Анализ четырех типов анкерных устройств для предварительно напряженной клееной балки и экспериментальные исследования – PMC

Анализ четырех типов анкерных устройств для предварительно напряженной клееной балки и экспериментальные исследования

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Связанные данные

Данные, представленные в этом исследовании, доступны по запросу от соответствующего автора.

Абстрактные

Анкерное устройство является неотъемлемой частью предварительно напряженных клееных балок. Следовательно, его рациональность и практичность оказывают существенное влияние на механические характеристики предварительно напряженных балок. Чтобы исследовать влияние анкерных устройств на несущую способность и жесткость предварительно напряженных балок, в этой статье сравниваются и подробно анализируются четыре типа анкеров с помощью программного обеспечения конечных элементов. Результаты показали, что при начальном срединном прогибе 5 мм, 10 мм и 15 мм несущая способность предварительно напряженных балок с четырьмя анкерными устройствами была на 80.37–177.24 %, 93.56–182.51 % и 95.62–194.60 % выше, чем у предварительно напряженных балок. что из обычного клееного бруса, соответственно. При начальных начальных средних пролетных напряжениях 1 МПа, 1.5 МПа и 2 МПа несущая способность предварительно напряженных балок с четырьмя анкерными устройствами была на 101.71–172.57 %, 105.85–175.88 % и 109.64–180.87 % выше, чем у обычных балок. Клееный брус соответственно. Кроме того, по результатам моделирования предварительно напряженная балка с внешней анкеровкой имела наибольшую несущую способность и жесткость. Деформационная способность балки с анкерным креплением была наибольшей. Распределение напряжений в балке, установленной под анкерным креплением, было наиболее равномерным, а в балке с щелевым анкерным креплением легко возникала концентрация напряжений в пазу. Наконец, исходя из выдающихся характеристик внешнего анкерного крепления, он был выбран для проведения одного эксперимента, и результаты эксперимента показали, что моделирование может хорошо предсказать модель повреждения и зависимость нагрузки от прогиба предварительно напряженных балок.

Ключевые слова: анкерное устройство, предварительно напряженная клееная балка, метод конечных элементов, жесткость, несущая способность

1. Введение

Как один из видов природного зеленого строительного материала, древесина имеет много преимуществ, таких как отсутствие загрязнения, низкое потребление энергии и способность к разложению, что соответствует требованиям зеленого устойчивого развития. Поэтому здания с деревянными конструкциями привлекают больше внимания исследователей [1,2,3,4,5,6,7]. По сравнению с традиционными древесными материалами, клееный брус стал неотъемлемой частью современной деревянной конструкции. Это устраняет недостатки низкого восстановления пиломатериалов и сложной обработки. Он имеет преимущества различных поперечных сечений, форм компонентов, меньшего количества централизованных дефектов, более высокой прочности и более разумного распределения напряжений [8,9,10]. Однако балка из клееного бруса часто разрушается при растяжении из-за более низкой прочности на растяжение, в результате чего прочность на сжатие не используется полностью. Это распространенный метод использования различных армированных полимеров для усиления балок из клееного бруса. Механические свойства и режимы разрушения клееных балок и клееных балок, армированных базальтовым волокном (BFRP), были сравнены и проанализированы Chen et al. [11]. Ли и др. [12] исследовали влияние различных методов склеивания полимера, армированного льняным волокном (FFRP), на характеристики изгиба клееных балок. Ван и др. [13] исследовали влияние армированного стекловолокном пластика (GFRP) на изгибающую способность клееных балок. Глишович и Джонссон провели серию экспериментов по изучению влияния стеклопластика на жесткость, несущую способность и пластичность клееных балок [14,15]. Сравнивалась и анализировалась предельная несущая способность балок Glulam из карибской сосны, усиленных армированным волокном полимером (FRP) и без FRP [16]. Между тем, некоторые исследователи построили конечно-элементную модель древесной балки из полимерного углеродного волокна, связанной вблизи поверхности, для изучения связанных влияющих факторов [17,18,19].

