях. Это исследование было разработано для изучения некоторых механических…

Влияние длины и расположения слоев на свойства прочности при изгибе (MOE и MOR) клееного пиломатериала из Pinus sylvestris

H. Asgari, A. Lashgari, M. Roohnia, Karaj Branch -Исламский
Материаловедение, инженерия
2014

Клееный брус (Glulam) является одним из наиболее широко используемых конструктивных изделий из древесины в строительстве. Glulam is made by joining individual pieces of lumber with different…

DETERMINATION OF THE EFFECTS TO MECHANICAL PERFORMANCE OF LAYERS STRUCTURE ON THE LAMINATED WOOD

M. Altinok
Materials Science, Environmental Science
2003

Normal 0 21 ложно ложно ложно TR X-NONE X-NONE i В этом исследовании в древесине, ламинированной шпоном из сосны (A) и тополя (B), изучалось влияние образования различных слоев на изгиб и адгезию…

Экспериментальная оценка программы моделирования балок из клееного бруса ulag

Пол Кристофер Тимуск
Инженерное дело
1997

Было проведено экспериментальное исследование конечной способности клееных многослойных балок к изгибу программа моделирования элементной балки ULAG (Ultimate Load…

Повышение изгибающих свойств балок из клееного бруса (LVL) из дугласовой ели и тополя с армированием углеродными и базальтовыми волокнами

Francisco J. Rescalvo, Robin Duriot, G. Pot, A. Gallego, L. Denaud
Материаловедение, машиностроение
2020

Влияние расположения слоев на прочностные свойства клееного пиломатериала из тополя (Populus nigra L.)

Баяткашколи А., Шамсян М.
Материаловедение
2011

ламинированные слои, и правильное расположение слоев следует выбирать с учетом их конечного применения при производстве ламинированных изделий.

Влияние влажности клееного бруса на определение прочности при изгибе и деформации с помощью корреляции двумерных цифровых изображений

Эсер Сёзен, Кадир Каяхан, Т. Бардак, С. Бардак Институт инженеров-механиков, Часть C: Journal of Machine Engineering Science
2021

Это исследование определило значения прочности на изгиб клееного бруса из шпона (LVL), изготовленного из шпона бука (Fagus orientalis L.), полученного в процессе лущения. и имеющий четыре различных влажности…

ПОКАЗАНЫ 1-7 ИЗ 7 ССЫЛОК

Анализ структурной надежности системы распределения нагрузки из дерева

Однослойный против двухслойного ламинированного на растяжение

Определение расчетного напряжения

1970

Прочностные характеристики двухслойных вертикально клееных балок из южной сосны

Лес Прод. Дж. 24(8):39-43. древесина. Натл. Бур. Стенд., Вашингтон тонн. D.C. 17. Лаборатория лесных товаров США
1974

Определение допустимых рабочих напряжений для вертикально-слоистых балок

Forest Prod. J
1966

Сельское хозяйство, Сельское хозяйство. Handb

Без номера респ. Для Est Prod. Лаборатория, Мэдисон,
1976

Экспериментальное поведение балок из клееного бруса на изгиб

Заголовки статей

Армированный волокном раствор, содержащий свиной волос
стр. 219

Методы экспериментальной оценки динамических свойств бетона
стр. 226

Численный анализ влияния ламелей, вставленных из стеклопластика, на структурное поведение деревянных балок
стр. 234

Гигротермическое поведение глины – подсолнечника ( Helianthus annuus ) и рапсовой соломы ( Brassica napus ) Гипсовые биокомпозиты для изоляции зданий
стр. 242

Экспериментальное поведение на изгиб деревянных балок из клееного бруса
стр. 249

Параметрическое исследование конструктивных характеристик инновационных решений для гибридных перемычек. Часть 1. Исходные данные для анализа методом конечных элементов
стр. 255

Характеристика физических и механических свойств гипсовой композитной плиты, армированной конопляным волокном
стр. 262

Свойства самоуплотняющегося бетона средней характеристической прочности
стр. 272

Структурная реакция на сдвиг клеевых соединений для композитов FRP
стр. 280

Главная Форум передовых инженеров Форум передовых инженеров Vol. 21 Экспериментальное поведение клеевого ламината при изгибе…

Предварительный просмотр статьи

Аннотация:

Целью данной статьи является доказательство того, что клееный брус является жизнеспособным конструкционным материалом, который может легко заменить обычные стальные или бетонные балки для малых и средних пролетов. Это гораздо более легкий и экологически чистый материал с минимальным воздействием на нашу экосистему за счет использования значительно меньшего количества энергии при его производстве, а также за счет использования древесины, которая является устойчивым материалом. Были проведены экспериментальные испытания балок на четырехточечный изгиб в соответствии с EN 408-2010 [1], предназначенные для изучения поведения этих балок при циклах нагружения и разгрузки, а также характеристик прочности на изгиб и прогиба.

Доступ через ваше учреждение

* – Автор, ответственный за переписку

использованная литература

[1] EN 408: 2003 Деревянные конструкции, Конструкционная древесина и клееный брус – Определение некоторых физических и механических свойств, (2003).

DOI: 10.3403/30159970

[2] Эльбек Дж., Коллинг Ф.Р. – Прочность клееного бруса (Glulam) – Влияние качества ламинирования и прочности шиповых соединений, Материалы заседания CIB 21, CIB-W18/21-12-3, (1988).

[3] Marusceac V, Gavril K, Армирование клееных многослойных элементов с использованием регенерированных синтетических материалов, 2-я конференция для аспирантов в области гражданского строительства CE-PhD 2014, Клуж-Напока, 10-13 декабря (2014).

[4] EN 1995-1-2, Еврокод 5: Проектирование деревянных конструкций. Часть 1-2: Структурное противопожарное проектирование (2004 г.).

[5] Ахилл-Б. Лоран, Симон Габури, Жан-Роберт Уэллс, Сиби Бонфилс, Жан-Франсуа Буше, Бушар Сильви, Софи Д’Амур и Клод Вильнёв (2013).

DOI: 10.13073/fpj-d-13-00048

[6] Марсо, Медгар Л., Нисбет, Майкл А., и ВанГим, Марта Г., Инвентаризация жизненного цикла портландцементного бетона, SN3011, Ассоциация портландцемента, Скоки, Иллинойс, 2007, 121 страница.

Цитируется

Исследование прочности балок из клееного бруса с круглыми отверстиями: разница в конструкционных характеристиках однородной и разнородной древесины | Journal of Wood Science

Исходная статья
Открытый доступ
Опубликовано: 19 января 2021 г.

