Отличие клееного деревянного бруса от профилированного

Дома из натурального дерева популярны издавна. Но при выборе материала для своего жилища важно разобраться в деталях и тонкостях применяемых технологий. Просто набирая в запросе поисковой системы сочетания слов «строительство клееный брус» или «массив профилированная древесина» можно быть введенным в заблуждение красивой рекламой производителя, который, возможно, умалчивает о тех или иных нюансах. На самом деле эти стройматериалы имеют существенные различия, и решение нужно принимать с учетом всех плюсов и минусов, им присущим.

Технология производства

Профилированный брус получают из цельного бревна, у которого попросту срезаются четыре стороны для придания соответствующего размера и сечения. Предусматривается система соединения при последующей укладке: это может быть стыковочный узел типа «гребень-выемка» или «шип-паз». Клееный же набирают из отдельных ламелей, сращиваемых при помощи специальных скрепляющих составов под давлением, после чего строгают для доведения до нужного габарита. В обоих случаях сборка сруба из блоков стандартных размеров удобна и практична. Элементы его плотно фиксируются. По желанию между ними закладывается герметизирующий уплотнитель.

Казалось бы, монолитная древесина лучше, чем составная, но в данном случае утверждение спорно. Известно, что дом тем теплее, чем толще его стены. Но стоимость цельного бревна возрастает нелинейно при увеличении размера – просто потому, что найти подходящее сырье становится сложнее. Кроме того, антисептическая и огнеупорная пропитка (обязательная процедура) тем труднее, чем крупнее элемент. То же относится и к сушке: так, дом из профилированного бруса более подвержен последующей усадке, которая может доходить до 3-5%. Для клееных же образцов проблемы пропитки и удаления влаги легко решаются на этапе подготовки ламелей.

Дефектология

Разные технологии производства выдвигают различные требования к качеству готовой продукции. Кривизна балки цельного профилированного бруса не должна превышать 1/20 его ширины, для клееного материала этот параметр составляет 1/30 часть. Максимум кромочной кривизны на длине 2 метра в первом случае – 10 мм, во втором – всего 6. Допустимая глубина трещин от усадки соответственно 1/2 и 1/3 толщины.

Вроде бы все параметры подталкивают к выбору именно клееного бруса. Он несколько лучше держит тепло, прочнее обычного дерева за счет геометрии взаимного расположения ламелей. Но у цельного есть существенное преимущество: не нужно заботиться о сохранности внутренних контактных соединений. Такой дом не требует обшивки для предохранения от природных осадков. Клей же не пропускает воздух и может со временем выветриваться или иным образом изменять свои свойства: химический состав и качество его остается на совести фирмы-производителя, в то время как натуральная древесина ведет себя предсказуемо.

Вопрос, какой именно материал предпочесть, в каждом конкретном случае зависит от потребителя. Оптимальный выбор – тот, который в дальнейшем не приведет к разочарованию. Это относится к прочности и долговечности сруба, необходимости дополнительной его отделки, срокам строительства и многим другим факторам.

В чем отличие профилированного бруса от клееного?

Строительство домов из дерева на сегодняшний день от компании «СтроимДоМ» находится на высоте. Такое строительство весьма популярно, так как пиломатериалов на рынке довольно много, ассортимент довольно широкий. Давайте разберемся дачные дома из бруса и зимние дома из бруса , лучше всего строить из клееного или же из профилированного материала.

Клееный и профилированный брус: характеристики свойства

• Сырье. Профилированный брус изготавливается из цельной древесины, а клееный в свою очередь получается с помощью склеивания ламелей.
• Размеры. Профилированный брус ограничивается размерами заготовок из дерева. Клееный же брус имеет довольно широкий диапазон размерной линейки.
• Экологичность. Клееный брус использует в своем производстве клей, в котором содержится различная химия. Профилированный брус же проходит этап дополнительного обрабатывания поверхности с помощью антисептиков.
• Воздухопроницаемость. У профилированного бруса этот показатель соответствует породе древесины, из которой он создан. У клееного бруса этот показатель достаточно ниже.
• Прочность. Этот показатель лучше всего у клееного бруса, у профилированного он ниже.
• Эстетичность. Профилированный и клееный брус в этом плане идут наравне.
• Стоимость. Цена за профилированный брус намного ниже, чем у клееного.

Такой брус идеально подходит для того, чтобы построить финские дома из бруса.

Преимущества строительства домов из бруса

Клееный брус. Хорошее качество конструкций стен, надежность, правильная геометрия, хорошая теплоэффективность,

Профилированный брус. Эстетичность и экологичность материала, относительно невысокая стоимость, высокое качество и надежность зданий.

На самом деле, любой из этих материалов прекрасно подходит для постройки жилого дома из бруса для круглогодичного проживания.

Чем отличается клеёный брус от профилированного, их сравнение — статьи СК «ДОМАПЕРМЬ.РФ»

Чем отличается клеёный брус от профилированного, их сравнение.

================================================================================

Всё больше людей при выборе подходящего материала для строительства отдают предпочтение дереву. Причиной тому являются надёжность, экологическая чистота и хорошая способность сохранять тепло. Бревно имеет высокую стоимость, а длительность его усадки достигает 24 месяцев, поэтому дома из бруса гораздо популярнее. Но тут встаёт вопрос – клеёный или профилированный материал выбрать? Приведённое далее сравнение поможет вам в этом разобраться.

Ограничения по длине

Профилированный брус изготавливается длиной до 6 метров. Зачастую это вынуждает вносить определённые коррективы на этапе разработки проекта. Выполнять строительство домов с большими габаритами из данного материала можно, но с учётом необходимости формирования на стыках перерубов. При грамотном подходе к проектированию, впрочем, они помогут обеспечить зонирование и не испортят внешний вид.

Длина клеёного бруса может достигать 12 метров, что даёт большую свободу при планировании помещений. Здесь уже нет ограничений для фантазии, кроме требований СНиП.

Усадка и деформация

Профилированный брус камерной сушки даёт усадку до 5 %, естественной – до 8 %. Приступать к внутренней отделке такого дома можно лишь через 6 месяцев после окончания строительства. Также он часто трескается, особенно при естественной сушке. Частично проблема решается за счёт внесения изменений в процесс производства, когда высота изделия делается больше его ширины. Тогда трещины образуются лишь в пазах, и их гораздо меньше.

В этом плане клеёный брус имеет значительные преимущества. Для его изготовления используется древесина влажностью не более 12 %, что позволяет достичь минимальных показателей усадки – в пределах 1,2-1,7 %. При соблюдении технологии производства в данном материале отсутствует внутреннее напряжение, а значит, со временем он не трескается и не деформируется.

Экологичность

С профилированным брусом всё понятно – он прекрасно дышит, способствует поддержанию оптимальной влажности воздуха и не содержит вредных веществ. Экологическая чистота клеёного бруса зависит от используемых при его изготовлении химических веществ. Недобросовестные производители для удешевления материала могут применять клей низкого качества, который в процессе эксплуатации будет выделять формальдегид.

Лучше всего, когда для склейки древесины используется эмульсионный полимер-изоцианат (ЭПИ). Он увеличивает стоимость готовой продукции в 1,5 раза по сравнению с профилированной, но полностью безопасен и обеспечивает высокую прочность.

Какой же выбрать?

По качеству и надёжности оба вида материалов идентичны. Окончательный выбор в пользу того или иного зависит от условий строительства. Если вы собираетесь возводить дом стандартных габаритов, желаете сэкономить и готовы ждать полной усадки перед началом отделочных работ – выбирайте профилированный брус. Во всех остальных случаях лучше подойдёт клеёный материал.

Клееный брус и брус камерной сушки. Сравнение

Деревянное строительство. Сегодня эта отрасль терпит подъема и, надо сказать, заслугой этому является использование совершенно новых пиломатериалов. Прежде, чем заговорить о них, хотим напомнить, что раньше для возведения деревянных домов использовались бревна и цельный брус.

Оба пиломатериала отличаются друг от друга, однако у них есть и одна общая черта. Нет, речь идет не о лесном происхождении (хотя, это качество является основополагающей общностью двух древесин). На самом деле мы хотим подчеркнуть определенный процент влаги внутри бревен и бруса, который со временем имеет свойство уменьшаться и, наоборот, увеличиваться. Колебания уровня влаги изменяют форму древесины. За этим меняется конструкция деревянного дома, его проемы сужаются или наоборот расширяются. Данный цикл называется усадкой, и пока он происходит, человеку лучше не заселяться в доме. Ведь при заселении нужно ставить новые двери, окна и т.д. При усадке монтаж, как вы понимаете, нежелателен.

У каждого пиломатериала, в зависимости от ее обработки и породы, есть свой определенный процент усадки. Нам же нужно, чтобы его вообще не было. По этой причине для деревянного домостроения специалисты разработали два новых пиломатериала – брус камерной сушки и клееный брус. Изготовление бруса идет сейчас на многих современных предприятиях и познакомимся с ними поближе необходимо для лучшего понимания свойств этого материала.

Брус камерной сушки

Данный брус является усовершенствованным вариантом знакомого нам цельного профилированного бруса. Усовершенствование заключается в устранении влажности внутри структуры бруса посредством сушильной камеры. Как правило, изготовление бруса этого типа предусматривает применение хвойных пород. Они наиболее влагостойкие и недорогие. Еще хвоя хорошо обрабатывается.

Вернемся к обработке бруса. Надо сказать, что кроме сушки заготовка проходит обработку поверхности, которая позволяет достигнуть четырехкантного бруса. Такая форма пиломатериала значительно упрощает его использование. К тому же не будем забывать, что благодаря обсушиванию уровень усадки бруса достигает 2-5%.

Клееный брус

Второй вид – клееный брус. Его получают из нескольких ламелей путем их склеивания друг с другом. Причем ламели идут разными. То есть для внешних сторон клееного бруса используются ламели крепких пород, чтобы поверхность будущего дома была устойчивой перед механическими повреждениями, а вот внутренняя основа – это уже ламели хвойных пород, устойчивых к влаге.

В целом все ламели влагоустойчивы, потому что до момента своего склеивания они проходят сушку. Вдобавок к этому их пропитывают специальными растворами. Затем клееному брусу задается особая поверхность, пазы и гребни, которые значительно упрощают кладку данного материала.

Итак, подведем вывод. Если вы хотите сразу заселяться в деревянном доме и при этом не волноваться за то, что он будет время от времени изменяться под воздействием влаги, то используйте клееный брус или брус камерной сушки. Последний дешевле первого, потому что он цельный. Из-за этого его процент усадки и другие технические параметры улучшены не до конца. Клееный брус – это стопроцентное качество, которое, разумеется, стоит больше.

Клеёный и профилированный брус: в чем отличие

Вступление

Нельзя сказать, что дома из клеёного бруса лучше домов из профильного. И наоборот, дома из профильного бруса лучше домов из клеёного. Однако существуют объективное отличие профилированного и клеёного бруса для строительства. О них и поговорим в этой статье.

Дома из бруса

Для начала вспомним, что дома из бруса в отличие от срубов, строят не из брёвен, а из строганых или клеёных заготовок древесины хвойных пород с прямоугольным сечением. Некоторые компании выпускают брус у которых, условно, внешняя сторона полукруглая.

Для строительства брусовых домов активно применяются два типа строительного бруса:

• Профильного;
• Клеёного.