Читайте также:
Как установить пленку для изоляции окон (с иллюстрациями) - wikiHow

Благодаря успешному применению технологии предварительного напряжения в бетонных конструкциях многие ученые также начали внедрять технологию предварительного напряжения в деревянные конструкции. Некоторые ученые проанализировали изгибную предельную несущую способность и изгибную жесткость четырех групп различных линейных предварительно напряженных армированных балок [20]. Ян и др. [21] провели четырехточечные испытания на изгиб армированных углеродным волокном пластиковых (углепластиковых) балок Glulam, чтобы провести углубленное исследование теоретических моделей изгибной способности неармированных, армированных и предварительно напряженных армированных балок. Лин и др. [22] продемонстрировали, что предварительное напряжение может улучшить большую изгибающую способность клееных балок по сравнению с армированием. Чжан и др. [23] пришли к выводу, что по сравнению с традиционными балками из клееного бруса предварительно напряженные балки из клееного бруса с линейными и криволинейными стальными стержнями обладают более высокой способностью к изгибу. Предложен новый тип предварительно напряженной клееной балки, которая предварительно напрягается вращающимися болтами [24,25,26,27]. Ян и др. обнаружили, что предельная грузоподъемность, жесткость и пластичность предварительно напряженных балок выше, чем у традиционных балок из клееного бруса. Были рассчитаны и проанализированы потери предварительного напряжения предварительно напряженной плиты из армированного стеклопластика из клееной древесины, а затем теоретический анализ был подтвержден измеренным значением обратного прогиба арки [28]. Мей [29] предложил новую предварительно напряженную неразрезную балку из клееного бруса и проанализировал влияние управления предварительным напряжением на режим разрушения, предельную несущую способность и отношение нагрузки к деформации непрерывных многослойных балок. Кроме того, Марио В. и Алессандра Дж. [30], занимаясь проблемами, присущими устройствам МЭМС, освещают процедурный процесс идентификации фиктивных решений, начиная с численных решений.

Существующие исследования обогатили изгибные свойства предварительно напряженных материалов, армированных балками из клееного бруса, но в исследованиях по предварительно напряженным анкерным устройствам есть пробел. Таким образом, в этой статье были созданы конечно-элементные модели четырех различных типов анкерных устройств (внешнее анкерное устройство, анкерное устройство ботинка, анкерное устройство под балкой и анкерное устройство с прорезями) с использованием конечно-элементного программного обеспечения ABAQUS. Путем анализа кривых нагрузки-прогиба и распределения напряжения изгиба было изучено влияние четырех различных типов анкерных устройств на изгибную способность и жесткость предварительно напряженных балок при различном предварительном напряжении и предварительном прогибе. Наконец, на основе результатов конечно-элементного анализа в ходе четырехточечного испытания на изгиб было выбрано и изучено анкерное устройство с лучшими свойствами на изгиб. Тестовые измеренные значения были сопоставлены и проверены со значениями моделирования.

Читайте также:
Проект «Сделай сам» выходного дня: как быстро починить, казалось бы, не подлежащий ремонту подоконник с помощью Bondo - HomeJelly

2. Эксперимент с конечными элементами

2.1. Конечно-элементное моделирование

Как показано на рисунке 1, предварительно напряженная балка состоит из клееной балки, анкерного устройства, арматуры и болта. На рис. 2 представлена ​​схема состава болта. Все размеры указаны в мм, далее аналогично.

13 самых прочных деревянных соединений и их применение

самое прочное деревянное соединение

Столярные работы – это основная задача деревообработки, которая используется для соединения деревянных частей вместе для производства сложных изделий из дерева. Существует очень много типов деревянных соединений, используемых для различных работ по дереву.

Деревянные соединения должны иметь хорошую размерную стабильность и прочность, чтобы соединять деревянные детали вместе. Мне было любопытно узнать, какие виды соединений древесины самые прочные.

Я исследовал, и вот 13 самых прочных типов деревянных соединений

В этой статье я подробно расскажу о самых прочных типах деревянных соединений с их свойствами, а также об использовании каждого типа деревянных соединений с плюсами и минусами.

Кроме того, я расскажу о прочных типах клея, которые можно использовать для создания прочных деревянных соединений.

1. Врезное и шиповое соединение

Врезное и шиповое соединение является одним из самых прочных типов деревянных соединений, используемых в строительстве. Это классический метод соединения древесины, который используется с первых дней деревообработки.

Врезка означает полость, а шип — это деревянная деталь, которая идеально вписывается в паз.

Таким образом, метод соединения врезным и шиповым соединением просто означает сужение одного конца деревянной вставки в полость другой деревянной детали под углом 90 градусов.

Другими словами, сочетание врезного и шипового пеноматериала позволяет получить сложную деревянную структуру.

Соединение «врезка и шип» почти аналогично методу «язычок и паз», за исключением большого деревянного квадрата и гнездового шва, образующего бесшовное соединение.

Создание деталей из дерева врезных и шиповых — это навык, который вы должны развить с практикой.

Потому что вам нужно иметь точные навыки измерения, чтобы разработать соединение под углом 90 градусов между врезным и шиповым соединением..

С современным оборудованием разработка врезных и шиповидных деталей стала намного проще.

