автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Совершенствование технологии изготовления деревоклееных конструкций с усилением приопорных зон

На правах рукописи

ЛИСЯТНИКОВ Михаил Сергеевич

Совершенствование технологии изготовления деревоклееных конструкций с усилением приопорных зон

05.21.05 - древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук 2 7 МАЙ 2015

Архангельск 2015

005569461

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

Научные руководители: Рощина Светлана Ивановна

доктор технических наук, профессор Мелехов Владимир Иванович

доктор технических наук, профессор

Серов Евгений Николаевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет», 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4, СПбГАСУ, тел. 8 (812) 575-05-38, e-mail: kdip@spbgasu.ru

Каратаев Сергей Григорьевич

кандидат технических наук, главный специалист по технологии деревообработки и деревянному домостроению ООО «Фаэтон», 197343, г. Санкт-Петербург, ул. Матроса Железняка, д. 41, тел. 8 (812) 320-48-98, факс: 8 (812) 320-48-97, e-mail: info@faeton-spb.ru

Ведущая организация: Центральный научно-исследовательский

институт строительных конструкций (ЦНИСК) имени В.А. Кучеренко. 109428, г. Москва, ул. 2-я Институтская, д. 6, тел. 8 (499) 170-10-60, e-mail: tsniiskldk@land.ru

Защита состоится «30» июня 2015 года в 16:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.008.01 на базе ФГЛОУ ВПО «Северный (Арктическим) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» по адресу: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17, главный корпус, ауд. 1220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова», www.narfu.ru. тел. 8(8182)216149, e-mail: a.zemtsovsky@narfti.ru Автореферат разослан 1S 2015 года.

Учёный секретарь Г. Земцовский

диссертационного ,Алексей Екимович

Совета, к.т.н., доц. ЩЩ^Ч

Официальные оппоненты:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Применение высоких деревянных клееных балок с соотношением Ь/Ь>6 в строительстве в районах с большими снеговыми и технологическими нагрузками получило новое развитие, связанное с освоением северных территорий. Результаты проведенных технических обследований деревоклееных балочных конструкций позволили установить, что отказ несущих элементов происходит в результате недостаточной сдвиговой прочности в нейтральной зоне сечения или из-за образования наклонных трещин в материале, вызванного растяжением в древесине под углом к волокнам. Одним из направлений повышения эксплуатационной надежности деревоклееных конструкций является усиление опорных участков, что обеспечивает повышение прочностных показателей и сопротивления скалывающим и растягивающим напряжениям.

Отдельные исследования в этом направлении посвящены применению для решения таких задач при изготовлении, монтаже и в эксплуатируемых конструкциях вклеенных стержней и накладок, которые имеют свои преимущества и недостатки. Использование в усилении приопорных зон деревоклееных балочных конструкций клеевых композиций на основе стеклоткани и нанотехнологий является новым направлением и требует проведения специальных исследований.

Таким образом, направление диссертационной работы, связанное с усилением предельно-напряженных опорных зон деревоклееных высоких балочных конструкций в виде клеевого олигомера на основе углеродных нанотрубок (УНТ), является актуальной задачей.

Объект и предмет исследования - конструкция и технология изготовления высоких деревоклееных балок с определением границ усиления предельно-напряженных зон клеевым олигомером на основе УНТ.

Цель диссертационной работы - совершенствование технологии изготовления деревоклееных конструкций с усилением приопорных зон клеевым олигомером на основе УНТ.

Для достижения цели определены задачи:

• провести анализ мирового опыта развития технологий деревянных и деревоклееных конструкций, в том числе усиленных полимерными и другими материалами;

• выполнить теоретические исследования деревоклееной балочной конструкции с обоснованием физической и математической модели анизотропного материала;

• разработать методику инженерного расчета высоких деревоклееных балок, усиленных олигомером на основе УНТ.

3

• разработать методику и выполнить экспериментальные исследования прочности и деформативности на образцах древесины с поверхностным

" усилением;

• провести сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований;

• разработать предложения по совершенствованию технологии изготовления деревоклееных балок с усилением предельно напряженных опорных зон олигомером на основе УНТ.

