Výrobce odolných bambusových plotů

Jak navrhnout vnitřní nosnou konstrukci (jako jsou výztužná žebra a rozložení mřížky). těžké bambusové plotové panely zlepšit celkovou tuhost?

Vlastnosti materiálu a konstrukční základ těžké bambusové plotové panely

1. Přírodní vlastnosti a výhody zpracování bambusu
Jako přírodní polymerní materiál má bambus jedinečné fyzikální a mechanické vlastnosti. Vezmeme-li jako příklad venkovní těžké bambusové plotové panely vyráběné společností Ningguo Kuntai Bamboo and Wood Co., Ltd., používá vysoce kvalitní bambus se stromovým stářím více než šest let, který je štěpen a rozkládán na souvislý svazek síťovaných vláken, při zachování původního uspořádání bambusových vláken. Tato technologie zpracování umožňuje bambusu zachovat si svou přirozenou strukturu a zároveň výrazně zlepšit jeho tvrdost a odolnost díky zpracování vysokou teplotou a vysokým tlakem. Jeho stejnoměrnost hustoty je lepší než u tradičního dřeva a má dobrou odolnost proti hmyzu a plísním. Obsah vlhkosti je řízen na vhodné úrovni, aby se zabránilo deformacím a prasklinám způsobeným změnami vlhkosti. Navíc přesným řízením dávkování, aby bylo zajištěno, že bambusová vlákna jsou pevně spojena, proces zahřívání a vytvrzování pod tlakem dokončuje předlisek pod tlakem tisíců tun, což dále zvyšuje celkovou stabilitu materiálu. Tyto vlastnosti poskytují pevný materiálový základ pro konstrukční návrh vysoce odolných bambusových plotových panelů.

2. Funkční požadavky na těžké bambusové plotové panely
Těžké bambusové oplocení  se používají hlavně ve venkovních scénách s vysokým zatížením a musí mít následující základní vlastnosti: Za prvé, dokážou odolat velkým vnějším nárazům, jako jsou kolize mezi lidmi a vozidly nebo přirozené zatížení větrem; za druhé, mohou se přizpůsobit vlhkému prostředí, aby se zabránilo strukturálnímu selhání v důsledku změn obsahu vlhkosti; za třetí, mají dlouhodobou životnost a snižují náklady na údržbu; za čtvrté, jsou v souladu s koncepcemi ochrany životního prostředí a odrážejí hodnotu udržitelného rozvoje. Z vlastností bambusu a dřevěných výrobků je povrch těžkých bambusových materiálů po speciální úpravě vhodný do vlhkého prostředí a není potřeba časté lakování na antikorozní ochranu. Každodenním čištěním lze zachovat výkon, který poskytuje záruku stabilního provozu plotových panelů ve složitém prostředí. Přirozená textura a barva bambusu může zlepšit krásu venkovních prostor a při konstrukčním návrhu je třeba vzít v úvahu rovnováhu mezi funkcí a estetikou.

Základní teorie návrhu vnitřní nosné konstrukce

1. Aplikace mechanických principů v nosných konstrukcích
Pevnost je schopnost materiálu odolávat poškození a tuhost je schopnost odolávat deformaci. U vysoce odolných bambusových plotů způsobí nedostatečná tuhost konstrukce při zatížení přílišnou deformaci, což ovlivní bezpečnost a vzhled. Konstrukční tuhost podle teorie mechaniky materiálů úzce souvisí s modulem pružnosti materiálu, momentem setrvačnosti průřezu a uspořádáním nosné konstrukce. Modul pružnosti bambusového těžkého bambusového materiálu je vylepšen vysokoteplotním a vysokotlakým zpracováním a rozumná konstrukce vnitřní nosné konstrukce může dále zvýšit moment setrvačnosti sekce, čímž se zlepší celková tuhost.
Zatížení, která mohou těžké bambusové plotové panely nést, zahrnují: vertikální zatížení (jako je jejich vlastní hmotnost), horizontální zatížení (jako je síla větru, síla nárazu) a dynamická zatížení (jako jsou vibrace generované projíždějícím vozidlem). Návrh nosné konstrukce musí objasnit cestu přenosu zatížení, aby bylo zajištěno, že zatížení může být efektivně přeneseno na základ prostřednictvím komponent, jako jsou výztužná žebra a mřížky. Například nastavení výztužných žeber v horizontálním směru může přenášet sílu větru na sloupy a uspořádání vertikální mřížky může rozptýlit vlastní tíhu a horní zatížení, aby se zabránilo místní koncentraci napětí.

