Теоретическое обоснование производства клееных конструкций с применением мягколиственных пород

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА КЛЕЕНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЯГКОЛИСТВЕННЫХ ПОРОД

Шереметьева Т.В.

The question of use softwood of species in manufacture of glued construction is considered. The account ofpressure under the circuits reflecting the most typical job of glued construction is carried out.

Особый интерес в производстве клееных конструкций представляет возможность использования мягколиственных пород в средних слоях многослойных конструкций, наружные слои которых изготовлены из более прочных пород. В результате есть возможность повысить экономичность производства в связи с более рациональным использованием древесины с сохранением прочностных свойств конструкций. Условием возможного производства полученных таким образом конструкций является то, что эти конструкции имеют необходимую и достаточную прочность и стойкость.

Для оценки прочности клеевых соединений используем схемы испытаний, которые моделируют напряженное состояние в натуральных конструкциях, например сдвиг, отрыв.

Для обоснования возможности склеивания мягколиственных пород с хвойными породами на примере осины и сосны проведен расчет напряжений по схемам, отражающим наиболее типичную работу клееных конструкций.

Испытание деревянных клееных конструкций на скалывание вдоль волокон моделирует напряженное состояние сдвига в натуральных конструкциях.

Скалывание в соединениях происходит от двух скалывающих сил, действующих в противоположных направлениях, в результате сжатия. В площади скалывания при этом возникают скалывающие касательные напряжения. Скалывающие напряжения распределяются неравномерно и концентрируются на нагружаемом краю соединения.

Максимальное касательное напряжение в клеевом шве при скалывании определяют по формуле

Т 3max Т ср*1*а * ,-/*/'

Th — 2

где т 3max - максимальное касательное напряжение в клеевом шве на нагружаемом краю соединения, МПа; т ср - средняя прочность при скалывании вдоль волокон (экспериментальные данные), МПа;

Т ср=р •

где Р- разрушающая нагрузка, Н; b- ширина образца, м; 1- длина клеевого шва, м; а - коэффициент, учитывающий прочностные свойства клея и склеиваемых материалов, см-1;

Т G ( F * h ^ а 2=_* 1 + F2* h2

F2 * h2 * h3 I F1 * h1

где G3- модуль сдвига клея, МПа; Е1, Е2 -модули упругости склеиваемых материалов, МПа; h1, Ь.2 - толщины склеиваемых материалов, м; толщина клеевого шва, м.

По представленным формулам проведен расчет максимального касательного напряжения клеевого шва образцов склеенных из древесины сосны и сосны с осиной. Результаты расчетов представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Прочностные характеристики клееной древесины при скалывании вдоль волокон

Схема склеивания Максимальное касательное напряжение в клеевом шве, т 31™» МПа Предел прочности при скалывании сосны Предел прочности при скалывании осины

осина+сосна 46,3 7,44 6,15

сосна+сосна 71,4 7,44 6,15

Из таблицы 1 видно, что значения максимальных касательных напряжений клеевого шва конструкций из осины и сосны меньше чем из сосны, но оба эти значения больше, чем предел прочности при скалывании вдоль волокон осины и сосны. Из этого следует, что разрушение в обоих случаях будет происходить не по клеевому шву, а по древесине.

Испытание деревянных клееных конструкций на раскалывание моделирует наряженное состояние отрыва в натуральных конструкциях. Раскалывание в соединениях происходит от действия поперечных усилий приложенных через клин. В результате в клеевом шве возникают нормальные напряжения. При раскалывании также наблюдается неравномерность распределения нормальных напряжений по длине клеевого шва.

Нормальные напряжения в клеевом шве определяются по формулам:

а 3max=2*а* Qo,

где а ^ж- максимальное нормальное напряжение в клеевом шве на нагружаемом краю соединения, МПа; Q0-разрушающая нагрузка, Н; а - коэффициент, учитывающий прочностные свойства клея и склеиваемых материалов, см-1;

¡8* Е

а =1/2* 4 ,

4 к * в w

где E3-модуль упругости клея, МПа; ^-толщина клеевого шва, м; D-цилиндрическая жесткость;

Е * Н3 12* (1 -и)2

где Е-модуль упругости древесины, МПа; ^толщина древесины, м; и - коэффициент Пуассона для древесины, МПа;

По представленным формулам проведен расчет максимального нормального напряжения клеевого шва образцов склеенных из древесины сосны и сосны с осиной.

Результаты расчетов представлены в таблице 2.

Б= Е Н 2 ,

Таблица 2 - Прочностные характеристики клееной древесины при раскалывании

Схема склеивания Максимальное нормальное напряжение в клеевом шве, <У 3тах,МПа Предел прочности при растяжении поперек волокон сосны, МПа Предел прочности при растяжении поперек волокон осины, МПа

осина+сосна 17,7 7,44 6,15

сосна+сосна 19,2 7,44 6,15

Анализ таблицы 2 показал, что максимальное нормальное напряжение соединения осины и сосны меньше, чем у соединения из сосны, но оба эти значения больше, чем значения предела прочности при растяжении поперек волокон соответственно осины и сосны. В этом случае можно сделать вывод, что разрушение при раскалывании будет происходить по древесине.

Можно сделать вывод, что применение мягколиственных пород в производстве клееных конструкций возможно. Это говорит о достаточной прочности клеевого шва клееных конструкций с применением мягколиственных пород.

Данные расчетно-теоретического анализа показали, что неодинаковость упругих и прочностных характеристик древесины разных пород, входящих в состав композиционного сечения, влияет на напряженное состояние при скалывании и раскалывании. В результате проведенных расчетов было установлено, что конструкций склеенные из древесины разных пород могут использоваться в сооружениях, эксплуатируемых в нормальных условиях. Для эксплуатации таких конструкций в более жестких условиях необходимо учитывать наличие дополнительных напряжении, возникающих при изменении влажности.