Совершенствование конструкций и технологии изготовления деревокомпозитных панелей

Бесплатно
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0
Русланова Анастасия Владимировна
Бесплатно
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………… 5
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАЗВИТИЯ
МАЛОЭТАЖНОГО ДОМОСТРОЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ДЕРЕВОКОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ……………………………….. 13
1.1 История развития каркасных технологий ………………………………. 13
1.2 Зарубежный и отечественный опыт применения технологии объемно-
модульного домостроения ………………………………………………………… 16
1.3 Конструктивные решения объемных модулей ………………………….. 26
1.4 Состояние вопроса и возможности модульного домостроения………… 28
1.5 Выводы по главе 1 ………………………………………………………… 34
ГЛАВА 2. КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕРЕВОКОМПОЗИТНЫХ ПАНЕЛЕЙ…… 37
2.1 Общие замечания………………………………………………………….. 37
2.2 Математическая модель тепломассообмена…………………………….. 38
2.3 Результаты численного моделирования…………………………………. 42
2.4 Анализ полученных результатов…………………………………………. 45
2.5 Выводы по главе 2………………………………………………………… 53
ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
НАПРЯЖЕННО−ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СТЕНОВЫХ
ДЕРЕВОКОМПОЗИТНЫХ ПАНЕЛЕЙ ОБЪЕМНЫХ МОДУЛЕЙ ………. 55
3.1 Обзор исследований напряженно−деформированного состояния
ребристых конструкций на деревянном каркасе ……………………………. 56
3.2 Определение коэффициента приведенной ширины обшивки на основе
теории упругости анизотропных пластин…………………………………… 60
3.3 Функции распределения касательных напряжений на границе «стойка-
обшивка»………………………………………………………………………. 65
3.3.1 Расчетная модель панели с односторонней анизотропной
обшивкой………………………………………………………………………. 65
3.3.2 Расчетная модель панели с двусторонней анизотропной
обшивкой……………………………………………………………………….. 68
3.4 Гипотезы и допущения при выборе расчетной физической модели
деревокомпозитной ребристой панели……………………………………….. 71
3.5 Определение коэффициентов редукции обшивок стеновой панели……. 74
3.6 Исследование влияния обшивки на прочность и устойчивость
деревянных ребер каркаса…………………………………………………….. 84
3.6.1 Определение коэффициента kпод ………………………………………… 85
3.6.2 Определение коэффициента kw…………………………………………. 88
3.6.3. Определение коэффициента продольного изгиба для составного
сжатого стержня с податливыми связями……………………………………. 94
3.6.3.1. Стеновая панель с односторонней обшивкой……………………….. 94
3.6.3.2 Стеновая панель с двухсторонней обшивкой………………………… 99
3.7. Уточнение инженерной методики расчета сжато−изгибаемых ребер
каркаса с учетом обшивки, включенной в работу конструкции……………. 104
3.8 Выводы по главе 3…………………………………………………………. 108
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ И
ЖЕСТКОСТИ СОЕДИНЕНИЙ ОБШИВОК С РЕБРАМИ…………………. 110
4.1. Цель экспериментальных исследований………………………………… 110
4.2. Программа экспериментальных исследований…………………………. 110
4.3. Характеристики материалов для лабораторных испытаний…………… 110
4.3.1. Древесина………………………………………………………………… 111
4.3.2. Фанера и ориентированно−стружечные плиты……………………….. 116
4.3.3 Механические связи……………………………………………………… 116
4.4 Методика экспериментальных исследований образцов соединений
«древесина-фанера» и «древесина–ОСП» для испытаний на
промежуточный сдвиг…………………………………………………………… 116
4.5 Последовательность экспериментального исследования……………….. 119
4.6 Планирование эксперимента……………………………………………… 123
4.7. Выводы по главе 4…………………………………………………………. 129
ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПАНЕЛЕЙ И ОБЪЕМНЫХ
МОДУЛЕЙ В ЗАВОДСКИХ УСЛОВИЯХ…………………………………… 131
5.1 Эффективность применения технологии объемно-модульного
домостроения и поддержка государственными программами……………… 131
5.2 Предложение концепции производства объемных модулей……………. 133
5.3 Технические требования к конструкциям ребристых
деревокомпозитных панелей в составе объемных модулей………………… 140
5.3.1 Требования к материалам для изготовления панелей…………………… 143
5.3.2 Технические требования к сборке объемных модулей………………… 144
5.4 Технологических процесс заводского изготовления модулей…………. 149
5.5 Выводы по главе 5…………………………………………………………. 159
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАБОТЕ……………………………………………….. 160
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………. 162
ПРИЛОЖЕНИЕ 1……………………………………………………………… 176

