Особенности технологии изготовления армированных деревянных конструкций.

В современных условиях наиболее технологичны и широко освоены клееные деревянные конструкции прямоугольного сечения, поэтому целесообразно применять такие сечения и для армированных конструкций. Кроме того, прямоугольное сечение более массивное по сравнению с коробчатыми или двутавровыми, полнее отвечает требованиям долговечности и огнеопасности, предъявляемым сегодня к несущим деревянным конструкциям.

Поскольку технология изготовления клееной заготовки армированной конструкции отличается от обычной лишь тем, что в крайние грани сечения вклеиваются арматурные стержни или полу каркасы, рассмотрим особенности изготовления, связанные с процессом вклеивания и зашиты арматуры. При изготовлении армированных деревянных конструкций следует учитывать, что габариты сечений клееных заго­товок значительно меньше, чем габариты аналогичным неармированных конструкций. Так, высота сечений заготовок армированных конструкций меньше на 20 – 30%, а ширина обычно составляет 120 - 170 мм, монтажная масса на 30 – 40% меньше, чем у неармированных клееных конструкций. Это приводит к снижению трудозатрат на изготовление клееных заготовок, позволяет увеличить оборачиваемость и коэффициент производительности прессового оборудования.

При изготовлении армированных конструкций наиболее трудоёмок процесс вклеивания арматуры, который включает: операции приготовления клеевой композиции для склеивания арматуры с древесиной; фрезерование пазов по пластям досок для арматуры: сверление отверстий для поперечных стержней: подготовку арматуры (резку и сращивание по длине, очистку от загрязнений, обезжиривание, сварку полу каркасов): укладку и запрессовку стержней арматуры или арматурных полу каркасов.

Операции по фрезерованию пазов, укладке и запрессовке арматуры можно выполнять по одному из двух вариантов. На склеенных заготовках, имеющих заданную высоту и ширину конструкции, что весьма трудоёмко (рис. 3.1, а), так как связано с необходимостью, кантовать заготовку при двухстороннем армировании и повторно использовать прессовое оборудование. На отдельных плетях (доски, стыкованные по длине и остроганные), которые при сборке клеевого пакета укладываются в крайние зоны (рис. 3.1, б). Второй вариант изготовления представляется более рационально, так как позволяет выделить операции по вклеиванию арматуры и производить их параллельно другим операциям по изготовлению клееной конструкции, однако затрудняет армирование полу каркасами с поперечной арматурой.

Рациональным, с точки зрения технологии изготовления является армирование конструкций по боковым поверхностям при ширине сечения до 100 - 120 мм. В этом случае пазы под арматуру фрезеруются по боковым поверхностям заготовки, которая лежит плашмя, причём растянутая арматура располагается по линии главных максимальных растягивающих деформаций (рис. 3.1, в). При подобном решении армирования возможно применение конструкций составного сечения (рис. 3.1, г), что позволит получить сечение шириной 200 мм и более.

В целях повышения огнестойкости конструкций арматуру размещают внутри составного сечения. Спаренные по ширине армированные балки соединяют стяжными болтами Æ16-18 мм через 2-3 метра, причём болтовые соединения с этой же целью целесообразно утапливать в древесину и заклеивать деревянными пробками (см. рис. 3.1, г).

Арматурные стержни обычно вклеивают в пазы, расположенные в один ряд по ширине сечения и фрезерованные по длине пласти или образованные отдельными брусками толщиной равной наружному диаметру арматуры. Форму и размеры паза выбирают, исходя из условий обеспечения надежного склеивания арматуры с древесиной и минимального расхода клеевого состава. Обычно этим требованиям отвечают пазы прямоугольного и полукруглого профиля (см. рис. 3.2 и 3.3). При этом размеры паза (ширина и глубина) принимаются равными d_a+5 мм, где d_a - диаметр арматуры. Расстояние между осями стержней должно быть не менее двух диаметров.