Шигефуми Окамото ORCID: orcid.org/0000-0003-1312-0354 ¹ ,
Nobuhiko Akiyama ² ,
Yasuhiro Araki ² ,
Kenji Aoki ³ &
…
Masahiro Inayama ³

Журнал науки о древесине том 67 , номер статьи: 8 (2021) Процитировать эту статью

2137 доступов
3 Цитаты
Сведения о показателях

Abstract

Для балок из клееного бруса с круглыми отверстиями были предложены различные коды и предложения по проектированию, предполагая, что вся балка состоит из однородной древесины. Однако в Японии клееный брус, состоящий из однородной древесины, редко используется для изготовления балок. В данном исследовании экспериментально и аналитически исследована разница в несущей способности клееных клееных балок, состоящих из древесины однородных и разнородных пород с круглыми отверстиями при разрушении трещинами. В качестве материалов для испытаний использовали клееный брус из бруса сосны обыкновенной однородных марок по прочности Е105-Ф345 и пиломатериалов сосны обыкновенной разнородных марок по прочности Е105-Ф300. Эксперименты подтвердили, что хотя клееный брус из разносортной древесины имеет меньшую прочность материала в пластине с отверстиями, его сопротивление разрушению из-за трещин, связанных с отверстиями, почти такое же, как и у клееного клееного бруса из однородной древесины. древесина класса. Напряжения, действующие на отверстия в клееном брусе с отверстиями менее половины высоты бруса, были ниже в клееных брусах из разносортной древесины, чем в клееных клееных брусах из однородного бруса. Отношение напряжений оказалось примерно равным отношению максимального напряжения изгиба или максимального напряжения сдвига, действующего на пластинку внутреннего слоя, определяемого по теории Бернулли-Эйлера.

Введение

Когда поперечная сила и изгибающий момент действуют на балку из клееного бруса с круглым отверстием, балка подвергается изгибному разрушению, если отношение изгибающего момента велико. Однако, если скорость сдвига сил, действующих на балку, высока, она будет разрушаться за счет развития трещин, связанных с отверстиями [1]. В реальных зданиях отверстия часто располагаются вблизи точек опоры балок. Поэтому отверстия располагаются там, где возникают большие сдвигающие усилия и малые изгибающие моменты.

Как показано на рис. 1, большое растягивающее напряжение перпендикулярно зерну действует на плоскость трещины отверстия в балке под действием поперечной силы или изгибающего момента, и растягивающее напряжение экспоненциально уменьшается с расстоянием от отверстия [2 ]. Были представлены различные конструктивные нормы и предложения по проектированию балок из клееного бруса с круглыми отверстиями [1,2,3,4,5,6]. Код проектирования в шведском справочнике Glulam [4] и DIN EN 1995-1-1/NA [5] представляет собой метод оценки прочности на излом путем расчета растягивающего напряжения, перпендикулярного зерну, действующего на участок под углом 45°, показанный на рис. 1. Проектное предложение Айхера [2], 2] включает размерный эффект статистической теории Вейбулла в методы кода проектирования [4, 5]. Конструктивное предложение Ногучи [3] представляет собой метод оценки прочности на излом с использованием энергии разрушения в режиме разрушения 1. Конструктивное предложение Хидзиката [1] представляет собой метод оценки прочности на излом путем расчета максимального главного напряжения, действующего вокруг отверстий. . Эти нормы проектирования и предложения по проектированию рассчитывают напряжения, действующие на отверстия, при условии, что балки полностью состоят из однородной древесины.

Рис. 1

Распределение растягивающего напряжения перпендикулярно волокнам в зоне наибольшего напряжения вокруг отверстия

Изображение в полный размер

В Японии клееные клееные балки, состоящие из разнородной древесины, как указано в японском сельскохозяйственном стандарте ( JAS) [7], очень часто используются в качестве балок, и неизвестно, можно ли использовать представленные проектные нормы и проектные предложения [1,2,3,4,5,6]. Таким образом, в [8] было подтверждено, что напряжения, действующие на отверстие в клееной балке из разнородной древесины, могут быть точно оценены методом конечных элементов (МКЭ) для оценки несущей способности, связанной с трещинообразованием. к растрескиванию. В [8] предложено расчетное уравнение для компенсации средней длины метода среднего напряжения [9].] (рис. 2), обобщение линейной механики упругого разрушения, для учета размерного эффекта частей конструкции с большими растягивающими напряжениями (уравнения 1, 2). Уравнения (1, 2) можно использовать для оценки несущей способности, связанной с маленькими и большими отверстиями во время разрушения, связанного с трещиной. Анализ в [8] показывает, что напряжение, действующее на отверстие, меньше в случае клееного бруса из разносортной древесины, чем в случае клееного клееного бруса из однородного бруса: 9{2} }},$$

$$E_{\rm I} = \sqrt {\frac{{2 \cdot E_{x} \cdot E_{y}}}{{\sqrt {\frac{{ E_{x} }}{{E_{y} }}} + \frac{{E_{x} }}{{2 \cdot G_{xy} }} – \nu_{xy} }}} ,$$

Рис. 2

Метод среднего напряжения

Полноразмерное изображение

где D — диаметр отверстия, F _{t 90} — предел прочности при растяжении перпендикулярно волокну, F _s — предел прочности при сдвиге, $\overline{\sigma $ и $\overline{\tau}$ — средние значения растягивающего напряжения σ и касательное напряжение τ перпендикулярно зерну в зоне потенциального разрушения длиной a _ms ′ (рис. 2), k _vol – фактор размерного эффекта, G _{I C} – это энергия перелома режима, E _x – модуль Янга, параллельный зернам, E _Y – Модуль Янга, PERPENDICULD TO GERNER, y – Янг модуль. XY – это модуль сдвига, ν _XY – это отношение Пуассона, α – это постоянная (1 для D / H ≤ 1/3) и H / H ≤ 1/3) и H IS IS IS IS . высота. Поскольку $\overline{\sigma}$ является преобладающим напряжением при разрушении, a _мс устанавливается равным значению чистой моды I.

Таким образом, в этом исследовании разница в несущей способности при разрушение по трещинам в балках с круглыми отверстиями исследовали на клееных клееных балках, состоящих из разнородной и однородной древесины с одинаковым модулем изгиба Юнга, указанным в JAS [7]. Сначала были проведены испытания балок на изгиб, чтобы экспериментально исследовать разницу в несущей способности при разрушении из-за трещин. Затем мы оценили экспериментальные значения с помощью уравнений. (1, 2) для аналитического исследования различий в структурных характеристиках. Наконец, с помощью МКЭ были определены и сопоставлены напряжения, действующие на отверстия в клееных клееных балках из разнородной древесины и клееных клееных балках из однородной древесины. Затем мы исследовали скорость снижения напряжения, действующего на отверстия в случае клееных клееных балок, состоящих из разнородной древесины, которая указана в JAS [7].

Результаты испытаний балок на изгиб, эксперименты с материалами и экспериментальная спецификация МКЭ для клееных клееных балок, состоящих из разнородной древесины, такие же, как и в [8]. В этой статье представлено новое исследование, проведенное на балках из клееного бруса, состоящих из однородных сортов, с целью определить разницу в конструктивных характеристиках между балками из клееного бруса из однородного и разнородного клееного бруса с круглыми отверстиями по сравнению с результатами, о которых сообщалось ранее.