Между ними есть принципиальные отличия, которые влияют на их цену и технологию строительства. Посмотрим на них.

Дома из профильного бруса

Из профильного бруса строят одноэтажные и двухэтажные дома площадью до 250-280 кв. метров. Для строительства наиболее выгодно приобретение готового комплекта дома из сухого бруса.

Данный вид домов, как конструктор, покупается по готовому проекту или изготавливается по индивидуальному проекту. В комплект дома входят все необходимые элементы и стройматериалы для сборки дома на участке. Комплект полов на уровне лаг, без половой доски. Фундамент к дому изготавливается отдельно.

В компании «Норма брус», на сайте https://normabrus.ru/doma-iz-profilirovannogo-brusa/, вы можете посмотреть готовые проекты домов из бруса и иметь лучшее представление об их разнообразии.

В отличие от бруса естественной влажности, данная компания выпускает дома из сухого бруса. Это брус изготовленный из древесины естественной влажности и высушенный в сушильной камере до влажности 20%.

Сухость бруса гарантирует усадку дома в первый год не более 5%, а во второй год не боле 3%. Это не позволит заниматься отделочными работами в год постройки, однако и не потребует ждать несколько лет до полной усадки.

Дома из клеёного бруса

Производство клеёного бруса принципиально отлично. Брус необходимо сечения клеят из заранее изготовленных и просушенных ламелей (досок). Получаемый материал обладает рядом преимуществ:

• Поперечное расположение волокон древесины в соседних ламелях бруса значительно его укрепляют;
• Влажность бруса до 10%;
• Внешнюю сторону бруса делают из древесины лиственных пород, что исключает необходимость внешней облицовки дома;
• Дома из клеёного бруса практически не дают усадки, а значит от завершения строительства до заселения сроки минимальны;
• Недостатки клеёного бруса в более дорогой цене.

Заключение

Итак, клеёный и профилированный брус отличаются технологией их производства. Первый клеят из досок, второй строгают из заготовки хвойных пород. Клеёный брус более сухой, дом из него не даёт усадки, стоит он дорого. Стоит отметить, что оба типа бруса имеют профильные стороны шип-паз для лучшей сборки и утепления дома.

©opolax.ru

Еще статьи

Клееный профилированный брус для строительства домов

Клееный брус — это 100% натуральный и экологически чистый материал для строительства домов, коттеджей, бань и других деревянных построек.

Чем клееный профилированный брус отличается от бруса из массива

Среди тех, кто существованию в загазованном мегаполисе предпочитает сегодня жизнь на лоне природы, все больше приверженцев деревянного домостроения. Дерево – уникальный – «живой» – натуральный материал. Деревянный дом согреет в морозы и дарует прохладу в жаркий летний день; если на улице сыро – что в нашем климате не редкость – дерево поглотит излишнюю влажность в доме, а при чрезмерной сухости отдаст влагу в помещение. Даже болеют жители деревянных домов реже своих городских собратьев – ведь хвойные масла, содержащиеся в дереве, это природные антисептики.

За века и тысячелетия своего существования человечество овладело множеством технологий строительства с использованием древесины, начиная от бревенчатой русской классики и западноевропейского фахверка и заканчивая современными каркасными панелями и массивными клееными плитами CLT, пригодными для возведения многоэтажных многоквартирных жилых домов.

Полезная информация

Какая технология подходит для домов круглогодичного проживания?

Для домов круглогодичного проживания региона Санкт-Петербурга и Москвы необходимое термическое сопротивление составляет R= 3,1 м2·°C/Вт. Исходя из этого, дом для круглогодичного проживания может быть: каркасно-панельный, построенный из CLT плит (Х-lam), фахверковый, дом из зимнего клееного бруса/бревна (композитный клееный брус с пробковым агломератом). Традиционный клееный брус, клееное бревно, ручная рубка и оцилиндровка относятся к дачным домам для сезонного проживания. Например, клееный брус 200 мм имеет R =1,7 м2·°C/Вт, (вместо 3,1 м2·°C/Вт).

В настоящее время одним из самых востребованных деревянных материалов является клееный брус. Экологически чистый и долговечный – он за счет специальной технологии производства обладает повышенной прочностью и стойкостью к перепадам влажности, не трескается, практически не меняет размеров. Поэтому выстроенный из него дом фактически не дает усадки, а значит, в нем можно сразу же монтировать инженерные системы, вставлять двери и окна, и начинать отделку, в отличие от деревянных домов, построенных по традиционным технологиям.

Собственное производство современных древесных материалов

Проектирование и строительство деревянных домов из бруса и клееного бревна является одним из основных направлений деятельности компании «Промстройлес». Мы производим клееные стройматериалы на самых современных зарубежных технологических линиях. Так для производства клееного бруса свежеспиленные бревна распускают на доски (ламели), которые сушат, проверяют на наличие дефектов, остругивают.

Ламели склеиваются в специальных прессах с использованием клеевого состава на натуральной основе. За счет удаления дефектных участков и ориентации досок с разным направлением годовых колец при склеивании, конечный продукт получается намного прочнее традиционного бруса из массива. Клееный таким образом брус фрезеруется до готового профиля, в нем выполняются отверстия для стяжек, узлы углового соединения. При строительстве дома все детали надежно соединяются и образуют единую целостную и прочную комбинацию. На сегодняшний день здания, построенные из данного строительного материала, считаются одними из самых надежных сооружений.

Типовые проекты домов, возводимых как из традиционного или безусадочного клееного бруса, так и с применением других технологий, представлены в нашем каталоге. Наличие собственного производства позволяет нам гарантировать клиентам стабильное качество при относительно невысоких ценах.

Дома из профилированного клееного бруса

Полезная информация

Чем отличается профилированный брус от клееного бруса?

При выборе материала для строительства дома у начинающих строителей часть возникают вопросы. В России продолжает оставаться одним из наиболее доступных вариантов по цене деревянный брус. Действительно, строительный лес – это самый простой и доступный способ организовать собственное жильё. Однако, строительные маркеты предлагают различные варианты дерева:

• клееный;
• профилированный;
• оцилиндрованное бревно и т.д.

Строительство домов из профилированного бруса наиболее распространено в виду его ценовой доступности. Если Вы планируете построить дом в максимально сжатые сроки при не менее сжатом бюджете, то лучшего выбора попросту не придумать. Однако, и у профилированного бруса есть свои недостатки.

Какой брус предпочесть?

Производство профилированного бруса осуществляется непосредственно из бревён. Но необходимо понимать, что наиболее плотная древесина у бревна располагается снаружи ствола (речь идёт о наружных слоях).

При производстве материала отсекаются, как раз самые прочные части древесины. В результате, брус состоит из достаточно рыхлой середины. На самом деле, её плотности вполне хватает для использования в качестве строительного материала.

Однако во время хранения или во время эксплуатации уже готового строения, брус неминуемо намокает и высыхает. Вышеозначенные пертурбации приводят к возникновению трещин.

Но это лишь половина проблемы. С течением времени профилированный брус начинает скручивать (по спирали). Естественно, дом от этого не развалиться и если перед установкой дверей и окон выждали усадку, то и блокировок не случится.

Однако, изменение конфигурации дерева всё равно не останется незаметным – появятся сквозняки.

Если экономить, то покупать клееный брус не имеет смысла

Это абсолютная правда. Клееный брус не располагает всеми вышеозначенными недостатками профилированного аналога. Ведь клеёный брус собирается из отдельных досок, склеиваемых между собой.

В результате, и усадки практически, как таковой нет. И дерево не трескается. Однако, стоимость клеёного бруса значительно выше, чем у профилированного. Профессиональные строители предлагают поступить следующим образом.

Построить дом из профилированного бруса и максимально сэкономить. Но, чтобы в дальнейшем «закрыть» главный недостаток строительного материала (через два или три года) выполнить дополнительное утепление строения. Также рекомендуется выполнить монтаж сайдинга. В результате по эксплуатационным характеристикам получится практически то же строение, что и аналог, построенный из клееного бруса.

Смотрите также:

Профессионал открывает секреты выбора строительного материала:

Твитнуть

Клееный брус | Изделия из дерева

Клееный брус — это конструкционное изделие из дерева, изготовленное из склеенных между собой деревянных планок. Он состоит как минимум из четырех полос или листов пиломатериалов максимальной толщиной 45 мм с направлением волокон по длине клееной древесины. Финская ассоциация клееного бруса рекомендует, чтобы клееный брус имел класс прочности GL 30c в соответствии со стандартом SFS-EN 14080.

Клееный брус используется для несущих конструкций как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении, которые остаются видимыми или облицованы.Кроме зданий, клееный брус используется, например, в строительстве несущих мостов.

Клееный брус обычно строган по всему периметру и доступен в различных вариантах отделки и с пропиткой под давлением. Наиболее распространенные размеры поперечного сечения показаны в прилагаемой таблице, но также доступны многослойные пиломатериалы особых размеров.

Наиболее распространенные размеры поперечного сечения клееной древесины

Максимальная высота клееного бруса ок.2 метра и максимальная длина прибл. 30 метров. Максимальные размеры зависят от производителя. Полосы или листы, из которых изготавливается клееный брус, обычно имеют максимальную толщину 45 мм для прямых балок и максимальную толщину 33 мм для изогнутых конструкций.

Балки из клееного бруса обладают хорошей огнестойкостью и не прогибаются под воздействием тепла. Скорость обжига клееного бруса составляет ок. 0,6 мм / мин. Глубина обугливания через час в обычном

пожара ок.36 мм. Стальные детали, встроенные в клееный брус, также защищены от огня на эквивалентный срок.

Свойства клееного бруса определены в соответствии с финским стандартом SFS-EN 14080, а производство клееного бруса — в соответствии с SFS-EN 386. Клееный брус, соответствующий этим стандартам, может использоваться в классе прочности GL в соответствии с SFS-EN 1194.

Стандартные размеры

Щель GLT. Стандартные размеры

* Только по спецзаказу

Брус клееный

Клееный брус — это изделие из дерева, которое не соответствует стандартам по клееному брусу, но изготавливается путем склеивания двух или более пиломатериалов вместе. Такие изделия используются сами по себе в несущих конструкциях и в качестве заготовок для различных изделий из дерева, таких как оконные рамы, клееный брус и т. Д. Доступны классифицированные по прочности и готовые готовые изделия из клееного дерева и т. Д.

Новый скандинавский справочник по клееной древесине

Опубликован справочник по клееной древесине, который был переработан в соответствии с Еврокодами и адаптирован для Финляндии. Книга представляет собой Интернет-издание, состоящее из трех частей, которые можно скачать по адресу puuinfo.fi.

ЧАСТЬ 1 дает основную информацию о свойствах и производстве клееной древесины и ее использовании в строительстве.

ЧАСТЬ 2 подробно знакомит с основами проектирования ламинированных конструкций и их стыков.

ЧАСТЬ 3 представляет в сжатой форме уравнения, значения и методы проектирования, используемые при расчете размеров. Способы использования этих методов проиллюстрированы примерами.

Это очень полезное руководство для проектировщиков, должностных лиц и строительных фирм, которое может широко использоваться для обучения на различных уровнях в области строительства.