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,
приведены цели и задачи исследования, объект исследования, научная новизна работы, практическая значимость и реализация результатов научных исследований, сформулированы научные положения, выносимые на защиту.
В первой главе содержится обзор современного состояния и тенденции развития малоэтажного строительства с применением деревокомпозитных материалов. Выполнен обзор рынка: зарубежный и отечественный опыты применения технологии каркасного и объемно-модульного домостроения. Описана технология объемно-модульного домостроения и ее возможности. Рассмотрены нерешенные вопросы, представлены конструктивные решения и возможные планировки зданий различного назначения.
Разработкой и исследованием панелей с деревянным каркасом для использования в объемных модулях на основе деревокомпозитных материалов, а также узлов соединений для применения технологии объемно-модельного домостроения, как было описано выше, начали заниматься в 30-х годах в США и Канаде, а в начале 60-х годов прошлого века научно-исследовательские, проектные, вузовские организации: ЦНИИСК, ЦНИИПромзданий, ЦНИИЭПжилища и др. Большой вклад в развитие теории расчета и практики применения стеновых панелей на деревянном каркасе внесли Ковальчук Л.М., Пятикрестовский К.П., Линьков И.М., Жаданов В.И., Казаков И.В., Черных А.Г., Каратаев С.Г., Корзон С.А. и др. Вопросы по конструктивным и технологическим решениям узловых соединений панелей с деревянным каркасом рассматривал в своих работах Серов Г.Н., Инжутов И.С., Терентьев В.Я, Котлов В.Г., Власов А.В. и др.; совершенствованию конструкций и технологии изготовления деревоокомпозитных плитно-ребристых изделий для домостроения – Черных А.С., Коваль П.М., Фурлетов В.Н., Попов Е.В. и др.
Применение каркасно-панельных конструкций в нашей стране малоизучено, но широко распространено за рубежом, в том числе при возведении зданий повышенной этажности. Потребность в строительстве таких зданий: быстровозводимых, доступных, комфортных из крупносборных элементов высокой степени заводской готовности с каждым годом растет. Древесина, как конструкционный материал, обладающий непревзойдёнными положительными свойствами, являясь возобновляемым природным ресурсом, становиться наиболее востребованным в домостроении. Проведенный анализ опыта российского и зарубежного производства, строительства и эксплуатации по технологии объемно-модульного домостроения позволили сформулировать цель и нерешенные задачи исследования, подтверждающих актуальность диссертационной работы.
Во второй главе выполнен теплотехнический расчет и численное моделирование теплообмена через ребра панели из древесины с воздушными рассечками, расположенными в различных комбинациях (рис. 1). Построены и проанализированы зависимости распределения коэффициента теплопроводности и термического сопротивления в зависимости от hрасс/hреб и
tрасс/tреб для случая с одним и двумя рядами воздушных рассечек. Проведенный анализ показал, что наибольший коэффициент термического сопротивления равный можно достичь при hрасс/hреб = 0.8 и tрасс/tреб = 0.15.
Для варианта однорядных воздушных рассечек можно рассчитать эквивалентную теплопроводность со средней погрешностью ±1% по уравнению:
0.2694.5h0.96 η2
экв  1677h1.38 η2 1%
, (1) где η  t h – относительный геометрический коэффициент;
h  hрасп hор – относительная высота рассечек; t  tрасп tор – относительная толщина рассечки.
Для случая с двумя рядами воздушных рассечек можно рассчитать эквивалентную теплопроводность со средней погрешностью ±4% из уравнения:
0.2673.9h0.97 η2
экв  1574h1.46 η2 3% , (2)
Представленные уравнения можно применить для инженерной методики теплотехнического расчета строительных конструкций с воздушными рассечками.
абв
Рисунок 1. Схема исследуемой геометрии рассечек
а – геометрия с одним рядом воздушных полостей, б – геометрия с двумя рядами воздушных полостей, в – без воздушных рассечек
В третьей главе представлены результаты теоретических исследований напряженно−деформированного состояния обшивок и стоек стеновой панели с деревянным каркасом в составе объемного модуля. В рамках достижения поставленной цели решены следующие задачи разработаны математические
7