Материалы и методы

Испытания балок на изгиб

Используемые материалы представляют собой клееные клееные балки, состоящие из древесины разнородных и однородных сортов, как указано в JAS [7] для сосны обыкновенной. Класс прочности клееного бруса из разнородной древесины – Е105-Ф300, а клееного бруса из однородной древесины – Е105-Ф345. Схематическая диаграмма и характеристики испытательных образцов показаны на рис. 3. Расположение пластин клееного бруса, использованного для испытательных образцов, показано на рис. 4. Ширина балки B испытательных образцов составляет 105 мм, а высота балки H составляет 150 мм, 300 мм и 450 мм. Диаметры отверстий D : H /3, H /5, H /10 (только H = 300 мм) и H /15 (только H 4= 22 мм). В [8] мы провели испытания на изгиб клееного бруса, состоящего из разнородных сортов с D / H 2/3 и 4/5, но поскольку считается, что клееный брус с отверстиями большого диаметра трудно включать в код дизайна, эти 9Значения 0021 D / H были исключены из этого исследования. Количество образцов для испытаний – по два для каждого вида клееного бруса из древесины однородных сортов и по три для каждого вида клееного бруса из разносортной древесины. Среднее значение и стандартное отклонение плотности составили 531 ± 6 кг/м ³ для клееного бруса из однородной древесины и 522 ± 11 кг/м ³ для клееного клееного бруса из разнородной древесины. . Плотность – это вес испытуемого объекта, деленный на его объем. Среднее значение и стандартное отклонение значений влажности составили 12,7 ± 4,2 % для клееного бруса из однородной древесины и 13,1 ± 3,2 % для клееного бруса из разнородной древесины. Содержание влаги измеряли влагомером (HM-530, Kett Electric Laboratory). Эксперимент проводился при скорости крейцкопфа 6 мм/мин, чтобы обеспечить приложение нагрузки в течение более 1 мин от начала нагружения до разрушения. Датчики смещения были размещены в точках нагрузки и опоры, чтобы получить отклонение точек нагрузки.