Design Properties — APA — The Engineered Wood Association

Элементы изгиба клееного бруса обычно указываются на основе максимально допустимого напряжения изгиба элемента. Например, обозначение 24F указывает на элемент с допустимым напряжением изгиба 2400 фунтов на квадратный дюйм. Точно так же обозначение 26F относится к элементу с допустимым напряжением изгиба 2600 фунтов на квадратный дюйм. Эти разные уровни напряжения достигаются за счет изменения процентного содержания и сорта пиломатериалов более высокого качества в укладке балок.Использование разных видов также может привести к разным обозначениям стресса.

Визуальное и механическое профилирование

Чтобы определить, классифицирован ли брус, используемый в балке, визуально или механически, комбинация напряжений также включает второй набор обозначений. Например, для несбалансированной укладки 24F с использованием визуально отсортированных пиломатериалов из пихты Дугласа обозначение укладки идентифицируется как 24F-V4. Буква «V» указывает на то, что при укладке используются пиломатериалы с визуальной сортировкой. Балка 24F-E4 указывает на механическую сортировку пиломатериалов.Число «4» дополнительно указывает на конкретную комбинацию используемых пиломатериалов, к которой относится полный набор расчетных напряжений, таких как горизонтальный сдвиг, MOE и т. Д.

Ориентация оси

Клееные балки обычно устанавливаются так, чтобы широкая поверхность ламелей была перпендикулярна приложенной нагрузке. Их обычно называют горизонтально ламинированными элементами. Если этот же элемент поворачивается на 90 градусов, так что нагрузка прикладывается параллельно широкой поверхности пластин, он считается вертикально ламинированным элементом.Клееные балки имеют различные табличные характеристики напряжений в зависимости от того, используется ли элемент в горизонтальной или вертикальной ориентации.

Сбалансированные клееные балки

Эти элементы симметричны по качеству пиломатериалов относительно средней высоты. Уравновешенные балки используются в таких приложениях, как консольные или непрерывные пролеты, где верхняя или нижняя часть элемента может подвергаться напряжению из-за эксплуатационных нагрузок. Их также можно использовать в однопролетных приложениях, хотя несбалансированная балка более эффективна для этого использования.

Несбалансированные клееные балки

Самая критическая зона изгибаемого элемента из клееного бруса с точки зрения контроля прочности — это крайняя зона растяжения. В несбалансированных балках качество пиломатериалов, используемых на растянутой стороне балки, выше, чем у пиломатериалов, используемых на соответствующей стороне сжатия, что позволяет более эффективно использовать ресурс древесины. Чтобы обеспечить правильную установку несбалансированных балок, на верхней части балки четко выбито слово «TOP». Несбалансированные балки в первую очередь предназначены для простых пролетов.

Классификация внешнего вида

Клееный брус

доступен в различных вариантах внешнего вида, все они выглядят по-разному, но имеют одинаковые структурные характеристики для данного класса прочности.

• Внешний вид обрамления предназначен только для скрытого применения.
• Промышленный вид используется там, где внешний вид не имеет первостепенного значения.
• Архитектурный внешний вид Балки имеют гладкую привлекательную поверхность, предназначенную для того, чтобы их можно было увидеть в готовой конструкции.
• Внешний вид премиум-класса По индивидуальному заказу доступны балок, где готовый внешний вид имеет первостепенное значение.

Развал

В то время как любой деревянный изгибающийся элемент может быть спроектирован так, чтобы минимизировать прогиб, клееный брус является единственным конструктивным деревянным продуктом, который можно легко выгибать, чтобы уменьшить эстетический эффект прогибов при эксплуатации. Промышленность по производству клееного бруса рекомендует, чтобы балки крыши изгибались в 1-1 / 2 раза больше расчетного прогиба от статической нагрузки.Обычно этого будет достаточно, чтобы гарантировать, что балка не будет прогибаться в течение многих лет нагрузки, как это может происходить с деревянными изделиями без изгиба. Для достижения ровного профиля рекомендуется, чтобы балки перекрытия изгибались только в 1,0 раза от расчетного прогиба от статической нагрузки.

Для большинства жилых помещений требуется очень небольшой изгиб или совсем его не требуется, что, в свою очередь, делает клееный брус идеальным выбором. Дополнительную информацию см. В Техническом примечании APA: Клееный брус изгиба , форма S550.Однако если требуется больший изгиб, например, для длиннопролетной балки крыши, изготовители могут заказать балки по индивидуальному заказу, соответствующие самым строгим требованиям. Уточняйте наличие и добавленную стоимость для изгиба, если таковой имеется, у поставщика.

Механические свойства клееного бруса с различными схемами сборки

Секция клееного бруса со слоями разных сортов может эффективно использовать прочность материала и снизить стоимость. Испытание на 4-точечный изгиб было проведено на 18 образцах для исследования механических свойств клееной древесины.Для сборки секций балки использовались однородные, асимметричные смешанные и симметричные смешанные образцы. Прочность на изгиб и надежность балок были оценены по результатам экспериментов. Влияние схемы сборки на поведение при изгибе клееного бруса было исследовано с помощью моделей конечных элементов. Результаты показывают, что схема сборки секции мало влияет на режим разрушения клееного бруса. Относительно более низкая прочность в зоне сжатия секции способствует задержке возникновения первой трещины на балке из клееного бруса.Было предложено уравнение кажущейся жесткости при изгибе клееного бруса, результаты которого хорошо согласуются с экспериментальными результатами. Секция балки, собранная по асимметричной схеме смешанного уклона, сохраняет более высокий уровень безопасности по сравнению с секцией, собранной при помощи узора однородного уклона и симметричного узора смешанного уклона. Уровень прочности на растяжение второй нижней пластинки мало влияет на характеристики клееного бруса, в то время как пластины более низкого качества в зоне сжатия секции могут вызвать снижение жесткости на изгиб при меньшем прогибе.

1. Введение

Конструкционный клееный брус широко используется в деревянных конструкциях. Этот материальный продукт известен как материал, склеенный из выбранных кусков дерева путем соединения пиломатериалов встык, край к краю и лицом к лицу [1]. По сравнению с пиломатериалами, клееный брус может быть спроектирован с более длинными пролетами и переменным поперечным сечением в зависимости от конкретных применений [2–7]. Кроме того, встречающиеся в природе дефекты, снижающие прочность, случайным образом распределяются по объему структурного компонента. Появление клееного бруса в корне решило проблему несоответствия древесины инженерным требованиям по размеру и дефектам. Следует отметить, что конструктивные элементы из клееного бруса чрезмерно рассчитаны на прочность из-за его режима хрупкого разрушения. Важной особенностью клееного бруса является то, что склеивание пластин может привести к получению секций с более высокой прочностью, чем прочность одиночной пластины, из которой они построены [8].

Было проведено множество исследований характеристик клееного бруса.Toratti et al. [9] провели анализ надежности клееной балки, который показал, что влияние изменения прочности незначительно. Tomasi et al. [10] исследовали поведение на изгиб в смешанных и армированных клееных деревянных балках. Результаты показали, что стальная арматура снова оказалась способной обеспечить простое и надежное решение. Hiramatsu et al. [11] провели исследование прочностных свойств клееного бруса. Результаты показали, что использование клееных кромочных швов не повлияло на разрушение образцов. Аншари и др. [12] предложили новый подход к усилению клееной балки, испытанной при изгибе. Телес и др. [13] провели неразрушающий тест для оценки прогиба клееной балки из твердой древесины. Роханова и Лагана [14] описали параметры качества и соответствующие требования к строительной древесине. Fink et al. В [15] предложен и проиллюстрирован вероятностный метод моделирования прочности клееного бруса. Карраско и др. [16] провели несколько испытаний, чтобы изучить влияние стыка косынки на характеристики балки из клееного бруса.Blank et al. [17] предложили аналитическую модель, которая продемонстрировала, что характеристики балок из клееного бруса значительно улучшаются, если учитывать квазихрупкость. Kandler et al. [18] провели испытание балок из клееного бруса с узловой морфологией, результаты которого показали, что необходимо разработать механические модели деревянных элементов для реалистичного прогнозирования механических свойств.

При традиционном проектировании и изготовлении из клееного бруса по сечению используются однотонные ламели. Влияние схемы сборки на конструктивные элементы не учитывается, что является пустой тратой материалов. Секция из клееного бруса со слоями разных сортов может эффективно использовать прочность материала и снизить стоимость. Несмотря на то, что некоторые основные схемы сборки охватываются некоторыми руководящими принципами и стандартами проектирования [19–22], необходимо провести дополнительные исследования влияния схем сборки на характеристики клееной древесины. В этом исследовании проводятся испытания балок на 4-точечный изгиб для оценки механических свойств клееной древесины.Используются три типа схем сборки, которые включают сборку однородного сорта, асимметричную сборку смешанного сорта и симметричную сборку смешанного сорта. На основании результатов экспериментов изгибная жесткость и надежность балок оцениваются различными методами. ABAQUS также проводит параметрический анализ.

2. Экспериментальная программа

2.1. Свойства материала

Образцы клееной древесины, испытанные в этом исследовании, были изготовлены с использованием пластин из дугласовой пихты шести сортов, от класса Me 8 до Me 14. Образцы многослойной древесины были изготовлены и испытаны на предел прочности и модуль упругости, как показано на Рисунке 1. Свойства материала многослойной древесины перечислены в Таблице 1. Эпоксидная паста для склеивания имела модуль упругости с пределом прочности при растяжении 23. –26 МПа и предел прочности на сдвиг 13–16 МПа, которые предоставляются поставщиками.

Марка Предел прочности при растяжении (МПа) Модуль упругости при растяжении (МПа) Предельное напряжение сжатия (МПа) Модуль упругости при сжатии (МПа) Me8 18.1 8636 33,6 8787 Me9 21,8 9381 37,7 9692 Me10 22,6 10336 40,9 10828 24,6 11538 43,3 11629 Me12 26,3 12318 46,6 12630 Me14 32. 8 14063 57,2 14282

2.2. Проектирование и изготовление образцов

Клееный брус

классов 21 и 24 был спроектирован в соответствии с китайским стандартом GB / T 26899-2011 [19], в то время как листы были склеены в 6 слоев, как показано на рисунке 2. Три типа сборки Были использованы образцы, которые включали сборку однородного сорта (TC _T ), асимметричную сборку смешанного сорта (TC _YF ) и симметричную сборку смешанного сорта (TC _YD ).Для каждого профиля было разработано три образца, в этом случае всего было изготовлено 18 образцов. Ширина и глубина всех образцов составляли 90 мм и 200 мм соответственно. Размах всех экземпляров составил 3750 мм. Отношение пролета к глубине было 18,75, что благоприятствовало характеристикам изгиба, а не сдвигу. Образцы зажимали давлением 0,5 МПа в течение 24 часов, как показано на рисунке 3, и подвергали постотверждению при температуре окружающей среды в течение 7 дней.

2.3. Установка и процедура испытания

На образцах было проведено 4-точечное статическое испытание на изгиб, как показано на Рисунке 4.Вертикальные нагрузки были приложены на 1400 мм и 2200 мм пролета через испытательную машину 100 кН со скоростью 2 мм / мин в соответствии с GB / T 50329-2002 [23]. Был использован метод контроля смещения, а общая продолжительность нагрузки была установлена ​​от 6 до 14 минут. Шесть тензодатчиков были размещены на каждой пластине в середине пролета балки. Осадка на опоре и прогиб образца регистрировались с помощью линейных переменных дифференциальных трансформаторов (LVDT).

