
книги из ГПНТБ / Соколовский Б.С. Деревянные конструкции в строительстве
.pdfНапряжения в клеевых швах
|
|
|
|
Крутящий |
|
Схемы узлов |
Расчетная площадь склеіікн |
момент |
|
узла |
|
F, см- |
M к , |
|
|
|
|||
|
|
|
|
кгс/см |
|
|
|
Подкос |
7 200 |
|
|
3,14 |
|
|
|
|
4 [ — |
17-351 = 1872 |
|
ют
90>
ч.
г6'
131 чч
Стойка
2(17,8-16) = 570 Верхний пояс
2 f 40 — ^ — ) = 1160
Опорный раскос
2 , 4 0 ^ 8 4 ^ - 1 = 1 1 6 0
Стойка 2 (1916) = 608
Раскос
3 14
2 | — • 15-251 = 590
Накладки верхнего пояса
2 |40 1 9 + 1 4 | = 1 3 2 0
Раскосы
2 [ - ^ 4 - 25-15 1 = 590
П р и м е ч а н и е . На всех схемах узлов показаны размеры расчетных
98
узлов фермы при нагрузке 13,32 |
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 26 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Полярный момент сопро |
_ |
Mк |
Нормаль |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
тивления \Ѵ , см' |
|
\Ѵ |
ная |
|
|
|
|
Примечания |
||||||
|
сила N, |
|
|
F |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
к |
кгс |
кгс/см' |
|
|
|
|
|||
|
|
|
кгс/см2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
4 (3,14- 17а-35) |
|
7200 |
|
|
— 10 797 |
10 797 |
|
Швы |
по |
плоскости |
||||
16 |
|
|
|
|
|
1872 |
= |
склейки |
раскосов |
|||||
= |
7940 |
|
|
|
|
|
= 5,76 |
нарушены |
не были |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
2 (0,218-17,8-162 ) |
= |
17 300 |
=8,70 |
+ 4 697 |
4697 |
|
|
5,22 |
Скалывание |
по |
||||
= |
1990 |
|
1990 |
|
|
70 |
|
|
клеевым |
|
швам |
|||
40 (19* — 104) |
|
15 300 |
|
—9 401 |
9401 |
|
|
|
стоек |
|
|
|
||
|
|
|
|
1,12 |
Скалывание |
по |
||||||||
12-19(19 — 10) |
~~ |
3070 |
|
|
Ибо' |
|
клеевым |
|
швам |
|||||
0,105(194 — 104) |
|
= |
5,0 |
|
|
|
|
|
верхнего |
пояса |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
3070 |
|
2000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3070 |
|
= |
0,65 |
—10 797 |
10 797 |
= |
9,3 |
Швы |
по |
плоскости |
|||
|
|
|
3070 |
|
1160 |
|
склейки |
опорных |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
раскосов |
нарушены |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
не были |
|
|
|
2 (0,208-19-162) |
= |
14 800 |
|
4 697 |
4697 |
|
|
|
Скалывание по кле |
|||||
= |
2040 |
|
2040 |
|
|
" 6 Ö 8 - 7 - 2 2 |
евым |
швам |
стоек |
|||||
2(3,14-152 -25) |
|
- • 7,21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
21 200 |
_ |
7 974 |
7974 |
|
|
|
Скалывание по кле |
||||||
16 |
= 2204 |
|
|
13,5 |
||||||||||
|
|
2204 |
~~ |
|
590: |
|
|
евым |
швам |
раско |
||||
|
|
|
|
|
|
|
сов |
|
|
|
||||
|
|
|
= |
9,62 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
40 (19* —144 ) |
|
34 900 |
|
9 401 |
9401 |
= |
|
7,15 |
Скалывание по кле |
|||||
12-19(19 — 14) |
|
4834 |
|
|
1280 |
|
евым |
швам |
накла |
|||||
|
|
|
|
|
|
док верхнего пояса |
||||||||
|
= |
7,22 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п^ / І Э * — 1 4 *
- ° ' І 0 5 ( —
= |
4834 |
|
|
|
|
|
|
|
|
(3,14-152 -25) |
6400 |
|
7 974 |
7974 |
|
13,5 |
Швы по |
плоскости |
|
16 |
2204 |
~ 2 , 9 |
|
590 |
: |
склейки |
раскосов |
||
= |
2204 |
|