модели: для определения коэффициентов редукции, учитывающих неравномерное распределение нормальных сжимающих напряжений по ширине обшивки и позволяющая определять её приведенную ширину, вводимую в расчет; для определения напряженно−деформированного состояния и анализа устойчивости стоек каркаса, работающих совместно с обшивками, с учетом податливости соединений обшивок и ребер. На основании проведенных исследований получены научно–обоснованные коэффициенты, положенные в основу предложенной инженерной (упрощенной) методики расчета плитно- ребристых деревокомпозитных стеновых конструкций.
Рисунок 2. Касательные усилия на границе «стойка−обшивка» Коэффициент редукции обшивки (коэффициент приведенной ширины)
может быть вычислен по формуле:
k ср /max, (3)
red x х
где ср  среднее нормальное напряжение по всей ширине обшивки в x
поперечном сечении стеновой панели, вычисляемое по формуле (4); max  х
максимальное нормальное напряжение.
1 bоб 1 n
ср   ydy xbx b
iy, (4)
xi об a об i1
где σix − значение нормального напряжения в каждой точке по ширине поперечного сечения; Δyi − бесконечно малая ширина участка между точками измерения напряжений; bоб − фактическая (габаритная) ширина обшивки.
Расчетная (приведенная) ширина сечения обшивки стеновой панели вычисляется путем умножения фактической ширины bоб на коэффициент приведения kred, по формуле:
bred=kred·bоб, (5)
где kred − коэффициент приведения обшивки; bоб − фактическая (габаритная) ширина обшивки.
Пренебрегая толщиной и изгибом обшивки, и полагая, что усилия от ребер передаются на обшивку в её срединной плоскости, распределение напряжений в обшивки можно считать двумерным. Дифференциальное уравнение плоской анизотропной пластинки (обшивки) будет иметь вид, следуя С. А. Амбарцумяну, С.Г. Лехницкому:
1 IV  1 2  IV 1 IV xy0, (6)
E yIV G E xIIxII E xIV x xy x y
где φ(x,y) − функция напряжений Эри; Ex − модуль упругости материала обшивки в направлении главной оси анизотропии; Ey − то же, в ортогональном направлении; μxy − коэффициент Пуассона вдоль главной оси анизотропии обшивки при действии напряжений поперек этой оси; Gxy − модуль сдвига материала обшивки.
В решении Файлона функция напряжений Эри φ(x,y) представляется в виде:
1 
(x,y) 2 a (y)b (y)c (y)g (y) sinx, (7)
n1 n2 n3 n4 n1  
где α=πn/l, n=1,2,3,…; l − высота стены; an; bn − коэффициенты разложений в тригонометрические ряды контурных, нормальных к продольным кромкам нагрузок, соответственно при y=±0,5b; b − ширина рассматриваемого участка обшивки; cn; gn − то же, касательных усилий; ψi(y) − функции, зависящие от корней характеристического уравнения:
r4 E /G 2 2 r2 E /E 4 0. (8) xxyxy xy
Рассмотрено два случая крепления обшивки к продольным ребрам:
1) обшивка опирается только на 2 ребра по краям. Коэффициенты an=bn=0, коэффициенты разложения cn и gn определяются формулами Фурье:
cn 2l(x)cos(x)dx; gn 2l'(x)cos(x)dx. (9) l0 l0
2) обшивка опирается на 2 стойки по краям и одну стойку посередине. Коэффициенты разложения cn и gn определяются по формуле (9), коэффициент: an=0. По причине невозможности искривления продольной кромки рассматриваемого участка обшивки по оси среднего ребра коэффициент bn≠0, и определяется из выражения:
 c ”’bg ”’bEE2c’ bg’ b  n 3n 4xy n3n4 EG 2 2  2 2
yxy b b   EG 2 c’ g’ 
 x xy xyn 3 n 4
 
bn  
”’  b  2 ‘  b    EG E EG
(10)
22 
y xy 2 x
2 2
2 y xy xy 9

Для определения сдвигающих усилий на границе «ребро–обшивка» стеновая конструкция рассматривается как составной элемент, слои которого соединены между собой податливыми связями сдвига. Тогда, дифференциальное уравнение двухслойного составного элемента (А. Р. Ржаницын) будет:
T ”/ T , (11) где Т − сдвигающее усилие на границе «стойка−обшивка»; ξ −
коэффициент жесткости связей сдвига, ncсв /Sсв,; γ, Δ − коэффициент и
свободный член дифференциального уравнения, определяемые по формулам (12).
 1/EF 1/E F c2 /EI; N0 /EF N0 /E F M c/EI, (12) 1122 1112220
где ссв − коэффициент жесткости одного соединения; Sсв − шаг соединений, n − количество продольных ребер, на которые опирается обшивка; E1, E2, F1, F2 − модуль упругости и площадь сечения обшивки и ребра соответственно; с − расстояние между ц.т. обшивки и ребра; ΣEI − сумма изгибных жесткостей обшивки и ребра; N01, N02 − продольные силы, приложенные к обшивке и ребру соответственно (так как продольная сила передается только через основные ребра, то N01=0); М0 – функция распределения изгибающего момента только от поперечной нагрузки q.
Частное решение дифференциального уравнения (13) имеет вид:
2N02 EJ F E cq  222
n
где n − количество продольных ребер, на которые опирается обшивка; λ – характеристическое число,     .
Рекомендуемые значения коэффициентов редукции представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Коэффициенты редукции обшивок из ФК и ОСП
1 shlshxchlshxshlchxFE2cqxxshllshl T(x)  2 2 ,(13)
2FE4 EJshl 22
 