3. Результаты экспериментов

3.1. Поведение при разрушении образцов

. Предел нагрузки и вид разрушения 18 образцов приведены в таблице 2. Можно видеть, что прочность асимметричного сборочного участка смешанного сорта и симметричного сборочного участка смешанного сорта была выше, чем у участка однородной сборки. На рисунке 5 показаны явления разрушения типичных образцов. За исключением образца TC _T -21, разрыв нижней пластины при растяжении наблюдался во всех образцах. Большинство трещин образовалось от узлов на нижней пластине.Разрушения при сжатии и отслоения не наблюдалось. Следует отметить, что расслоение, показанное на рисунке 5, действительно произошло после разрушения образцов при растяжении. Некоторое расслоение есть даже в самой пластине, а не в клеевом слое. По этой причине в исследовании не учитывается напряжение сдвига между пластинами. Это может означать, что схема сборки не повлияет на режим разрушения клееного бруса.

900 No. Предельная нагрузка (кН) Вид отказа Результаты испытаний Среднее значение TC T -21 (1) 30.02 29.06 Разрушение при растяжении нижняя пластина TC T -21 (2) 28,91 TC T -21 (3) 28,24 TC YF -21 ( 1) 40. 53 39,23 Разрушение при растяжении нижней пластины TC YF -21 (2) 39,03 TC YF -21 (3) 38,13 TC YD -21 (1) 45.03 43,59 Разрушение при растяжении нижней пластины TC YD -21 (2) 43,37 TC YD -21 (3) 42.37 TC T -24 (1) 38,27 37,34 Разрушение нижней пластины при растяжении TC T -24 (2) 37,16 TC T -24 (3) 36,59 TC YF -24 (1) 50,77 49,84 Разрушение нижней пластины при растяжении TC ЯФ -24 (2) 50. 10 TC YF -24 (3) 48,65 TC YD -24 (1) 56,63 55,38 Разрушение нижней пластины при растяжении TC Яркость -24 (2) 55,67 TC Яркость -24 (3) 53,83

3.2. Реакция на прогиб балок при нагрузке

На рисунке 6 показана реакция образцов на прогиб при нагрузке.Представлена ​​только одна типичная кривая для каждого шаблона сборки. Анализ кривых нагрузка-смещение показывает, что даже трещины зародились и распространялись вместе с увеличением вертикальной нагрузки, поведение образцов оставалось почти линейным и не происходило значительного снижения жесткости до тех пор, пока образцы не разрушились. Можно видеть, что жесткость секций сборки смешанного сорта была выше, чем жесткость секции сборки однородного сорта. Можно сделать вывод, что поведение нижней пластины оказывает наибольшее влияние на прочность и жесткость клееного бруса, а не средней пластины.

Нагрузка на растрескивание асимметричной монтажной секции смешанного сорта больше, чем у секций однородной и симметричной смешанной сборки, как в секциях из клееного бруса сорта 21, так и в профиле 24. Этот факт может указывать на то, что относительная более низкая прочность в зоне сжатия секции выгодна для задержки возникновения первой трещины на балке из клееного бруса по сравнению с таковой на однородной и симметричной сборочной секции смешанного сорта. На рисунке 6 также показано, что секции сборки смешанного сорта имеют больший предельный прогиб, чем секция сборки однородного сорта.Сравнивая профили из клееного бруса марок 21 и 24 с одинаковой схемой сборки, можно было увидеть, что деформационная способность клееного бруса будет уменьшаться с увеличением сорта ламината.

3.3. Распределение деформации в секции в Midspan

Пластинки секции пронумерованы от 1 до 6 от верхней части секции. На рисунке 7 показано распределение деформации в среднем пролетном сечении типичных образцов при различных уровнях нагрузки. Всего для шести секций Уровня 21 и Уровня 24 секции как при растяжении, так и при сжатии эластичны на ранней стадии нагружения, что подтверждает отсутствие скольжения на границе раздела между пластинами в секции.После растрескивания наблюдалась нелинейность деформаций растяжения и сжатия, указывающая на дальнейшее развитие трещин в образцах. Значения, перечисленные в таблице 3, показывают, что асимметричная схема сборки допускает более высокие напряжения в клееной древесине при разрушении, чем симметричная схема сборки.

No. Нагрузка при разрыве (кН) Максимальная деформация растяжения в нижней пластине ( με ) Максимальное растягивающее напряжение в нижней пластине (МПа) TC T -21 (1) 30. 02 2200 22,7 TC T -21 (2) 28,91 2100 21,7 TC T -21 (3) 28,24 2050 21,2 TC YF -21 (1) 40,53 3050 37,6 TC YF -21 (2) 39,03 3000 36,9 TC ЯФ -21 (3) 38.13 2900 35,7 TC Яркость -21 (1) 45,03 2750 33,8 TC Яркость -21 (2) 43,37 2600 32,0 TC Яркость -21 (3) 42,37 2550 31,4 TC T -24 (1) 38,27 1500 18,0 TC Т -24 (2) 37.16 1400 16,8 TC T -24 (3) 36,59 1350 16,2 TC YF -24 (1) 50,77 2250 27,7 TC YF -24 (2) 50,10 2200 27,1 TC YF -24 (3) 48,65 2050 25,2 ярд -24 (1) 56. 63 1900 26,6 TC Яркость -24 (2) 55,67 1800 25,3 TC Яркость -24 (3) 53,83 1650 23,1

4. Обсуждение результатов

4.1. Жесткость на изгиб

Экспериментальная кажущаяся жесткость на изгиб (EI) _e.app балки из клееного бруса для всего пролета [23] может быть получена из кривых нагрузки-прогиба с помощью следующего уравнения: где Δ F / Δ ω — наклон кривой прогиба нагрузки, l _s — расстояние между точкой нагружения и опорой, а L — пролет балки.

Теоретическая жесткость на изгиб ( EI ) _em балки из клееного бруса может быть получена из упругой модели с использованием уравнения (2). Межслойные проскальзывания и влияние эпоксидных клеев в расчетах не учитываются: где E _i — модуль упругости слоя i , I _i — инерция слоя i , A _i — это площадь слоя i , а a _i — это расстояние между центроидом слоя i и нейтральной осью.

Уравнение из ссылки [21], которое может учитывать деформацию сдвига и отношение пролета к глубине балки из клееного бруса, также используется для расчета теоретической жесткости на изгиб ( EI ) _ec балки из клееного бруса : где G _w — модуль сдвига пластин, который составляет 730 МПа [24], H — глубина балки, и k — коэффициент деформации сдвига, определяемый, где h _w — стенка высота, b _w — ширина перемычки, а b — ширина балки.

Как указано в Таблице 4, жесткость на изгиб для секции балки класса 21, основанной на простой упругой модели, выше, чем результаты экспериментов, а для секции балки класса 24 ниже, чем экспериментальные результаты. С учетом деформации сдвига и отношения пролета к глубине теоретические значения становятся ниже для секций балки класса 21 и 24.

900 No. ( EI ) e. приложение ( EI ) em ( EI ) em / ( EI ) e.app ( EI ) ec () E ec / ( EI ) e.app TC T -21 (1) 5,05 6,16 1,23 5,77 1,14 TC T -21 (2) 4.97 6,16 1,24 5,77 1,16 TC T -21 (3) 4,93 6,16 1,25 5,77 1,17 TC YF — 21 (1) 5,45 6,44 1,18 6,01 1,10 TC YF -21 (2) 5,23 6,44 1,23 6,01 1,15 TC YF -21 (3) 4.98 6,44 1,29 6,01 1,21 TC Яркость -21 (1) 6,02 6,89 1,14 6,40 1,06 TC Яркость — 21 (2) 5,88 6,89 1,17 6,40 1,09 TC Яркость -21 (3) 5,76 6,89 1,20 6,40 1,11 TC T -24 (1) 5. 76 6,74 1,17 6,27 1,09 TC T -24 (2) 5,43 6,74 1,24 6,27 1,15 TC T — 24 (3) 5,38 6,74 1,25 6,27 1,17 TC YF -24 (1) 6,80 7,50 1,10 6,98 1,02 TC YF -24 (2) 6.56 7,50 1,14 6,98 1,06 TC YF -24 (3) 6,36 7,50 1,18 6,98 1,10 TC YD 24 (1) 7,38 7,92 1,07 7,29 0,99 TC Яркость -24 (2) 7,01 7,92 1,13 7,29 1,04 TC Ярд -24 (3) 6. 88 7,92 1,15 7,29 1,06

Поскольку уравнение (3) слишком сложно для использования, поправочный коэффициент K _v для теоретической жесткости на изгиб предложено в ссылках [7, 25]: где m , n , p — константы, определяемые тестами.

На основе экспериментальных результатов в этом исследовании предлагается поправочный коэффициент K _v1 следующим образом:

На рисунке 8 показано сравнение экспериментальных результатов и теоретической жесткости на изгиб.Можно видеть, что теоретическая жесткость на изгиб с предложенным поправочным коэффициентом в этом исследовании лучше всего согласуется с экспериментальными результатами. Поправочный коэффициент K _v , рассчитанный методами, указанными в ссылках [7, 25], слишком мал, чтобы соответствовать экспериментальным результатам в этом исследовании. Это можно объяснить тем, что для образцов при испытаниях в справочных материалах [7, 25] использовались составные секции. В будущем необходимо провести дополнительные исследования для повышения точности расчета теоретической жесткости на изгиб балок из клееного бруса.

4.2. Надежность

Чтобы оценить эффективность смешанного клееного бруса, для проведения анализа используются критерии пригодности к эксплуатации, указанные в Еврокоде 5 [21]. Изгибающий момент, относящийся к ограничению прогиба L /300, определяется как M ₃₀₀ . Коэффициент α определяется как отношение изгибающего момента M ₃₀₀ сборочных секций смешанного и однородного профиля. Коэффициент β определяется как отношение предельного изгибающего момента M _u и изгибающего момента M ₃₀₀ .Ссылаясь на эти факторы как на стандарт, можно оценить поведение балок с различными схемами сборки при эксплуатационных нагрузках.

Как указано в Таблице 5, эффективность клееного бруса значительно повышается при использовании схемы сборки смешанного сорта: момент M ₃₀₀ увеличивается на 14-40% по сравнению со схемой сборки однородного сорта. Из таблицы 5 также видно, что коэффициент β асимметричной схемы сборки, который представляет уровень безопасности, больше, чем у двух других схем сборки.Это означает, что секция балки, собранная по асимметричной схеме смешанного уклона, сохраняет более высокий уровень безопасности, чем секции, собранные при помощи схем сборки равномерного уклона и симметричной конструкции смешанного уклона, когда балки демонстрируют одинаковую несущую способность.