2. Návrh bioniky a strukturální optimalizace
Bambus sám o sobě je účinnou mechanickou strukturou a jeho bambusové uzly jsou ekvivalentní přírodním výztužným prstencům. Dutá konstrukce bambusové stěny snižuje její vlastní hmotnost při zachování vysoké ohybové tuhosti. Při návrhu těžkých bambusových plotových panelů lze simulovat vyztužující účinek bambusových uzlů a kruhová nebo příčná zpevňující žebra mohou být nastavena v nosné konstrukci pro simulaci efektu zvýšení tuhosti bambusových uzlů na bambusových stéblech. Současně, na základě charakteristik podélného uspořádání bambusových vláken, jsou uvnitř plotových panelů umístěna podélná výztužná žebra pro zvýšení tuhosti v tahu ve směru vláken.
Pomocí technologie topologické optimalizace se software konečných prvků používá k simulaci rozložení napětí pod různými rozvrženími nosných konstrukcí, odstranění neefektivních materiálů a zachování klíčových nosných cest. Například mechanické parametry bambusu a těžkých bambusových materiálů (jako je modul pružnosti a Poissonův poměr) se používají jako vstup pro vytvoření trojrozměrného modelu plotového panelu s konečnými prvky, analýzu deformace a napětí při typickém zatížení, optimalizaci polohy, počtu a tvaru průřezu výztužných žeber, přizpůsobení rozložení materiálu více mechanickým požadavkům a výrazné zvýšení tuhosti.

Konkrétní návrhový plán vnitřní nosné konstrukce

1. Návrh výztužného žebra
Typ a rozložení výztužných žeber
Podélná výztužná žebra: nasazují se po délce plotového panelu, počet se určuje podle šířky panelu a obvykle se nasazuje jedno každých 200-300 mm. Má obdélníkový průřez s velikostí průřezu 20 mm × 30 mm. Materiálem je stejně těžký bambus jako plotová deska a je spojen s panelem dlabou a čepem nebo lepidlem. Podélná výztužná žebra mohou zvýšit ohybovou tuhost plotové desky v podélném směru a odolat prověšové deformaci způsobené velkým rozpětím.
Příčná výztužná žebra: uspořádaná kolmo ke směru délky, s roztečí 300-500 mm a velikost průřezu může být o něco menší než podélná výztužná žebra (např. 15 mm × 25 mm). Funkcí příčných výztužných žeber je spojovat podélná výztužná žebra do mřížkového skeletu a současně přenášet vodorovné zatížení. Na obou koncích a ve střední opěrné poloze plotové desky mohou být příčná výztužná žebra zašifrována pro zvýšení místní tuhosti.
Šikmá výztužná žebra: nastavena v diagonálním směru plotové desky tak, aby tvořila trojúhelníkovou nosnou konstrukci. Trojúhelník má stabilitu a může účinně odolávat smykové deformaci a torznímu zatížení. Velikost průřezu šikmých výztužných žeber je podobná jako u příčných výztužných žeber a jsou připojena k podélným a příčným výztužným žebrům prostřednictvím rohových uzlů. Kovové konektory nebo bambusové čepy mohou být použity v uzlech pro zvýšení pevnosti spojení.

Způsob spojení mezi výztuží a panelem
Spojení lepidlem: Použijte lepidlo šetrné k životnímu prostředí nezávisle vyvinuté společností Ningguo Kuntai Bamboo and Wood Co., Ltd. k nanesení lepidla na kontaktní povrch mezi výztuží a panelem a vytvoření integrálního spojení natlakováním a vytvrzením. Proces lepení lepidlem musí kontrolovat množství lepidla, aby bylo zajištěno, že lepení je pevné a nepřeteče, aby se zabránilo ovlivnění vzhledu a vlivu na životní prostředí.
Zadlabací a čepové spojení: Zpracujte čepy a zadlabací oka na panelu a výztuži a spojte je pomocí zadlabaní a čepu. Dlabací a čepová struktura může poskytnout určitý stupeň odolnosti proti vytažení a smyku při zachování přirozené textury bambusu, což je v souladu s koncepcí ochrany životního prostředí. U vysoce zatížených dílů lze spoj lepidlem, zadlabaním a čepem kombinovat, aby se zvýšila spolehlivost spojení.

2. Návrh rozložení mřížky
Výběr tvaru mřížky
Pravoúhlý rastr: Je tvořen svislým průnikem podélných a příčných výztuh, což je nejběžnější forma rozložení rastru. Obdélníková mřížka se snadno sestavuje a je vhodná pro standardizovanou výrobu a je vhodná pro scény s relativně rovnoměrným rozložením zatížení. Velikost ok lze upravit podle specifikací plotové desky a velikosti zatížení, obvykle 200 mm × 200 mm až 300 mm × 300 mm.
Diamantová síť: Diagonální výztužná žebra jsou kombinována s podélnými a příčnými výztužnými žebry a tvoří diamantovou síť. Diagonální směr diamantové sítě je silný, což může lépe odolávat diagonálnímu zatížení a točivému momentu. Je vhodný pro plotové panely, které mohou být vystaveny složitému zatížení, jako jsou oblasti v blízkosti silnic nebo oblasti, které jsou často zasaženy.
Voštinová síť: Šestiúhelníková struktura, která napodobuje plástev, se skládá z více šestiúhelníkových jednotek. Voštinová síť má vynikající odolnost v tlaku a ohybu a materiál je rovnoměrně rozložen, což může zajistit vyšší tuhost při stejné hmotnosti. Zpracování voštinového pletiva je však obtížnější a pro řezání a montáž je zapotřebí speciální zařízení. Je vhodný pro špičkové těžké bambusové plotové panely s extrémně vysokými požadavky na tuhost.
Optimalizace hustoty sítě
Hustota pletiva přímo ovlivňuje tuhost a hmotnost plotové desky. Při návrhu je třeba určit optimální hustotu sítě pomocí mechanických výpočtů a experimentů. U těžkých bambusových materiálů lze díky jeho jednotné hustotě a vysoké pevnosti vhodně zvětšit rozteč mřížky, aby se snížila hmotnost, při zachování tuhosti prostřednictvím optimalizace průřezu výztuže. Například v oblastech s malým zatížením lze rozteč mřížky nastavit na 300 mm × 300 mm, zatímco v oblastech se soustředěným zatížením (jako je střed plotové desky nebo blízko sloupu) se rozteč mřížky zmenší na 200 mm × 200 mm a zvětší se velikost průřezu výztuže.