Материал обшивки
Высота стеновой панели, Н, м Коэффициент редукции обшивки kred
Коэффициент редукции обшивки kred
*Примечание: в числителе приведены значения коэффициента редукции при соединениях обшивки и ребер, в знаменателе – для абсолютно жестких соединений.
Фанера конструкционная Ориентированно− (ФК) стружечная плита (ОСП)
Опирание обшивки на 2 ребра
2,5 2,75 3,0 2,5 2,75 3,0
0,25* 0,30 0,35 0,48 0,56 0,65 0,22 0,26 0,32 0,42 0,49 0,55
Опирание обшивки на 3 ребра
0,45 0,53 0,6 0,72 0,78 0,87 0,22 0,26 0,32 0,42 0,49 0,55
податливых
На рисунке 3 представлены графики распределения нормальных сжимающих напряжений |σ x −| в обшивке фрагмента стеновой панели высотой 2,5 м, опертой на 2 ребра. Аналогичным образом построены графики для стеновых панелей высотой 2,75 и 3 м, а также для случаев опирания обшивки на 3 ребра.
Согласно СП 63.13330.2017 расчет на прочность по нормальным
напряжениям внецентренно−сжатых и сжато−изгибаемых производится по формулам:
где Fрасч − площадь расчетного сечения нетто; Wрасч − расчетный момент
сопротивления поперечного сечения; Мд − изгибающий момент от действия
поперечных и продольных нагрузок, определяемый из расчета по
деформированной схеме, M M/(1N/RF );Rс − расчетное сопротивление д c бр
древесины сжатию.
NМд R;
элементов (14)
Fрасч Wрасч
c
Рисунок 3. Схема распределения максимальных нормальных сжимающих напряжений |σ x −| в обшивке фрагмента стеновой панели высотой 2,5 м, опертой на 2 ребра: а − обшивка из ФК; б − обшивка из ОСП
Предложен алгоритм с уточнением данной методики расчета применительно к рассматриваемым конструкциям путем введения ряда коэффициентов:
− коэффициента kпод, учитывающего влияние сдвиговой податливости связей при центральном сжатии элемента продольной силой N:
kпод с, /с,факт ,
− коэффициента kw, учитывающего влияние сдвиговой податливости
связей при действии изгибающего момента: kw р, /р,факт ,
− коэффициента kφ, учитывающего снижение критической силы для
составного элемента на податливых связях по сравнению с элементом цельного сечения: k  Nкр,факт / Nкр,.
Для определения значения Nкр элемент стеновой панели рассматривался как составной сжатый стержень, наружными слоями которого являются обшивки, а внутренние слои – деревянное ребро. Связями сдвига в шве являются податливые соединения на винтах. Систему дифференциальных уравнений составного сжатого стержня с учетом продольного изгиба:
– стеновая панель с однослойной обшивкой: T”/T y
1 1 11 1 1y 10,  N0y”T
(15)  0с; 0 ; 0M0, (16)
 y11y0 N N 2
N y1 1y EI yy EI y0 EI
где y − прогиб элемента; ΣN0 − суммарная продольная нагрузка на панель; с – расстояние между центрами тяжести обшивки и деревянного ребра.
Решение задачи получено путем приравнивания нулю детерминанта матрицы, составленной из коэффициентов при неизвестных уравнения (15) и поиска значения ∑N0, соответствующего нетривиальному решению системы. При заданных граничных условиях продольный изгиб будет происходить по синусоидальной кривой. Получено выражение, позволяющее определить значение критической силы для действительной формы потери устойчивости, что соответствует изгибу элемента по одной полуволне синусоиды:
4 EI2  EI2
N  1 11 . (17)
кр EI2 с2  EI 11 111
На рисунке 3 представлены графики зависимости критической сжимающей силы от коэффициента жесткости связей сдвига (ξ=5000…40000 для стеновой панели с обшивкой из ФК и ξ=5000…20000 – с обшивкой из OSB).
Аналогичная задача решена для стеновых деревокомпозитных панелей с двухслойной обшивкой. Вместо системы (17) рассмотрена система из 3–х
дифференциальных уравнений. Формула для определения критической силы действительной формы потери такой конструкции имеет вид:
2EI242 2  2
111 222 121122 1212 . (18)
22EIc2 c2  EI EI   11 22 111 222 
Установлено, что включение обшивок в работу ребер позволяет уменьшить нормальные напряжения в ребрах на 12…27% при центральном сжатии; 26…73% – при изгибе; а также увеличение критической силы Nкр до 150% при односторонней обшивке, до 227% – при двухсторонней. Наибольший эффект включения обшивки дает увеличение сдвиговой погонной жесткости швов до значения ξ=20·103…25·103 кН/м2, дальнейшее повышение жесткости целесообразно производить при соответствующем технико-экономическом обосновании, в связи с повышенным расходом соединителей (винтов).
В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований прочности и деформативности механических соединений на винтах для стеновых панелей объемных модулей с обшивкой из различных типов листовых материалов, это традиционная фанера конструкционная (ФК) и современные ориентированно−стружечные плиты (ОСП). Исследования проводились при действии статической нагрузки в зависимости от диаметра винтов и глубины защемления винта в древесину ребер. Дано описание методики эксперимента, экспериментальной установки и аппаратного сопровождения. Испытания на промежуточных сдвиг проведены согласно методике ЦНИИСК. В качестве образцов для испытаний приняты составные образцы односрезных соединений (рис. 4)
аб
Рисунок 4. Образцы соединений (а) и испытательная установка (б)
Пиломатериалы и листовые материалы (ФК и OSB) соответствовали требованиям ГОСТ и EN. Испытания проводились на испытательной машине Shimadzu 50 кН в лаборатории кафедры лесопромышленных производств и
Nкр
 c2 c2 2cc   EI 2EI 
12211122 121122 12