No. M u (кНм) M 300 (кНм) α = M = M / M 300-однородный β = M u / M 300 TC T -21 (1) 48. 03 21,82 — 2,20 TC T -21 (2) 46,26 21,36 — 2,17 TC T -21 (3) 45,18 20,76 — 2,18 TC YF -21 (1) 64,85 26,65 1,22 2,43 TC YF -21 (2) 62,45 24.78 1,16 2,52 TC YF -21 (3) 61,00 23,66 1,14 2,58 TC YD -21 (1) 72,05 32,36 1,48 2,23 TC Яркость -21 (2) 69,39 29,67 1,39 2,34 TC Яркость -21 (3) 67,79 28.26 1,36 2,40 TC T -24 (1) 61,23 35,89 — 1,71 TC T -24 (2) 59,46 34,56 — 1,72 TC T -24 (3) 58,54 33,36 — 1,75 TC YF -24 (1) 81,23 40,86 1. 14 1,99 TC YF -24 (2) 80,16 39,55 1,14 2,02 TC YF -24 (3) 77,84 37,96 1,14 2,05 TC Яркость -24 (1) 90,61 48,92 1,36 1,85 TC Яркость -24 (2) 89,07 47,58 1.38 1,87 TC YD -24 (3) 86,13 45,97 1,38 1,87

5. Численный анализ

5.1. Модель конечных элементов

Модели конечных элементов разрабатываются с использованием ABAQUS для исследования влияния схемы сборки на поведение при изгибе клееного бруса. Твердые элементы C3D8R используются для моделирования пластинок, которые соединяются вместе с помощью команды «Связать», как показано на рисунке 9, поскольку в ходе испытания не наблюдалось скольжения. Вертикальные нагрузки прикладываются в том же месте, что и при испытании на 4-точечный изгиб. Размеры и свойства материала модели идентичны образцам.

5.2. Проверка модели

Модели конечных элементов (КЭ) типичных образцов проверяются по результатам испытаний, как показано на Рисунке 10. Численные результаты хорошо согласуются с результатами испытаний по жесткости на изгиб и прочности образцов. Из-за наличия дефектов и узлов в образцах наклон кривых, представляющих численные результаты, немного выше, чем у кривых, представляющих результаты испытаний.В целом, модели FE достаточно точны для проведения параметрического анализа.

5.3. Параметрический анализ

Шесть секций клееного бруса собираются для параметрического анализа, как показано на рисунке 11. Секция A1 основана на образце TC _YD -21. Стандартные механические свойства, приведенные в ссылке [19], вводятся в модели для параметрического анализа ниже. Достижение максимального растягивающего напряжения в нижней пластине определяется как отказ моделей в соответствии с режимами отказа, показанными в ходе испытаний.

5.3.1. Вторая нижняя пластина при растяжении

Из-за режимов разрушения нижней пластины при растяжении, наблюдаемых на всех 18 образцах, он убежден, что поведение нижней пластины при растяжении определенно играет решающую роль в механических свойствах клееной древесины. Основываясь на этом хорошо известном факте, влияние второй нижней пластины на растяжение изучается, как показано на Рисунке 12. На Рисунке 13 (a) показаны кривые прогиба от нагрузки для моделей A2 и A3. Можно видеть, что степень прочности на растяжение второй нижней пластины мало влияет на характеристики клееной балки, включая жесткость на изгиб, прочность на изгиб и предельный прогиб.На рис. 13 (b) показана нефограмма напряжений моделей, где наблюдается небольшая разница.

5.3.2. Верхняя пластина при сжатии

Даже при испытаниях не наблюдалось разрушения при сжатии, предполагается, что верхняя пластина при сжатии влияет на механические свойства клееного ламината таймера. С этой целью собираются две секции с разной верхней пластиной при сжатии, как показано на рисунке 14. На рисунке 15 (а) показаны кривые нагрузка-прогиб с верхней пластиной разного сорта. Видно, что жесткость на изгиб и прочность моделей увеличиваются с увеличением класса прочности верхней пластины, в то время как предельный прогиб моделей показывает обратную тенденцию.На рис. 15 (б) показана нефограмма напряжений моделей. Максимальное напряжение сжатия и растяжения в модели A3 выше, чем в модели A4.

5.3.3. Последовательность сборки

При одинаковом качестве и количестве пластинок три секции собираются в разных последовательностях, как показано на рисунке 16. Степень качества пластин в зоне сжатия секции уменьшается. На рисунке 17 (а) показано влияние последовательности сборки на характеристики изгиба моделей. Можно видеть, что жесткость на изгиб и прочность моделей уменьшаются с уменьшением содержания пластин в зоне сжатия сечения, в то время как предельный прогиб моделей показывает обратную тенденцию. Между тем стоит отметить, что снижение жесткости на изгиб наблюдается при все меньшем прогибе с пластинами более низкого качества в зоне сжатия секции.

6. Выводы

Всего 18 образцов были протестированы методом 4-точечного изгиба для исследования механических свойств клееной древесины. Для изготовления секций балки использовались сборка однородного сорта, асимметричная сборка смешанного сорта и симметричная сборка смешанного сорта. На основании результатов экспериментов изгибная жесткость и надежность балок оцениваются различными методами.Кроме того, для дальнейшего исследования проводится численный анализ. Сделаны следующие выводы: (1) Схема сборки секции мало влияет на режим разрушения клееного бруса. Относительно более низкая прочность в зоне сжатия секции полезна для отсрочки возникновения первой трещины на балке из клееного бруса. (2) Степень прочности на растяжение второго нижнего листа практически не влияет на характеристики клееного бруса, в то время как более низкая Слой пластин в зоне сжатия секции может вызвать снижение жесткости на изгиб при меньшем прогибе. (3) Секция балки, собранная по асимметричному смешанному шаблону, сохраняет более высокий уровень безопасности, чем те, которые собраны по однотонному и симметричному смешанному шаблону. (4) Было предложено уравнение для кажущейся жесткости на изгиб клееного бруса что показывает хорошее согласие с экспериментальными результатами.

Доступность данных

Экспериментальные и числовые данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Проект поддержан фондами фундаментальных исследований для центральных университетов (№№ 2572017CB02 и 2572017DB02), Национальным фондом естественных наук Китая (№ 51408106), Программой фундаментальных исследований естественных наук Шэньси (№ 2019JQ- 145), Открытый фонд Шэньси Ключевая лаборатория безопасности и долговечности бетонных конструкций (№ XJKFJJ201803), а также Молодежная инновационная группа Университета Шэньси и Специальный фонд Университета Сицзин (№ XJ17T07), за которые выражают признательность.

Клееный брус — обзор | Темы ScienceDirect

7.5.5 Тестирование в процессе эксплуатации

Целью тестирования в процессе эксплуатации является оценка эффективности деревянной конструкции с помощью неразрушающих инструментов. Основное соображение заключается в том, что простой ход времени не вызывает ухудшения механических характеристик древесины, за исключением хорошо известного явления ползучести, которое легко настраивается с помощью имеющихся опубликованных таблиц (CEN, 2004).

Исходя из этого соображения, любые изменения в характеристиках конструкции вызваны биологической деградацией, вызванной атакой насекомых или грибков, или структурной деградацией, вызванной ситуациями перегрузки, которые могли вызвать трещины или разъединения.

Любые эксплуатационные испытания требуют полного доступа к деревянной конструкции, чтобы оценить следующее:

—

Тип конструкции: иерархическая рамная структура и коробчатая структура

—

Древесина: массив , клееный брус, прочие конструкционные панели и породы дерева

—

Исходные характеристики материала: наличие и характер дефектов, клей и т. д. нападения и повреждения конструкций

Международный стандарт ISO 13822: 2001 (ISO, 2010) имеет конечную цель — ограничить строительные работы до строгого минимума, что явно соответствует принципам устойчивого развития.Для этого в нем представлены общие требования и процедуры оценки существующих конструкций (зданий, мостов, промышленных сооружений и т. Д.), Основанные на принципах структурной надежности и последствий отказов. Стандарт применим к оценке любого типа существующей конструкции из любого материала.

Даже если это применимо только частично, по крайней мере, цели схожи, и схемы, предлагаемые в стандарте, можно считать полезной основой для инспекции на месте здания из биологических материалов.

Итальянский стандарт UNI 11119 (UNI, 2004), с другой стороны, посвящен осмотру исторических деревянных конструкций на месте.

Оба стандарта охватывают аспекты, которые частично совпадают с целью проверки, анализируемой в нашей главе. Комбинируя эти два подхода, которые разделяют схожий подход, можно будет разработать руководящие принципы для проверки на месте существующих строительных материалов на биологической основе.

7.5.5.1 Визуальный осмотр

Независимо от типологии конструкции и материала, любые эксплуатационные испытания потребуют предварительного визуального осмотра.Типичные деревянные конструкции относятся к иерархическому типу: основная конструкция, поддерживающая элементы более низкого иерархического уровня, обычно также меньшего по сечению и длине. Мало того, что чаще всего изготавливают из массивной древесины, но и конструкции из клееного бруса следуют аналогичным схемам. Как правило, практически полностью видны разные уровни деревянных конструкций. Современные конструкции из CLT имеют коробчатый каркас и скрытые: все элементы, составляющие стены и полы, конструктивно имеют одинаковое принципиальное значение, и, как правило, они скрыты за противопожарными панелями.

Независимо от всех факторов, испытания на месте требуют, чтобы деревянные элементы были полностью открыты / не покрыты для оценки породы древесины; типология древесины; наличие, характер и размеры дефектов; и следы возможных биологических и физических повреждений. Вкратце, целью визуального осмотра является оценка исходных характеристик любого деревянного элемента и оценка воздействия времени и использования (Cruz et al. , 2015).

Исходные характеристики массивных деревянных конструкций в основном определяются породами древесины и дефектами, в то время как у структурных панелей исходные характеристики декларируются производителем и в основном зависят от характеристик и эффективности клеев и методологии склеивания.

Идентификация древесины имеет решающее значение для правильной оценки механических характеристик деревянных элементов; таким образом, результат должен быть максимально надежным. Если существует какая-либо неопределенность в результате идентификации посредством прямого визуального наблюдения, следует взять образец и идентифицировать его посредством анатомических наблюдений, проводимых специалистом.

Визуальная оценка прочности ( VSG ) известна как наиболее эффективный и надежный метод, используемый для оценки структурных характеристик деревянного элемента на месте (Sousa et al. , 2013; Фейо и Мачадо, 2015). VSG по-прежнему является наиболее подходящим методом для предварительного обследования, поскольку он может предоставить — при правильном использовании — консервативную информацию об исходных свойствах различных деревянных элементов. Итальянский стандарт UNI 11119 (UNI, 2004) был одним из первых стандартов, представляющих особую методологию визуальной классификации для оценки качества деревянных конструкций на месте, и в настоящее время он признан ведущим подходом в Европе. В некоторых документах описываются возможные улучшения традиционного VSG для лесопильных заводов, чтобы иметь лучший инструмент для VSG на месте (Anthony et al., 2009 г .; Энтони, 2013). В нескольких статьях описываются неразрушающие или малоразрушающие методологии для улучшения результатов, полученных от VSG, чтобы лучше оценить реальную силу каждого члена (например, Piazza and Riggio, 2008; Kasal, 2010; Kasal and Tannert, 2011; Cavalli and Togni , 2013; Sousa et al. , 2013; Feio, Machado, 2015). Чаще всего применяются измерения локальной плотности посредством твердости или винтовой экстракции, а также ультразвуковые измерения (Sousa et al. , 2013; Machado, 2013), но рассматриваются и другие, более ударные испытания, такие как определение плотности или механических характеристик кернов, извлеченных из члены.Как уже говорилось, VSG неприменим как для клееного бруса, так и для других деревянных элементов, таких как CLT. В любом случае визуальный осмотр является обязательным, потому что он позволит увидеть другие ключи, которые важны для оценки возможного наличия различных типологий распада.