Рис. 3

Образцы для испытаний и спецификации

Изображение в натуральную величину

Рис. 4

Расположение пластин клееного бруса, использованного в эксперименте

Изображение в натуральную величину

Были проведены испытания материалов для определения

3
3 Испытания были проведены для определения прочность на сдвиг, прочность на растяжение перпендикулярно волокнам и энергию разрушения в режиме I в местах расположения трещин, связанных с отверстиями в балках из клееного бруса. В качестве материалов использовались сосна обыкновенная сортов Л80 и Л110 в положении внутреннего слоя, показанном на рис. 4.
Прочность на сдвиг параллельно волокнам определяли методом испытаний на стандартном блочном образце (рис. 5а) в соответствии с JIS Z 2101 [10]. Двадцать образцов марки L80 для и десять образцов марки L110 были вырезаны из балок, использованных в испытаниях на изгиб (рис. 5b). Размер поверхности сдвига составлял 30 мм × 30 мм. Эксперимент проводился при постоянной скорости траверсы, а нагрузка прикладывалась так, чтобы время между началом нагружения и разрушением составляло приблизительно 1 мин. Среднее значение и стандартное отклонение плотности составили 463 ± 12 кг/м 9 .0033 3 для марки L80 и 530 ± 18 кг/м ³ для марки L110. Влажность образца не измерялась, поскольку измерялась влажность балок.
Рис. 5
Схема испытания на сдвиг
Изображение полного размера
Сообщалось, что прочность бетона на изгиб уменьшается с увеличением высоты образца и приближается к прочности на растяжение [11]. В [8] образцы древесины высотой 20 мм, 40 мм, 150 мм и 300 мм были испытаны на изгиб, и было показано, что прочность на изгиб образцов древесины высотой 150 мм и 300 мм практически одинакова. . На основании этих фактов в [8] за прочность на растяжение перпендикулярно волокнам древесины принята прочность на изгиб, полученная при испытаниях на изгиб с высотой образца 150 мм. Хотя это и не стандартный метод испытаний, в этом исследовании прочность на изгиб, полученная с помощью метода испытаний на изгиб, показанного на рис. 6, также использовалась в качестве прочности на растяжение перпендикулярно волокнам древесины. Методы испытаний на изгиб также указаны в ISO 139.10 [12], хотя они дают довольно низкую прочность на растяжение на нижнем пределе. Прочность на растяжение перпендикулярно волокнам определяли с использованием того же метода испытаний на изгиб, что и в [8], как показано на рис. 6. Образцы для испытаний представляли собой клееные клееные балки из древесины марок Л80 и Л110. Количество экземпляров было шесть каждый. Эксперимент проводился при постоянной скорости траверсы и приложенной нагрузке, а скорость регулировалась таким образом, чтобы от начала нагрузки до разрыва проходило от 1 до 2 минут. Среднее значение и стандартное отклонение плотности составили 485 ± 6 кг/м 9 .0033 3 для древесины марки Л80 и 510 ± 2 кг/м ³ для древесины марки Л110. Среднее значение и стандартное отклонение значений влажности составили 10,7 ± 2,0 % для древесины марки Л80 и 8,0 ± 0,7 % для древесины марки Л110.
Рис. 6
Схема испытания на растяжение перпендикулярно зерну
Изображение в полный размер
Метод испытания для получения энергии разрушения испытание на изгиб с надрезом [13], показанное на рис. 7. Высота образцов соответствовала техническим условиям [13], а ширина образцов составляла 105 мм, как и образцы в испытаниях на изгиб. Испытуемые образцы представляли собой клееный брус из бруса Л80 и клееный брус из бруса Л110. Количество экземпляров было установлено по 10 в каждом. Эксперимент проводился при постоянной скорости траверсы, а нагрузка прикладывалась так, чтобы время между началом нагрузки и разрушением составляло примерно 3 мин. Среднее значение и стандартное отклонение плотности составили 475 ± 6 кг/м 9 .0033 3 для древесины марки Л80 и 532 ± 8 кг/м ³ для древесины марки Л80. Среднее значение и стандартное отклонение влажности древесины составили 8,6 ± 1,8 % для древесины марки Л80 и 8,7 ± 1,1 % для древесины марки Л80.
Рис. 7
Схема испытания на изгиб с одним надрезом
Изображение в натуральную величину
Анализ методом конечных элементов -ФЭА). Для 2D-МКЭ использовался ANSYS 18.2. Спецификации, применяемые в 2D-МКЭ, были такими же, как и для испытаний на изгиб и случаев, когда только поперечная сила или изгибающий момент действуют на центр отверстия. Детали 2D-МКЭ описаны ниже:
1.
Спецификации испытаний на изгиб
Численная модель конечных элементов (КЭ) была настроена таким образом, чтобы напряжение, действующее на отверстие, было таким же, как и при испытаниях на изгиб, как показано на рис. 8. Численная модель КЭ представляет собой ту же клееную многослойную балку, состоящую из разносортной древесины, как в [8], и клееного бруса, состоящего из однородной древесины с модифицированными свойствами слоистого материала. Были проанализированы характеристики образцов при испытаниях на изгиб, в которых отверстия разрушались трещинами. Материальные параметры элементов определялись так же, как в [8]. Модуль Юнга, параллельный зерну, был установлен равным модулю Юнга изгиба пластинки, как показано в JAS [7] ( E _x = 11 000 Н/мм ² для L110). The Young’s modulus perpendicular to the grain was set to E _y = E _x /25, the shear modulus was set to G = E _x /15 , а коэффициент Пуассона был установлен равным ν _xy = 0,4. Расположение пластин клееного бруса показано на рис. 4. Древесина рассматривалась как четырехузловой плоский элемент, и элементы были менее 10 мм с каждой стороны ( H = 450 мм, H = 300 мм) или менее 5 мм на сторону ( H = 150 мм). Диапазон 10 мм от отверстия был разбит на небольшие участки так, чтобы узлы располагались под одним градусом. Для определения распределения напряжений в месте разрушения трещиной ребра и узлы элементов располагались в направлении X (направление, параллельное зерну) из положения θ = 45°. Размер сетки модели КЭ показан на рис. 9. Мы хотели очень точно разделить элементы только вокруг отверстия, поэтому были размещены некоторые 3-узловые плоские элементы. По сравнению с численными результатами КЭ, когда все элементы были уменьшены в размерах, а количество элементов удвоено, ошибка в напряжении вокруг отверстий составила менее 1%, поэтому мы пришли к выводу, что оптимальное решение может быть получено путем разделения элементов. показано на рис. 9.
2.
Спецификации, в которых на центр отверстия действует только поперечная сила или изгибающий момент
Численная КЭ модель была настроена для случая, когда напряжение в центре отверстия было только поперечной силой ₁ = 1 Н/мм ²) и только изгибающий момент ( Q = 0, M = τ ₁ BH ² (nmm), τ
1
202020202020202020202020202020 20. 120202020202020202020202020 20.12020202020202020202020333 2 (nmm), τ ² (нм. Н/мм ² ), как показано на рис. 10. Значения поперечной силы и изгибающего момента задавались такими, чтобы действующие на них напряжения были одинаковыми при разных высотах балки H . Значения D / H были установлены на 0,05, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 и 0,5, а высота луча 9.0021 H был установлен на 300 мм. Материальные параметры элементов были такими же, как в (1). Расположение пластин клееного бруса показано на рис. 11 в соответствии с JAS [7]. Класс прочности, указанный в JAS [7] для клееного бруса из однородной древесины, был E105-F345. Однако напряжения, действующие на балки, изготовленные из однородной древесины, одинаковы для разных классов прочности. Классы прочности, указанные в JAS [7] для клееного клееного бруса из разнородной древесины, были E105-F300 и E55-F200. Древесина рассматривалась как четырехузловой плоский элемент, а толщина элементов составляла менее 5 мм с каждой стороны. Диапазон 10 мм от отверстия был разбит на небольшие участки так, чтобы узлы располагались под одним градусом. Чтобы получить распределение напряжения в месте высокого напряжения, края и узлы элементов были помещены в 9Направление 0021 X (параллельно направлению волокон) из положений θ = 45° и 60°. Размер сетки модели КЭ показан на рис. 12. По сравнению с численными результатами КЭ, когда все элементы были уменьшены в размерах, а количество элементов удвоено, ошибка в напряжении вокруг отверстий составила менее 1%, поэтому мы пришли к выводу, что оптимальное решение может быть получено путем разделения элементов, показанного на рис. 12.
Рис. 8
Геометрия и свойства материала КЭ модели
Полноразмерное изображение
Рис. 9
Размер сетки КЭ модели с Рис. 8
Полноразмерное изображение
00865 Рис.
Увеличенное изображение
Рис. 11
Расположение пластин в клееном брусе [7]
Увеличенное изображение
Рис. 12
Размер ячейки КЭ модели с рис. 10
Полноразмерное изображение
Результаты и обсуждение
Испытания материала
Данные по прочности на сдвиг параллельно зерну, полученные из экспериментов с материалом, существующие данные по прочности на сдвиг параллельно к волокну для хвойных деревьев [14], а зависимость между плотностью ρ и прочностью на сдвиг параллельно волокну с поверхностью сдвига 30 мм × 30 мм для 20 пород деревьев (уравнение 3) [15] показаны на Рис. 13. Данные по прочности на разрыв перпендикулярно волокнам, полученные из экспериментов с материалами, существующие данные по прочности на растяжение перпендикулярно волокнам для хвойных деревьев [14] и зависимость между плотностью ρ и предел прочности при растяжении перпендикулярно зерну с поперечным сечением растяжения 25 мм × 50 мм для трех пород деревьев (уравнение 4) [15] показаны на рис. 14. Энергия разрушения в режиме I, полученная из экспериментов с материалами и взаимосвязь между плотностью ρ и энергией разрушения в режиме I для сосны обыкновенной (уравнение 5) [16] показана на рис. 15. Из этих сравнений было подтверждено, что значения, полученные в экспериментах с материалом, приблизительно соответствуют предел существующих данных прочности и в целом согласовывались с отношениями, описанными уравнениями. (3–5). Максимальное, минимальное, среднее значение и стандартное отклонение значений, полученных в ходе экспериментов с материалами, показаны в таблице 1. 9{2} } \right) = 1070 \times \rho – 162,$$
(5)
Рис. 13
Прочность на сдвиг
Изображение в натуральную величину
Рис. 14
Прочность на растяжение перпендикулярно волокнам
Полноразмерное изображение
Рис. 15