Научная новизна результатов исследований:

• разработана расчетная математическая модель усиленного олигомером приопорного участка балки, адекватно отражающая трансверсально изотропные физические свойства клееной древесины и наномодифицированного материала на основе стеклоткани, эпоксидной диановой смолы и углеродных нанотрубок;

• предложены уточненные методики инженерного и численного расчетов деревоклееных балочных конструкций с усиленными опорными участками;

• доказана экспериментально возможность повышения прочности деревокомпозитных балок с усилением приопорных участков олигомером на основе УНТ.

Методы исследования. В работе использованы методы математического моделирования, планирование многофакторного эксперимента,

сертифицированные вычислительные программные комплексы, методы тензометрии и современное инструментальное обеспечение.

Достоверность полученных результатов обеспечивается применением научно-обоснованных методик, достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследований, применением методов математического моделирования и использованием принятых в механике гипотез и допущений, планированием экспериментов, применением сертифицированных инструментальной базы и программных комплексов, сходимостью результатов экспериментальных и теоретических исследований.

Личный вклад. Автором выполнен аналитический обзор состояния вопроса, определены цели и задачи исследования, разработаны теоретические положения, методики проведения экспериментальных исследований при статических воздействиях, проведена математическая обработка и анализ результатов исследования, разработаны технологические решения по изготовлению деревоклееных балок с усилением приопорных зон наномодифицированным олигомером.

Практическая ценность работы. Разработана технология изготовления деревоклееных высоких балок с усилением предельно-напряженных приопорных зон. Результаты исследования позволяют расширить область применения высоких деревоклееных балочных конструкций, снижают запредельные напряжения в приопорных участках балок и повышают эксплуатационную надежность конструкций.

Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы в учебном процессе в курсах «Конструкции из дерева и пластмасс», «Расчет и проектирование армированных и дощатых конструкций», использованы в технических рекомендациях при разработке проектов усиления деревянных конструкций, использованы при разработке проекта покрытия атриума «Торгово-развлекательного центра «Тандем» в ООО «СТРОИЭКСПЕРТИЗА», г. Тверь.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» в 2012...2015 гг., Седьмой международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы строительного и дорожного комплексов» (г. Йошкар-Ола, 2013 г.); Международной научно-технической конференции «Строительная наука-2014: теория, практика, инновации северо-арктическому региону» (г. Архангельск, 2014 г.); Международном симпозиуме «Современные строительные конструкции из дерева и пластмасс» (г. Одесса, 2014 г.), Межрегиональной научной конференции «Молодежные инновации в науке XXI века» (г. Владимир, 2014 г.).

На защиту выносятся следующие положения и результаты:

• физическая и математическая модели для расчета опорных участков деревоклееных балок с учетом предельно-напряженного состояния древесины;

• результаты теоретических и экспериментальных исследований прочностных свойств древесины приопорных участков высоких балок, усиленных олигомером на основе УНТ;

• технологические решения по изготовлению высоких деревянных клееных балочных конструкций с усилением опорных зон наномодифицированным препрегом.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 16 работ, в том числе одна в базах международного цитирования Scopus, четыре в изданиях по перечню ВАК, получен патент на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, списка литературы из J_83 наименований, представлена на 179 страницах и содержит 98 рисунков, \2 таблиц.

5

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражены актуальность темы диссертационной работы, цель и задачи исследования, научная новизна, приведена общая характеристика работы.

В первой главе выполнен анализ развития деревянных клееных конструкций, особенности компоновки поперечных сечений. Проведен обзор основных характеристик и видов стеклотканей. Систематизированы и охарактеризованы работы по усилению приопорных участков деревянных и деревоклееных балок. Рассмотрены способы применения наночастиц в клеевых композициях с целью улучшения их физико-механических свойств при создании новых видов материалов и изделий на их основе.

