Производство деревянных клееных конструкций

Изготовление деревянных клееных конструкций включает следую­щие основные производственные процессы: подготовку пиломатериа­лов; приготовление и нанесение клеев; запрессовку и склеивание;

механическую обработку и защиту.

Подготовка материалов. Основными материалами несущих де­ревянных клееных конструкций являются пиломатериалы хвойных по­род согласно ГОСТ 8486—66, поставляемые преимущественно в рас­сортированном виде. Размеры пиломатериалов выбираются исходя из необходимых проектных размеров конструкций с учетом запасов на механическую обработку и сушку.

Сушка пиломатериалов является одной из основных операций технологического процесса изготовления клееных конструкций, и в значительной мере определяет их эксплуатационную прочность. Сушка должна довести пиломатериалы до заданной влажности.

Пиломатериалы, предназначенные для изготовления несущих кон­струкций, рекомендуется сушить комбинированным способом, вклю­чающим предварительную атмосферную сушку до влажности около 20% и камерную сушку до влажности 8...12%. Особое внимание следует уделять правильному формированию штабелей перед сушкой. Укладка в штабель должна соответствовать типу камеры и обеспечи­вать равномерное смывание агентом сушки всего материала, сохране­ние пиломатериалом первоначальной формы и предохранять его от коробления. Внутренние напряжения и уменьшение прочности дре­весины после сушки не допускаются.

Сортировка пиломатериалов производится для отбора древесины требуемого качества в соответствии с категориями элементов дере­вянных конструкций. Ранее при поставке пиломатериалов в нерассор­тированном виде применялась визуальная и машинная сортировка по качеству древесины. Сейчас все больше начинают использовать силовую сортировку пиломатериалов. При этом выход высших сортов

пиломатериалов увеличивается, за счет чего достигается экономия древесины до 20%,

Механическая, обработка включает поперечно-продольный раскрой досок и фрезерование поверхностей перед склеиванием. На современ­ных заводах эти операции проводятся на автоматических и полуавто­матических линиях, состоящих из специализированных станков. Ме­ханическая обработка заготовок производится в пределах припусков на обработку, значение которых регламентируется ГОСТами. После механической обработки подлежащие склеиванию поверхности долж­ны предохраняться от загрязнения, увлажнения или перссушивания.

Приготовление и нанесение клеев. Для приготовления клеев долж­ны применяться дозированные взвешиванием компоненты, удовлетво­ряющие требованиям соответствующих ГОСТов. Перед приготовлением компоненты клеев тщательно перемешива­ются.

Нанесение клея — важная операция в технологии изготовления конструкций. Она определяет расход.клея и качество склеивания. Наиболее высокое качество достигается при двустороннем нанесении клея. Максимальная прочность обеспечивается определенной толщи­ной клеевой прослойки (0,1...0,2 мм), что контролируется расходом клея (0,25...0,35 кг/м²).

Клей наносят вальцовыми клеенаносителями, способами контакт­ного (для высоковязких клеев) и бесконтактного (при изготовлении крупногабаритных элементов) налива, воздушным распылением (для маловязких клеев).

Запрессовка и склеивание. После нанесения на заготовки клея производится, сборка элементов (или конструкций) из заготовок, транс­портирование их к запрессовочным устройствам, запрессовка и вы­держка под давлением до необходимой прочности клеевых соеди­нений.

В процессе запрессовки конструкции склеиваются под давлением, обеспечивающим полный равномерный контакт поверхностей по всей площади склеивания.

При массовом изготовлении однотипных конструкций с небольшой шириной клеевых прослоек (до 120 мм) запрессовку осуществляют в прессовых установках непрерывного действия с применением высо­кочастотного нагрева.

При изготовлении большепролетных конструкций криволинейного очертания сборку целесообразно производить непосредственно в ваймовых запрессовочных устройствах или применять гвоздевую послой­ную запрессовку.

Действующими нормативными документами предусматривается за­прессовка при давлении от 0,03 до 0,1 МПа в зависимости от вида клея, его вязкости и других свойств.

При склеивании в нормальных условиях (/= 16...20° С) время отверждения определяется свойствами клеев, но всегда довольно про­должительно (до 10 ч для прямолинейных элементов и до 20ч для кри­волинейных элементов). Ускоряется склеивание применением кон­тактного и высокочастотного нагрева.

Механическая обработка и защита ДКК. Механическая обработка необходима для доведения элементов и конструкций до проектных раз­меров и придания им соответствующего внешнего вида Обработка включает фрезерование пластей элементов, боковых граней, торцовку и сверление отверстий под болты, продольную прямолинейную и кри­волинейную распиловку для получения из одного заготовочного

13. Расчет элементов конструкций цельного сечения на поперечный и косой изгиб.

