Способ создания предварительного напряжения в деревянных клееных пакетах в направлении поперек волокон

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в клееных деревянных конструкциях. Техническим результатом изобретения является снижение материалоемкости и трудоемкости создания предварительного напряжения в деревянных клееных пакетах в направлении поперек волокон при сохранении их габарита. Способ создания предварительного напряжения в деревянных клееных пакетах в направлении поперек волокон предусматривает сжатие их стальными стержнями. Новым в способе является то, что сжатие обеспечивается при запрессовке деревянного клееного пакета давлением 0,5 МПа стальными стержнями, вклеенными с шагом 300-500 мм по всей длине пакета в заранее высверленные отверстия, при этом длина стержней равна ширине пакета с учетом ее уменьшения после передачи запрессовочного давления.

 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в клееных деревянных конструкциях.

Известен способ создания предварительного напряжения в пакетах досок в направлении поперек волокон при помощи натяжения стальных стержней, размещенных в теле пакета в заранее высверленных отверстиях (Дмитриев П.А. Конструкции из дерева и пластмасс. Специальный курс. Автодорожные и пешеходные мосты. - Оренбург, ИПК «Газпромпечать», 2002, с.97-98, рис.5.7). После набора пакета из досок в его теле в заранее высверленных по шаблону отверстиях располагают стальные стержни с резьбой на концах, причем длина стержней назначается больше ширины пакета. Анкеровка и натяжение стальных стержней осуществляется при помощи стальных пластин и натяжных гаек. При этом для сохранения усилий обжатия в период эксплуатации с одной стороны стержня расположены рессорные пружины. Создание предварительного напряжения с изгибаемом пакете досок в направлении поперек волокон препятствует образованию усушечных трещин, что повышает его эксплуатационную надежность и эстетические качества.

Недостатками этого известного способа является повышенная металлоемкость, обусловленная необходимостью применения стержней с длиной, превышающей ширину пакета, а также устройства натяжных устройств, которые выступают за габарит пакета, что исключает возможность плотного сопряжения пакетов между собой по ширине.

Техническим результатом, получаемым от использования изобретения, является снижение материалоемкости и трудоемкости создания предварительного напряжения в деревянных клееных пакетах в направлении поперек волокон при сохранении их габарита.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе создания предварительного напряжения в деревянных клееных пакетах в направлении поперек волокон, предусматривающем сжатие их стальными стержнями, сжатие обеспечивается при запрессовке деревянного клееного пакета давлением 0,5 МПа стальными стержнями, вклеенными с шагом 300-500 мм по всей длине пакета в заранее высверленные отверстия, при этом длина стержней равна ширине пакета с учетом ее уменьшения после передачи запрессовочного давления.

Способ осуществляют следующим образом.

В заранее подготовленных плетях-заготовках высверливают по шаблону отверстия для последующего размещения в них стальных стержней. Диаметр отверстий принимается на 5 мм больше диаметра стержней по рекомендациям СНиП II-25-80, п.5.31. При наличии специальных сверлильных устройств, исключающих увод сверла, отверстия могут быть высверлены в собранных для запрессовки пакетах. После нанесения на плети-заготовки клея выполняют сборку пакета, в заранее подготовленные отверстия вводят расчетное количество клея, например эпоксидного, и вставляют стальные стержни. Выполняют запрессовку пакета давлением 0,5 МПа, что обеспечивает прочное монолитное клеевое соединение (Руководство по изготовлению и контролю качества деревянных клееных конструкций, М., ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко, 1982, с.26, п.3.38), при этом величина запрессованного давления в 3,6 раза ниже предельной величины напряжений, при которых древесина работает в упругой стадии в направлении поперек волокон.

При запрессовке происходит уменьшение ширины пакета на величину

где σ_зап=0,5 МПа - величина запресовочного давления;

b - ширина пакета до приложения запрессовочного давления;

- модуль упругости древесины поперек волокон.

Длина стержней принимается равной ширине пакета после приложения запрессовочного давления с учетом ее уменьшения на величину Δb_пак. Пакет выдерживают под давлением требуемое количество времени, необходимое для схватывания клеевых составов, после чего выполняют распрессовку пакета.

После снятия запрессовочного давления за счет работы древесины в упругой стадии ширина пакета будет стремиться вернуться к первоначальной величине, чему воспрепятствуют стальные стержни, модуль упругости которых в 525 раз больше модуля упругости древесины в направлении поперек волокон. Это и создает предварительное напряжение пакета в направлении поперек волокон.