В случае ограниченной ширины сечения возможно применение группового армирования, при котором стержни (не более трёх) размещают в общем, пазу. В этом случае стержни соединяются с помощью сварки в общий пакет. Пазы заполняются эпоксидными составами с помощью специального устройства (шприца с диаметром сопла не менее 12 мм) или шпателя. Последний способ применяют для вязкого клеевого состава при количестве наполнителя более 350 массовых частей на 100 массовых частей смолы. При вклеивании арматуры необходимо создать контактное (минимальное) давление порядка 0,05 - 0,1 МПа (0,5 - 1 кгс/см²) для фиксации арматуры в проектном положении. Такое давление легко создается с помощью инвентарных прессовых устройств (вайм, прижимов и др.) в точках, расположенных по длине арматуры на расстоянии 20 - 25 диаметров арматуры друг от друга. Процесс склеивания при температуре 18 - 20 ^оС происходит в течение 10 - 12 ч: за это время клеевое соединение достигает разборной прочности (60 - 70 % от конечной), при нагреве до 50 - 60 ^оС разборная прочность достигается через 2 - 3 ч. с последующей 30-минутной выдержкой в прессе.

Склеиваемые заготовки целесообразно нагревать конвекционным способом в камере аэродинамического прогрева или терморадиационным способом с помощью инфракрасных электрических излучателей.

Клееные заготовки вместе с армированными элементами собирают на клею обычными способами, так как армированный элемент по габаритам не отличается от обычной стыкованной по длине плети.

При армировании конструкций полу каркасами, представляющими собой основную продольную арматуру с приваренными перпендикулярно или под углом к ней поперечными стержнями длиной не менее 0,55 h или 20 – 25 d (h - высота сечения). В клееной заготовке под поперечную арматуру каркаса сверлятся отверстия диаметром, на 5 мм превышающим наружный диаметр стержня, и боковые отверстия диаметром 3 - 5 мм для выдавливания избытка клея (рис. 3.4).

Производство конструкций с поперечным армированием или армированными стыками (соединениями) требует следующих последовательных операций:

- сверление по кондуктору отверстий (вертикальных или наклонных) и удаление из них (сжатым воздухом) стружки с контролем прочности и глубины сверления постановкой контрольного стержня в отверстие насухо;

- заполнение отверстий дозированным количеством клея с зашитой поверхности конструкции от попадания клея;

- погружение виброинструментом очищенных, обезжиренных и смазанных клеем стержней, их фиксация в проектном положении с дополнительной подливкой клея по мере его поглощения древесиной:

- технологическая выдержка стержней до набора клеевым соединением разборной (технологической) прочности с испытанием контрольных образцов, изготовленных на той же порции клея и по той же технологии;

- сварка элементов с вклеенными стержнями, если необходимо выполняется в следующей технологической последовательности: закрепление закладных металлических деталей в проектном положении; сварка постоянным током перекрестными, прерывистыми швами (шпонками) с перерывами для охлаждения металла и контроля качества шва с удалением шлака; древесина во время сварки должна быть защищена экраном, из листовой стали;

- проверка по шаблону или путём контрольной сборки геометрических параметров жёсткого стыка (узла), маркировка клееных элементов.

После выемки из пресса конструкция отправляется на склад готовой продукции, где выдерживается в течение 7 - 10 дней.

При изготовлении армированных деревянных конструкций необходим систематический контроль прочности клеевых соединений арматуры с древесиной. С этой целью от каждого замеса клея изготовляют образцы - кубики 20х20х20 мм, которые испытываются через 7 - 10 дней после изготовления конструкции. При этом прочность кубиков при сжатии должна быть не менее 65 МПа (650 кгс/см²). Для проверки прочности клеевого соединения изготовляют деревянные образцы с вклеенными стержнями (рис. 3.5), которые испытывают на сдвиг при растяжении.

Во всех случаях прочность соединения, определяемая величиной отношения разрушающего усилия к поверхности склеивания

где L_a - длина вклеенной части арматуры; d_п - диаметр паза, и должна быть не менее 6 МПа (60 кгс/см²) при разрушении соединения не менее чем на 90 % по древесине.

Качество готовых изделий должно проверяться путём контрольного испытания конструкции до разрушения, согласно действующим рекомендациям по испытанию деревянным конструкций [17]. При запрессовке клееного пакета с армированными элементами качество склеивания повышается за счёт более равномерного распределения давления по длине заготовки, которое происходит из-за меньшей деформативности армированного элемента под сосредоточенными грузами запрессовочных устройств.

Для повышения огнестойкости и долговечности конструкций арматура защищается доской толщиной не менее 25 мм, наклеиваемой поверх стержней.