3. Návrh a vyztužení uzlu
Typ uzlu a analýza síly
Mezi uzly vnitřní nosné konstrukce plotové desky patří průnik podélných a příčných výztuh, průnik šikmých výztuh a podélných a příčných výztuh atd. Uzly jsou klíčové části pro přenos zatížení a musí mít dostatečnou pevnost a tuhost. Mezi běžné formy selhání uzlů patří selhání ve smyku a roztržení, takže návrh uzlů se musí zaměřit na odolnost ve smyku a tahu.
Opatření na zesílení uzlu
Kovové spojky: Ke spojení výztuh v uzlech použijte nerezové úhelníky, šrouby a další kovové části. Kovové konektory mohou poskytnout spolehlivá mechanická spojení, zejména pro scénáře velkého zatížení. Například v průsečíku podélných a příčných výztuh se k upevnění spojů pomocí šroubů používají kódy úhelníků z nerezové oceli. Tloušťka úhlových kódů není menší než 3 mm a průměr šroubů není menší než 6 mm.
Bambusové výztuhy: ke zpevnění uzlů se používají přírodní materiály, jako jsou bambusové čepy a bambusové hřebíky. Na základě zadlabaného a čepového spoje jsou pro další fixaci vloženy bambusové hřebíky. Průměr bambusových hřebíků je 5-8mm a délka se určuje podle tloušťky výztuže, aby bylo zajištěno propíchnutí dvou vrstev výztuže. Bambusové výztuhy jsou kompatibilní s těžkými bambusovými materiály a splňují požadavky na ochranu životního prostředí.
Vyztužení lepidlem: Zvyšte množství lepidla v uzlu, aby se vytvořila zesílená vrstva lepidla, aby se zlepšila pevnost spoje uzlu. Tloušťka vrstvy lepidla je řízena na 1-2 mm, aby se zabránilo neúplnému vytvrzení nebo koncentraci napětí v důsledku nadměrné tloušťky vrstvy lepidla.

Adaptace konstrukčního návrhu na základě procesu Ningguo Kuntai Bamboo and Wood Co., Ltd.

1. Vliv vlastností materiálu na konstrukční návrh
Při navrhování nosných konstrukcí je třeba vzít v úvahu následující vlastnosti těžkých bambusových materiálů:
Směr uspořádání vláken: bambusová vlákna jsou uspořádána v podélném směru a pevnost v tahu v podélném směru je výrazně vyšší než v příčném směru. Podélná výztuž by proto měla být uspořádána co nejvíce podél směru vláken, aby se plně využily charakteristiky vysoké pevnosti materiálu, zatímco příčná výztuž musí kompenzovat problém nedostatečné příčné pevnosti prostřednictvím rozumného návrhu průřezu.
Rovnoměrnost hustoty: Proces zahřívání a vytvrzování pod tlakem činí hustotu těžkého bambusového materiálu jednotnou a není snadné mít vady, jako jsou zhroucené okraje a přeskočené dráty, což poskytuje záruku stabilního spojení nosné konstrukce. V návrhu může být redundantní návrh výztuže způsobený vadami materiálu vhodně redukován pro optimalizaci konstrukčního uspořádání.
Výkon lepidla šetrný k životnímu prostředí: Samovyvinuté lepidlo má vysokou pevnost spoje a kontrolovatelné dávkování, což může zajistit spolehlivost spojení mezi výztuží a panelem. Při návrhu lepeného uzlu lze požadovanou lepicí plochu vypočítat podle parametrů pevnosti ve smyku a v tahu lepidla, aby se zabránilo nadměrnému použití lepidla k ovlivnění environmentální výkonnosti.

2. Synergie procesů a optimalizace výroby
V kombinaci s procesem zahřívání a vytvrzování pod tlakem lze výztuž a panel stlačit najednou ve fázi tváření předlisku, aby vytvořily integrální strukturu. Tento integrovaný proces může snížit následný proces montáže a vyhnout se materiálovým škodám způsobeným sekundárním zpracováním. Zároveň zajišťuje těsné spojení mezi výztuží a panelem a zlepšuje celkovou tuhost. Například při lisování přířezů plotových panelů jsou předem umístěna křižující se výztužná žebra a tisíce tun tlaku jsou použity k propletení výztužných žeber s vlákny panelů, aby se vytvořila bezešvá celková struktura.