Изгибаемые элементы рассчитывают по первому I второму предельным состояниям, или иначе на прочносп и жесткость. В расчете по первому предельному состоя нию используют расчетную нагрузку, а при определении прогиба нормативную нагрузку, т. е. без учета коэффициента перегрузки

Расчет деревянных элементов на изгиб по нормальным напряжениям производят приближенно. При боле точном методе потребовался бы учет различных значе ний модулей упругости в сжатой и растянутой зона (рис. 111.5). Из этого рисунка видно, что в сжатой зон развиваются большие пластические деформации, которые нарушают прямолинейность распределения нормаль ных напряжений по высоте сечения. Таким образом нормальные напряжения определяют при двух допущени ях: во-первых, считается, что модули упругости в растя нутой и сжатой зонах равны, т.е. Ес=Ер, и во-вторых, принимается прямолинейное распределение напряжении по высоте элемента, как это показано на рис. 111.6.

Рис. 111 6. Распределение нор­мальных напряжений по высоте поперечного сечения при попереч­ном изгибе балки

Рис. III 5 Относительная приведенная диаграмма рабо­ты древесины при растяже­нии и сжатии

I — при растяжении (модуль упругости 1. 2—при сжатии (модуль упругости)

При этих допущениях нормальные напряжения в эле­ментах, обеспеченных от потери устойчивости плоской формы деформирования:

σ _и=М/W_нт m_б≤R_и (lll.12)

m_б — коэффициент, учитывающий размеры сечсння.

В однопролетных элементах прямоугольного попереч­ного сечения, загруженных равномерно распределенной нагрузкой, разрушение от касательных напряжений бу­дет происходить при сравнительно небольшом отноше­нии длины к высоте поперечного сечения.

Такие отношения можно установить следующим об­разом: так как М_мах =qе²/8 W=bh²/6 Q=qe²/2 S=bh²/8, J=bh³/12 откуда

R_и =6qe²/8bh² R_ск=12qebh²/16b² h³

 

На прочность от касательных напряжений проверяю г по формуле

τ=QS/bI_бр≤R_ск (111.16)

где Q—расчетная поперечная сила; S—статический момент брут­то сдвигаемой части сечения относительно нейтральной оси; I_бр—

момент инерции брутто; b —ширина сечения; R_ск — расчетное со­противление сдвигу.

Помимо расчеета на прочность изгибаемые элементы, особенно при их малой ширине, проверяют также на ус-тойчивость плоской формы деформирования:

σ _и=М/φ_м W_бр≤R_и (П1.17)

Косой изгиб

Косым называется изгиб, при котором направление действия усилия не совпадает с направлением одной из главных осей поперечного сечения элемента. В этом случае действующее усилие расклады-блока двух одинаковых или разных элементов

Защита деревянных клееных конструкций от увлажнения, биопо­вреждений и возгорания необходима для несущих конструкций Наи­более эффективны покрытия, обеспечивающие комплексную защиту древесины. Однако арсенал таких составов пока невелик, поэтому используют систему защитных составов. Сначала древесину пропи­тывают водорастворимыми составами, защищающими ее от гниения (паста на латексе ПАЛМ-Ф, водный раствор фтористого натрия, крем-нефтористый аммоний) и возгорания (состав ППЛ, перхлорвиниловая эмаль ПХВО). После подсушки поверхности обрабатывают защищаю­щими средствами от увлажнения (пентафталевая эмаль ПФ-115, алкид-но-карбамидная эмаль МЧ-181, лаки и др.) Вид и технология обработ­ки приводятся на рабочих чертежах со ссылкой на нормативные до­кументы и технические условия.

12. Расчет элементов конструкций цельного сечения на растяжение и центральное сжатие.

Деревянные элементы, работающие на центральное растяжение, рассчитывают по наиболее ослабленному сечению:

σ_р=N/F_нт≤R_рm₀

Коэффициент m₀=0,8 учитывает концентрацию напря­жений, которая возникает в местах ослаблений. При оп­ределении F_нт необходимо учитывать волокнистую струк­туру древесины.

Если считать, что площадь и жесткость волокон дре­весины одинаковы, то в сечении /—/ (рис. Ill 1) все во­локна будут загружены одинаково. В первом отверстии у сечения 2—2 часть волокон будет перерезана, в связи с чем их усилия будут переданы соседним волокнам, ко­торые окажутся нагруженными сильнее. Таким образом распределение растягивающих напряжении в сечении 3—3 будет неравномерным. На расстоянии S между от­верстиями эта неравномерность будет постепенно вырав­ниваться. Однако если расстояние S невелико, то вырав­нивания не произойдет, а так как в сечении 4—4, где находятся два отверстия, часть волокон ими будет так­же вырезана, то соседние пока сильно нагруженные во­локна еще получат дополнительные усилия. В результа­те усилия в отдельных волокнах могут достичь их пре­дела прочности на растяжение, что приведет к разрыву волокон, передаче усилий с них соседним волокнам и их последующему разрыву. Так как разрыв будет в наибо­лее слабых местах волокон, то разрушение элемента произойдет по зигзагу, как показано на рис. III.1.