13

обработки материалов САФУ имени М.В. Ломоносова. Графическое документирование зависимости «нагрузка−деформация» производилась автоматически испытательной машиной, графики зависимости были импортированы в графический редактор «KOMPAS». После процесса масштабирования полученных кривых выполнялось определение разрушающего усилия Nt, а также усилия, соответствующего верхней области упругой деформаций NI−II и соответствующее данной нагрузке значение деформации δI−II.
Определение коэффициента жесткости соединения производилось по формуле:
Для обеспечения достоверности и повышения эффективности экспериментальных исследований проведено планирование эксперимента. В результате установлено минимальное количество образцов для испытаний при статистической обеспеченности 0,95.
Графики зависимости «нагрузка – деформация» представлены на рисунке 5. Результаты испытаний и расчеты представлены в таблице 2.
C  P /.
(19)
Рисунок 5. Зависимость «нагрузка−деформация»: а – для образцов соединений «древесина−ФК»; б – для образцов соединений «древесина – OСП»
Таблица 2 – Результаты испытаний соединений на сдвиг
Соединения «древесина – ФК»
Ø4 lзащ=30 Ø4 lзащ=40 Ø4 lзащ=50 Ø5 lзащ=30 Ø5 lзащ=40 Ø5 lзащ=50 Ø6 lзащ=30 Ø6 lзащ=40 Ø6 lзащ=50
Ø4 lзащ=30 Ø4 lзащ=40 Ø4 lзащ=50 Ø5 lзащ=30 Ø5 lзащ=40 Ø5 lзащ=50 Ø6 lзащ=30 Ø6 lзащ=40 Ø6 l=50
2,202 1,40 3,32 2,577 1,55 3,04 2,796 1,59 2,88 2,804 1,32 1,83 3,080 1,40 1,39 3,353 1,50 1,16 3,589 1,91 1,41 3,869 1,65 0,94 4,082 1,78 0,91
117,96 3,09 163,20 4,27 197,04 5,16 128,40 3,36 178,44 4,67 213,12 5,58 141,24 3,70 194,28 5,09 240,00 6,28
2,50 0,88 0,42 2,44 1,05 0,51 2,41 1,16 0,55 2,48 1,01 0,72 2,43 1,07 1,00 2,40 1,16 1,30 2,47 1,45 1,35 2,42 1,27 1,75 2,38 1,37 1,95
2,47 0,36 0,30 2,44 0,37 0,34 2,41 0,39 0,37 2,44 0,44 0,53 2,42 0,52 0,63 2,39 0,49 0,74 2,41 0,67 0,81 2,40 0,84 0,90 2,38 0,88 1,02
Соединения «древесина – ОСП»
0,973 0,47 1,55 1,094 0,4806 1,43 1,250 0,511 1,38 1,466 0,572 1,07 1,599 0,6755 1,07 1,706 0,6387 0,86 1,873 0,8741 1,08 2,080 1,0864 1,21 2,226 1,1411 1,12
140,76 3,68 173,40 4,54 208,56 5,46 164,04 4,29 195,48 5,12 224,76 5,88 198,72 5,20 210,96 5,52 240,00 6,28
Принят многофакторный метод планирования эксперимента. Входными параметрами назначаем 2 фактора: диаметр винта (х1), глубина защемления винта в древесине (х2). Количество параллельных опытов – 3, определено по результатам предварительных испытаний образцов В качестве выходного параметра назначен параметр сдвиговой жесткости соединения «С». Полученные уравнения регрессии имеют вид:
− соединения «древесина−ФК»:

y 1,0610,595x 0,218x 0,118x x 0,082 x2  х2 0,038 x2  х2 . (20)
 y0,6270,287x 0,082x 0,023xx 0,01 x2 х2 0,005 x2 х2 .
1212
22
− соединения «древесина−ОСП»:



(21)
1212
22



Диаметр/глубина защемления винта в древесине, мм
Разрушающее усилие Nt, кН
Усилие, соответствующее верхней области упругой деформации NI-II, кН
Деформация, соответствующая верхней области упругой деформации, δI−II, мм
Продолжительность испытаний t’, сек
Приведенная к неизменному действию разрушающего усилия Nt продолжительность испытаний t, сек
Коэффициент надежности соединения kпл
Расчетная несущая способность соединения, кН
Коэффициент жесткости 1 соединения, C, кН/мм