  • Фрезерный станок – сделайте квадратный прямоугольный шип, обрезав лишнюю древесину.
  • Сверлильный станок/погружной фрезерный станок – сделайте паз, вырезав деревянную полость
Читайте также:
Декоративное зеркало своими руками с зубчатой ​​рамой - Addicted 2 Decorating®

Врезные и шиповые соединения уже много лет популярны для строительства и создания массивных конструкций из-за их большой прочности.

Советы:

  • Сделайте шип выше его ширины. И шип, и паз относятся к толщине деревянных частей.
  • Сделайте паз немного глубже, чем длина шипа (около 1/8 дюйма). Это даст достаточно места для нанесения столярного клея, скрепляющего между врезным и шипом.
  • Сделайте шип примерно на 1/3 толщины деревянного куска.

Использование врезного и шипового сустава

  • Изготовление мебели: Для перпендикулярных деревянных частей столов, стульев и ножек мебели вместе с другими деталями.
  • Изготовление поделок
  • Способен выдерживать высокие нагрузки

ДОСКИ
S5 / 6 Woodwork имеет СЕРЬЕЗНУЮ игру врезных и шиповых — НИ ОДНОГО ПРОБЕЛА pic.twitter.com/ZeyjHAMPvF

— МиссМаршалл (@MissMarshallCDT) 7 сентября 2021 г.

2. Соединение типа «ласточкин хвост»

Соединение типа «ласточкин хвост» является одним из самых прочных деревянных соединений, используемых для укрепления углов за счет сопротивления растяжению.

В нем используются клиновидные (например, хвост голубя) взаимосвязанные детали, которые обычно используются в углах деревянных изделий.

Клинообразные деревянные части должны встречаться под правильным углом, чтобы точно соответствовать.

Соединение типа «ласточкин хвост» можно разработать с использованием ручных методов и машин. Машины, которые вы можете использовать для изготовления соединения типа «ласточкин хвост»,

Соединение «ласточкин хвост» требует только столярного клея и никаких крепежных деталей, а создание столярных изделий требует качественного мастерства, чем другие деревянные соединения.

Две клиновидные деревянные детали соединяются с помощью столярного клея и зажимаются до тех пор, пока они не образуют идеальное соединение путем надежного высыхания.

Советы:

  • Инвестирование в приспособление «ласточкин хвост» того стоит, если вы делаете много соединений «ласточкин хвост», потому что машина может точно вырезать клинья и ее можно регулировать, чтобы делать разрезы различной формы, которые идеально подходят друг к другу.

Существует 3 основных типа соединений типа «ласточкин хвост». Они есть,

Формируется первое соединение типа «ласточкин хвост»! Очень волнующий момент #CarpentryClass pic.twitter.com/28qFWMx7DF

— Генри Льюис (@henrywlewis) 5 октября 2021 г.

Через соединение «ласточкин хвост»

Сквозь «ласточкин хвост» — самый почитаемый стык древесины. Это классический материал, способный создавать чрезвычайно прочные соединения древесины с красивым внешним видом.

Читайте также:
Стол посреди кухни Идеи - фото и идеи | Хоузз

Сквозное соединение типа «ласточкин хвост» можно сделать с помощью ручных приемов и машин, таких как приспособление и фрезер.

Это придает изделию из дерева стильный вид, создавая сильную комбинацию между ними.

ДСП с соединением «ласточкин хвост». #победа pic.twitter.com/LyOhdSCvYw

— «96 Big Body Sittin» в Chrome (@rivveting) 30 июля 2015 г.

Полуглухое соединение типа «ласточкин хвост»

В полуслепом соединении типа «ласточкин хвост» видны не оба конца клиновидных деревянных деталей. Виден только один кусок дерева.

Лучшим примером полуглухого соединения «ласточкин хвост» является передняя часть ящика.

Мы не хотим видеть концы обеих деревянных частей через ласточкин хвост на передней панели ящика.

Таким образом, видны только передние концы, и вы сможете построить красивое соединение без ущерба для прочности.

Полуглухое соединение типа «ласточкин хвост» — это красивое соединение, которое вы должны практиковать, оно позволяет создавать чистые и красивые столярные изделия из дерева, которые придают уникальный внешний вид вашим изделиям из дерева.

Скользящее соединение типа «ласточкин хвост»

Скользящее соединение «ласточкин хвост» похоже на замковое соединение Dado. Деревянная деталь типа «ласточкин хвост» обрабатывается на передней поверхности других деревянных деталей, а штифт вырезается на краю соединяемой детали.

Он имеет множество различных применений и считается одним из универсальных методов столярных работ из дерева, которые вы должны практиковать.