|
|
|
|
|
не нарушены |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
площадей |
склейки элементов. |
|
|
|
|
|
|
99
|
б) |
|
|
|
|
|
• M |
|
I |
|
|
|
|
Рис. 60. Схема работы клеевого 'сое- |
|||
|
|
|
|
4jfr/nZ |
||||
• ' I |
|
|
|
динения при |
воздействии продольных |
|||
40x11? |
|
|
' |
сил и крутящего |
момента |
|||
1 |
20xlè\ |
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
WO |
WO |
300 |
Paie. 58. График зависимости прочно |
|||
Площадь |
сти клеевого |
соединения, |
работаю |
|||||
|
скалывания |
F (смг) |
щего на скалывание |
-при |
действии |
|||
|
|
|
|
|
крутящего |
момента, |
от |
площади |
Xкгс/см2 |
|
|
|
|
склейки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
109.7ß
8,78
S42 |
W |
5,48 |
|
• |
|||
4.57 |
|
||
|
• |
|
|
|
|
I |
|
10 70 30 40 50 |
SO 70 80 9-7 |
Рис. 59. График изменения величин разрушающих напряжений в зависи мости от угла склейки при воздейст вии крутящих моментов
О — результаты |
испытания |
Купера |
и |
|||
Структа; |
ф |
— результаты |
испытания |
уз |
||
лов фермы; |
0— |
результаты испытания |
||||
образцов, |
склеенных |
под |
углом 90°, |
по |
||
|
данным |
А. |
И. Павлова |
|
тельные напряжения в плоскостях склейки имеют наибольшие значения по серединам более длинных сторон плоскостей скле ивания. Они будут противоположны по направлению и поэтому
одно из них обязательно совпадет с направлением |
напряжения |
от продольной силы. Наибольшее касательное |
напряжение |
можно было бы получить как сумму этих составляющих (рис. 60).
По данным испытаний фермы пролетом 6 м было установ лено, что клеевые соединения в некоторой части узлов при раз рушающей нагрузке 13,32 т нарушены не были. Это находится
в соответствии с малой величиной крутящих моментов, полу ченной по расчету (см. эпюру на рис. 55). Сохранились клееные швы в опорных узлах № / и 7, частично в узлах № 2, 4 и 6 (см. та'бл. 26). Ниже приводятся величины касательных напряжений от крутящих моментов [2] и от продольных сил в этих узлах.
Из табл. 28 видно, что величины касательных напряжений от воздействия крутящих моментов относительно невелики. Каса тельные напряжения от воздействия продольных сил по своей
100
величине примерно соответствуют напряжениям в клеевых швах узлов подвергшихся разрушению. В разрушившихся узлах каса тельные напряжения от продольной силы нигде не достигли своей предельной величины (см. рис. 36).
№ п/п
Т а б л и ц а 27
Величины разрушающих напряжений в клеевых соединениях при воздействии крутящих моментов
|
|
Угол |
склейки |
|
|
|
Авторы работ |
13° |
15° |
30° |
40° |
60° |
Примечания |
6° |
90° |
1 |
Д . Купер И |
|
6,1 9,76 8,78 |
5,48 4,88 |
|
А. Структ. |
Ис |
|
|
|
пытание образцов |
9,62 |
7,97 |
|
2 |
Б. С. Соколовский, 7,22 5,0 |
|||
|
Испытание |
фермы, |
|
|
|
/ = 6 м |
|
|
|
3 А. И. Павлов. Ис |
5,42 |
пытание образцов |
|
При постоянной пло щади склейки. Соеди нения нз досок 76x38 а) При переменной площади склейки. Соединения из до сок 190x42 и 160х
Х42 мм;
б) для угла 90° при нято среднее зна чение разрушающих напряжений, равное
7,24 + 8,70
2 = 7,97 кгс/см2 (см.