Исследованием конструкции и технологией деревянных и деревоклееных конструкций, изучением физико-механических свойств древесины, ее обработкой занимались ученые: Арленинов Д.К., Ашкенази Е.К., Белянкин Ф.П., Вдовин В.М., Глухих В.Н., Знаменский Е.М., Иванов Ю.М., Инжутов И.С., Каратаев С.Г., Карлсен Г.Г., Ковальчук Л.М., Лабудин Б.В., Левинский Ю.Б., Леонтьев Н.Л., Мажара П.И., Манжос Ф.М.. Мелехов В.И., Митинский А.Н., Михайлов Б.К., Найчук А.Я., Онегин В.И., Орлович Р.Б., Отрешко А.И., Пластинин С.Н., Погорельцев A.A., Пятикрестовский К.П., Рощина С.И., Савков В.И., Санжаровский P.C., Светозарова Е.И., Серов E.H., Слицкоухов Ю.В., Смирнов Е.А., Стоянов В.В., Травуш В.И., Турковский С.Б., Турушев В.Г., Турков A.B., Уголев Б.Н., Хлебной Я.Ф., Хрулев В.М., Черных А.Г., Черных A.C., Шмидт А.Б.' Шухов В.Г., Щуко В.Ю., Фурсов В.В., Bauman R., Gatz К.-Н., Haring Н„ Hettzer О., Kollmann F., Larsen H„ Lyon D.E., Mielczarek Z„ Norris H. и др.

Деревоклееные балки применяют в покрытиях и перекрытиях зданий и сооружений пролетами 6... 18 м и более. Под действием равномерно-распределённой нагрузки в опорной зоне балок возникают напряжения: скалывания древесины вдоль волокон, смятие поперек волокон и опасное растяжение под углом к волокнам. Таким образом в условиях сложного напряженно-деформированного состояния появляется необходимость усиления опорных зон высоких балочных конструкций.

Рассмотрены физико-механические и технологические свойства различных видов стеклотканей и наномодифицированных клеевых композиций, полимеров и препрегов на их основе. Исследованию клеевых олигомеров на основе углеродных нанотрубок (УНТ), использующихся в деревянных конструкциях уделено основное внимание, так как применение в усилении деревоклееных конструкций клеевой композиции на основе стеклоткани и нанотехнологий является новым направлением. Поэтому разработка технологических решений усиления сложнонапряженных участков балок является своевременной задачей.

Во второй главе рассмотрены физические и математические модели древесины как анизотропного материала с выбором рационального решения для конструкций деревоклееных балок. Создана математическая модель конструкции деревоклееной балки на основе приведенных геометрических характеристик и упругих свойств материала.

Изучены стадии напряженно-

деформированного состояния опасных сечений балок при нагружении до разрушения. Разработана методика расчета изгибаемых балочных элементов и определены граничные условия для численных исследований в программном комплексе «ЛИРА 9.6» Проведены тестовые расчеты для обоснования выбора физико-математической модели усиленной деревоклееной балки (рисунок 1).

Исследовали высокую клееную деревянную балку без усиления и с усилением приопорной зоны. Рассматривалась балочная конструкция сечением 0,24x1,8 м и длиной 18 м.

Опорный участок клееной балки был усилен препрегом на основе стеклоткани и наномодифицированного графитовыми трубками клеевого состава, включающего эпоксидно-диановую смолу ЭД-20 и отвердитель полиэтиленполиамин (ПЭПА).

Предложен метод инженерного расчета усиленных балок по приведенным геометрическим характеристикам:

Приведенная площадь поперечного сечения балки с усилением:

А,р = А№-(1 + ц-п). (!)

Статический момент инерции приведенного сечения балки с усилением относительно центральной оси:

5ПР = 5ДР • {1 + п ■ [О + 1) • (1 + 22) ~ !]}• (2)

Момент инерции приведенного сечения балки с усилением:

/пр = /др-{1 + п-[(м + 1)- 0 + т)2-1]!' (3)

где: у4др площадь балки без усиления; Лдр = Ь ■ /г; (4)

11 - коэффициент армирования; ц = + ■ + — 1; (5)

Рис. 1. Поперечное сечение

деревоклееной балки с усилением приопорной зоны

п - коэффициент приведения; п = —; (6)

$др ~ статический момент инерции балки без усиления; 5др = (7) х - толщина стеклонанокомпозиции;

/др - момент инерции балки без усиления; /др = (8)

Толщина элемента усиления х не превышает значения 0,001/1, тогда

результат выражения Ц- -» 0. Вследствие малозначимости результата —, им можно " н

пренебречь.

