ИССЛЕДОВАНИЕ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ В МНОГОСЛОЙНЫХ КЛЕЕНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

 

Карасов М.А., Титунин А.А. (КГТУ, г. Кострома, РФ)

 

     One of the reasons of destruction well–glued constructions is the internal stress. Development of deformations in many–layered well–glued bars was investigated. It is recommended to use lesser thickness stuck together layers.  

 

     В процессе изготовления и при эксплуатации в деревянных клееных конструкциях неизбежно возникают внутренние напряжения, под действием которых происходит коробление и растрескивание древесины, которые в свою очередь являются одной из причин разрушения. При эксплуатации ДКК под воздействием окружающей среды (изменения влажности) величина внутренних напряжений может как увеличиваться, так и уменьшаться, а также изменять свой знак.

     Для исследования изменчивости деформаций под влиянием внутренних напряжений были изготовлены клееные двух-, четырех-, пяти- и шестислойные бруски. От каждого бруска были отпилены образцы сечением 100×100×10 мм. В каждом образце на расстоянии 1/2, 1/3, 1/4  ширины образца были сделаны пропилы до клеевого шва каждого слоя. Все образцы имели начальную влажность 7%, затем увлажнялись и высушивались. На каждом этапе изменения влажности проводились замеры изменения величин а1 и а2 (см. рис. 1). Измерения проводились с помощью микроскопа БМИ-1, с ценой деления 0,005 мм. По результатам измерений построены графики (см. рис. 2, 3, 4, 5). На графиках изменения размеров а1 и а2 изображены соответственно пунктирной и сплошной линией.

Рисунок 1- Экспериментальный образец

 

     Из рис.2  видно, что с увеличением влажности наружные слои начинают деформироваться и величина зазора увеличивается. При последующем высушивании образец стремиться принять первоначальные размеры. Однако из-за наличия внутренних напряжений это не всегда возможно. Особенно это заметно на расстоянии 1/2 ширины образца. Деформации на данном расстоянии больше, чем на расстоянии 1/3 и 1/4 ширины образца, что свидетельствует о большей величине внутренних напряжений. Изменения размеров образца вблизи клеевого шва незначительны, что свидетельствует о сдерживании развития внутренних напряжений клеевым швом.

 

                        а                                            б                                          в

       

     Рисунок 2-  Зависимость величины зазора от влажности двухслойных клееных образцов: а – на расстоянии 1/2 ширины образца, б – 1/3 ширины образца, в – 1/4 ширины образца (на глубине 1/2 толщины образца)

 

    На величину деформаций как в цельной, так и в клееной древесине оказывает влияние толщина деталей. Из рис.3 видно, что клеевые швы сдерживают развитие деформаций, также на величину внутренних напряжений оказывает влияние и меньшая толщина ламелей.

 

                            а                                            б                                          в

                                                                                                                   

                       г                                            д                                          е

     Рисунок 3 - Зависимость величины зазора от влажности четырехслойных клееных образцов: а – на расстоянии 1/2 ширины образца, б – 1/3 ширины образца, в – 1/4 ширины образца (на глубине 1/2 толщины образца); г – на расстоянии 1/2 ширины образца, д – 1/3 ширины образца, е – 1/4 ширины образца (на глубине 1/4 толщины образца)

  

     При увлажнении образца и последующем высушивании характер развития деформаций на поверхности образца и по клеевому шву практически одинаков (см. рис.4). 

     Склеивание ламелей проводилось по общепринятым правилам с чередованием годичных колец в смежных слоях. При этом частные деформации в каждом слое компенсируются общими (см. рис.5).  

     Сравнивая деформации в различных слоях клееной древесине, видно, что в двухслойных и четырехслойных образцах изменения деформаций выражены в большей степени, чем в пятислойных и шестислойных образцах. Особенно это заметно на 1/2 толщины образца. Поэтому для повышения долговечности клееной конструкции и снижения внутренних напряжений, необходимо обоснованно назначать размеры склеиваемых элементов. Однако использование меньших толщин склеиваемых слоев не всегда возможно из-за увеличенного расхода древесины, клеев и повышения трудоемкости изготовления.

 

                       а                                           б                                           в

                       г                                           д                                          е

                      ж                                          з                                           и

     Рисунок 4- Зависимость величины зазора от влажности пятислойных клееных образцов: а – на расстоянии 1/2 ширины образца, б – 1/3 ширины образца, в – 1/4 ширины образца (на глубине 1/2 толщины образца); г – на расстоянии 1/2 ширины образца, д – 1/3 ширины образца, е – 1/4 ширины образца (на глубине 2/5 толщины образца);  ж – на расстоянии 1/2 ширины образца, з – 1/3 ширины образца, и – 1/4 ширины образца (на глубине 1/5 толщины образца)   

 

                      а                                            б                                           в

                       г                                            д                                           е

                       ж                                         з                                            и

     Рисунок 5- Зависимость величины зазора от влажности шестислойных клееных образцов: а – на расстоянии 1/2 ширины образца, б – 1/3 ширины образца, в – 1/4 ширины образца (на глубине 1/2 толщины образца); г – на расстоянии 1/2 ширины образца, д – 1/3 ширины образца, е – 1/4 ширины образца (на глубине 2/6 толщины образца);  ж – на расстоянии 1/2 ширины образца, з – 1/3 ширины образца, и – 1/4 ширины образца (на глубине 1/6 толщины образца)