Клееный строительный брусок

Полезная модель направлена на увеличение прочности, при снижении ее сечения и материалоемкости, на надежность длительной работы под нагрузкой и в определенных пределах температуры среды эксплуатации, на технологичность изготовления.

Это достигается тем, что полезная модель состоит из сформированного пакета (1), поперечное сечение которого по высоте укомплектовано несколькими тонкими дощечками древесины (2) сортностью 1-3К по ТУ 13-858-85 и СНиП 3.090.3, влажностью 8-12% радиальной распиловки, с шероховатостью обработанных поверхностей не менее 60 мкм. Пластовой набор дощечек древесины скреплен между собой клеевыми соединениями (3). Клеевые соединения строительного бруска формируются на основе феноло-формальдегидных резорциновых смол (например, ФРФ-50 или ФР-12 плюс отвердитель - параформ), молекулярная структура которых обеспечивает при отверждении наибольшую плотность сшивания пространственной решетки. Склеивание дощечек пакета производится методом прессования. Подготовленный армирующий элемент полезной модели в виде полосы сечением 1×5 мм из сплава металлов (Nj-50-51%. Мо<2. Fe<5 ат.%) марки ТН-10 из системы (TjNj) со свойством - памяти формы, размещен вдоль плоскостей клеевых соединений (3) на высотах l/4h с выходом его на торцы модели.

Армирование полезной модели может осуществляться другими металлами и сплавами обладающими памятью формы, которых в практике большое количество.

Полезная модель относится к строительству, конкретно к использованию материалов в технологии изготовления конструкций из древесины для объемных каркасных зданий и сооружений, спортивных, торговых павильонов, складских и сельскохозяйственных тепличных объектов районов рискованного земледелия.

Известны прямолинейные клееные строительные элементы из древесины армированные запрессованной во внутрь напряженной стальной арматурой (Л.М.Ковальчук - ЦНИИСК институт деревянных строительных конструкций, Москва), наружное армирование деревянных несущих конструкций стальной напряженной арматурой (Ю.В.Щуко - строительный институт, г.Новосибирск).

Недостатком этих клееных строительных элементов из слоеной древесины со стальным армированием является их большой вес, материалоемкость, коррозийность стального армирования.

Известны способы изготовления строительных изделий на основе клееной и армированной древесины с использованием полимерных материалов (см., например, кн. «Разработка и исследование клееных деревянных и фанерных армированных конструкций. Под редакцией Ю.М.Иванова. Труды ЦНИИСК, вып.24, М, 1972, с 46-65.

Недостатком известных способов является сравнительно невысокая надежность длительной совместной работы всех слоев под нагрузкой и в атмосферных условиях, повышенная трудоемкость и энергоемкость всего технологического процесса.

Технический результат при реализации полезной модели проявляется в следующем:

- увеличение прочности, при снижении ее сечения и материалоемкости;

- проявление свойства памяти формы первоначально заданного профиля, позволяющее использовать модель как элемент изделия-конструкции для самостоятельного открывания и закрывания проемов сооружений под воздействием температуры среды эксплуатации;

- надежность длительной работы под нагрузкой и в определенных пределах температуры среды эксплуатации;

- технологичность изготовления.

Предлагаемая для рассмотрения полезная модель (Рис.1) состоит из сформированного пакета (1), поперечное сечение которого по высоте укомплектовано несколькими тонкими дощечками древесины (2) сортностью 1-3К по ТУ 13-858-85 и СНиП 3.090.3, влажностью 8-12% радиальной распиловки, с шероховатостью обработанных поверхностей не менее 60 мкм. Пластовой набор дощечек древесины скреплен между собой клеевыми соединениями (3).

Клеевые соединения (Рис.1 п.3) строительного бруска формируются на основе феноло-формальдегидных резорциновых смол (например, ФРФ-50 или ФР-12 плюс отвердитель - параформ), молекулярная структура которых обеспечивает при отверждении наибольшую плотность сшивания пространственной решетки. Склеивание дощечек пакета производится методом прессования.

Подготовленный армирующий элемент полезной модели в виде полосы сечением 1×5 мм из сплава металлов (Nj-50-51%. Мо<2. Fe<5 ат.%) марки ТН-10 из системы (TjNj) со свойством - памяти формы, размещен вдоль плоскостей клеевых соединений (3) на высотах l/4h (Рис.1) с выходом его на торцы модели.

Влияние температуры среды эксплуатации на армирующий элемент из системы (TjNj) следующее:

1. Армирующий элемент обладают эффектом памяти формы и зависимый от температуры среды и внутренних критических напряжений мартенситного сдвига своей кристаллической решетки, обратимая деформация которой проявляется в интервале температур выше точки мартенситного начала и ниже точки мартенситного завершения. Изменяемость температурной зависимости интервалов восстановления формы зависит от % соотношения металлов составляющих сплава системы.

2. Подготовленность армирующего элемента к работе для рассматриваемой полезной модели означает:

- определение температурной среды эксплуатации армирования полезной модели;

- подбор и проковка сплава из системы (TjNj) с процентным содержанием различных металлов обладающих памятью формы на воздействие температурной среды эксплуатации полезной модели.

Например, рассмотрим случай, когда сплав-армирование полезной модели работает при тепличных условиях среды в диапазоне температур:

- 1 - температура среды (от +25 до +28°С) для сплава армирования - не мартенситный диапазон;

- 2 - температура среды (от +24°С и меньше) и (+29°С и больше) для сплава армирования диапазон - «мартенситное начало и его завершение».