Энергия разрушения для режима I
Полноразмерное изображение
Таблица 1 Результаты испытаний элементов
Полная таблица
где
ρ _{плотность.
Испытания балок на изгиб
Все образцы с D / H = 1/15 и один из клееных брусов из разносортной древесины с D / H = 1/10 разрушились при изгибе без образования сквозных трещин. Другие образцы разрушились из-за трещин в отверстиях, как показано на рис. 16. Образцы с трещинами в отверстии сначала имели короткую трещину в верхней части силовой стороны, а затем после того, как трещина распространилась на некоторую длину, образовалась трещина. трещина образовалась в нижней части со стороны опоры, и трещина распространилась на торцевую поверхность, что привело к снижению несущей способности. Некоторые образцы также разрушались с одновременным образованием всех трещин.
Рис. 16 Окончательное состояние разрушения отверстий
Изображение в полный размер
Зависимость нагрузки от смещения показана на рис. 17. Нагрузка — это значение, измеренное в точке силы, а смещение — это величина отклонения в силовой точке. В 80% образцов, на которых первоначальные трещины можно было идентифицировать визуально, первоначальные трещины возникали, когда отклонение в точке приложения силы было смещено на 0,2–0,5 мм. В частности, 0,2 мм был наиболее распространенным (36%). Значения смещения не сильно изменились для разных размеров образцов. В [8] начальная трещинная нагрузка была определена как нагрузка, когда по этой причине отклонение в точке приложения силы было смещено на 0,2 мм. В этом исследовании нагрузка при прогибе в точке усилия 0,2 мм была определена как начальная трещинная нагрузка таким же образом. Максимальные нагрузки для всех образцов и начальные растрескивающие нагрузки для образцов, которые разрушились из-за растрескивания, показаны в таблице 2. На рисунке 18 показано соотношение между отношением максимальной нагрузки или начальной растрескивающей нагрузки к D / H для клееного бруса из однородной и разносортной древесины. Соотношение прочности материала внутренней пластины также показано прямой линией. За исключением начальной растрескивающей нагрузки D / H = 1/5 при H = 150 мм, соотношение испытаний на изгиб было меньше, чем свойства материала, а максимальная нагрузка и начальная растрескивающая нагрузка не Клееный брус, изготовленный из однородной и разнородной древесины, сильно различается.
Рис. 17 Зависимости нагрузка–перемещение в точке приложения нагрузки
Изображение полного размера
Таблица 2 Максимальная нагрузка и начальная трещинная нагрузка Полная таблица
Рис. 18 Отношение максимальной нагрузки к начальной трещинной нагрузке в однородной и разнородной древесине
Увеличить
Оценка экспериментальных значений
экспериментальные значения были оценены уравнениями. (1, 2). Растягивающее напряжение, перпендикулярное зерну, действующее вокруг отверстия, показано на рис. 19., который был получен из анализа на рис. 8. Результаты анализа показывают, что при действующей на отверстие поперечной силе Q = BHτ ₁ и соотношении диаметров отверстия D / H постоянна, распределение σ почти такое же. Все максимальные значения σ находятся при θ = 45°, и предполагается, что трещины образуются и распространяются параллельно направлению зерна (направление X ) из этого положения. Это в целом согласуется с расположением первой трещины при испытаниях балок на изгиб. Максимальные значения σ на рис. 19 были примерно на 14 % ниже для клееного бруса из разнородного бруса, чем для клееного клееного бруса из однородного бруса при D / H = 1/3, 13 % ниже у D / H = 1/5 и на 10% ниже у D / H = 1/10.
Рис. 19 Растягивающее напряжение перпендикулярно зерну вокруг отверстия
Изображение с полным размером
Распределение растягивающих напряжений перпендикулярно зерну и касательных напряжений в предполагаемом месте разрушения показано на рис. 20. Положение вокруг отверстие установлено на x = 0, а горизонтальная ось x / D . Результаты анализа показывают, что распределение напряжений практически одинаково на разных высотах балки. Соотношение напряжений в клееных клееных балках, состоящих из древесины однородной и разнородной древесины, не сильно изменилось с положением х / D , и соотношение было несколько постоянным. Среднее напряжение для использования в уравнении. (1) можно найти в уравнении (6) используя коэффициенты в каждом члене на рис. 20: 9{\prime}_{{{\text{ms}}}} }}{D}} \right) + a_{0} .$$
(6)
Рис. 20 Напряжение при расщепленном переломе location
Изображение в полный размер
На рисунке 21 показано сравнение расчетных и экспериментальных нагрузок при растрескивании при испытаниях на изгиб, рассчитанных по уравнениям. (1, 2) с использованием средних значений из таблицы 1. Расчетные значения для клееного клееного бруса из однородной древесины (кал. ур. (1), гомо. ур. (2), L110) и клееного Даны клееные балки, состоящие из древесины разнородных сортов (кал. Ур. (1), Гетеро. Ур. (2), L80). Кроме того, расчетные значения напряжений в клееных клееных балках из однородной древесины с использованием прочности материала марки L80 также приведены в качестве справочных значений (кал. ур. (1), гомо. ур. (2) , Л80). Расчетные значения D / H = 1/3 и D / H = 1/5 являются хорошими оценками несущей способности при начальном растрескивании, а расчетное значение D / H = 1/5 10 находится примерно посередине между начальной и максимальной несущей способностью. Отношение (расчетное значение Homo. L110)/(расчетное значение Homo. L80) равно 1,21, что совпадает с ( F _{t 90} для L110)/( F _{t 90} для L80). Однако отношение (расчетное значение гомо. L110)/(расчетное значение гетеро. L80) меньше, чем отношение свойств материала, как показано на рис. 18, которое составляет 1,05 для D / H = 1/3, 1,08 для D / H = 1/5 и 1,09 для D / H = 1/1/1
Рис. 21 Экспериментальные и расчетные значения
Увеличенное изображение
Для H = 150 мм D / H 3/ 1 начальная трещина в пластине древесины марки Л100. Поэтому результаты расчетов с использованием прочности материала древесины марки Л80 отличались от реальной ситуации. Модуль Юнга и плотность имеют линейную зависимость [17]. Прочность на сдвиг и энергия разрушения в режиме I имеют линейную зависимость от плотности, как показано в уравнениях. (3, 5). Кроме того, прочность на растяжение имеет нелинейную зависимость от плотности (уравнение 4), но на рис. 14 показано, что ее можно оценить с помощью линейной зависимости. Поэтому, поскольку испытания материала древесины класса L100 не проводились, предполагалось, что ее модуль Юнга и прочность материала имеют линейную зависимость, а прочность материала древесины класса L100 оценивалась по средней прочности материала класса L80. и древесина класса Л110. Расчетная прочность материала бруса Л100 составила F _s = 7.89 N/mm ² , F _{t 90} = 2.45 N/mm ² , and G _{I c} = 407 Nm/m ² . На рисунке 21 показаны расчетные значения для клееного многослойного материала с D / H = 1/3 на основе расчетной прочности материала древесины класса L100. Отношение (расчетное значение Homo. L110)/(расчетное значение Hetero. L100) отношение для D / H = 1/3 было 0,93.
Различия в уровнях напряжения вокруг отверстия
Многие нормы и предложения по проектированию [1,2,3,4,5,6] также требуют растягивающего напряжения, перпендикулярного волокнам, действующего на отверстия, при условии, что балки полностью состоит из однородной древесины. Поэтому напряжения, действующие на отверстия в клееных клееных балках из разнородной древесины и клееных клееных балках из однородной древесины, были определены с помощью анализа на рис. 10 и сопоставлены. Затем мы исследовали скорость снижения напряжения, действующего на отверстия, в случае клееных клееных балок, состоящих из разнородной древесины, которая указана в JAS [7].
Растягивающие напряжения, перпендикулярные волокнам, и касательные напряжения, действующие на отверстия в клееных клееных брусах из однородной древесины, определенные с помощью численного конечно-элементного анализа, показаны на рис. 22. Напряжения, действующие на отверстие, симметричны или обратно симметричны относительно центра отверстия. Растягивающие напряжения, перпендикулярные волокнам, и напряжения сдвига, действующие на отверстия в клееных клееных брусах из однородной древесины и клееных клееных балках из разнородной древесины (Э105-Ф300 и Э55-Ф200), определяемые по численный КЭ анализ, показаны на рис. 23 и 24. Напряжения показаны только для одной четверти отверстий. Соотношение напряжений, действующих на отверстия клееных клееных балок, состоящих из однородной и разнородной древесины, было постоянным с небольшим изменением положения.
Рис. 22 Напряжение вокруг отверстия, Homo
Изображение полного размера
Рис. 23 Напряжение вокруг отверстия, Hetero. E105-F300 и Homo
Увеличенное изображение
Рис. 24 Напряжение вокруг отверстия, гетеро. E55-F200 и Homo
Изображение с полным размером
Распределения напряжения при изгибе и сдвиге из теории Бернулли-Эйлера для клееных клееных балок, состоящих из древесины разнородных сортов, и клееных клееных балок, состоящих из древесины однородных пород, показаны на рис. 25а. Соотношения максимального напряжения изгиба ( σ _{Внутренний} на рис. 25а) к максимальному напряжению сдвига ( τ _Макс. на рис. 25а) во внутренней пластине для того же изгибающего момента или той же силы сдвига в клееных многослойных балках, состоящих из на рис. 25с показаны разнородная древесина (рис. 25b) и клееный клееный брус, состоящий из однородной древесины по определению JAS [7]. Отношение напряжения изгиба равно к _М, а отношение напряжения сдвига равно к _Q . На рис. 26 сравнивается отношение максимального напряжения на рис. 23 и 24 с k _M и k _Q (рис. 25c). Для малых значений D / H отношения для случая k _Q и чистой поперечной силы (центр отверстия), полученные методом МКЭ, почти равны, а отношения для случая чистого изгибающего момента получено к _М и FEA почти равны. Однако по мере увеличения D / H результаты МКЭ становятся меньше, чем у k _Q и k _M .
Рис. 25 Напряжение изгиба и касательное напряжение во внутренней пластине клееного бруса из разнородной древесины и клееного клееного бруса из однородной древесины
Увеличенное изображение
Рис. 26 Коэффициент напряжений во внутренней пластине
Изображение с полным размером