Это закрытый скользящий ласточкин хвост. Идеально подходит для соединения ножек с пьедесталом. pic.twitter.com/GYIS4omS4t

— BC Dyer (@versatileyankee) 20 апреля 2021 г.

Итак, давайте посмотрим на общее использование соединений «ласточкин хвост».

Использование соединения «ласточкин хвост»

  • Сборка боковин ящиков
  • Соберите углы коробок и крышек

3. Дюбель

Дюбельное соединение – это почти аналогичный тип соединения с врезными и шиповыми столярными изделиями. Это прочный сустав, который вставляется в гнездо для укрепления сустава.

В дюбельном соединении обе деревянные детали должны иметь гнезда, и это круглый предмет цилиндрической формы, который проходит через деревянные детали под перпендикулярным углом 90 градусов.

Многие деревянные соединения могут быть дополнительно усилены с помощью дюбельного соединения.

Читайте также:
Стиральная машина Samsung против LG: выбираем лучшее » Лучший домашний уголок

Если вам не нужен видимый стальной вид гвоздей или головок шурупов, лучше использовать дюбельное соединение, которое способно создать прочное соединение с деревянными частями и гвоздями.

Он придает деревенский вид, когда контрастирует с деревом. Например, ореховые дюбеля в изделиях из дуба.

Штифтовые соединения могут быть изготовлены с использованием ручных методов с довольно хорошим мастерством и могут развиваться с использованием таких машин, как,

Дюбельное соединение: конец куска дерева упирается в другой кусок дерева. Это усиливается шпильками. #WOODWORKWEB pic.twitter.com/L0WfyyBChI

— Сеть по дереву (@woodworkweb) 24 августа 2017 г.

Советы:

  • Лучше склеить и зажать деревянные детали, которые вы хотите соединить, с помощью дюбеля и оставить на 24 часа, прежде чем сверлить гнездо, чтобы сделать дюбель. Это гарантирует, что древесина не будет двигаться отдельно, когда дюбель вставляется через деревянные детали.

Использование дюбельного соединения

  • Деревянные конструкции, в которых нет необходимости использовать гвозди и крепеж
  • краснодеревщика
  • Книжные шкафы
  • Количество спальных мест
  • ремесла

4. Митра Джойнт

Соединение под углом — это столярный метод, при котором два конца деревянных частей обрезаются под углом и соединяются вместе, чтобы получить сложный предмет.

Митра означает угол. Большинство стыков под углом 45 градусов.

В соединении под углом два куска дерева, концы которых обрезаются под углом 45 градусов и соединяются, образуя столярный угол в 90 градусов.

Они обычно используются в рамах и отделках. При установке стыка под углом сначала склеиваются деревянные детали, а затем скрепляются между собой с помощью гвоздей и скоб к каркасному материалу.

Для отдельно стоящих объектов сначала следует склеить деревянные детали по шву, а дополнительные гвозди скрепить их вместе.

Поэтому, если вы планируете использовать соединение под углом для отдельно стоящего объекта, такого как рамка для картины, вам понадобится столярный клей и крепеж для их соединения.

Потому что столярный клей и гвозди/шурупы обеспечивают склеивание стыка под углом.

Из-за использования клея, такого как столярный клей, прочность соединения под углом в основном зависит от них.

Читайте также:
Типы соединений труб в водопроводной системе для соединения труб

Если столярный клей надежно стянул деревянные детали, соединение под углом является прочным. Но если столярный клей не может стянуть деревянные детали, соединение под углом слабое.

Несмотря на то, что большинство соединений под углом 45 градусов, вы можете превратить соединение под углом в восьмиугольную рамку зеркала, разрезав их под углом 22.5 градуса.

Я работаю над специальным замковым соединением под углом. Его изготовление включает в себя 9 отдельных операций резки ПОСЛЕ того, как древесина будет отфрезерована по размеру. Размеры критичны. Он должен склеиваться точно под углом 90° и быть идеально прямым по всей длине. Пришлось рисовать схему. Твердый клен. pic.twitter.com/alCIuKgEzd

— Алан Купер (@MrAlanCooper) 4 марта 2021 г.

Советы:

  • Используйте торцовочную пилу для создания угловых соединений, не оставляя зазоров между деревянными частями. Торцовочная пила способна резать древесину под точным углом.
  • Убедитесь, что деревянная деталь крепко прижата к торцовочной пиле, чтобы она двигалась во время резки.

Использование митры

  • Изготовление рамок для картин
  • Мебель
  • оконные наличники
  • Создание декоративных рамок
  • Изготовление внешних кромок дверей
  • Маленькие столы

Закончите на этом соединении под углом. Это детали, друзья! pic.twitter.com/ZiKn8LvCRO

— Деревообработка Кифридер (@KeefriderCustom) 30 июня 2020 г.