Тогда:

- в режиме температур (1) структурная решетка армирующего сплава не подвергается деформации, т.е. его состояние мягкое и легко поддающееся сминаемости. В этом случае, профиль впрессованного в древесину армирования будет прямолинейный (Рис 1. п.2), так как нормальное состояние полезной модели - прямолинейность ее профиля;

- в режиме температур (2) структурная решетка армирующего сплава находясь под воздействием температур входит в состояние - «мартенситное начало и его завершение» при этом, мгновенно деформируется и сплав принимает состояние жесткости (как пружинная сталь) и стремится перейти от первоначального прямолинейного профиля к заданному проковкой профилю изгиба на величину h₂₅ -₂₈ (Рис.2. п.1) Выходя из диапазона температур (2) криволинейность сплава-армирования исчезает и модель принимает прямолинейную форму (h₂₄, ₂₉), т.к. это ее нормальное состояние. Не постоянство температурных параметров среды эксплуатации будет менять профиль (армирования и модели в целом) с прямолинейного на криволинейный и обратно.

Принципиальная схема работы полезной модели (Рис.2) следующая:

- в осях (У, X) консольно расположена прямолинейная по профилю полезная модель (1) зафиксированная одним концом неподвижно к основе (3).

Элемент армирования (Рис.2 п._{зона армирования}) полезной модели под воздействием температуры среды (1) изменяя свою молекулярную структуру, становится податливым и своего воздействия на полезную модель не оказывает. Она находится в нормальном прямолинейном профильном состоянии (Рис.2_п2 ).

При температуре среды (2) элемент мгновенно переходит в жестко-пружинящее состояние (Рис.2. п.3) и стремится к заданной проковкой сплава профильности изгиба, вынуждая полезную модель к тому же на величину (h ₂₉ или h₂₄) Рис.2. Изменение температуры среды определяет профильность армирования и полезной модели в целом.

Методика расчета напряженно-деформированного состояния армирования из системы (TjNj).

Для определения напряженно-деформированного состояния элемента армирования (TjNj), в первом приближении, в качестве расчетной схемы работы может быть принят стержень (Рис.3) толщиной (t) и первоначальной длиной (l₀), профиль которого по условиям среды эксплуатации видоизменяется.

При изменении температурного диапазона стержень подвержен деформации на растяжение-сжатие и изгиб. Рассмотрим случай возможной предельной деформации в 10%, тогда расчетная формула будет следующая _lim=(l-l₀)/l₀=0,1 означающая, что относительно исходная длина образца(l₀) не может быть больше значения l₀+l₀/10,

при растяжении l_lim=l₀(1+0,1)=1,1l ₀,

при сжатии l_lim=l₀ (1-0,1)=0,9l₀

при изгибе (Рис.1) рассчитаем деформацию стержня толщиной (t).

В результате изменения радиуса его изгиба от (R₀) до (R), его внешняя образующая испытывает растяжение, внутренняя сжатие, а ось стержня допустим, что не деформируется. Тогда, рассчитаем удлинение наружной образующей стержня единичной длины при изгибе или удлинение наиболее деформируемой части, где разница длин наружной образующей и оси стержня изогнутого в окружность будет равна выражению (2(R₀+t/2)-2R₀=·t, то есть не зависит от радиуса окружности и на единицу длины стержня приходится (t/2R) этой разницы. Следовательно, соответствующая длина наружной образующей до деформации будет равна 1+t/2R₀. тогда, после деформации станет 1+t/2R, из этого следует:

- деформация растяжения по определению будет равна выражению

- деформация наружной его образующей (при изгибе прямолинейного стержня, т.е. при R=) равна _lim=t/2R.

Расчеты показывают о том, что армирование деформируясь при изменении температуры среды меняет свои геометрические параметры (длину, профиль).

Учитывая, что клееная древесина и армирующие элементы строительного бруска это одно твердое тело, которое под воздействием среды находится в напряженном состоянии, которые приводят к его деформации, например к сжатию (растяжению) или изгибу (прямолинейности) профиля.

Область применения: - клееный строительный брусок предлагается использовать как элемент-деталь при изготовлении форточек, фрамуг, створок для оконных и дверных проемов конструкций.

Источники информации

1. Л.М.Ковальчук «Деревянные конструкции в строительстве», М. Лесная промышленность, 1987 г.

2. В.И.Хачин «Память», М, Правда, журнал Наука и жизнь 3 1980 г

3. А.А.Клопотов, С.Н.Молчанов, В.Э.Гюнтер «Мартенситные превращения в предварительно продеформированном сплаве (Tj₄₉Nj₃₅Pb₇₅) журнал «Имплантанты с памятью формы 1-2 1998 г.

Приложение 1.
Физико-механические свойства клееного строительного бруска из древесины.
п/п	Наименование	Плотность Гр./см3	Нагрузка предельн., кгс/см2	Прочность предельн., при ст. изгибе, МПа	Модуль упругости, МПа	Деформативность, %
1	Гнутоклееный слоистый элемент из усиленной (армированной) древесины:
	- сплав ТН-10 (TjNj)		101,5	158,8	196,2	1,5
	- стекловолокном		85,5	148,8	176,3	1,5
	- стальным прутком		102,8	162,4	211,9	1,3
	- контрольный образец (не армированный)		89,6	141,6	184,7	2,0

Клееный строительный брусок из древесины с армированием сплавом ТН-10, обладающий памятью формы, изменяющий геометрический прямолинейный профиль на криволинейный под воздействием температуры окружающей среды.