Поясним вышесказанное примером. Производим запрессовку пакета шириной 1000 мм давлением 0,5 МПа. Уменьшение ширины пакета при модуле упругости древесины в направлении поперек волокон составит:

После схватывания клея и распрессовки пакета за счет работы древесины в упругой стадии на стальной стержень передастся также давление величиной 0,5 МПа, что при модуле упругости стали вызовет увеличение его длины на величину

,

при этом потеря напряжений составит

или 0,001 МПа,

т.е. на клееный пакет будет передано предварительное напряжение величиной 0,499 МПа.

Шаг стержней по длине пакета 300-500 мм обеспечивает равномерную передачу предварительного напряжения по всей длине пакета, что подтверждено экспериментом, который показал, что при таком шаге разница в давлениях преднапряжения в местах постановки стержней и в середине между ними не превышает 20%. Полученные данные хорошо согласуются с «Руководством по изготовлению и контролю качества деревянных клееных конструкций», с.27, п.3.42. Уменьшение шага стержней приводит к неоправданному увеличению металлоемкости и трудоемкости способа, а его увеличение не позволит обеспечить равномерную передачу предварительного напряжения по всей длине пакета (степень неравномерности превысит 20%).

Пример 1. Необходимо создать предварительное напряжение в клееном пакете длиной 6,0 м шириной 1,0 м при помощи стальных стержней диаметром 10 мм. Запрессовка осуществляется давлением 0,5 МПа.

Выполняем расстановку стержней с шагом 300 мм. Расход металла на стержни составит 11,7 кг, расход клея для вклеивания стержней - 2,8 кг. Для обеспечения равномерного запрессовочного давления располагаем точки приложения нагрузки в середине между стержнями, что потребует постановки 20-ти вайм (расстояние между точками приложения давления не должно превышать 50 см по требованию п.3.42 «Руководства по изготовлению и контролю качества деревянных клееных конструкций». - М., ЦНИИСК, 1982 г, с.27). Разница в давлениях преднапряжения в местах постановки стержней и в середине между ними составит по данным экспериментов ≈10% (0,499 МПа и 0,449 МПа).

Пример 2. Все то же. Выполняем расстановку стержней с шагом 400 мм. Расход металла на стержни составит 8,6 кг, расход клея для вклеивания стержней - 2,1 кг. Для обеспечения равномерного запрессовочного давления необходима постановка 15-ти вайм. Разница в давлениях преднапряжения в местах постановки стержней и в середине между ними составит по данным экспериментов ≈15% (0,499 МПа и 0,424 МПа).

Пример 3. Все то же. Выполняем расстановку стержней с шагом 500 мм. Расход металла на стержни составит 6,8 кг, расход клея для вклеивания стержней - 1,6 кг. Для обеспечения равномерного запрессовочного давления необходима постановка 12-ти вайм. Разница в давлениях преднапряжения в местах постановки стержней и в середине между ними составит по данным экспериментов ≈20% (0,499 МПа и 0,400 МПа).

В сравнении с примером №1 шаг расстановки стержней 500 мм позволяет обеспечить экономию металла 42% и экономию клея 43% при достаточной степени обеспечения равномерной передачи предварительного напряжения по всей длине пакета. Кроме этого дополнительное уменьшение материалоемкости и трудоемкости способа достигается за счет сокращения количества запрессовочных вайм (12 в примере №3 и 20 в примере №1).

Эксперимент подтвердил, что создание предварительного напряжения в деревянных клееных пакетах в направлении поперек волокон позволяет избежать появление в них усушечных трещин, что особенно важно в случае применения пакетов как дощато-клееных обшивок в стеновых ограждениях, а также в случае восприятия пакетами опасных растягивающих напряжений в направлении наименьшей прочности древесины. Предлагаемый способ позволяет осуществить стык пакетов с предварительным напряжением вплотную друг к другу, например при выполнении стеновых ограждений.

Способ создания предварительного напряжения в деревянных клееных пакетах в направлении поперек волокон сжатием их стальными стержнями, отличающийся тем, что сжатие обеспечивается при запрессовке деревянного клееного пакета давлением 0,5 МПа стальными стержнями, вклеенными с шагом 300-500 мм по всей длине пакета в заранее высверленные отверстия, при этом длина стержней равна ширине пакета с учетом ее уменьшения после передачи запрессовочного давления.