КЛЕЕНЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ БРУСОК

Полезная модель относится к строительству, конкретно к использованию материалов в технологии изготовления конструкций из древесины для объемных каркасных зданий и сооружений, спортивных, торговых павильонов, складских и сельскохозяйственных тепличных объектов районов рискованного земледелия.
Известны прямолинейные клееные строительные элементы из древесины армированные запрессованной во внутрь напряженной стальной арматурой (Л.М.Ковальчук - ЦНИИСК институт деревянных строительных конструкций, Москва), наружное армирование деревянных несущих конструкций стальной напряженной арматурой (Ю.В.Щуко - строительный институт, г.Новосибирск).
Недостатком этих клееных строительных элементов из слоеной древесины со стальным армированием является их большой вес, материалоемкость, коррозийность стального армирования.
Известны способы изготовления строительных изделий на основе клееной и армированной древесины с использованием полимерных материалов (см., например, кн. «Разработка и исследование клееных деревянных и фанерных армированных конструкций. Под редакцией Ю.М.Иванова. Труды ЦНИИСК, вып.24, М, 1972, с 46-65.
Недостатком известных способов является сравнительно невысокая надежность длительной совместной работы всех слоев под нагрузкой и в атмосферных условиях, повышенная трудоемкость и энергоемкость всего технологического процесса.
Технический результат при реализации полезной модели проявляется в следующем:
- увеличение прочности, при снижении ее сечения и материалоемкости;
- проявление свойства памяти формы первоначально заданного профиля, позволяющее использовать модель как элемент изделия-конструкции для самостоятельного открывания и закрывания проемов сооружений под воздействием температуры среды эксплуатации;
- надежность длительной работы под нагрузкой и в определенных пределах температуры среды эксплуатации;
- технологичность изготовления.
Предлагаемая для рассмотрения полезная модель (Рис.1) состоит из сформированного пакета (1), поперечное сечение которого по высоте укомплектовано несколькими тонкими дощечками древесины (2) сортностью 1-3К по ТУ 13-858-85 и СНиП 3.090.3, влажностью 8-12% радиальной распиловки, с шероховатостью обработанных поверхностей не менее 60 мкм. Пластовой набор дощечек древесины скреплен между собой клеевыми соединениями (3).
Клеевые соединения (Рис.1 п.3) строительного бруска формируются на основе феноло-формальдегидных резорциновых смол (например, ФРФ-50 или ФР-12 плюс отвердитель - параформ), молекулярная структура которых обеспечивает при отверждении наибольшую плотность сшивания пространственной решетки. Склеивание дощечек пакета производится методом прессования.
Подготовленный армирующий элемент полезной модели в виде полосы сечением 1×5 мм из сплава металлов (Nj-50-51%. Мо<2. Fe<5 ат.%) марки ТН-10 из системы (TjNj) со свойством - памяти формы, размещен вдоль плоскостей клеевых соединений (3) на высотах l/4h (Рис.1) с выходом его на торцы модели.
Влияние температуры среды эксплуатации на армирующий элемент из системы (TjNj) следующее:
1. Армирующий элемент обладают эффектом памяти формы и зависимый от температуры среды и внутренних критических напряжений мартенситного сдвига своей кристаллической решетки, обратимая деформация которой проявляется в интервале температур выше точки мартенситного начала и ниже точки мартенситного завершения. Изменяемость температурной зависимости интервалов восстановления формы зависит от % соотношения металлов составляющих сплава системы.
2. Подготовленность армирующего элемента к работе для рассматриваемой полезной модели означает:
- определение температурной среды эксплуатации армирования полезной модели;
- подбор и проковка сплава из системы (TjNj) с процентным содержанием различных металлов обладающих памятью формы на воздействие температурной среды эксплуатации полезной модели.
Например, рассмотрим случай, когда сплав-армирование полезной модели работает при тепличных условиях среды в диапазоне температур:
- №1 - температура среды (от +25 до +28°С) для сплава армирования - не мартенситный диапазон;
- №2 - температура среды (от +24°С и меньше) и (+29°С и больше) для сплава армирования диапазон - «мартенситное начало и его завершение».
Тогда:
- в режиме температур (№1) структурная решетка армирующего сплава не подвергается деформации, т.е. его состояние мягкое и легко поддающееся сминаемости. В этом случае, профиль впрессованного в древесину армирования будет прямолинейный (Рис 1. п.2), так как нормальное состояние полезной модели - прямолинейность ее профиля;
25
28
24
29
- в режиме температур (№2) структурная решетка армирующего сплава находясь под воздействием температур входит в состояние - «мартенситное начало и его завершение» при этом, мгновенно деформируется и сплав принимает состояние жесткости (как пружинная сталь) и стремится перейти от первоначального прямолинейного профиля к заданному проковкой профилю изгиба на величину h- (Рис.2. п.1) Выходя из диапазона температур (№2) криволинейность сплава-армирования исчезает и модель принимает прямолинейную форму (h, ), т.к. это ее нормальное состояние. Не постоянство температурных параметров среды эксплуатации будет менять профиль (армирования и модели в целом) с прямолинейного на криволинейный и обратно.
