ПРОЧНОСТЬ ВОЛНИСТОЙ СТЕНКИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ КЛЕЕФАНЕРНЫХ БАЛОК

АННОТАЦИЯ

Исследуется зависимость напряжений в стыках листов фанеры  при изготовлении клеефанерной балки с волнистой стенкой. Теоретические выводы проверены в заводских условиях при изготовлении конструкций для сельхоззданий.

ABSTRACT

The dependence of tensions in the joints of sheets of plywood wavy wall in the manufacture of a cleft beam with a wavy wall is investigated. Theoretical conclusions are tested in the factory in the manufacture of structures for agricultural buildings.

Ключевые слова: фанера ,высота волны, длина волны , «на ус», сопротивление, изгиб из плоскости листа.

Keywords: plywood, wavelength, wavelength, "on the us" resistance, bend from the plane of the sheet.

Индустриальный метод изготовления клеефанерных балок с волнистой стенкой (рис.1.) предполагает изгиб фанерной ленты по волнообразной синусоидальной форме вдоль полок конструкции (рис.2.)

Рисунок 1. Изготовление клеефанерных балок с волнистой стенкой в заводских условиях

Стенки таких конструкций выполняются из фанеры березовой или лиственной. В зависимости от конкретных условий волокна наружных шпонов (рубашки) располагаются вдоль, поперек оси балки, и под углом 45°. Фанера водостойкая толщиной 5-15 мм [1]

Рисунок 2. Индустриальная клеефанерная балка с волнистой стенкой 

а) общий вид ; б) сечение 1-1.

1-пояс (полка) из цельной или клееной древесины; 2-волнистая фанерная стенка; 3- опорное ребро.

Перед запрессованной фанерные листы склеиваются по длине в ленту «на ус». Длина «уса» - (10-12) б, б – толщина фанеры.

Рассмотрим напряжённое состояние фанеры стенки во время изготовления (запрессовки фанеры в полки балки исходя из изгиба ленты) (рис.3.)

Рисунок 3. План-схема изгиба фанерной ленты волнистой стенки балки

1-волнистая стенка из фанеры толщиной б; 2-полка балки

В соответствии с [6] при частом изгибе кривизна изогнутой оси определяется по формуле:

 =                                                                                                                 (1)

Где  - радиус кривизны упругой линии; М_х – изгибающий момент в данном сечении х; ЕI – жестокость поперечного сечения фанерной ленты при изгибе из плоскости ленты.

h_b, l_b – высота, длина волны;

b_n –ширина полки.

Так как вторая производственная формулы прогибов У”= , из уравнения (1) найдем

М_х=EIУ^II                                                                                                                (2)

При синусоидальной форме формула изгиба стенки вдоль оси балки будет        У _i=0,5h_в*Sinx , а вторая производная

У_i” =0,5h_в** Sinx=* Sinx .

Подставляя значение  У_i” в формуле (2) , получим

M_x* EISinx .                                                                                              (3)

Максимальный изгибающий момент будет в сечении на расстоянии х=0,25 l_b от «нулевой» точки  (рис. 3) , где величина выгиба равна полуволне 

M_x                                                                                                    (4)

При I=I_ф=h_ст   и W_ф= h_ст  (h_ст- высота стенки балки) максимальное напряжение  изгиба будет равно

σ _мах= =                                                                                               (5)

где Е-модуль упругости фанеры в продольном направлении.

Соединение фанерных листов в ленту может быть выполнено стыком, направленным параллельно,  перпендикулярно полкам или под углом 45^o (рис.4)

Рисунок 4. Стыкование фанерных листов волнистой стенки балки

1. Вертикальный стык при направлении волокон наружных слоев (шпонов): а) параллельно полкам; б) перпендикулярно полкам ; в) под углом 45^o к полкам.
2. Стык под углом 45^o при направлении волокон наружных слоев : г) параллельно полкам; д) перпендикулярно полкам; е) под углом 45^o к полкам.

Прочность  фанерной изогнутой ленты проверяется в этом случае по формулам для схем стыкования:

1. Стыки перпендикулярны полкам:

а) σ _мах=≤_фи=1,15R_фи                                                                                 (6)

б) σ _мах=≤_фи=1,15                                                                            (7)

в) σ _мах=≤_фн45=1,15R_фн45                                                                (8)

2. Стыки под углом 45֯ к полкам

г)  σ _мах=≤=2,7R_фи                                                                  (9)

д)  σ _мах=≤=2,7                                                                 (10)

е)                                               (11)

где m=0,6- коэффициент непроклея стыка фанерных листов «на ус» [7], K_gc=0,52-коэффициент длительного сопротивления фанеры [4,8];

Sin = Sin 45^o= 0.707- учитывает увеличение длины стыка  на единицу высоты стенки; Е_фи,Е_фи^┴,Е_Фи45 – модуль упругости фанеры при изгибе из плоскости листа соответственно вдоль, поперек и под углом 45^o;

R_Фи,R_Фи^┴,R_Фи45 –расчетное сопротивление фанеры изгибу из плоскости листа соответственно параллельно , перпендикулярно и под углом 45^o к волокнам наружных шпонов. 