7.5.5.2 Инспекция гниения

Только полный доступ и визуальный осмотр с помощью приборов неразрушающего контроля могут обнаружить ранний биотический распад.

Следы присутствия влаги на поверхности должны рассматриваться как сигнал тревоги для возможного наличия скрытого грибкового разложения из-за попадания воды в пустоты, где она может оставаться и допускать грибковую атаку.

Когда деревянная конструкция не видна, например, для панелей CLT, единственной возможностью обнаружения остаются следы влаги на гипсокартоне, покрывающем деревянную конструкцию, но часто эти признаки могут указывать только на наличие и без того серьезной проблемы гниения. Это подчеркивает важность мониторинга в зданиях этого типа. Действительно, пример испытаний в процессе эксплуатации, представленный на рис. 7.37A и B, показал, что следы на поверхности на гипсокартоне не только позволили обнаружить его на ранней стадии, но и выявили серьезный грибковый распад, способный вызвать обрушение (всего через 2 года эксплуатации). жизнь).

Рис. 7.37. (A) Рамка, вырезанная рядом с признаками влажности на гипсокартоне, для измерения MC древесины и (B) грибкового разложения, скрытого на гипсокартоне.

Предоставлено IVALSA.

Обычно норы от насекомых являются не только подсказками, но и свидетельством нападения насекомых. Вообще говоря, они затрагивают только поверхность элемента; хотя это не относится к атаке термитов, которая является инвазивной и опасной, подобно грибковой гнили.

Существует несколько неразрушающих или малоразрушающих инструментов для оценки частоты биотического распада.Целью их использования является измерение степени распада, чтобы иметь надежное измерение реального взаимодействующего участка.

Первым очень простым инструментом является молоток: удары молотком по деревянному элементу с внутренней скрытой атакой грибкового разложения возвращают более глухой звук, чем у здорового дерева. Это не способ измерить наличие распада, но опыт позволит найти разрушенный участок, где можно применить более точный инструмент для получения надежного и полезного результата.

7.5.5.3 Инструментальное обследование

Если измерения MC древесины и другие следы указывают на возможное присутствие внутреннего разложения грибковой гнили, наиболее надежным инструментом в настоящее время считается сопротивление сверлению (Rinn, 2012; Rinn, 2013), которое в настоящее время рассматривается в качестве эталонного метода (Beni et al. , 2015).

На массивной древесине метод сопротивления высверливанию позволяет обнаруживать и измерять участки распада как поверхностного распада, например, у жесткокрылых, так и внутреннего распада, не напрямую, визуально (Nowak et al., 2016), как на рис. 7.38. Метод сопротивления высверливанию в настоящее время является единственным методом, который можно использовать для определения наличия разрушения в части элемента, вставленной в стены. Это метод, который нельзя считать деструктивным, даже если он малоинвазивный.

Рис. 7.38. Выше , профиль сверления на частично (справа) разрушенном элементе. Ниже — здоровый представитель того же вида (пихта обыкновенная). Оба профиля производятся на заводе IVALSA.

Скорость ультразвука в основном используется перпендикулярно зерну, как томографический инструмент, и скорость звука в одном направлении.С помощью томографической методологии, посредством множественных измерений, можно надежно определить идентифицируемые размеры разрушенного участка. Проблема, которую необходимо решить, — это контакт между деревом и датчиками, что непросто в случае деградированной поверхности деревянных элементов.

В то время как пробивание древесины для оценки наличия и оценки размеров разрушенного участка является слишком агрессивным, особенно когда пробивание керна производится с помощью электрического сверлильного станка, приводящего в движение фрезерно-расточный станок с прямой головкой, интересным и многообещающим, но не агрессивным методом кажется как микроволновый рефлектометр ( MWR ), описанный в Beni et al. (2015), даже если еще на лабораторном этапе.

Клееный брус | WoodSolutions

Архитектурные кровельные фермы

Ферма — это конструкция, состоящая из одного или нескольких треугольных элементов. Каждый треугольник состоит из прямых и обычно тонких деревянных элементов, соединенных на концах соединениями. На стыки действуют внешние нагрузки и реакция конструкции на эти нагрузки, в результате чего возникают силы растяжения или сжатия.

Сила фермы заключается в ее триангуляции элементов бандажа, которые работают вместе, обеспечивая преимущество всей конструкции. Что касается ферм, элементы сжатия часто диктуют размер элементов, таким образом, конструкции, которые имеют короткие элементы сжатия или ограничивают поперечное продольное изгибание, обычно более эффективны, чем фермы с более длинными элементами сжатия.

Внутри здания можно найти две формы ферм. Фермы с гвоздями — это скрытые от глаз фермы, в которых в качестве соединителей используются гвоздевые пластины.Архитектурные фермы относятся к тем привлекательно детализированным деревянным фермам, открытым для обозрения. В этом руководстве основное внимание уделяется процессу подачи заявки на последний.

Преимущества деревянных ферм значительны и многочисленны. Деревянные стропильные фермы являются экологически безопасным выбором по сравнению с традиционными скатными крышами, они используют брус меньшего размера, который охватывает большие расстояния, что, в свою очередь, уменьшает общий объем древесины, содержащейся внутри. Архитектурные деревянные фермы легкие, что позволяет быстро и эффективно строить и устанавливать, что в результате дает визуальный эффект, которым можно наслаждаться на протяжении десятилетий.

В этой статье дается всесторонний обзор процессов, связанных с определением, сборкой и установкой архитектурной стропильной фермы.

Полы

Будь то конструкционные или готовые полы, древесина обеспечивает долговечность, универсальность и адаптируемость. Теплота, прочность и естественная красота деревянных полов пользуются неизменной популярностью в самых разных интерьерах.

Деревянные полы — это вневременной продукт, предлагающий тепло и естественную красоту, во многом не имеющий себе равных с другими вариантами напольных покрытий. В этой статье представлен обзор укладки деревянных полов на несущие балки и балки, деревянных полов и бетонных плит. Деревянные полы обычно поставляются в виде изделий из массивной или клееной древесины, изготовленных из слоев клееной древесины. Он стыкуется с шипом и пазом, а после его установки шлифуется и шлифуется.Существует множество видов напольных покрытий, из которых можно выбрать напольное покрытие, и правильный вид для конкретного применения будет зависеть от множества факторов. В этом разделе представлена ​​информация, касающаяся выбора видов, экологической оценки, окончательного выбора и рекомендуемых процедур обслуживания.

Обрамление

Легкие деревянные конструкции обычно включают каркасные и скрепленные конструкции, к которым применяется один или несколько типов облицовки.Конфигурации обрамления могут варьироваться от близко расположенных легких бревен, обычно встречающихся в конструкции каркасов с гвоздями, до больших, более широко разнесенных бревен. Здание с деревянным каркасом может быть размещено на бетонной плите или на столбах / столбах или опорах, опирающихся на опоры / пни, опирающиеся на опорные площадки.

Используемая в домах или многоквартирных домах, легкая деревянная конструкция предлагает гибкость широкого диапазона экономичных вариантов дизайна.

Когда древесина поступает из экологически чистых источников, этот метод строительства может быть экологически выгодным, поскольку он сочетает в себе низкую энергию, содержащуюся в древесине, с ее способностью накапливать углерод.

Столярные изделия

Столярные изделия из дерева придают классический, уникальный и стильный вид любому дизайну интерьера или экстерьера. Продукция производится для различных внутренних применений, включая дверные и оконные рамы, шкафы, плинтусы, молдинги и наличники. При взгляде на улицу, столярные изделия варьируются от декоративных карнизов и столбов до привлекательных перил.

Многие породы древесины подходят для изготовления столярных изделий, и следует тщательно выбирать древесину, идеально подходящую для конкретного изделия и его предполагаемой отделки.Редкие и экзотические породы, такие как тик и палисандр, могут создавать изделия выдающейся красоты, но стоимость материалов и их доступность также являются важными факторами.

Коммерчески доступные породы, такие как тасманийский дуб, австралийский кипарис, пятнистая камедь и тому подобное, часто являются более практичным выбором, с дополнительным преимуществом, заключающимся в том, что их можно легко сочетать с другими деревянными изделиями в здании, такими как пол.

Массивная древесина для столярных изделий обычно поставляется как «чистая отделка», но доступны и «варианты окраски», которые обычно состоят из композитного материала, такого как МДФ или клееный брус.

Большое количество специализированных поставщиков и производителей предлагают потребителю широкий выбор профилей для всех наиболее распространенных и популярных столярных изделий. Выбор во многих случаях ограничен только воображением.

Мебель часто ассоциируется со столярными изделиями и чаще всего включает шкафы, скамейки и другую подобную «встроенную» мебель. Как и столярные изделия, столярные изделия обычно обозначаются как лакокрасочные, так и прозрачные, и, естественно, для древесины с прозрачной отделкой внешний вид и отделка поверхности имеют решающее значение для достижения успешного применения.

Багет

Деревянные молдинги добавляют стиль, класс и элегантность любому интерьеру, предлагая глубину красоты и тепла, которые могут быть только у дерева. От древних времен до более современных, деревянная лепнина украшала самые стильные и шикарные интерьеры, украшая мебель, двери и окна. Декоративные молдинги, такие как наличники, плинтусы, карнизы и потолочные розетки, остаются неизменно популярным выбором для дизайнеров, ищущих законченный результат красоты, стиля и качества.Как и все изделия из дерева, молдинги чрезвычайно универсальны и долговечны, улучшают эстетику любого интерьера и служат идеальным завершающим штрихом для дизайна с акцентом на красоту и великолепие.

Молдинги можно изготавливать из любых имеющихся в продаже пород древесины. Также популярным выбором является влагостойкое деревянное изделие, МДФ. Когда дело доходит до стиля и дизайна, нет предела возможностей для многих поставщиков, предлагающих индивидуальное согласование с существующими молдингами, а также эффективную поставку тех, которые разработаны индивидуально.Установка очень проста, большинство молдингов легко крепятся с помощью известного клея для дерева. Отделка может быть адаптирована к требованиям дизайна и предпочтениям конечного пользователя, при этом молдинги обычно окрашиваются и / или окрашиваются.

Рамы порталов

Каркасы деревянных порталов — одно из самых популярных конструкций для коммерческих и промышленных зданий, функции которых требуют больших пролетов и открытых интерьеров.Как материал, древесина предлагает дизайнерам простоту, скорость и экономию при изготовлении и монтаже.

Рамы деревянных порталов имеют прочную, прочную и превосходную конструкцию. Конструктивное действие достигается за счет жестких соединений между колонной и стропильной балкой в ​​коленях и между отдельными стропильными элементами на коньке. Эти жесткие соединения обычно выполняются с использованием гвоздей из фанеры и, иногда, со стальными вставками.

От выбора материала до отделки, это руководство по применению дает исчерпывающий обзор процесса использования древесины при спецификации, изготовлении и возведении конструкций портальной рамы.

Рельсы и балюстрады, экстерьер

Универсальность, прочность и естественная красота древесины делают ее идеальным материалом для изготовления внешних перил и балюстрад. Обычно изготовленные из обработанной мягкой древесины и прочных твердых пород, эти бруски можно обрабатывать для создания различных стилей и дизайнов, в результате чего балясины уникальны, поскольку они индивидуальны. Покраска, окраска и отделка на масляной основе охватывают широкий спектр доступных вариантов отделки, и при соответствующем уходе и внимании деревянная балюстрада может прослужить всю жизнь.