табл. 26) Соединения из досок шириной 130—150 мм
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
28 |
|
|
Величины касательных напряжений |
|
|
_ _ |
|
||||
Наименование узлов |
X, |
кгс/см1 |
а, |
кгс/см' |
|||||
|
|
|
|
|
|
0,91 |
|
5,76 |
|
Узлы №2 и б, |
крепление |
опорных |
раскосов |
0,65 |
|
9,30 |
|
||
|
|
|
|
|
|
2,9 |
|
13,50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
29 |
|
Предел прочности на скалывание при кручении |
|
|
|
||||||
Углы склейки, а |
R |
ск |
, |
кгс/см' |
Углы склейки, а |
R , |
кгс/см' |
|
|
|
|
' |
ск |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10° |
|
|
|
6,0 |
50° |
|
7,5 |
|
|
15° |
|
|
|
7 |
60° |
|
5,5 |
|
|
25° |
|
|
|
9 |
90° |
|
5,5 |
|
|
40° |
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
101
Из изложенного можно сделать вывод о превалирующем вли янии крутящих моментов на прочность клеевых соединений. Ис следования трех авторов показывают близкие по величине ре зультаты. Исходя из этого, можно принять в опытном порядке величины разрушающих напряжений за предел прочности на скалывание при кручении, при кратковременном воздействии нагрузки. Величины, приведенные в графике (рис. 59) даны с некоторым округлением в табл. 29.
Полученные результаты следует рассматривать как предва рительные. Желательно дальнейшее продолжение исследова тельских работ по склейке под углом, с учетом одновременного действия крутящих моментов и продольных сил. Такие работы могут иметь важное значение также для расчета клееных рам с фанерными накладками 'в карнизных узлах, клеевые швы кото рых работают на кручение.
Г л а в а IV
ИЗГОТОВЛЕНИЕ КЛЕЕНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
1.Общие сведения
Вэтой главе кратко изложены общие сведения по техноло
гии изготовления клееных конструкций на основе отечественной и зарубежной практики, а также освещаются отдельные вопро сы технологии по данным работ, проведенных автором в строительных организациях.
Технология изготовления клееных конструкций состоит из следующих основных операций: отбор и сортировка пиломате риалов, сушка, обработка поверхностей для склеивания, нане сение клея, запрессовка, выдерживание в прессах под давлени ем, обработка поверхностей готовых элементов и отправка их на склад.
Пиломатериал, предназначенный для изготовления клееных конструкций, сушится в сушильных камерах до влажности 10— 15%, сортируется по качеству, раскраивается по длине с вы резкой дефектных мест и подготовляется для склейки на «зуб чатый стык». Длина склеенной нитки досок обычно равна длине конструкции .или ее элемента. После склейки осуществляется острожка элементов на четырехстороннем строгальном станке.
Для склейки несущих конструкций в СССР обычно приме няется водостойкий фенолформальдегидный клей марки КБ-3. Отверждение этого клея производится при температуре 16—і18°С. В целях ускорения отверждения в ряде случаев применяется нагрев. Недостаток клея —его токсичность, проявляющаяся до полного его отверждения; поэтому в сборочных цехах необхо димо устройство специальной приточно-вытяжной вентиляции. Помещения для приготовления клея и мойки посуды, кистей,
102
переносных клеемешалок и т. п. требуют усиленной |
вентиляции |
|
и специальных мероприятий по охране труда. |
|
|
Жизнеспособность клея |
КБ-3 после введения |
отвердителя |
(контакт Петрова) равна |
примерно 1,5—2 ч, поэтому каждая |
партия клея приготовляется в количестве, которое может быть использовано в процессе сборки ,и запрессовки соответствующе го количества клееных элементов.