Для перевода значений диаметра d и длины l винта в кодированную форму используется выражение:
х  xi  x0i , (22)
где xi, x0i − натуральные значения фактора на искомом (xi) и базовом (x0i) уровнях; Δxi − интервал варьирования факторов.
Установлено, что диаметр и глубина защемления винта в древесине весьма значительно влияют на коэффициент жесткости соединения «С». Для соединений» древесина−ФК» увеличение данного коэффициента составляет 220…250% при увеличении диаметра винта с 4 до 6 мм, для соединений «древесина−ОСП» − 165…175%. Увеличение глубины заделки позволяет увеличить данный коэффициент на 30…80% в соединениях «древесина−ФК», на 20…40% в соединениях «древесина−ОСП». Большие значения коэффициента жесткости соответствуют соединениям «древесина−ФК», превышения значения данного коэффициента по сравнению с соединениями «древесина−OSB» наблюдаются в интервале 40…90% в зависимости от глубины защемления и диаметра соединителя.
В пятой главе рассмотрены вопросы совершенствования технологии производства деревокомпозитных панелей с деревянным каркасом в составе объемного модуля с учетом результатов проведенных исследований. На основании разработки рациональной производственной линии для производства стеновых панелей в рамках инвестиционного проекта по строительству завода на территории Архангельской области, проведенного сравнительного анализа технико-экономических показателей на примере конструкции наружной стены из различных материалов, представленных критериев применения деревокомпозитных материалов в регионе, обусловленных колоссальной площадью территории Архангельской области, покрытой лесами, одновременно наличии в жилищном фонде существующего аварийного и ветхого жилья, приведены обоснования эффективности проекта в виде экономических показателей реализации проекта за пятилетний период эксплуатации.
Технологический процесс включает в себя производственную заводскую линию (рис. 5), оснащенную высокотехнологичным автоматизированным оборудованием, которое обеспечивает высокую производительность и высокое качество готовой продукции при низких трудозатратах.
Глава включает в себя технические требования к конструкция стеновых панелей с деревянным каркасом в составе объемных модулей и применяемым материалам.
xi
Рисунок 6. Пример организации производства модулей на оборудование чешской фирмы SOUKUP
1- Торцовочный станок с ЧПУ раскроя пиломатериалов; 2- Вертикальный форматно- раскроечный станок; 3- Стол для сборки каркасов; 4- Стол поворотный на 90°и с поперечным перемещением; 5- Многофункциональный мост; 6- Стол поворотный на 90°; 7- Стол с поперечным перемещением; 8- Стол поворотный на 90° и с поперечным перемещением; 9- Стол поворотный на 90°; 10- мостовой кран, грузоподъёмностью 5 тонн.
Технологический процесс заводского изготовления объемных модулей включает в себя:
Укрупненно, от чертежа до готового модуля, весь технологический процесс разбивается на несколько этапов:
1. Разработка конструкторской документации при помощи программного обеспечения, например, SEMA, применяя BIM-технологии.
2. Передача данных из программного комплекса на ЧПУ оборудования. 3. Изготовление комплекта панелей на соответствующий модуль
4. Сборка панелей в объемный модуль
5. Изготовление наружного фасада
6. Проводка коммуникаций и чистовая отделка помещений.
7. Отгрузка модулей на площадку строительства.
Технологический процесс заводского изготовления панелей для
производства объемных модулей должен предусматривать крупносерийное производство с применением механизированного оборудования, который в том числе предусматривает автоматическое производство ребер стеновых панелей с рассечками.
На выполнение всех операций разработаны и приведены в главе технологические требования, представлены схемы организации рабочих мест при производстве стеновых панелей на позиционном оборудовании и на поточной линии, а также рассмотрены и приведены принципиальная схема организации контроля качества, требования в маркировке, хранению и транспортной упаковке объемного модуля.
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
1. На основании результатов, полученных в рамках поставленной цели и задач экспериментально-теоретических исследований, разработаны конструкции ребристых деревокомпозитных элементов для производства
объемных модулей, деформационные и домостроения.
2. Произведен
стеновых панелей при наличии воздушных теплоизолирующих рассечек. На основании проведенных численных исследований построены зависимости коэффициентов сопротивления теплопередаче в зависимости от геометрии и схемы расположения воздушных рассечек. Установлено, что наличие рассечек в ребрах стеновых панелей позволяет снизить теплопотери до 1,6 раз.
3. Разработана математическая модель, позволяющая оценить характер распределения нормальных сжимающих напряжений в обшивках стеновой панели при сжатии с изгибом, определять коэффициент приведенной ширины; представлен алгоритм расчета стеновых деревокомпозитных конструкций на прочность и устойчивость с учетом включения в работу обшивок, соединенных с ребрами податливыми механическими связями. Выполнены численные исследования напряженно-деформированного состояния элементов пространственных объемных модулей с учетом анизотропных свойств деревокомпозитных элементов и податливости механических связей для двух и трехслойных конструкций панелей.
4. Выполнены численные исследования напряженно- деформированного состояния плоских стеновых элементов объемных модулей с учетом анизотропных свойств древесины и плитных материалов (фанера и ОСП), а также при различном шаге механических связей для двух и трехслойных панельных составных конструкций.
5. Получены значения эмпирических коэффициентов для инженерного расчета деревокомпозитных составных конструкций методом приведенного сечения, учитывающих снижение геометрических характеристик составного сечения по сравнению с цельным.
6. Выполнены экспериментальные исследования образцов – фрагментов плитно-ребристых конструкций стеновых панелей на механических связях, получены характеристики сдвигоустойчивости (податливости) и прочности односрезных винтовых соединений ребер и обшивок из фанеры и ОСП. Получены регрессионные уравнения, позволяющие определить коэффициент жесткости соединений в зависимости от глубины заделки винта в древесину и его диаметра.
7. Разработаны рекомендации по совершенствованию технологического процесса изготовления объемно-модульных конструкций на основе деревокомпозитных материалов на механических связях. В качестве обшивок панелей целесообразно использовать фанеру или ОСП с огнезащитной
обеспечивающих повышенные прочностные, теплотехнические характеристики изделий для
анализ теплотехнической эффективности ребер
обработкой согласно требований нормативных документов и полученных результатов исследований.
8. Результаты исследований рекомендуется использовать в проектной практике, учебном процессе, НИР и ОКР. Сформулированы рекомендации по проектированию быстровозводимых зданий и сооружений из модулей полной заводской готовности для труднодоступных регионов с суровыми климатическими условиями, а также в условиях ЧС, переданы в НИЦ «Строительство» и ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко.