Формула 2 примет вид: 5пр = 5др ■ (1 + п ■ (9)

Формула 3 примет вид: /пр = /др ■ (1 + п ■ ц). (10)

Погрешность вычисления при упрощении формул 2 и 3 составляет 2...6%, которые идут в запас прочности при расчете усиленных балок.

Инженерный метод можно рекомендовать для расчетов в условно-упругой стадии работы древесины по I и II группам предельного состояния. Для исследования упруго-пластической стадии до разрушения выполнены численные исследования в ПК «ЛИРА 9.6.».

Обозначение балок, принятое в работе: ДКБ - деревоклееная балка; ДКБУ1Л5 - деревоклееная балка с усиленной опорной зоной клеевым олигомером в один, три и пять слоев соответственно.

Изополя напряжений и перемещений деревоклееных балок представлены на рисунках 2 и 3.

Рис. 2. Изополя нормальных и касательных напряжений; МПа. Изополя перемещений по оси X

деревоклееной балки, мм (ДКБ)

Рис. 3. Изополя нормальных и касательных напряжений, МПа. Изополя перемещений по оси Ъ деревоклееной балки, мм (ДКБу' 3'5)

Графическая интерпретация результатов расчета деревоклееных балок приведена на рисунках 4, 5, 6.

а) б)

у = 44.967Х I

у = 39.783Х

у= 34.597Х

I I

0.5 1 1.5 2

Напряжения, МПа

у = 45.415Х V -

у - 50.21*

у = 32.432х

2 4

Напряжения, МПа

-а—ДКБ —ДКБу!--ДКБуЗ ДКБу5---Я--йвр

Рис. 4. Зависимости «нагрузка - касательные напряжения» для деревоклееной балки: а) инженерный расчет; б) численные исследования 9

б)

ДКБ —я—ДКБу1 —s— ДКБуЗ ДКБу5---R--Rep

Рис. 5. Зависимости «нагрузка - сжимающие напряжения поперек волокон» для деревоклееной балки: а) инженерный расчет; б) численные исследования

120 100 80 60

у = 21.36*

у = 24.066Х

,-,,.,-, у = 25.922*

у = 27.556х у

у = 23.976*

1 2 Напряжения, МПа

2 4 6 8 Напряжения, МПа

—ДКБ —ж—ДК6у1 —*.— ДКБуЗ ДКБу5---Р--

Рис. 6. Зависимости «нагрузка - растягивающие напряжения под углом к волокнам» для деревоклееной балки (угол а=24°...25°): а) инженерный расчет; б) численные исследования

10

—Ф— 0 дней —*—120 дней ——2-30 ¿лей г 360 дней ——480 дней —'—730 дней

Рис. 7. Зависимости «нагрузка - перемещения» во времени (ДКБ, ДКБУ5)

При нагружении элементов деревоклееных конструкций до разрушения отчетливо проявляются три характерные и последовательные стадии напряженно-деформированного состояния: условно-упругая, упругопластическая, разрушение. Численные исследования выполнены с учетом анизотропных свойств древесины и ползучести (рисунок 7). Изменение модуля упругости определяется диаграммой «а — £» действительной работы древесины, полученной при испытании стандартных образцов.

Тестовыми расчетами определены максимальные напряжения в приопорных зонах при расчетных нормальных напряжениях в середине пролета в балках с

л 1 ь 1 соотношением - = — и - = -.

; ю к 8

В численном исследовании установлено, что касательные напряжения в опорной части усиленной балки уменьшаются на 21, 33 и 41%, напряжения сжатия поперек волокон в площадке опирания уменьшаются на 8, 16 и 27%, растягивающие напряжения под углом к волокнам уменьшаются на 11, 20 и 29% в зависимости от количества слоев композита 1, 3 и 5 соответственно. Установлено, что при длительном действии эксплуатационной нагрузки приращение деформации в усиленной балке составляет 16, 18 и 19 % в зависимости от количества слоев композита 1,3 и 5 соответственно и стабилизируются во времени.