Другой недостаток этого клея, который выявляется в даль нейшем, в процессе эксплуатации, — повышенная хрупкость клеевых швов, что особенно заметно в конструкциях, не защи щенных от воздействия переменной влажности, солнечной ра диации и повышенных температур. При нормальных условиях эксплуатации в закрытых помещениях прочность клеевых швов сохраняется длительное время.
Более устойчивы к климатическим и температурным воздей ствиям резорциновые клеи, разработанные в США. В Англии широкое применение находит резорциновый клей «Каскофен» и др. В ФРГ для производства клееных конструкций применя ются мочевиноформальдегидные клеи различных марок. Наря ду с этими клеями за рубежом применяются также и поливинилацетатные клеи, отличающиеся длительной жизнеспособностью, бесцветностью клеевого шва, быстротой отверждения. Недоста ток их — малая водостойкость.
2. Изготовление клееных балок
Запрессовка клееных балок обычно осуществляется в специ альных горизонтальных и вертикальных ваймовых прессах, а также в пневматических и гидравлических прессах.
В СССР клееные балки изготовляют преимущественно в ваймовых прессах. Наряду с этим довольно широко применялась запрессовка гвоздями; этот способ трудоемок и требует пос тоянного технического надзора. При запрессовке пакета необ ходимо соблюдение двух основных требований: во-первых, доски должны быть тщательно калиброваны (недопустимы их покоробленность и различная толщина); во-вторых, намазка клеем, осуществляемая клеевыми вальцами, пистолетами-рас пылителями или кистями, должна быть равномерной, при строгом соблюдении установленной инструкцией [15] вязкости клея и времени сборки и запрессовки.
При гвоздевой запрессовке в местах неплотного примыкания досок, т. е. при толстом (более 0,3 мм) клеевом шве, делается дополнительный гвоздевой забой.
Способом гвоздевой запрессовки в период 1948—1954 гг. бы-, ло изготовлено большое количество клееных балок двутаврово го профиля и прямоугольного сечения. Эти балки уложены на десятках тысяч квадратных метров площади междуэтажных и чердачных перекрытий в Ленинграде, Североморске, Севастопо-
103
ле, Риге, Омске, Бежице и других городах. В настоящее время гвоздевая запрессовка применяется для изготовления полуарок пролетом 45 м для покрытий складов солей, калийных комбина тов в Солигорске, Соликамске и др. Этот, казалось бы, кустар ный способ запрессовки балок и арок с помощью гвоздей имеет то преимущество, что не требует быстрой сборки всего пакета, ограниченного временем жизнеспособности клеевого раствора.
Балка пакетного типа не может находиться в прессе в тече ние времени, необходимого для полимеризации клея, так как производительность пресса была бы при этом ничтожной. Воз можно осуществлять запрессовку в пресс-вагонетках, количество которых должно быть достаточным для обеспечения беспрерыв ности технологического процесса, учитывая необходимый срок выдержки под давлением [15]. Вместе с тем это требует допол нительных расходов на оборудование и соответствующей пло щади цеха для размещения пресс-вагонеток.
Новые возможности представляет запрессовка гвоздями при использовании специальных пневматических молотков для за бивки гвоздей. Трудоемкость запрессовки сокращается в не сколько раз и этот способ в отдельных случаях может конкури ровать со способом запрессовки в прессам. В США, ФРГ, Фин ляндии и других странах этот новый инструмент получил широ кое распространение. Пневматический молоток при наличии соответствующего приспособления допускает программирован ную забивку гвоздей.