Модуль упругости фанеры при изгибе из плоскости листа принимается в соответствии с формулой (11.21) [5] и данными таблицы 11[8] .

Численные значения упругих свойств фанеры при изгибе из плоскости листа с округлением , не влияющим на инженерные расчеты, приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Модуль упругости фанеры марки ФСФ сортов В/ВВ, ВВ/С при изгибе из плоскости листа

Расчетное сопротивление фанеры изгибу из плоскости листа под углом α=45֯ находим исходя из формулы Ханкинсона [5] при n=  (1,5).

R_фи45= ,                                                                                      (12)

где  ,  - расчетное сопротивление фанеры изгибу из плоскости листа соответственно вдоль и поперек волокон наружных шпонов, принимаемые по таблице 10 [9].   Численные значения показателей прочности  сведены в таблицу 2.

Таблица 2.

Расчетное сопротивление изгибу из плоскости листа под углом 45^o к волокнам наружных шпонов фанеры марки ФСФ сортов В/ВВ, ВВ/С

Примечание: поправочный коэффициент к расчетному сопротивлению фанеры из березы Урала – К_RФ=1,1 [3].

Выведенные формулы по определению прочности фанеры при изготовлении клеефанерных балок с волнистой стенкой позволяют найти оптимальное отношение высоты волны к ее длине и направление волокон наружных шпонов листового материла.

Клеефанерные балки двутаврового сечения с волнистой стенкой пролетом 9 м под расчетную нагрузку 900 кгс/м были смонтированы при возведении здания комплекса КРС  в Краснодарском крае [1]. (Рис.5)

Рисунок 5. Клеефанерные балки с волнистой стенкой в здании коровника

Стенки балок выполнялись из водостойкой березовой фанеры семислойной марки ФСФ сорта В/ВВ толщиной =10 мм. Длина волны стенки   l_в=1 м (100см) , высота h_в=6см.Непрерывность стенки обеспечивалась соединением заготовки  в ленту «на ус». Волокна наружных слоев в стенке направлены под углом 45 ֯  к оси балки. Стенка запрессована в синусоидальный паз трапецеидального сечения глубиной 25 мм (2.5), расположенный в деревянных клееных полках.

Результаты расчета фанерной стенки на прочность при изгибе ленты сведены в таблицу 3.

Таблица 3.

Прочность фанерной стенки при изготовлении балки (изгибе фанерной ленты)

Примечание: расчетное сопротивления фанеры вдоль и поперек волокон наружных шпонов при изгибе из плоскости листа приняты согласно таблице 10[9], под углом 45^o- по таблице 2.

Данные таблицы 3 показывают, что принятое стыкование листов фанеры балок с волнистой стенкой обеспечило её прочность при изготовлении.

Список литературы:

1. Гёту К.-Г.,Хоор Д., Мёлер К.,Натерер 10. Атлас деревянных конструкций. Перевод с немецкого Александровой Н.И. под редакцией д.т.н.,проф. Ермолова В.В.М.: 1985.С.53.
2. Житушкин В.Г. Клеефанерные конструкции .М. : АСВ,2011. С.123-127, 172-173.
3. Житушкин В.Г., Рябухин А.К. Расчет элементов деревянных и клеефанерных конструкций .Краснодар . КубГАУ им. И.Т.Трубилина ,2019. С.87-90, 111.
4. Кириллов А.Н. Конструкционная фанера. М.: Лесная промышленность , 1981. с. 100-108.
5. Лаборатория лесных продуктов  США. Справочные руководство по древесине . Перевод с английского Горелика Я.П. и Михайловой Т.В. М. : Лесная промышленность ,1979.  с.302-309,146-148
6. Любощиц М.И., Ицкович Т.М. Справочник по сопротивлению материалов . Издание второе, переработанное и дополненное . Минск, Вышэйшая школа, 1969.  с. 208-209.
7. Стоянов В.В., Хрулев В.М., Житушкин В.Г., Узун Н.И. , Легкие конструкции для строительства . Кишинев, «Штинца»1985.  с. 49,53-58.
8. ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя  СССР. Рекомендации по расчетным сопротивлениям и модулям упругости фанеры из древесины лиственницы.,1971 16с.
9. СНиП IIⅡ-25-80. Деревянные конструкции.
10. СП.64.13330.2017. Деревянные конструкции. Актуализированная редакция СНиП IIⅡ-25-80.