Актуальность темы. Россия, имеющая 22% мировых запасов лесов, все еще
нерационально использует эти ресурсы в деревянном домостроении, несмотря на
то, что преимущества ее очевидны и подтверждаются специалистами всех уровней.
Преимуществами древесины являются высокие физико-механические
свойства, теплофизические и звукоизоляционные показатели, немагнитность,
радиопрозрачность, легкость, удельная прочность и жесткость материала. Важным
фактором служит технологичность при механической обработке, что позволяет
использовать древесину для производства элементов конструкций из
деревокомпозитных материалов, соединение которых может быть клеевое или на
механических связях.
В деревянном домостроении особый интерес вызывают конструкции
ребристых панелей из деревокомпозитных материалов с одно- и двухсторонними
обшивками на механических связях, используемые в качестве панелей стеновых
(наружных и внутренних), плит перекрытий, перегородок, кровельных панелей.
Панели с деревянным каркасом распространены в Скандинавских и Европейских
странах, Северной Америке, Канаде, а в последнее время набирают популярность
и в России при строительстве по каркасно-панельной, объемно-модульной или
комбинированной технологиям.
Рассматриваемые технологии можно использовать при строительстве не
только жилых объектов, но и зданий общественного назначения: медицинских
центров, аэропортов, ресторанов, удаленных отделений связи и других социально
значимых учреждений. Данная технология позволяет в короткие сроки реализовать
программы по расселению ветхого жилья, в зонах с чрезвычайными ситуациями,
освоением труднодоступных территорий. Особое преимущество технология
строительства объемно-модульных зданий приобретает в местностях, где
строительство по традиционной технологии сильно затруднено из-за
неблагоприятных погодных и климатических условий: в зоне вечной мерзлоты, за
Полярным кругом в условиях Севера, на территориях Арктической и
Субарктической, в малонаселенных и сейсмоопасных зонах, в районах стихийных
бедствий и др.
Эффективность производственного процесса в домостроении должна
достигаться индустриализацией, включающую в себя высокую степень заводской
готовности и унификацию строительных конструкций и их элементов.
Целесообразность полносборного строительства зданий с использованием
деревокомпозитных ребристых панелей обусловлена рядом достоинств: небольшая
масса конструкций позволяет использовать облегченные фундаменты и снизить
транспортные расходы. Простота монтажа, высокая степень заводской готовности
и отсутствие «мокрых» процессов позволяет выполнять монтажные работы в
любое время года, а также сокращать сроки строительства. Высокая коррозионная
стойкость, эксплуатационная надежность, широкий выбор архитектурных
решений, низкая стоимость – все эти показатели являются наиболее
преимущественными в сравнении с применением традиционных материалов и
технологий.
Современный этап становления и развития деревянного домостроения
состоит в поиске системного подхода к массовому строительству недорогого жилья
по типовым проектам домов. При проектировании домокомплектов из
деревокомпозитных материалов особо стоит уделять внимание элементам
ограждающих конструкций, из соображений прочности, жесткости, устойчивости,
теплоэффективности и эксплуатационной надежности. Для оценки напряженно-
деформированного состояния таких элементов требуется провести
дополнительные теоретические и экспериментальные исследования, с учетом
анизотропных свойств и совместной работы отдельных конструктивных
элементов, которые будут рассмотрены в работе.
В то же время следует отметить, что технологии производства панелей из
деревокомпозитных материалов в нашей стране ограничены отсутствием
нормативной базы, научно-обоснованных конструктивных решений,
подкрепленных исследованиями. Таким образом, вопросы совершенствования
конструкции и технологии производства деревокомпозитных ребристых панелей
представляются актуальными и своевременными.
Результаты исследований направлены на ресурсосбережение, снижение
материалоемкости и повышение энергоэффективности зданий с применением
ребристых панелей из деревокомпозитных материалов, достигаемые в условиях
индустриализации процесса изготовления укрупненными элементами
максимальной заводской готовности.
Объект исследования. Двух- и трехслойные ребристые панели из
деревокомпозитных материалов заводского изготовления для объемно-модульного
домостроения с повышенными теплотехническими показателями.
Предмет исследования. Напряженно-деформированное состояние
ребристых анизотропных панелей из деревокомпозитных материалов с целью
повышения эксплуатационных показателей конструкций, совершенствования
расчета и технологии изготовления.
Область исследования. Соответствует паспорту научной специальности
ВАК РФ 05.21.05 – «Древесиноведение, технология и оборудование
деревопереработки», п. 1, 2, 4.
Цель работы. Совершенствование конструкции, расчетов и технологии
изготовления энергоэффективных двух- и трехслойных ребристых панелей из
деревокомпозитных материалов.
Задачи исследования.
1. Выполнить анализ существующих конструктивных и технологических
решений плитноребристых деревокомпозитных конструкций из традиционных и
современных материалов;
2. Создать математическую и расчетную модели двух- и трехслойных
анизотропных деревокомпозитных конструкций панелей на механических связях;
3. Провести исследования механических соединений с использованием
методов планирования эксперимента;
4. Разработать методику инженерного расчета прочности и устойчивости
деревокомпозитных конструкций панелей с учетом анизотропных свойств
материалов и податливости механических связей;
5. Предложить и обосновать конструктивное решение и технологию
изготовления энергоэффективной панели для объемно-модульного домостроения.
Научная новизна результатов работы:
– научно-обоснована и экспериментально подтверждена математическая
модель для расчета ребристых многослойных анизотропных деревокомпозитных
панелей на упругодеформируемых связях;
– получены новые результаты экспериментальных исследований
сдвигоустойчивости и податливости механических связей;
– разработана численно-аналитическая модель для расчета
энергоэффекивных конструкций двух- и трехслойных ребристых панелей;
– определены пространственные параметры рассечек, позволяющие повысить
энергоэффективность панели с учетом прочности, жесткости и устойчивости ребер
и обшивок.
На защиту выносятся:
– математическая и расчетная модель двух- и трехслойных анизотропных
деревокомпозитных конструкций панелей на механических связях;
– результаты экспериментального исследования механических соединений с
использованием методов планирования эксперимента;
– инженерная методика и алгоритмы расчета деревокомпозитных
конструкций панелей с учетом податливости связей и анизотропии материалов;
– конструктивное решение и технология изготовления усовершенствованной
деревокомпозитной панели для домостроения из объемных модулей.
Практическая значимость. Разработана энергоэффективная конструкция
ребристых панелей из деревокомпозитных материалов и технология их
индустриального изготовления, направленная на ресурсосбережение.
Методы исследования. В процессе проведения теоретических и
экспериментальных исследований использовались методы математического и
численного моделирования, лабораторных и численных экспериментов,
планирования экспериментальных исследований, теории вероятностей и
математической статистики при помощи вычислительных программных
комплексов в среде ANSIS.
Достоверность результатов исследований обеспечивается использованием
в процессе гипотез и допущений строительной механики составных элементов;
проведением достаточном объеме численных и экспериментальных исследований;
применением апробированных методик теплотехнических расчетов;
использованием методов математического и численного моделирования, а также
теории планирования факторных экспериментов и статистической обработки
результатов; верификацией результатов эксперимента с численными
исследованиями и получении удовлетворительного результата; применением
современных сертифицированных программных комплексов и инструментального
обеспечения.
Личный вклад автора. Автором проведен анализ состояния вопроса по теме
исследований, поставлены актуальные цели и задачи исследования, разработаны
расчетная и математическая модели и методика проведения многофакторного
эксперимента, получены и обработаны результаты экспериментальных
исследований, сформулированы выводы и рекомендации по теме исследований,
разработана и рекомендована к применению энергоэффективная конструкция и
технология производства деревокомпозитной панели.
Реализация результатов работы.
Результаты исследований переданы в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, для
корректировки норм и применения в практике строительства, рекомендованы ООО
«Наш проект» для использования в проектной практике и учебном процессе в
САФУ и СПбГАСУ.
Апробация работы. Основные результаты и теоретические положения
диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих
конференциях: Всероссийский жилищный конгресс (30 сентября-2 октября 2015 г.,
Санкт-Петербург); IX Международный конгресс по деревянному строительству (11
декабря 2015 г., Санкт-Петербург); VII международная научно-техническая
конференция «Строительная наука – XXI век: теория, образование, практика,