Для приготовления клея и нанесения его на склеиваемую поверхность '.необходимы клеемешалки, клеевые вальцы или пистолеты для нанесения клея. Индустройпроектом и ЭКБ ЦНИИСК разработана клеемешалка для приготовления клея. За рубежом аналогичные клеемешалки выпускаются фирмами
«Драй-Торрмаш», «Дей» и др. В |
клеемешалках предусмотре |
ны механизмы, обеспечивающие |
нагрев и охлаждение смеси. |
Для нанесения вязких клеев (КБ-3) удобны выпускаемые нашей промышленностью пистолеты марки КВС-2 с увеличенным про
тив других |
марок диаметром |
сопла. |
Двухсопловые |
пистолеты |
|||
разработаны |
и выпускаются |
фирмой |
«Эрсопрей». Они |
сконст |
|||
руированы |
с |
раздельной подачей компонентов |
клея; |
смешива |
|||
ние их происходит в факеле |
пистолета только |
при |
выходе из |
аппарата. Значительным преимуществом этих пистолетов явля ется возможность нанесения клея в течение суток, независимо от срока его жизнеспособности. При массовом поточном изго товлении однотипных балок целесообразно применять автома тические линии склеивания непрерывного действия с нагревом
вполе ТВЧ или в специальных камерах.
ВСССР опытную установку для склеивания брусьев любой длины разработал ЦНИИМОД. Испытания установки дали положительные результаты.
ВФинляндии, ФРГ и США на специальных заводах имеются
104


выполненными на «ус» и «вразбежку». Стенка была выполнена из двух слоев тонких маломерных строганых досок толщиной 21 мм. Для запрессовки балок был запроектирован и выполнен специальный стенд с винтовыми зажимами (рис. 63).
Изготовление балок производилось следующим образом. Вначале были склеены отдельно нижние пояса в виде сплошной ленты из одного слоя толщиной 36 мм со стыками на «ус». Да лее на стенде по шаблону укладывали доски верхнего и нижне
го поясов, а также доски ребер жесткости, намазанные |
клеем; |
||||
затем поверх досок под углом |
30° укладывали один слой ГТРНКИ |
||||
из заранее опиленных по длине досок толщиной 19 мм. |
После |
||||
намазки слоя клеем укладывали второй слой досок |
стенки |
в |
|||
обратном направлении. Далее |
собранные |
на стенде |
элементы |
||
запрессовывались винтовыми |
зажимами, |
расставленными |
по |
||
длине балки через 480 мм. Балки выдерживались в прессах |
в |
||||
течение 12 ч при температуре |
-т-18°С. После снятия |
винтовых |
зажимов наклеивали второй слой поясных досок и производили вторичную запрессовку. После вторичного выдерживания в те чение 12 ч балку освобождали от зажимов и снимали со стенда.
При сборке двухслойной стенки балки особое внимание было уделено тщательной калибровке досок. Отклонение размеров по толщине не превышало ±0,5 мм, что в значительной степени уменьшило возможность появления непроклеек в швах при за прессовке.
Запрессовка поясов балки в два приема потребовала излиш
ней |
затраты времени |
на выдержку, в |
прессе и была |
вызвана |
|
тем, что при большой |
протяженности балки (12 м) и ограничен |
||||
ной |
по времени |
жизнеспособности |
фенолформальдегидного |
||
клея |
КБ-3 (1,5 ч) |
практически не было |
возможности |
склеить и |
запрессовать всю балку в такой короткий срок. -При применении пистолетов для нанесения клея марки КВС-'2, и особенно двухсопловых пистолетов с раздельной подачей компонентов клея, •срок запрессовки может быть сокращен не менее чем на 30%.
3. Изготовление клееных свай
Изготовление клееных пакетов, предназначенных для свай, производилось на деревообделочных предприятиях Министерст ва морского флота [18], в цехах, оборудованных для этой цели.
Запрессовка осуществлялась с помощью гвоздей и в опытном лорядке на стенде с винтовыми зажимами.