На рисунках 27 и 28 показаны напряжения клееных клееных балок из однородной древесины на рис. 23 и 24 умножить на k _Q или k _M . На рисунках 29 и 30 показано распределение напряжений в направлении, параллельном зерну (растягивающие напряжения перпендикулярно зерну σ и напряжения сдвига τ ) при θ = 60° ( y / D = 0,25) и θ = 45° ( y / D 0,3 ). Напряжения в клееных брусах из однородной древесины умножают на k _Q или k _M . При малых значениях D / H результаты практически равны напряжениям в клееных клееных брусах из разносортной древесины. Однако, как D / H напряжения в клееных брусах из однородной древесины, умноженные на k _Q или k _M, имеют тенденцию к увеличению.
Рис. 27 Напряжение вокруг отверстия, гетеро. E105-F300 и Homo
Изображение полного размера
Рис. 28 Напряжение вокруг отверстия, гетеро. E55-F200 и Homo
Изображение в полном размере
Рис. 29 Распределение напряжения в направлении, параллельном волокну, Гетеро. E105-F300 и Homo
Изображение полного размера
Рис. 30 Распределение напряжения в направлении, параллельном зерну, Гетеро. E55-F200 и Homo
Изображение в натуральную величину
Можно сделать вывод, что при низких значениях D / H напряжения в клееных клееных балках из однородной древесины можно умножить на k _Q или k _M на рис. 25c для получения напряжений в клееных клееных балках из разносортной древесины. Кроме того, если D / H меньше 0,5, напряжения в клееных клееных брусах, сложенных из разносортной древесины, не будут занижены даже при больших D / H .
Заключение
В данном исследовании экспериментально и аналитически исследована разница в несущей способности клееных клееных балок, состоящих из однородной и разносортной древесины с круглыми отверстиями при разрушении трещинами. Были получены следующие результаты:
1. Соотношение прочности материала (сопротивление сдвигу, растягивающее напряжение перпендикулярно волокнам и энергия разрушения по типу I) внутренней пластины клееного клееного бруса, состоящего из древесины однородной (Е105-F345) и разнородной древесины (Е105- F300) с тем же модулем Юнга на изгиб, что и по JAS [7], составлял 1,13–1,21 в пересчете на (прочность пластины внутреннего слоя (L110) однородной древесины)/(прочность пластины внутреннего слоя (L80) неоднородной древесины). древесина класса). Однако отношение (несущая способность древесины однородной марки)/(несущая способность древесины разнородной породы) сопротивления разрушению вследствие образования трещин при испытаниях на изгиб балок из клееного бруса с круглыми отверстиями колебалось от 0,87 до 1. 08.
2. Несущая способность балок, полученных при испытаниях на изгиб, была рассчитана с использованием МКЭ и прочности материала, и было установлено, что отношение (несущая способность однородной древесины)/(несущая способность разнородной сорт древесины) составлял 1,05–1,09. Установлено, что разница в отношении прочности материала к несущей способности балок обусловлена пониженными напряжениями, действующими на отверстия, расположенные во внутренней пластине, при сборке клееных балок из разносортной древесины.
3. Растягивающие напряжения перпендикулярно волокнам и касательные напряжения, действующие на отверстия в клееном брусе с отверстиями менее половины высоты бруса, были ниже в клееных клееных брусах из разносортной древесины, чем в клееных клееных брусах из однородных древесина класса. Установлено, что отношение напряжений примерно равно отношению максимального напряжения изгиба или максимального напряжения сдвига, действующего на пластинку внутреннего слоя, как определено по теории Бернулли-Эйлера. Отношение, полученное с помощью FEA, имело тенденцию быть ниже, чем отношение, полученное с помощью теории Бернулли-Эйлера, по мере увеличения размера отверстия. Однако использование соотношения по теории Бернулли-Эйлера для определения напряжений в клееных многослойных балках, состоящих из древесины разнородных сортов, не приводит к занижению напряжений и может применяться в нормах проектирования.
Наличие данных и материалов
Тестовые материалы, метод тестирования, метод анализа и данные были записаны, как показано в рукописи. Дополнительные данные можно получить у соответствующего автора по обоснованному запросу.
Сокращения
JAS:
Японский сельскохозяйственный стандарт
ВЭД:
Анализ методом конечных элементов
2D-МКЭ:
Двумерный анализ методом конечных элементов
FE:
Конечный элемент
Ссылки
“> Хидзиката К., Идота Х., Ямагиши К. (2012) Предложение по расчетной прочности балок из клееного бруса с круглым сквозным отверстием. J Struct Constr Eng (Транс AIJ) 77 (673): 397–406. https://doi.org/10.3130/aijs.77.397 ( на японском языке )
Статья
Google ученый
Aicher S, Höfflin L (2004) Новая расчетная модель для круглых отверстий в клееных балках. В: Материалы 8-й всемирной конференции по деревообработке, том 1, Финляндия, стр. 67–72
Ногучи М., Мори Т., Миядзава К. (2009) Метод расчета прочности древесины с круглым отверстием. J Struct Constr Eng (Trans AIJ) 74 (640): 1121–1129. https://doi.org/10.3130/aijs.74.1121 ( на японском языке )
Статья
Google ученый
Fröbel J (2016) Limträhandbok Del 2. Svenskt Trä, Стокгольм ( на шведском языке )
Google ученый
“> DIN EN 1995-1-1/NA (2010) Национальное приложение — Параметры, определяемые на национальном уровне — Еврокод 5: проектирование деревянных конструкций — Часть 1–1: общие положения — общие правила и правила для зданий. DIN, Берлин ( в Германии )
Google ученый
Айхер С., Хоффлин Л., Райнхардт Х.В. (2007) Runde Durchbrüche in Biegeträgern aus Brettschichtholz — Часть 2: Tragfähigkeit und Bemessung. Баутехник 84 (12): 867–880. https://doi.org/10.1002/bate.200710074 ( в Германии )
Статья
Google ученый
Японский сельскохозяйственный стандарт (2007 г.) JAS для клееного бруса. Японская ассоциация сельскохозяйственных стандартов, Токио ( на японском языке )
Google ученый
Окамото С., Араки Ю., Акияма Н., Одани Р., Аоки К. , Инаяма М. (2020) Исследование прочности балок из клееного бруса с круглыми отверстиями: оценка прочности на раскалывание клееного бруса, состоящего из разнородных сортов по конечным элементный анализ. J Struct Constr Eng (Trans AIJ) 85 (775): 1199–1208. https://doi.org/10.3130/aijs.85.1199 ( на японском языке )
Статья
Google ученый
Айхер С., Густафссон П.Дж., Халлер П., Петерссон Х. (2002) Модели механики разрушения для анализа прочности деревянных балок с отверстием или выемкой – отчет RILEM TC-133. Отчет TVSM-7134, Отдел строительной механики, Лундский университет
JIS Z 2101 (2009) Методы испытаний древесины. Японская ассоциация стандартов, Осака ( на японском языке )
Google ученый
Густавссон П.Дж. (1985) Исследования механики разрушения недеформируемых материалов, таких как бетон — моделирование разрушения при растяжении и анализ прикладной прочности. Отчет № TVBM-1007, Отдел строительных материалов, Лундский технологический институт, Лунд, Швеция
ISO 13910 (2014) Деревянные конструкции — классифицированная по прочности древесина — методы испытаний структурных свойств. Международная организация по стандартизации, Женева
Google ученый
СТРОЙКА NT 422 (1993) Древесина: энергия разрушения при растяжении перпендикулярно волокнам. Метод Nordtest, Эспоо
Google ученый
Научно-исследовательский институт лесного хозяйства и лесных товаров (2004 г.) Справочник по деревообрабатывающей промышленности. Марузен, Токио, стр. 136, стр. 198–199 (на японском языке)
Китахара К. (1966) Физика древесины. Морикиташуппан, Токио, стр. 145, стр. 164 (на японском языке)
“> Ларсен Х.Дж., Густафссон П.Дж. (1990) Энергия разрушения древесины при растяжении перпендикулярно волокнам — результаты совместного проекта испытаний. В: Материалы собрания CIB-W18A 23, Документ 23-19-2, Лиссабон, Португалия, 1990
Каная Н., Ямада Т. (1964) Связь между модулем упругости и пористостью древесины. Wood Res 33: 47–55 ( на японском языке )
Google ученый
Ссылки на скачивание
Благодарности
Мы хотели бы поблагодарить Научно-исследовательский институт технологии префектуры Хиросима Исследовательский центр лесного хозяйства за проведение испытаний балок на изгиб и экспертов из американского журнала (https://www.aje.com/) за корректуру этой рукописи.
Финансирование
Эта работа была поддержана JSPS KAKENHI (номера грантов 18K13867 и 20K04796).
Информация об авторе
Авторы и организации
Высшая школа наук о жизни человека, Городской университет Осаки, 3-3-138 Сугимото, Сумиёси-ку, Осака, 558-8585, Япония
Шигефуми Окамото
Национальный институт управления земельными ресурсами и инфраструктурой, 1 Тачихара, Цукуба, 305-0802, Япония
Нобухико Акияма и Ясухиро Араки
Токийский университет сельскохозяйственных и естественных наук 1-1-1 Yayoi, Bunkyo-ku, Tokyo, 113-9657, Japan
Kenji Aoki & Masahiro Inayama
Авторы
Shigefumi Okamoto Посмотреть публикации авторов
Вы также можете искать этого автора в
PubMed Google Scholar
Нобухико Акияма Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в
PubMed Google Scholar
Yasuhiro Araki Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в
PubMed Google Scholar
Kenji Aoki Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в
PubMed Google Академия
Масахиро Инаяма Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в
PubMed Google Scholar
Вклады
SO спланировал и реализовал исследование и написал рукопись. Все авторы анализировали результаты. Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
Автор, ответственный за переписку
Переписка с
Шигефуми Окамото.
Декларации этики
Конкурирующие интересы
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов в отношении публикации этой рукописи.
Дополнительная информация
Примечание издателя
Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и институциональной принадлежности.
Права и разрешения
Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате, при условии, что вы укажете соответствующую ссылку на оригинальный автор(ы) и источник, предоставьте ссылку на лицензию Creative Commons и укажите, были ли внесены изменения. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons на статью, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
Reprints and Permissions
About this article
Mechanics of Materials: Bending – Shear Stress » Mechanics of Slender Structures
research
people
courses
blog