В этом руководстве представлена ​​общая информация о размерах элементов, соединениях и подходящих материалах, позволяющих построить долговечные, привлекательные и долговечные деревянные перила или балюстрады.

CLT, клееный брус обеспечивает прочность, низкий профиль и эстетику для B.C. офисное здание

Когда он приступил к проектированию нового здания штаб-квартиры своей компании на Лейкшор-роуд в живописной Келоуне, Британская Колумбия, Тим МакЛеннан из Faction Projects быстро понял, что кросс-клееная древесина (CLT) — идеальный материал.Несколько ключевых характеристик CLT, включая тонкий профиль, огнестойкость, простоту установки и красоту, внесли свой вклад в успех проекта.

Разработанное, спроектированное и построенное интегрированной командой Faction, офисное здание площадью 14 000 квадратных футов также будет местом для арендаторов.

Именно проектная площадка, примыкающая к Мишен-Крик, и система зеленых насаждений в районе, где расположены курортные комплексы и жилые дома, определяли общее направление дизайна МакЛеннана.«Мы хотели построить так, чтобы не перегружать район с низкой плотностью населения», — говорит он. «Мы искали возможности отсеивать просмотры и защищать их».

Чтобы добиться меньшего масштаба без ущерба для прибыльной плотности, МакЛеннан обратился к общей планировке здания и к самим конструкционным материалам.

Здание обрамлено клееной стойкой и балкой, перекрытия и кровля выполнены из CLT. Поперечно-клееный брус представляет собой трех-, пяти- или семислойную деревянную панель, каждый слой которой ориентирован крест-накрест для повышения стабильности размеров и прочности.В результате CLT обеспечивает беспрецедентный уровень структурной целостности, гибкости конструкции и конкурентоспособности по цене.

Для проекта Келоуна команда использовала семислойный CLT от Structurlam Products Ltd. для систем пола и пятислойный CLT для крыши. В отличие от более толстого пола из деревянных или стальных балок, семислойные панели имеют толщину всего 9-1 / 2 дюйма, что примерно равно толщине бетона. Это позволило уменьшить массу здания при сохранении высоких потолков.

Решение использовать полностью стоечно-балочную стеновую конструкцию из клееного бруса, также производимого Structurlam, было вызвано предыдущим проектом CLT, в котором гибридная система несущих стен, опор и балок создавала проблемы выравнивания с CLT. панели; отказ от несущих стен устранил эти проблемы.

Клееные колонны размером примерно 8-1 / 2 дюйма являются непрерывными для высоты здания — почти 40 футов — решение, которое сократило количество соединений и обеспечило большую однородность.Кроме того, клееный брус предлагал предсказуемые характеристики и однородность по сравнению с массивными пиломатериалами, а также экономию затрат и эффективность поставщиков для проектной группы.

Для кровельной системы панели CLT расширяют балку до балки, устраняя необходимость во вспомогательных структурных опорах, которые могли бы прервать работу офисов с открытой планировкой.

Снаружи консольные возможности CLT добавляют фасаду ключевые особенности. На восточной стороне 5-футовые балконы служат солнцезащитным кремом, а также удобством для арендаторов.На западной стороне угловой свес крыши от 10 до 5 футов усиливает вход, защищая его от непогоды.

Structurlam, член APA, производит и сертифицирует свою продукцию CLT в соответствии со стандартом ANSI PRG-320 для перекрестно-ламинированной древесины, стандартом, который устанавливает требования и методы испытаний для квалификации и обеспечения качества CLT. Стандарт включает семь классов нагрузки, охватывающих основные породы древесины в Северной Америке.

Как и другие изделия из дерева, CLT предоставляет подрядчикам знакомый материал и устраняет многие проблемы, связанные с монолитным бетоном; панели прибывают готовыми к установке с помощью традиционных инструментов.МакЛеннан оценивает, что вся рама была возведена примерно за три недели, что значительно меньше времени, необходимого для бетонирования. Кроме того, вес панелей составляет одну шестую часть веса бетона.

Слой архитектурной пихты Дугласа на открытой CLT служит встроенной отделкой для потолков, еще один ключевой момент продажи; клееные балки и колонны, которые также обнажены в большинстве мест, идеально сочетаются друг с другом.

«Это помогло нам с арендой», — говорит МакЛеннан. «Они видят это, и это прекрасно от пола до потолка.”

Чтобы ознакомиться с другими тематическими исследованиями коммерческих проектов с использованием инженерных деревянных конструкций каркаса, станьте членом APA Designers Circle на сайте www.apawood.org/designerscircle. Интернет-сообщество архитекторов, инженеров и других участников коммерческой строительной индустрии, Designers Circle предоставляет своевременную информацию, технические ресурсы, непрерывное образование и рекомендации по инновационному деревянному каркасному строительству.

Экспериментальное исследование балок из клееного бруса с известной морфологией сучков

Системные свойства / эффективные свойства образцов GLT

Из графиков, представленных на рис.2}, \ end {align} $$

(4)

, где \ (F _ {\ max} \) — максимальная общая нагрузка, a — горизонтальное расстояние между опорой и грузом, b — ширина балки и h — ее высота. На рис. 6 видно, что прочность на изгиб \ (f_b \) уменьшается с увеличением числа слоев. Неудивительно, что для балок с одинаковым числом слоев прочность на изгиб класса LS22 выше, чем прочность на изгиб класса LS15.Как видно из доверительных интервалов, обозначенных пунктирными линиями, разница между средними значениями двух классов оценки значима на уровне 5% для балок из 10 слоев. Для балок из 4 слоев доверительные интервалы 95% показывают небольшое перекрытие. Поэтому, строго говоря, нулевую гипотезу о различных медианах нельзя отклонить на уровне 5%. Однако, глядя на значения отдельных образцов, все еще наблюдается заметная разница для 4-ламельных балок.Коробчатые диаграммы показывают три выброса: C4, C10 и E9.

Рис. 3 \ left (\ frac {2} {k} — \ frac {6 a} {5 G bh} \ right)}, \ end {align} $$

(5)

, где L обозначает расстояние между опорами, а G — модуль упругости при сдвиге.В Kandler et al. (2015) значение для G было получено из микромеханической модели. Однако исследование Kandler et al. (2015), а с недавних пор также Balduzzi et al. (2018) показали, что модуль сдвига лишь незначительно влияет на результат уравнения. (5) для исследуемых балок. По этой причине, а также во избежание возникновения ненужной ошибки здесь используется постоянное значение \ (G = {650} {\ hbox {MPa}} \) в соответствии с EN 408 (2010).

Как для жесткости, так и для прочности, переход величин, связанных с системой \ (F_ \ mathrm {max} \) и k , в величины, связанные с материалом \ (f_m \) и \ (E_ \ mathrm {GLT} \) соответственно «сжимает» данные.2 \) остается неизменным при сохранении линейной зависимости.

Рис. 7

Переход величин, связанных с системой (\ (F_ \ mathrm {max} \), k ), в величины, относящиеся к материалам (\ (f_m \), \ (E_ \ mathrm {GLT} \) )), что приводит к «сжатию» данных

Рис. 8

Коробчатые диаграммы меры крутизны \ (L _ {\ mathrm {crack}, z} / L _ {\ mathrm {crack}, x} \)

Механизмы обнаруженных отказов

На рис. 5 показаны кривые прогиба нагрузки \ (F = F_ \ mathrm {left} + F_ \ mathrm {right} \) всех типов.Видно, что после изначально линейной кривой 12 балок демонстрируют нелинейное поведение до того, как будет достигнута несущая способность системы \ (F _ {\ max} \). Эти нелинейности представляют собой, с одной стороны, трещины на стороне растяжения, приводящие к всплеску кривой нагрузки-смещения, а с другой стороны, пластификации на стороне сжатия образца, приводящие к уменьшению градиента нагрузки-смещения. После этого наблюдается хрупкий отказ системы из-за возникновения трещин. Переход от линейной к нелинейной кривой можно объяснить эффектами локального пластификации в зоне сжатия балок, как это видно на рис.4а. Вычисление \ (f_b \) согласно формуле. (4) не отражает эти локальные пластификации, которые приводят к нелинейному распределению нормальных напряжений по высоте поперечного сечения, поэтому перевод уравнения. (4) неточно. Скорее, \ (f_b \) имеет системный характер и представляет величину напряжения, соответствующую традиционной теории хрупкой прочности (Blank et al., 2017).

После образования первой трещины некоторые балки достигают большей несущей способности. Такое поведение наблюдается для 2 балок типа A, 4 балок типа B и 3 балок типа C.\ mathrm {dyn} \), эффективная жесткость \ (E _ {\ mathrm {GLT, exp}} \) при квазистатическом четырехточечном изгибе, предельная прочность на изгиб \ (f_b \) и количество вышедших из строя ламелей \ (n_ \ mathrm {lam, failed} \)

Для определения закономерностей в направлениях трещин для каждого сегмента записанной геометрии трещины была вычислена разница высот \ (\ varDelta z \) между конечной и начальной точкой. Впоследствии для каждой балки была вычислена сумма этих значений, чтобы получить меру крутизны трещин: \ (L _ {\ mathrm {crack}, z} = \ sum \ varDelta z \).Точно так же компонент, относящийся к направлению x , \ (L _ {\ mathrm {crack}, x} \), был вычислен из суммы разностей \ (\ varDelta x \). На рис. 8 соотношение этих двух результатов \ (L _ {\ mathrm {crack}, z} / L _ {\ mathrm {crack}, x} \) отображается для каждой балки. Здесь можно увидеть, что это соотношение находится в том же диапазоне для балок класса LS22 и, по-видимому, не зависит от количества слоев. Например, трещина шириной 1000 мм в направлении x в среднем сопровождается приращением z на 40 мм.Таким образом, такая трещина пересекает примерно одну пластину (напомним, что все пласты имеют толщину 33 мм). И наоборот, для класса LS15 отношение \ (L _ {\ mathrm {crack}, z} / L _ {\ mathrm {crack}, x} \) значительно больше, а трещина с \ (\ varDelta X = {1000} {\ hbox {mm}} \) в среднем пересекает не менее 2 ламелей.

Это поведение также можно наблюдать, сравнивая визуализацию рисунков трещин двух классов классификации для одного и того же количества слоев, то есть на рисунках E.1 с E.2 и рисунки E.4 с рисунками E.5 соответственно. Для более низкого класса ступенчатости LS15 рисунки трещин, по-видимому, остаются более локализованными по отношению к их протяженности в продольном направлении, что можно объяснить более высокой вероятностью соседних слабых участков по сравнению с более высоким классом ступенчатости LS22, что подчеркивается более высоким плотность цветных пятен на участках первого, показывающая расположение сучков, а также большее количество голубоватых / более темных цветов, обозначающих более высокие объемы единичных сучков и, таким образом, более крупные сучки.