В третьей главе приведено описание экспериментальных установок, оборудования и аппаратуры для проведения исследований. Обоснованы геометрические размеры усиленных образцов и методика испытаний. Приведена методическая сетка опытов (рисунок 8), определено влияние варьируемых факторов на прочность усиленной олигомером древесины. Определено количество образцов и принят стандартный метод статистической обработки результатов эксперимента.

Методика проведения эксперимента предусматривает два этапа. На первом определяются прочностные показатели опытных деревянных и усиленных образцов в зависимости от варьируемых параметров. На втором этапе оцениваются физико-механические свойства древесины испытанием на сжатие вдоль волокон.

Коэфф- «ИМ* с*0" 1 3 5

Кол-во УНТ, М 0.1 0.3 0.5 0.1 0.3 0.5 0.1 0.3 0.5

U Г| И £ oj 11 10 ш

40 1

60 Г «S3 JL 1

Рис. 8. Схема планирования опыта для трех факторов

Планирование эксперимента выполнено методом «латинского квадрата». Постоянным фактором выбрана эпоксидно-диановая смола ЭД-20. Коэффициент армирования «а», концентрация УНТ «и», температура отверждения олигомера «t» - варьируемые факторы. Это позволяет решать многофакторную задачу и уменьшить количество проводимых опытов в 3 раза при допустимом снижении точности определяемых зависимостей.

В результате планирования эксперимента построены графики влияния каждого фактора на прочность (рисунок 9).

Получены эмпирические зависимости

/(а) = 0,506 In а + 0,949; (11)

/(и) = -0,0087 -и2 + 0,0731 - и + 0,8827; (12)

/(t) = 0,0061 ■ t2 + 0,0186 ■ t + 0,9889. (13)

По найденным частным уравнениям каждой переменной получена эмпирическая зависимость, учитывающая влияние каждого фактора на прочность опытных образцов:

P = Acp-f(a)-f(u)-f(it).

(14)

Полученная формула предназначена для определения прочности в зависимости от любого сочетания трех вариативных факторов: «а», «и» и «Т». Для проведения эксперимента выбран вариант с лучшими прочностными характеристиками.

Р{1)

1.06 1.05 1.04 1.03 " 1.02 1.01 1

0.99 0.98 0.97

Температура отверждения олигомера, •С

Рис. 9. Влияние факторов «а, и, Ь> на прочность опытных образцов

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований образцов древесины с усилением (У) и стандартных деревянных образцов (Д) при действии кратковременной нагрузки.

Испытания опытных образцов проводили для оценки физико-механических характеристик усиленной клеевым олигомером древесины при различном напряженном состоянии, возникающем в опорных участках балочных конструкций. Образцы изготавливали для испытаний на скалывание вдоль волокон, сжатие поперек волокон и на растяжение под углом к волокнам.

Полученные результаты представлены зависимостями «нагрузка относительная деформация» (рисунок 10) для каждого вида испытаний.

а)

V = -8Е+06Х4 + 798596Х3 - 25082Х2 + 405.95х I*2 = 0.9948

112060Х4 + 25840Х3 -

0.02 0.04 0.06 0.08 Относительная деформация

б)

4.5 4 3.5 3

X х

™ 2 5 В- 2

га

л:

1.5 1

0.5 0

О 0.05 0.1 0.15

Относительная деформация

В)

у = -1Е+08х4 + 4Е+06х3 - 43327Х1 + 394.12х 1*г = 0.9996

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025

Относительная дефформация

Рис. 10, Зависимости «нагрузка -относительная деформация» при испытаниях на: а) скалывание вдоль волокон,

б) сжатие поперек волокон,

в) растяжение под углом к

волокнам

Данные по результатам испытаний сведены в таблице 1.

У = -33831Х3 + 2043.Зхг + 24.668Х =0.9741

V

= -20884Х4 + 9182.2х3 -- 1367.2хг + 98.548Х = 0.9875

Таблица 1. Результаты испытаний опытных образцов

Обозначение образца Разрушающая нагрузка, кН Передел прочности, МПа Увеличение прочности, %

Скалывание вдоль волокон

д 2,78 13,33 100

У] 4,16 16,15 121

УЗ 4,99 17,98 135

У5 6,01 19,8 149

Сжатие поперек волокон

д 2,09 3,93 100

У1 2,52 4,31 110

УЗ 3,29 5,07 129

У5 3,9 5,49 139

Растяжение под углом к волокнам

д 0,84 2,79 100

У1 1,56 4,74 170

УЗ 2,18 5,56 199

У5 2,47 5,88 207

*Цифры 1, 3, 5 в обозначении усиленных образцов указывают количество слоев поверхностного усиления.

В пятой главе приведена технология изготовления высоких деревоклееных балок с усилением приопорных участков олигомером на основе УНТ. Разработан технологический процесс изготовления деревоклееной конструкции и ее усиление. Приведены виды контроля, рекомендации по охране труда при изготовлении, условия транспортировки и хранения готовых изделий.

Усиление опорных зон деревоклееной балки выполняется в условиях цеха. Весь процесс разделен на 4 этапа.

На первом этапе при механической обработке поверхности приопорных участков деревоклееной балки фрезеруют по классу шероховатости не ниже 7-го. Время с момента фрезерования до усиления опорных зон не должно превышать 6-8 ч. Кромки выполняют с фаской 10 мм, или скруглением радиусом 10-20 мм. Это позволяет исключить излом ткани и непроклей.

На втором этапе производят раскрой стеклоткани и готовят клеевую нанокомпозицию. Процесс приготовления включает несколько стадий:

1. Ультразвуковое диспергирование нанотрубок в стеариновой кислоте в течение 30 мин при температуре 70 °С.

2. Раствор, содержащий УНТ, смешивается с эпоксидной смолой до создания однородной по структуре и цвету композиции.

3. Эпоксидная нанодисперсия проходит термообработку в печи при температуре 120 °С в течении двух часов с последующим охлаждением.

4. В полученный эпоксидный состав добавляется отвердитель.

15

В результате создается адгезив следующего состава: о Эпоксидно-диановая неотвержденная смола марки ЭД-20 - 100 вес. ч.; о Отвердитель - полиэтиленполиамин (ПЭПА) - 10... 15 вес. ч.; о Растворитель - стеариновая кислота - 0,5.. .2,0 вес. ч.; о УНТ «Таунит» М» - 0,3 вес. ч.

На третьем этапе проводят контактное соединение композита с приопорной зоной деревоклееной балки. Процесс состоит их четырех стадий.

1. Нанесение слоя адгезива на поверхность приопорной зоны деревоклееной балки из расчета 0,7-1,0 кг/м2.

2. Наклеивание обоймы из полимерного композита на опорный участок балки. Первый слой (нечетный) укладывают от основания поперечного сечения деревоклееной балки. Перед укладкой второго слоя (при многослойной конструкции усиления) на прикатанный слой наносят нанокомпозицию из расчета 0,5-0,6 кг/м2. Второй слой (четный) начинают приклеивать от верхней грани поперечного сечения. При этом обеспечивается перекрытие швов. После укладки последнего слоя обоймы на поверхность ткани наносится финишный слой адгезива из расчета 0,5 кг/м2.

3. Вакуумная инфузия (рисунок 11). Устанавливают вакуумный канал, герметизирующий жгут и жертвенную ткань. Затем на композицию укладывают вакуумный мешок и фиксируют по периметру клейким жгутом. Далее проверяют герметичность системы и подключают вакуумную помпу. Из системы откачивают воздух, и под действием внешнего давления нанокомпозиция равномерно пропитывает стеклоткань, а покрытие плотно прижимается к поверхности участка. После отверждения связующего проводят удаление вакуумной оболочки. Применение вакуума позволяет обеспечить равномерную пропитку эпоксидным составом, а также снизить вероятность образования пузырьков воздуха, влияющих на характеристики готового изделия.

Хертбенная ткань Деребоклееная 5алка Вакццннаи пленка Вакццнная пота

OSoiim Опора Опора Герпетмрцоцт

жгут

Рис. 11. Схема изготовления деревоклееной балочной конструкции с усилением опорных зон обоймой по методу вакуумной инфузии

4. Термообработка усиленного участка конструкции в диэлектрической сушильной камере сверхвысокой частоты (СВЧ). Для соблюдения технологического процесса деревянную клееную балку прогревают до температуры 60 °С и выдерживают в течении 6 часов.

При финишной механической обработке удаляют остатки жертвенной ткани, свесы и неровности.

На четвертом этане осуществляют контроль качества, маркировку, паспортизацию, упаковку и транспортировку, складирование продукции.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана технология изготовления высоких деревоклееных балок с усилением предельно напряженных зон олигомером на основе УНТ. Проведен обзор мирового опыта развития технологий деревянных и деревоклееных конструкций, усиленных полимерными материалами.

2. Выполнены теоретические исследования деревоклееных балочных конструкций с выбором адекватной физической модели соединения древесины и олигомера.

3. Разработана методика расчета усиленных высоких балочных деревокомпозитных конструкций. Техническое решение защищено патентом РФ.

4. Обоснован выбор физической и математической транстропной модели, приведенных геометрических характеристик и параметров усиленной деревоклееной балки тестовыми расчетами прочности в условно-упругой стадии работы древесины.

5. Выполнены численные исследования балочных деревоклееных конструкций в программном комплексе «ЛИРА 9.6». Установлено, что расхождение инженерного метода расчета с численным экспериментом составляет по прочности 4.. .8%, по жесткости 7.. .12%.

6. Выполнены экспериментальные исследования прочности и деформативности стандартных образцов и образцов с поверхностным усилением на основе методической сетки опытов.

7. Установлено, что предел прочности деревокомпозитных образцов увеличивается при скалывании до 49%, сжатии поперек волокон - 39%, растяжении под углом к волокнам — в 2 раза.

8. Выявлено, что характер разрушения усиленных композитом опытных образцов имеет пластический характер в отличие от цельнодеревянных образцов, что позволяет повысить эксплуатационную надежность конструкций.

9. Разработанные технологические и технические решения по изготовлению высоких деревоклееных балочных конструкций с усилением

приопорных зон олигомером на основе УНТ рекомендуется применять при изготовлении, реконструкции и ремонте деревянных клееных балок.

Основные положения диссертации опубликованы в работах

по перечню базы данных цитирования Scopus:

1. Лисятников М.С. Allowance for creep in the study of the reinforced wood-based constructions. / С.И. Рощина, M.B. Лукин, М.С. Сергеев, П.Б. Шохин, М.С. Лисятников // «Life Science Journal». - 2014, №1 l(9s).- С. 292-295.

по перечню ВАК:

2. Лисятников М.С. Исследование деревокомпозитных конструкций с применением эпоксидных олигомеров модифицированных углеродными нанотрубками. [Текст] / С.И. Рощина, М.С. Сергеев, A.B. Лукина, М.С. Лисятников II «Научно-технический вестник Поволжья». - 2013, №2,- С. 189-192.

3. Лисятников М.С. Повышение эксплуатационных свойств древесины, ослабленной биоповреждениями, путем модификации клеевой композицией на основе эпоксидной смолы. [Текст] / С.И. Рощина, М.В. Лукин, A.B. Лукина, М.С. Лисятников II «Научно-технический вестник Поволжья». - 2014, №4,- С. 182-184.

4. Лисятников М.С. Совершенствование деревокомпозитных балочных конструкций [Текст] / С.И. Рощина, М.В. Лукин, М.С. Лисятников, C.B. Марков, A.B. Синютин, А.И. Голубко // «Естественные и технические науки». - 2014, № 9-10(77).- С. 182-184.

5. Лисятников М.С. Расчет и усиление предельно-напряженных приопорных зон высоких деревоклееных балочных конструкций [Текст] / С.И. Рощина, М.С. Лисятников, A.C. Грибанов, Т.О. Глебова // «Лесотехнический журнал». - 2015, № 1(17).-С. 149-160.

в патентах:

6. Патент на полезную модель №139443 - «Деревокомпозитная балка» Рос. Федерация: МПК Е04СЗ/14 / С.И. Рощина, Е.А. Смирнов, М.В. Лукин, П.Б. Шохин, М.С. Лисятников', патентообладатель ВлГУ, № 2013136878; заявл. 06.08.2013 г.; опубл. 19.03.2014 г.

в других изданиях:

1. Лисятников М.С. Методика и планирование экспериментального исследования композитных балок [Текст] / С.И. Рощина, М.В. Лукин, М.С. Лисятников II Материалы межд. науч.-практическая конф. «Современные строительные конструкции из металла и древесины». - Одесса, ОГАСА. - 2011, №15.-С. 125-129.

8. Лисятников М.С. Особенности технологии производства композитных балок [Текст] / С.И. Рощина, М.В. Лукин, A.B. Лукина, М.С. Лисятников II

Материалы VIII межд. науч.-практ. конф. «Дни науки - 2012», Чехия, Прага, -2012,-С. 52-54.

9. Лисятников М.С. Планирование экспериментального исследования трех-пролетных армированных балок [Текст] / С.И. Рощина, Е.А. Смирнов, М.С. Сергеев, М.С. Лисятников II Материалы межд. науч.-практическая конф. «Современные строительные конструкции из металла и древесины». - Одесса, ОГАСА. -2012, №16,-С. 212-215.

10. Лисятников М.С. Методика экспериментального исследования эпоксидной смолы эд-20 с включением УНТ [Текст] / С.И. Рощина, М.С. Сергеев, М.С. Лисятников И Материалы VIII межд. науч.-практ. конф. «Научния потенциал на света-2012», Болгария, София, - 2012.- С. 37-39.

11. Лисятников М.С. Совершенствование конструкций и технологии производства деревоклееных композитных балок [Текст] / С.И. Рощина, М.В. Лукин, М.С. Сергеев, П.Б. Шохин, М.С. Лисятников II Монография «Инновации в строительстве и архитектуре», ВлГУ, Владимир, -2012.- С. 55-93.

12. Лисятников М.С. Перераспределение напряжений в деревокомпозитных конструкциях при длительном действии нагрузки [Текст] / С.И. Рощина, A.B. Лукина, М.С. Лисятников II материалы науч.-тех. конф. «Строительная наука 2013», Владимир, - 2013.- С. 12-16.

13. Лисятников М.С. Результаты исследования деревокомпозитных конструкций с применением стеклоткани [Текст] / С.И. Рощина, М.С. Сергеев, A.B. Лукина, М.С. Лисятников И Сборник трудов научного семинара «Деревянное домостроения в условиях европейского севера», Архангельск, 2013 г.- С. 120-124.

14. Лисятников М. С. Проведение испытаний прочности эпоксидного состава, модифицированного УНТ [Текст] / С.И. Рощина, М.С. Сергеев, М.С. ЛисятниковII Материалы VII межд. науч.-практ. конф. «Актуальные проблемы строительного и дорожного комплексов», Йошкар-Ола, -2013.- С. 184-187.

15. Лисятников М.С. Расчет прочности композитных балок перекрытия с усилением приопорных зон на основе численных исследований в программном комплексе Lira 9.2. [Текст] / С.И. Рощина, М.В. Лукин, М.С. Лисятников // Сборник трудов межд. науч.-техн. конф. «Строительная наука 2014: теория, образование, практика, инновации». - Архангельск, С(А)ФУ. - 2014.- С. 253-256.

16. Лисятников М.С. Исследование напряженно-деформированного состояния древесины, армированной стеклотканью с включением УНТ, при скалывании вдоль волокон [Текст] / С.И. Рощина, Е.А. Смирнов, М.С. Лисятников, A.C. Грибанов // Материалы межд. науч.-практическая конф. «Современные строительные конструкции из металла и древесины». - Одесса, ОГАСА. - 2014, №18,-С. 178-181.

Подписано к печати 06.05.2015 г. Формат 60x84/16 Объем 1,25 п.л., Тираж 100 экз. Заказ №17

Отпечатано с готового оригинал-макета на полиграфической базе ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» 600000. Владимир, у. Горького, 87