Поперечный сдвиг при изгибе}

Как мы узнали при создании диаграмм сдвига и момента, по длине балки, испытывающей поперечную нагрузку, действует поперечная сила и изгибающий момент . На предыдущем уроке мы узнали о том, как изгибающий момент вызывает нормальное напряжение . Это нормальное напряжение часто доминирует в расчетных критериях прочности балки, но по мере того, как балки становятся короткими и толстыми, преобладающим становится напряжение поперечного сдвига . На этом уроке мы узнаем, как поперечная сила при изгибе балки вызывает касательное напряжение .

Поперечный сдвиг бывает трудно визуализировать. Рассмотрим несколько балок, консольно прикрепленных к стене. Представьте, что это деревянные доски размером 2 на 4 дюйма. Если они не связаны вместе, приложение нагрузки к свободному концу балок приведет к их изгибу и скольжению относительно друг друга, как показано на рисунке ниже. Если вместо этого доски склеить, клей предотвратит скольжение балок друг относительно друга. Это сопротивление скольжению или сопротивление силам, параллельным поверхности балки, создает напряжение сдвига внутри материала. Это напряжение сдвига может привести к разрушению, если горизонтальные плоскости, которые должны сопротивляться сдвигу, будут слабыми.

Чтобы понять природу этого поперечного напряжения сдвига более математически, давайте представим балку, которая просто поддерживается на концах и нагружена точечной силой в ее центре. Давайте увеличим масштаб небольшого сегмента балки и проанализируем силы, действующие на него. Мы знаем из наших предыдущих разделов, что будет нормальное напряжение от изгиба, которое изменяется вдоль оси y . Из показанной нагрузки мы знаем, что нормальное напряжение в направлении x будет сжимающим (отрицательным) в верхней части балки и растягивающим (положительным) в нижней части балки. Мы также знаем, что это нормальное напряжение будет равно нулю вдоль нейтральной оси балки. Нас интересует суммирование сил в x 91 967 и приравняв их к нулю. Если мы посмотрим на произвольную площадь поперечного сечения (т. Е. Не на всю площадь поперечного сечения), мы можем записать силы от нормального напряжения как напряжение, умноженное на площадь дифференциального элемента. Итак, из приведенной выше аналогии с деревянной доской мы знаем, что должна существовать сила, параллельная основанию этой произвольной области — эта сила сдвига будет действовать в направлении x , и мы назовем ее дельта H. Теперь мы можем просуммировать силы, действующие в x направление.