Сравнение балок GLT для нижнего класса LS15 (см. Рисунки E.1 и E.4) показывает, что разница в размерах и диапазонах изгиба, примерно вдвое превышающих длину и диапазон изгиба для балок GLT большего размера, приводит к почти вдвое большей крутизны трещин. Такое поведение можно объяснить тем, что для меньших размеров распространение трещин в вертикальном направлении ограничивается их высотой, поскольку после разрушения всего двух пластин уже половина поперечного сечения балки треснет.Для больших балок GLT LS15 трещина, которая, как объяснено для этого класса градации, имеет тенденцию быть более локализованной и, таким образом, распространяться с большей вероятностью в вертикальном направлении, приводит к сравнительно большему количеству разрушенных слоев.

Интересно, что, как упоминалось выше, мера крутизны балок LS22 (см. Рисунки E.2, E.3 и E.5) кажется одинаковой для всех размеров и количества пластин. В данном случае это означает, что по мере увеличения пролета изгиба, а также расширения трещины в продольном направлении \ (L _ {\ mathrm {crack}, x} \), все больше слоев разрушается.2 = 0,6 \) и среднеквадратичной ошибки (RMSE) \ (\ sqrt {\ mathrm {MSE}} = {5.62} {\ hbox {MPa}} \). На рис. 10а значения, предсказанные на основе регрессионной модели, нанесены на график в сравнении с фактическими значениями. Можно видеть, что более низкие значения прочности имеют тенденцию быть переоцененными, в то время как более высокие значения прочности имеют тенденцию недооцениваться по критерию.

Кроме того, была введена «кривизна профиля жесткости» для моделирования пространственной близости соседних слабых мест (см. Рис. 9). Начиная с самой верхней ламели 0 (со стороны растяжения) определяется наименьшее значение жесткости в области максимального изгибающего момента.Для следующей ламели 1 определяются все локальные минимумы и выбирается ближайший к исходному слабому месту. Начиная с ламели 1, ищется следующее слабое место в ламели 2 и так далее. Наконец, градиент оценивается линейной регрессией через определенные точки. Идея этого подхода заключается в том, что градиент представляет собой образец трещины, ответственный за разрушение.

Рис. 9

Примерный результат вычисленной кривизны профиля жесткости. В этом случае кривизна (отмеченная над четырьмя верхними слоями на графике профиля жесткости) вычисляется из 4 самых верхних пластин

.
Фиг.10

Расчетная и экспериментально полученная прочность на изгиб \ (f_b \), a с использованием модели линейной регрессии, приведенной в формуле. (2), b с использованием профилей жесткости и прочности (для трех различных IP) в сочетании с критерием разрушения Tsai-Wu и c с использованием профилей жесткости и прочности (для IP 3) в сочетании с критерием разрушения Tsai-Wu и метод среднего напряжения

В качестве альтернативы используется более сложная модель, использующая двухмерный анализ методом конечных элементов.Для этого используется подход, аналогичный механической модели в Kandler et al. (2015) был выбран. Вместо профилей жесткости на основе непрерывного лазерного сканирования для описания продольной жесткости каждой ламели используются профили жесткости на основе 3D FE согласно рис. 1d. Кроме того, профили прочности используются для описания прочности на разрыв каждой ламели.

Свойства материала извлекаются из набора профилей жесткости и прочности, которые предусмотрены для процедуры FE.{-2}}, \ nonumber \\ E_R = \ frac {E_L (x)} {15}, \ nonumber \\ \ nu _ {RL} = 0,41, \ nonumber \\ \ nu _ {LR} = 0,027. \ end {align} $$

(6)

Значения для \ (E_L (x) \) получены из профиля жесткости соответствующей ламели. Таким образом, для задачи о плоском напряжении в каждой точке интегрирования матрица упругости \ (\ mathbb {C} \) вычисляется из

$$ \ begin {align} \ mathbb {C} = \ left [\ begin {array} {lll} 1.011 E_L (x) \ quad & 0,027 E_L (x) \ quad & 0 \\ 0.027 E_L (x) \ quad & 0,067 E_L (x) \ quad & 0 \\ 0 \ quad & 0 \ quad & 650.0 \ end {array} \ right], \ end {align} $$

(7)

где \ (E_L (x) \) — значение профиля жесткости соответствующей ламели. Точно так же каждая точка интегрирования связана с параметрами прочности, которые получаются из соответствующего профиля прочности. Результаты, возвращаемые решателем КЭ, включают значения смещения всех узлов, а также напряжения во всех точках интегрирования.2 — 1 \ le 0. \ end {align} $$

(8)

Таким образом, L соответствует x , а R соответствует направлению z . Поскольку значения прочности на разрыв, представленные профилями прочности, меняются в пространстве, соответствующие параметры зависят от местоположения точки интегрирования. Компоненты в L -направлении вычисляются в каждой точке интегрирования в соответствии с

$$ \ begin {align} a_ {LL} & = \ frac {1} {f_ {t, L} (x)} + \ frac {1} {f_ {c, L}}, \ end {align} $$

(9)

$$ \ begin {Выровнено} b_ {LLLL} & = — \ frac {1} {f_ {t, L} (x) \ f_ {c, L}}, \ end {Выровнено} $$

(10)

где \ (f_ {c, L} = -52.2}. \ end {align} $$

(11)

В соответствии с выводами, представленными в работе Серрано и Густафссон (2007), применяется метод среднего напряжения. Следовательно, компоненты напряжения \ (\ sigma _ {11} \), \ (\ sigma _ {22} \) и \ (\ sigma _ {12} \) не сравниваются напрямую в каждой точке интегрирования. Скорее, средние значения этих компонентов вычисляются для каждой ячейки прямоугольной сетки (высота ячейки 43 мм и длина ячейки 79 мм). 2 \).Полученные средние значения впоследствии используются в рамках критерия отказа Цай-Ву. По сравнению со строго точечной оценкой подход среднего напряжения приводит к более высоким оценкам общей несущей способности системы.

Сравнение соответствующих численных и экспериментальных результатов для прочности на изгиб \ (f_b \) приведено на рис. 10b. В нем показаны результаты с использованием процедуры с четырьмя различными IP для свойства прочности на разрыв. Результаты IP 1 были опущены, поскольку результаты не показали приемлемого согласия.2 = 0,54 \), что пока недостаточно надежно. Таким образом, можно сделать вывод, что, хотя поведение отказа системы можно интерпретировать как хрупкое разрушение, такие хрупкие механические модели не согласуются с экспериментальными наблюдениями. Это наблюдение также согласуется с выводами, представленными в работе Blank et al. (2017).

Статистическая обработка данных

Рис. 11

Коэффициенты линейной корреляции \ (\ delta \) и графики муравейников для входных и выходных параметров и комбинаций.{N} (x_i- \ hat {\ mu} _X) (y_i- \ hat {\ mu} _Y)} {\ hat {\ sigma} _X \ hat {\ sigma} _Y} \ end {align} $$

(12)

где \ (\ mathrm {COV} (X, Y) \) — ковариация между двумя переменными, \ (\ sigma _X \) — стандартное отклонение, \ (x_i \) — i -ое измерение переменной X , N — это размер выборки и \ (\ hat {\ mu} _X \) оценочное среднее значение и \ (\ hat {\ sigma} _X \) оценочное стандартное отклонение соответствующей переменной.Что касается балок GLT среднего размера (тип C), эксперименты для более низкого класса классификации не проводились, и, кроме того, не все параметры для более высокого класса классификации были доступны на рис.11, которые соответствуют 3D FE и параметры профиля прочности, показаны результаты только для типов A, B, D и E. Данные сгруппированы по общим параметрам и конкретным группам параметров следующим образом:

• Общие параметры Общие параметры охватывают диапазон изгиба L и высоту h балки, а также среднее содержание влаги (MC).Также включена средняя массовая плотность \ (\ rho \) самой верхней (натянутой) ламели. Что касается корреляции внутри этой группы параметров, массовая плотность \ (\ rho \) и содержание влаги показывают коэффициент линейной корреляции 0,78. Это можно объяснить увеличением веса (и, следовательно, увеличением значений для измерений массовой плотности) древесины с увеличением MC. Связь между этими параметрами визуализирована на рис. 11b.

• Параметры морфологии сучка Исследованные параметры морфологии сучка включают объем сучка, площадь сучка, видимую на поверхности доски, и зону сопряжения сучков с окружающей древесной матрицей.Здесь для каждого параметра используется общая сумма всех узлов самой верхней (растянутой) ламели, возникающих между двумя точками приложения нагрузки. Линейная корреляция между объемом сучка, видимой площадью сучка и площадью границы раздела составляет от 0,87 до 0,99. Следовательно, корреляция с интересующими величинами \ (E_ \ mathrm {GLT, exp} \) и \ (f_b \) примерно одинакова для этих параметров, что можно увидеть в трех крайних правых столбцах на рис. 11c. Можно заметить, что все три параметра коррелируют с длиной балки L и высотой балки h .Причиной такого поведения является увеличение расстояния между точками приложения нагрузки с большими размерами балки, см. Также рис. 3, что, в свою очередь, приводит к увеличению общей суммы параметров морфологии узлов. Расстояние до сердцевины не дало заметной линейной корреляции с остальными параметрами.

• Параметры, связанные с жесткостью Параметры, связанные с жесткостью, представляют профили жесткости, вычисленные в соответствии с моделью, представленной в Kandler et al.(2015), а также подход 3D FE. Для обоих типов профиля жесткости в качестве параметра используется минимальное значение натяжной ламели между точками приложения нагрузки. Также кривизна профиля жесткости, соответствующая разд. 3.3, а также регрессионная модель в уравнениях. (2) и (3) принадлежат к этой группе параметров. Неудивительно, что параметр модели регрессии сильно коррелирует с параметром профиля жесткости. Заметную корреляцию можно наблюдать между двумя параметрами профиля жесткости и измерениями массовой плотности и влажности.Причина этого наблюдения кроется в микромеханической модели (Hofstetter et al. 2005), которая использовалась для вычисления тензора жесткости клинвуда в рамках Kandler et al. (2015). Для микромеханической модели массовая плотность и влажность являются двумя основными входными параметрами. Кроме того, два параметра профиля жесткости показывают заметную корреляцию с параметрами морфологии сучка. Морфологию узла можно интерпретировать как скрытый фактор, влияющий как на параметры морфологии узла, так и на расчет профиля жесткости.Хотя морфология узла не используется напрямую при вычислении профилей жесткости, она влияет на отклонения волокон (Foley 2003) и, таким образом, является важным аспектом расчета профиля жесткости, представленным в Kandler et al. (2015).

• Параметры, связанные с прочностью Параметры, связанные с прочностью, представляют профили прочности, вычисленные в соответствии с разд. \ mathrm {dyn} \) и остальными входными параметрами наблюдается наивысшее значение линейной корреляции для параметра профиля жесткости.2 = 0,50 \). Выявив четкую тенденцию, эти результаты указывают на то, что для надежного прогнозирования прочности на изгиб необходимо использовать более сложные модели. Интересно, что морфология сучка, по-видимому, лучше коррелирует с прочностью на изгиб, чем применяемые индикаторные свойства. По количеству вышедших из строя ламелей \ (n_ \ mathrm {lam, failed} \) никакой значимой корреляции выявить не удалось.

Рис. 12

10 самых высоких коэффициентов линейной корреляции между параметрами и результатами для a эффективная жесткость на изгиб \ (E_ \ mathrm {GLT, exp} \), b Прочность на изгиб \ (f_b \) и c количество вышедших из строя ламелей \ (n_ \ mathrm {lam, failed} \). h_Kandler2015 обозначает подход, указанный в (3)

.