Преимуществом первого способа, несмотря на его трудоем
кость, является то, что свая в процессе сборки занимает |
'место |
на верстаке сравнительно короткое время (45—60 мин), |
после |
чего она может быть перемещена на стенд для выдержки в те чение времени, необходимого для отверждения клея.
При изготовлении по второму |
способу необходима выдержка |
|
в прессе сваи в запрессованном |
состоянии в течение 7—8 ч, |
что |
нерентабельно; поэтому целесообразно иметь набор из 6—7 |
пе- |
107
реносных стендов-зажимов, транспортируемых с помощью
тельфера или на вагонетках. |
|
|
|
|
Представляет интерес особенность |
склепки |
широких |
пакетов |
|
с двумя-тремя досками в каждом ряду. Такого рода |
клееные |
|||
пакеты были |
использованы в качестве |
свай в |
гидротехническом |
|
строительстве |
[17]. В гражданском строительстве они |
могут |
найти применение в виде стоек и колонн, а также в виде мачт при строительстве линии электропередач (рис. 64).
Применение пневматических молотков для забивки гвоздей позволит сократить трудоемкость запрессовки. Этот способ мо жет стать вполне целесообразным, особенно если иметь в виду
возможность программированной забивки |
гвоздей. |
Учитывая |
||
большую длину свай и наличие в каждом |
слое, состоящем |
из |
||
двух и трех досок (табл. 32), 6—9 стыков |
на «ус», независимо |
|||
от способа запрессовки необходима предварительная |
склейка |
|||
каждой нитки досок. При склейке на «ус» |
можно |
пользоваться |
||
винтовыми зажимами. Выдерживание в зажимах |
может |
быть |
сокращено при устройстве |
местного подогрева зажатых стыков |
до температуры 50—60°С. |
При наличии шипорезных станков и |
высокочастотной установки целесообразно использовать стыко вание ниток досок на зубчатый шип, как более производитель ное. Зубчатые стыки выполняются с длиной зуба 30—'SO мм, с шагом 8—12 мм и с затуплением конца зуба 0,3 мм.
На Московском деревообрабатывающем комбинате № 3- Главмосстроя действует поточная линия для склейки заготовок столярных изделий. Продолжительность склеивания на высоко
частотной установке английской фирмы «Филдинг» |
составляет |
||||||||
6500 |
1—5 |
мин |
[16]. Перед сборкой на |
клее |
следует |
||||
г |
Ш a |
п Р е Д в а Р и |
т е л ь н о |
подготовить |
весь |
пакет, |
собрав |
||
|
|
его насухо на параллельно расположенном вер |
|||||||
|
|
стаке с целью ускорения сборки на клее и про |
|||||||
|
|
верки плотности |
прилегания |
досок |
по пласти и |
||||
|
|
по кромкам по избежание могущих быть непро |
|||||||
|
|
клеек. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нанесение клея удобнее |
всего |
производить |
||||
|
|
упомянутым выше пистолетом К.ВС-2 или двух- |
|||||||
|
|
сопловым |
пистолетом. |
|
|
|
|
||
|
|
|
Применение |
клеенамазывающих вальцов типа |
|||||
|
|
К.В-2 и Kß-20 при изготовлении сваи |
или клее |
||||||
|
|
ных пакетов иного назначения менее удобно, так |
|||||||
|
|
как после прохождения досок через вальцы необ |
|||||||
|
|
ходима еще дополнительная |
промазка |
кромок. |
|||||
|
|
|
Лучшее качество склейки при запрессовке |
||||||
|
|
широких |
пакетов в винтовых |
прессах |
получается |
||||
клееной' маТта |
п р и |
н а л и ч и |
и ДВ УХ |
прижимных |
площадок, |
кото- |
|||
для |
линии |
' Р ы е обеспечивают запрессовку по |
всей |
ширине |
|||||
электропередач |
пакета (рис. 65). |
|
|
|
|
|
108