Установив сумму сил в направлении x равной нулю и решив наш неизвестный сдвиг, мы можем начать с простых вещей. Во-первых, мы видим, что, переставляя некоторые члены и вытягивая из интеграла члены, которые не меняются по площади поперечного сечения, мы получаем знакомый член в крайней правой части уравнения. Находим интеграл от y по площади – он, как мы знаем из нашего урока по изгибу, равен первому моменту площади относительно другой оси (в данном случае из иллюстрации поперечного сечения, т.е. z оси): Q _z . Мы также можем немного упростить это уравнение, вспомнив взаимосвязь между изменением изгибающего момента и поперечной силой. Итак, мы можем переписать M _d -M _c (что является дельтой M ) как V дельта x . После того, как мы приведем два дельта-члена к одной стороне уравнения, у нас останется уравнение для горизонтальной поперечной силы на единицу длины .

(Вы можете заметить, что я избавился от нижних индексов, которые показаны в приведенном выше уравнении. Это потому, что в приведенном выше уравнении была указана система координат: x были длинной осью луча, y были вдоль толщина, а по ширине z . Приведенное выше уравнение является общим, вам решать, каковы координаты и, следовательно, какие индексы и соответствующие моменты площади вам нужно найти.)

Это уравнение для q имеет единицы [Н·м ^-1]. Сила на длину… только из анализа размеров мы можем заметить, что эта сила сдвига на единицу длины будет напряжением, если мы разделим q на шкалу длины. Соответствующая шкала длины в этом случае представляет собой толщину области интереса, t .

Теперь, из нашего раздела урока по изгибу, посвященного моментам площади, мы знаем, как вычислить Q и I . Прежде чем мы будем беспокоиться о специфике, есть несколько вещей, которые мы можем узнать из этого уравнения прямо сейчас. Начнем с того, что мы знаем: мы можем определите V из наших диаграмм сдвига и момента . Мы можем вычислить I на основании формы всей конструкции , и мы можем определить t из ширины интересующей нас области , т. е. по какой ширине происходит этот сдвиг. Определение Q часто является самой сложной частью задач такого типа — это то, что требует большой практики.

Эти уравнения для напряжения поперечного сдвига можно упростить для обычных инженерных форм. Например, если у вас узкая прямоугольная балка, уравнение упрощается до:

Где c — это половина толщины балки, или в общем случае c — это расстояние от нейтральной оси до внешней поверхности балки. Это уравнение является иллюстративным по нескольким причинам: во-первых, касательное напряжение будет иметь максимальное значение в центре балки, т. е. когда y=0, и будет равно нулю вверху и внизу балки. Это справедливо для балок более сложной формы – поперечный сдвиг вверху и внизу равен нулю. Следующее уравнение применимо для определения максимального напряжения поперечного сдвига в стандартных (S-образных) или широкополочных (W-образных) балках.

Сводка
Изгиб может вызывать как нормальное напряжение, так и поперечное касательное напряжение . Существование этого напряжения сдвига можно увидеть, когда карты слегка скользят друг относительно друга, когда вы сгибаете колоду карт. Величина напряжения сдвига становится важной при проектировании толстых или коротких балок на изгиб — балки могут и будут разрушаться при сдвиге при изгибе. Для расчета напряжения поперечного сдвига мы используем приложенную силу сдвига (которую можно получить из диаграммы момента сдвига), первый момент площади и толщины интересующей области и второй момент площади всей конструкции. Трудность с этими проблемами обычно возникает при принятии решения о том, что интересующая область находится в конкретной задаче и правильно вычисляет Q для этой области.
Этот материал основан на работе, поддержанной Национальным научным фондом в рамках гранта № 1454153. Любые мнения, выводы, выводы или рекомендации, выраженные в этом материале, принадлежат авторам и не обязательно отражают точку зрения Национальный научный фонд.
BOISE GLULAM® — Балки — Boise Cascade EWP
Перейти к содержимому
навигация
BOISE GLULAM
BOISE GLULAM
Красота сочетается с гибкостью в этом универсальном, проверенном решении из конструкционной древесины.
Обзор продукта
BOISE GLULAM ^® — от очень длинных пролетов крыш до изогнутых балок и обычных перекрытий, а также эффектных колонн — дает вам богатый, естественный вид дерева с важными инженерными преимуществами.
Широкий выбор размеров и вариантов внешнего вида, Брус из клееного бруса является одним из самых универсальных доступных изделий из дерева. BOISE GLULAM внутри и снаружи, открытый или скрытый, рассчитывайте на BOISE GLULAM как на экономичную и простую в установке альтернативу балочным конструкциям, добавляющую функциональную красоту односемейным, многоквартирным и легким коммерческим конструкциям. Выбирайте стандартные балки или нестандартные балки для больших поперечных сечений, большей длины, изогнутых форм и многого другого.
BOISE GLULAM Преимущества
Чрезвычайно универсальная технология искусственного дерева
Использование открытых (внутри или снаружи) или встроенных в стены конструкций
Конкурентоспособный по цене для простых или сложных проектов
Предлагается в шлифованном, черновом или строгальном исполнении
SFI ^® Доступны продукты, отвечающие требованиям цепочки поставок или сертифицированных поставщиков — заработайте кредиты LEED ^® или NGBS™ для экологически чистого строительства
Произведено в основном из экологически чистых бревен с тихоокеанского северо-запада
Изготовлено из пихты Дугласа/лиственницы или желтого кедра Аляски. Аляскинский желтый кедр — это натурально устойчивая порода, представляющая собой зеленую альтернативу обработанной под давлением древесине
.
Может быть специально разработан для вашего проекта
Как это сделано
BOISE GLULAM изготавливается различной ширины (от 3 ⅛″ до 14 ¼″) и глубины (от 6″ до 48″), а также длиной до 66 футов, с изгибом или без него, BOISE GLULAM чрезвычайно универсален. . Классы варьируются от промышленного до архитектурного внешнего вида, где клиенты могут выбрать идеальное сочетание прочности и внешнего вида. (Ламинат 10-12% MC максимум 15%.) Балки изготавливаются с использованием клея для наружных работ или влажного использования, подходящего для многих различных внутренних и наружных применений.
Стандартная ширина:
от 3 ⅛″ до 14 ¼″
Глубина:
Стандартный диапазон от 6″ до 48″. Доступны нестандартные размеры
Длина:
Стандартная длина до 60 футов – более длинные длины доступны по специальному заказу
Изгиб:
Дополнительно
Примечание: Не все размеры доступны в стандартной комплектации для всех марок и отделок
Производительность на больших пролетах
Профессионалы полагаются на BOISE GLULAM для решения широкого круга задач. Независимо от того, занимаетесь ли вы сверхдлинными пролетами или проектируете арки по индивидуальному заказу, клееные балки могут обеспечить необходимую вам прочность, а также богатый внешний вид натурального дерева. BOISE GLULAM обеспечивает необходимую мощность и производительность на стройплощадке, а также превосходное обслуживание, необходимое для вашего бизнеса и ваших клиентов.
Эстетически привлекательный
Клееный брус – это востребованный материал для наружных балок, поскольку он обеспечивает насыщенный, теплый вид и привлекательный внешний вид. Наш клееный брус изготавливается из дугласовой пихты/лиственницы и аляскинского желтого кедра. Аляскинский желтый кедр — это естественно устойчивая порода, которая является зеленой альтернативой обработанной под давлением древесине. Доступны несколько классов внешнего вида, в зависимости от области применения.