5. Стыковое соединение

Стыковое соединение представляет собой прочное легкое соединение, почти аналогичное соединению под углом. Стыковое соединение – самый простой метод столярных работ.

Здесь один конец куска дерева непосредственно контактирует с концом другого куска дерева под правильным углом.

Зона склеивания будет закреплена с помощью механических крепежных элементов, таких как гвозди и винты, чтобы сохранить соединение.

Прочность стыкового соединения зависит от:

  • Клей для дерева, скрепляющий деревянные детали
  • Ориентация деревянных частей

Обычно конец пиломатериала известен как «стык». Таким образом, контакт между двумя концами пиломатериалов можно назвать стыковым соединением.

Они создают углы, соединяясь под прямым углом. Стыковое соединение обычно используется при установке отделки.

Стыковые соединения обычно используются для дверных и оконных наличников, которые вертикальные планки втыкаются встык в горизонтальную накладку в верхней части двери, окна или горизонтального подоконника.

Читайте также:
Все известные нам цвета 2023 года

В стыковом соединении со скосом режущие кромки двух деревянных деталей соприкасаются под противоположными углами, создавая впечатление цельной новой детали.

Чтобы сделать стыковое соединение менее заметным, вы можете сделать надрез на одном куске дерева под углом 45 градусов, а на другом — под таким же углом.

Наконечник:

  • Чтобы сделать стыковое соединение прочным, используйте отрезную пилу, чтобы сделать точные надрезы. Потому что резать вручную и циркулярной пилой сложно.

Использование стыкового соединения

  • Установка оконных наличников
  • Установка дверных обшивок
  • Мансардное обрамление
  • Настил
  • рамы для картин
  • Песочницы

6. Соединение внахлестку

Соединение внахлест — это прочное деревянное соединение, которое используется в местах, где два куска дерева перекрывают друг друга. Есть два основных типа суставов внахлестку. Они есть,

Советы:

Когда вы вырезаете детали для соединения внахлестку, обязательно укладывайте их четко и отмечайте обе поверхности деревянных деталей одновременно, чтобы избежать путаницы.

Сегодня я выделил час, чтобы немного узнать о японских столярных изделиях.

Полное коленное соединение

Соединения внахлест используются в тех местах, где одна деревянная деталь накладывается на другую, а контактная поверхность скрепляется с помощью гвоздей и шурупов.

Он в основном используется в строительных проектах, таких как несущие конструкции в домах и возведении заборов.

Полное соединение внахлест усиливает другие области деревянных элементов при наложении внахлест диагональных деревянных элементов на вертикальные деревянные элементы в воротах.

Соединение в половину колена

Соединение внахлестку прочнее полного соединения внахлестку, потому что оно создается путем наложения друг на друга двух кусков дерева, которые имеют надрезы и соединяются вместе в местах надрезов.

Они плавно ложатся друг на друга из-за выемок. Поэтому соединения внахлест также известны как соединения внахлест с насечкой.

Прочность полунахлестного соединения зависит от глубины надрезов. Это также зависит от типа проекта.

Использование коленных суставов

  • Каркасы дома
  • Структурные рамы для укрепления деревянных деталей, не вызывая их деформации или провисания.
  • Возведение заборов
  • Мебель

7. Язычок и соединение канавки

Соединение «шип-паз» является одним из самых прочных соединений древесины, обеспечивающих примыкание поверхностей.

Читайте также:
Лазерная резка фанеры: полное руководство - xTool

Он используется, когда две доски квадратов соединяются друг с другом по длинной стороне. Язык каждого дерева проходит вдоль другой стороны.

Одна деревянная деталь Соедините соединение встык и затяните крепежными элементами, такими как гвозди и шурупы.

Гвозди — это рифленая сторона другой доски, которая надевается на язычок, чтобы скрыть гвозди. Это известно как забивание гвоздей вслепую, потому что стальные шляпки гвоздей не портят поверхности.

Соединение «язычок и канавка» очень полезно при склеивании соединения. Он используется для установки материалов, которые лежат ровно, таких как твердые породы дерева и хлебные доски на стенах.

Вот машины, которые используются для изготовления языков своими руками,

Соединение с шипом и канавкой можно использовать для создания квадратных соединений путем прорезания канавки на поверхности доски при фрезеровании шпунта на кромке.

В настоящее время шипы и пазы поставляются с уже разрезанными поверхностями, и вам просто нужно совместить их, чтобы получить красивое и гладкое деревянное соединение.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: