Производитель прочных бамбуковых ограждений

Как спроектировать внутреннюю опорную конструкцию (например, ребра жесткости и расположение сеток) тяжелые бамбуковые панели забора для улучшения общей жесткости?

Свойства материала и проектные основы тяжелые бамбуковые панели забора

1. Природные свойства и преимущества обработки бамбука.
Как природный полимерный материал, бамбук обладает уникальными физико-механическими свойствами. В качестве примера можно привести тяжелые бамбуковые панели для наружных заборов, производимые компанией Ningguo Kuntai Bamboo and Wood Co., Ltd., в которых используется высококачественный бамбук с возрастом дерева более шести лет, который расщепляется и разлагается на непрерывный пучок поперечно-сшитых сетевых волокон, сохраняя оригинальное расположение бамбуковых волокон. Эта технология обработки позволяет бамбуку сохранять свою естественную структуру, одновременно значительно улучшая его твердость и долговечность за счет обработки высокой температурой и высоким давлением. Его однородность плотности лучше, чем у традиционной древесины, и он обладает хорошей устойчивостью к насекомым и плесени. Содержание влаги контролируется на соответствующем уровне, чтобы избежать деформации и растрескивания, вызванных изменениями влажности. Кроме того, благодаря точному контролю дозировки, обеспечивающей прочное соединение бамбуковых волокон, процесс нагрева и отверждения под давлением завершает формование заготовки под давлением в тысячи тонн, что еще больше повышает общую стабильность материала. Эти характеристики обеспечивают прочную материальную основу для конструкции прочных бамбуковых панелей забора.

2. Функциональные требования к тяжелым бамбуковым ограждениям
Сверхпрочные бамбуковые ограждения в основном используются на открытом воздухе с высокими нагрузками и должны обладать следующими основными характеристиками: во-первых, они могут выдерживать большие внешние воздействия, такие как столкновения между людьми и транспортными средствами или естественные ветровые нагрузки; во-вторых, они могут адаптироваться к влажной среде, чтобы избежать разрушения конструкции из-за изменений содержания влаги; в-третьих, они долговечны и снижают затраты на техническое обслуживание; в-четвертых, они соответствуют концепциям охраны окружающей среды и отражают ценность устойчивого развития. Судя по характеристикам бамбуковых и деревянных изделий, поверхность тяжелых бамбуковых материалов после специальной обработки подходит для влажной среды, и нет необходимости частой окраски для защиты от коррозии. Ежедневная очистка позволяет сохранить работоспособность, что обеспечивает гарантию стабильной работы панелей ограждения в сложных условиях. Естественная текстура и цвет бамбука могут подчеркнуть красоту открытых пространств, поэтому при проектировании конструкции необходимо учитывать баланс между функцией и эстетикой.

Основные теории проектирования внутренней опорной структуры

1. Применение механических принципов в опорных конструкциях
Прочность – это способность материала сопротивляться повреждениям, а жесткость – способность сопротивляться деформации. Для тяжелых бамбуковых ограждений недостаточная жесткость приведет к слишком сильной деформации конструкции под нагрузкой, что повлияет на безопасность и внешний вид. Согласно теории механики материалов, жесткость конструкции тесно связана с модулем упругости материала, моментом инерции сечения и расположением несущей конструкции. Модуль упругости тяжелого бамбукового материала улучшается за счет обработки высокой температурой и высоким давлением, а разумная конструкция внутренней опорной конструкции может еще больше увеличить момент инерции секции, тем самым улучшая общую жесткость.
Нагрузки, которые могут выдерживать тяжелые бамбуковые панели ограждения, включают: вертикальные нагрузки (например, собственный вес), горизонтальные нагрузки (например, силу ветра, силу удара) и динамические нагрузки (например, вибрации, создаваемые проезжающим транспортным средством). При проектировании несущей конструкции необходимо уточнить путь передачи нагрузки, чтобы обеспечить эффективную передачу нагрузки на фундамент через такие компоненты, как ребра жесткости и решетки. Например, установка ребер жесткости в горизонтальном направлении может передать силу ветра на колонны, а расположение вертикальной сетки может распределить собственный вес и верхнюю нагрузку, чтобы избежать концентрации локальных напряжений.

2. Бионика и структурная оптимизация проектирования.
Бамбук сам по себе представляет собой эффективную механическую конструкцию, а его бамбуковые узлы эквивалентны натуральным армирующим кольцам. Полая структура бамбуковой стенки снижает собственный вес, сохраняя при этом высокую жесткость на изгиб. При проектировании тяжелых бамбуковых панелей забора можно имитировать усиливающий эффект бамбуковых узлов, а в опорной конструкции можно установить круговые или поперечные ребра жесткости, чтобы имитировать эффект повышения жесткости бамбуковых узлов на стеблях бамбука. В то же время, учитывая особенности продольного расположения бамбуковых волокон, внутри панелей ограждения установлены продольные ребра жесткости для повышения жесткости при растяжении вдоль направления волокон.
Используя технологию топологической оптимизации, программное обеспечение конечных элементов используется для моделирования распределения напряжений при различных компоновках опорных конструкций, удаления неэффективных материалов и сохранения ключевых путей нагрузки. Например, механические параметры бамбука и тяжелых бамбуковых материалов (такие как модуль упругости и коэффициент Пуассона) используются в качестве входных данных для создания трехмерной конечно-элементной модели панели забора, анализа деформации и напряжений при типичных нагрузках, оптимизации положения, количества и формы поперечного сечения ребер жесткости, приведения распределения материала в большее соответствие с механическими требованиями и улучшения жесткости без значительного увеличения веса.

Специальный план проектирования внутренней опорной конструкции

1. Конструкция ребра жесткости
Тип и расположение ребер жесткости
Продольные ребра жесткости: устанавливаются по длине панели забора, количество определяется по ширине панели, обычно устанавливается по одному через каждые 200-300 мм. Он имеет прямоугольное поперечное сечение с размером поперечного сечения 20×30 мм. Материал — тот же тяжелый бамбук, что и доска забора, и он соединяется с панелью с помощью паза и шипа или клея. Продольные ребра жесткости могут повысить жесткость доски забора на изгиб в направлении длины и противостоять деформации провисания, вызванной большим пролетом.
Поперечные ребра жесткости: расположены перпендикулярно направлению длины, с интервалом 300–500 мм, а размер поперечного сечения может быть немного меньше, чем у продольных ребер жесткости (например, 15 мм × 25 мм). Функция поперечных ребер жесткости заключается в соединении продольных ребер жесткости с образованием решетчатого каркаса и одновременной передачей горизонтальных нагрузок. На обоих концах и в средней опорной позиции доски забора поперечные ребра жесткости могут быть зашифрованы для увеличения местной жесткости.
Косые ребра жесткости: устанавливаются по диагонали доски забора, образуя треугольную опорную конструкцию. Треугольник обладает стабильностью и может эффективно противостоять сдвиговой деформации и скручивающим нагрузкам. Размер поперечного сечения косых ребер жесткости аналогичен поперечному ребру жесткости, и они соединены с продольными и поперечными ребрами жесткости через угловые узлы. В узлах можно использовать металлические соединители или бамбуковые шипы для повышения прочности соединения.

Способ соединения арматуры и панели
Клеевое соединение: используйте экологически чистый клей, независимо разработанный компанией Ningguo Kuntai Bamboo and Wood Co., Ltd., для нанесения клея на контактную поверхность между арматурой и панелью и формирования целостного соединения путем давления и отверждения. В процессе склеивания необходимо контролировать количество клея, чтобы гарантировать, что соединение прочное и не переливается, чтобы не повлиять на внешний вид и экологические характеристики.
Соединение паза и шипа: Обработайте шипы и проушины на панели и арматуре и соедините их через паз и шип. Структура паза и шипа может обеспечить определенную степень сопротивления выдергиванию и сдвигу, сохраняя при этом естественную текстуру бамбука, что соответствует концепции защиты окружающей среды. Для деталей, нагруженных тяжелыми нагрузками, можно комбинировать клеевое, врезное и шиповое соединение для повышения надежности соединения.

2. Дизайн сетки
Выбор формы сетки
Прямоугольная сетка: образуется вертикальным пересечением продольной и поперечной арматуры, что является наиболее распространенной формой расположения сетки. Прямоугольную сетку легко построить, она удобна для стандартизированного производства и подходит для сцен с относительно равномерным распределением нагрузки. Размер сетки можно регулировать в соответствии со спецификациями заборной доски и размером нагрузки, обычно от 200×200 мм до 300×300 мм.
Ромбовидная сетка: диагональные ребра жесткости объединяются с продольными и поперечными ребрами жесткости, образуя ромбовидную сетку. Диагональное направление ромбовидной сетки прочное, что позволяет лучше противостоять диагональной нагрузке и крутящему моменту. Он подходит для панелей заборов, которые могут подвергаться сложным нагрузкам, например, на участках, расположенных рядом с дорогами, или на участках, которые часто подвергаются ударам.
Сотовая сетка: шестиугольная структура, имитирующая соты, состоит из нескольких шестиугольных элементов. Сотовая сетка обладает превосходной устойчивостью к сжатию и изгибу, а материал распределяется равномерно, что может обеспечить более высокую жесткость при том же весе. Однако обработка сотовой сетки сложнее, и для резки и сборки требуется специальное оборудование. Он подходит для высококачественных тяжелых бамбуковых панелей забора с чрезвычайно высокими требованиями к жесткости.
Оптимизация плотности сетки
Плотность сетки напрямую влияет на жесткость и вес доски забора. При проектировании оптимальную плотность сетки необходимо определять посредством механических расчетов и экспериментов. Для тяжелых бамбуковых материалов, благодаря их равномерной плотности и высокой прочности, расстояние между сетками можно соответствующим образом увеличить, чтобы уменьшить вес, сохраняя при этом жесткость за счет оптимизации поперечного сечения арматуры. Например, на участках с небольшими нагрузками шаг сетки можно установить 300×300 мм, а на участках с сосредоточенными нагрузками (например, в середине доски забора или возле колонны) шаг сетки уменьшается до 200×200 мм, а размер поперечного сечения арматуры увеличивается.

3. Конструкция узла и армирование
Тип узла и анализ сил
К узлам внутренней опорной конструкции доски забора относятся пересечение продольной и поперечной арматуры, пересечение косой арматуры и продольной и поперечной арматуры и т. д. Узлы являются ключевыми деталями для передачи нагрузки и должны обладать достаточной прочностью и жесткостью. Распространенные формы разрушения узла включают разрушение при сдвиге и разрушение на разрыв, поэтому при проектировании узла необходимо уделять особое внимание сопротивлению сдвигу и растяжению.
Мероприятия по усилению узла
Металлические соединители. Для соединения арматуры в узлах используйте уголки, болты и другие металлические детали из нержавеющей стали. Металлические соединители могут обеспечить надежные механические соединения, особенно в условиях тяжелых нагрузок. Например, в местах пересечения продольной и поперечной арматуры применяют уголки из нержавеющей стали для фиксации стыков болтами. Толщина угловых кодов не менее 3 мм, диаметр болтов не менее 6 мм.
Бамбуковое усиление: для укрепления узлов используются натуральные материалы, такие как бамбуковые шипы и бамбуковые гвозди. В основу пазового и шипованного соединения вставляются бамбуковые гвозди для дальнейшей фиксации. Диаметр бамбуковых гвоздей составляет 5-8 мм, а длина определяется в зависимости от толщины арматуры, чтобы обеспечить пробитие двух слоев арматуры. Бамбуковая арматура совместима с тяжелыми бамбуковыми материалами и отвечает требованиям защиты окружающей среды.
Усиление клея: увеличьте количество клея в узле, чтобы сформировать утолщенный слой клея и улучшить прочность соединения узла. Толщина клеевого слоя контролируется в пределах 1-2 мм, чтобы избежать неполного отверждения или концентрации напряжений из-за чрезмерной толщины клеевого слоя.

Адаптация структурного проекта на основе процесса Ningguo Kuntai Bamboo and Wood Co., Ltd.

1. Влияние свойств материала на проектирование конструкций.
При проектировании несущих конструкций необходимо учитывать следующие характеристики тяжелых бамбуковых материалов:
Направление расположения волокон: бамбуковые волокна расположены вдоль направления длины, а прочность на растяжение в продольном направлении значительно выше, чем в поперечном направлении. Следовательно, продольное армирование должно быть расположено в максимально возможной степени вдоль направления волокон, чтобы в полной мере использовать высокие прочностные характеристики материала, в то время как поперечное армирование должно компенсировать проблему недостаточной поперечной прочности за счет разумной конструкции поперечного сечения.
Однородность плотности: процесс нагрева и отверждения под давлением делает плотность тяжелого бамбукового материала однородной, и при этом нелегко иметь дефекты, такие как разрушенные края и пропущенные проволоки, что обеспечивает гарантию стабильного соединения несущей конструкции. При проектировании избыточная арматура, вызванная дефектами материала, может быть соответствующим образом уменьшена для оптимизации компоновки конструкции.
Экологичность клея: клей собственной разработки обладает высокой прочностью склеивания и контролируемой дозировкой, что позволяет обеспечить надежность соединения арматуры с панелью. При проектировании клеевого узла необходимую площадь склеивания можно рассчитать в соответствии с параметрами прочности клея на сдвиг и разрыв, чтобы избежать чрезмерного использования клея, влияющего на экологические характеристики.

2. Синергия процессов и оптимизация производства
В сочетании с процессом нагрева и отверждения под давлением арматуру и панель можно спрессовать одновременно на этапе формования заготовки, чтобы сформировать единую конструкцию. Этот интегрированный процесс может сократить последующий процесс сборки и избежать материального ущерба, вызванного вторичной обработкой. В то же время это обеспечивает тесное соединение арматуры с панелью и повышает общую жесткость. Например, при прессовании заготовок панелей забора заранее размещаются перекрещивающиеся ребра жесткости, и для переплетения ребер жесткости с волокнами панели используются тысячи тонн давления, чтобы сформировать единую бесшовную конструкцию.