Принципиальная схема работы полезной модели (Рис.2) следующая:
- в осях (У, X) консольно расположена прямолинейная по профилю полезная модель (1) зафиксированная одним концом неподвижно к основе (3).
зона армирования
п2
Элемент армирования (Рис.2 п.) полезной модели под воздействием температуры среды (№1) изменяя свою молекулярную структуру, становится податливым и своего воздействия на полезную модель не оказывает. Она находится в нормальном прямолинейном профильном состоянии (Рис.2).
29
24
При температуре среды (№2) элемент мгновенно переходит в жестко-пружинящее состояние (Рис.2. п.3) и стремится к заданной проковкой сплава профильности изгиба, вынуждая полезную модель к тому же на величину (h или h) Рис.2. Изменение температуры среды определяет профильность армирования и полезной модели в целом.
Методика расчета напряженно-деформированного состояния армирования из системы (TjNj).
0
Для определения напряженно-деформированного состояния элемента армирования (TjNj), в первом приближении, в качестве расчетной схемы работы может быть принят стержень (Рис.3) толщиной (t) и первоначальной длиной (l), профиль которого по условиям среды эксплуатации видоизменяется.
lim
0
0
0
0
0
При изменении температурного диапазона стержень подвержен деформации на растяжение-сжатие и изгиб. Рассмотрим случай возможной предельной деформации в 10%, тогда расчетная формула будет следующая ε=(l-l)/l=0,1 означающая, что относительно исходная длина образца(l) не может быть больше значения l+l/10,
lim
0
0
при растяжении l=l(1+0,1)=1,1l,
lim
0
0
при сжатии l=l(1-0,1)=0,9l
при изгибе (Рис.1) рассчитаем деформацию стержня толщиной (t).
0
0
0
0
В результате изменения радиуса его изгиба от (R) до (R), его внешняя образующая испытывает растяжение, внутренняя сжатие, а ось стержня допустим, что не деформируется. Тогда, рассчитаем удлинение наружной образующей стержня единичной длины при изгибе или удлинение наиболее деформируемой части, где разница длин наружной образующей и оси стержня изогнутого в окружность будет равна выражению (2π(R+t/2)-2πR=π·t, то есть не зависит от радиуса окружности и на единицу длины стержня приходится (t/2R) этой разницы. Следовательно, соответствующая длина наружной образующей до деформации будет равна 1+t/2R. тогда, после деформации станет 1+t/2R, из этого следует:
- деформация растяжения по определению будет равна выражению
lim
- деформация наружной его образующей (при изгибе прямолинейного стержня, т.е. при R=∞) равна ε=t/2R.
Расчеты показывают о том, что армирование деформируясь при изменении температуры среды меняет свои геометрические параметры (длину, профиль).
Учитывая, что клееная древесина и армирующие элементы строительного бруска это одно твердое тело, которое под воздействием среды находится в напряженном состоянии, которые приводят к его деформации, например к сжатию (растяжению) или изгибу (прямолинейности) профиля.
Область применения: - клееный строительный брусок предлагается использовать как элемент-деталь при изготовлении форточек, фрамуг, створок для оконных и дверных проемов конструкций.
Источники информации
1. Л.М.Ковальчук «Деревянные конструкции в строительстве», М. Лесная промышленность, 1987 г.
2. В.И.Хачин «Память», М, Правда, журнал Наука и жизнь №3 1980 г
49
35
75
3. А.А.Клопотов, С.Н.Молчанов, В.Э.Гюнтер «Мартенситные превращения в предварительно продеформированном сплаве (TjNjPb) журнал «Имплантанты с памятью формы №1-2 1998 г.
Приложение №1.
Физико-механические свойства клееного строительного бруска из древесины.
№№п/п
Наименование
Плотность Гр./см<sup>3</sup>
Нагрузка предельн., кгс/см<sup>2</sup>
Прочность предельн., при ст. изгибе, МПа
Модуль упругости, МПа
Деформативность, %
1
Гнутоклееный слоистый элемент из усиленной (армированной) древесины:
- сплав ТН-10 (TjNj)
101,5
158,8
196,2
1,5
- стекловолокном
85,5
148,8
176,3
1,5
- стальным прутком
102,8
162,4
211,9
1,3
- контрольный образец (не армированный)
89,6
141,6
184,7
2,0