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Читать

    Читать «Совершенствование конструкций и технологии изготовления деревокомпозитных панелей»

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Глеб С. преподаватель, кандидат наук, доцент
    5 (158 отзывов)
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.
    #Кандидатские #Магистерские
    216 Выполненных работ
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Шагали Е. УрГЭУ 2007, Экономика, преподаватель
    4.4 (59 отзывов)
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и... Читать все
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и диссертаций, Есть любимые темы - они дешевле обойдутся, ибо в радость)
    #Кандидатские #Магистерские
    76 Выполненных работ
    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ
    Анна В. Инжэкон, студент, кандидат наук
    5 (21 отзыв)
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссе... Читать все
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссертаций. Работала в маркетинге. Практикующий бизнес-консультант.
    #Кандидатские #Магистерские
    31 Выполненная работа
    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Александр О. Спб государственный университет 1972, мат - мех, преподав...
    4.9 (66 отзывов)
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальн... Читать все
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальных уравнений. Умею быстро и четко выполнять сложные вычислительные работ
    #Кандидатские #Магистерские
    117 Выполненных работ
    Шиленок В. КГМУ 2017, Лечебный , выпускник
    5 (20 отзывов)
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертац... Читать все
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертационной работ. Помогу в медицинских науках и прикладных (хим,био,эколог)
    #Кандидатские #Магистерские
    13 Выполненных работ

    Последние выполненные заказы

    Другие учебные работы по предмету