Из изложенного следует, что при определении пло­щади ослабления F_нт надо учитывать расстояния S меж­ду соседними ослаблениями. В СНиП II-25-80 в связи с этим устанавливается, что при определении F_нт все oслабления, расположенные на участке длиной до 200 мм, следуете принимать совмещенными в одном сечении.

Применительно к рис. III.1 по этому требованию при S≥200мм, F_нт =b(h—2d), а при S<200мм F_нт =b(h—3d),

 

Центральное сжатие

Пластические свойства древесины при центральном сжатии» проявляются значительно сильнее, чем при растяжении,поэтому при расчете на прочность ослаблении учитывают только в рассчитываемом сечении, а при рас чете на устойчивость, во-первых, особо учитывают зону работы древесины, в которой модуль упругости нельзя считать постоянным, и, во-вторых, принимают во внимание невозможность обеспечения при защемлении элемен та угла поворота, равного нулю.

Растет на прочность производят по формуле

σ _с=N/F_нт≤R_с (lll.2)

где N — Действующее в элементе усилие; F_нт — площадь нетто в рассчитываемом сечении.

Рассчет на прочность необходим главным образом для коротких стержней, для которых условно длина ≤7δ. Более длинные элементы, не закрепленные в поперечном направлении связями, следует рассчитывать на продольный изгиб, который состоит в потере гибким центрально сжатым прямым стержнем своей прямоли­нейной формы, что называется потерей устойчивости. Потеря устойчивости сопровождается искривлением оси стержня при напряжениях, меньших предела прочности. Устойчивость стержня определяют критической нагруз­кой, теоретическое значение которой для абсолютно упругого стержня определено формулой

N_кр = π ²ЕJ/е² ₀ (111.3)

где Е — модуль упругости; J— минимальный момент инерции стерж­ня; е₀ — расчетная длина стержня, зависящая от схемы опирания концов распределения нагрузки по длине стержня, вычисляема" по формуле е₀=μ₀е; е — свободная длина стержня; μ₀—коэффициент, который принимают равным: 1) в случае загружения продольными силами по концам стержня: при шарнирно-закрепленных концах, тгакже при шарнирном закреплении в промежуточных точках элемента 1.

Разделим левую неправую части равенства (III.3) на

площадь стержня F:

Nкр/F= π ²ЕJ/Fе²₀ Так как радиус инерции стержня r= , а гиб­кость стержня λ= е₀/r, то после подстановки значений

еr получим σ_кр/F= π ²Е/λ²

Рис. 111.7. Изгиб, при котором, направление действия усилия не со» падает с направлением, одной из гласных осей поперечного сечении элемента

а—разложение нагрузки при косом изгибе элемента прямоугольного пот' речйого сечения; б — определение наибольшего рассгояния от оси до наиби лее удаленной точки элемента квадратною поперечного сечения

вают по направлению главных осей сечения, затем на­ходят изгибающие моменты, действующие в этих плос

костях.

Нормальные напряжения находят по формуле

σ_и= М_x/W_x + Му/W_у≤R_и

(111.22)

где М^ М,/— изгибающие моменты, например при равномерно рас пределенной нагрузке от ^х и ду.

Полный прогиб равен геометрической сумме проги­бов от усилий Цх и Оу:

f= ≤f_пред

Следует иметь в виду, что элемент, имеющий квад­ратное поперечное сечение, на косой изгиб не работает. так как он всегда деформируется в плоскости действия усилия. Однако формально напряжения в нем определяют по формуле косого изгиба:

σ_и= М_x + Му/W≤R_и

14. Расчет элементов конструкций цельного сечения на сжатие с изгибом и рстяжение с изгибом.

Сжато-изгибаемыми элементами называются такие, на которые действует изгибающий момент и центрально приложенное продольное сжимающее усилие. Изгибающий момент может создаваться: а) внецентренно с приложенной сжимающей силой и тогда элемент называают внецентренно сжатым или б) поперечной нагрузкой. При расчете сжато-изгибаемых деревянных стерж­ни ней применяют теорию краевых напряжений, предложенную проф. д-ром техн. наук К. С. Завриевым. Всоответствии с этой теорией несущая способность стержня считается исчерпанной в тот момент, когда краевое напряжение сжатию делается равным расчетному сопротивлению. И эта теория менее точная, чем теория устойчивости.

Рис. 111.8. Прогибы сжато-ч I гибаемого элемента

(/—полный прогиб элемента f_q—максимально прогиб элемента от поперечной нагрузки

При этом центрально приложенная сжимающая сил;1 теперь уже будет иметь эксцентриситет, равный дефор­мации стержня от момента, и таким образом создаст дополнительный момент (рис. 111.8). Появление допол­нительного момента от нормальной силы увеличит де­формацию стержня, что приведет к еще большему воз­растанию дополнительного момента. Такое наращивание дополнительного момента и прогибов будет некоторое время продолжаться, но затем затухнет.

Полный изгибающий момент стержня

М_x=М_q+Nу. (111.28)