Výrobca odolných bambusových plotov

Ako navrhnúť vnútornú nosnú konštrukciu (ako sú výstužné rebrá a usporiadanie mriežky). ťažké bambusové plotové panely zlepšiť celkovú tuhosť?

Vlastnosti materiálu a konštrukčný základ ťažké bambusové plotové panely

1. Prírodné vlastnosti a výhody spracovania bambusu
Ako prírodný polymérny materiál má bambus jedinečné fyzikálne a mechanické vlastnosti. Ak si vezmeme ako príklad vonkajšie ťažké bambusové plotové panely vyrábané spoločnosťou Ningguo Kuntai Bamboo and Wood Co., Ltd., používa vysokokvalitný bambus s vekom stromu viac ako šesť rokov, ktorý je rozdelený a rozložený do súvislého zosieťovaného zväzku sieťových vlákien, pričom sa zachováva pôvodné usporiadanie bambusových vlákien. Táto technológia spracovania umožňuje bambusu zachovať si svoju prirodzenú štruktúru a zároveň výrazne zlepšiť jeho tvrdosť a trvanlivosť prostredníctvom spracovania vysokou teplotou a vysokým tlakom. Jeho rovnomernosť hustoty je lepšia ako u tradičného dreva a má dobrú odolnosť proti hmyzu a plesniam. Obsah vlhkosti je riadený na vhodnej úrovni, aby sa zabránilo deformácii a praskaniu spôsobenému zmenami vlhkosti. Okrem toho presným riadením dávkovania, aby sa zabezpečilo, že bambusové vlákna sú pevne spojené, proces zahrievania a vytvrdzovania pod tlakom dokončí predlisok pod tlakom tisícov ton, čím sa ešte viac zvýši celková stabilita materiálu. Tieto vlastnosti poskytujú pevný materiálový základ pre konštrukčný dizajn vysokovýkonných bambusových plotových panelov.

2. Funkčné požiadavky na ťažké bambusové plotové panely
Pevné bambusové oplotenie  sa používajú hlavne pri vysoko zaťažených vonkajších scénach a musia mať tieto základné vlastnosti: Po prvé, dokážu odolať veľkým vonkajším vplyvom, ako sú kolízie medzi ľuďmi a vozidlami alebo prirodzené zaťaženie vetrom; po druhé, môžu sa prispôsobiť vlhkému prostrediu, aby sa predišlo štrukturálnym poruchám v dôsledku zmien obsahu vlhkosti; po tretie, majú dlhodobú životnosť a znižujú náklady na údržbu; po štvrté, sú v súlade s koncepciami ochrany životného prostredia a odrážajú hodnotu trvalo udržateľného rozvoja. Z vlastností bambusu a výrobkov z dreva je povrch ťažkých bambusových materiálov po špeciálnej úprave vhodný do vlhkého prostredia a nie je potrebné časté natieranie na antikor. Každodenné čistenie dokáže zachovať výkon, ktorý poskytuje záruku stabilnej prevádzky plotových panelov v zložitých prostrediach. Prirodzená textúra a farba bambusu môže zvýšiť krásu vonkajších priestorov a pri štrukturálnom dizajne sa musí brať do úvahy rovnováha medzi funkciou a estetikou.

Základné teórie návrhu vnútornej nosnej konštrukcie

1. Aplikácia mechanických princípov v nosných konštrukciách
Pevnosť je schopnosť materiálu odolávať poškodeniu a tuhosť je schopnosť odolávať deformácii. Pri vysokovýkonnom bambusovom oplotení spôsobí nedostatočná tuhosť pri zaťažení príliš veľkú deformáciu konštrukcie, čo ovplyvní bezpečnosť a vzhľad. Podľa teórie materiálovej mechaniky tuhosť konštrukcie úzko súvisí s modulom pružnosti materiálu, momentom zotrvačnosti prierezu a usporiadaním nosnej konštrukcie. Modul pružnosti bambusového ťažkého bambusového materiálu sa zlepšuje spracovaním pri vysokej teplote a vysokom tlaku a rozumná konštrukcia vnútornej nosnej konštrukcie môže ďalej zvýšiť moment zotrvačnosti sekcie, čím sa zlepší celková tuhosť.
Zaťaženia, ktoré môžu znášať ťažké bambusové plotové panely, zahŕňajú: zvislé zaťaženie (ako je ich vlastná hmotnosť), vodorovné zaťaženie (ako sila vetra, sila nárazu) a dynamické zaťaženie (ako sú vibrácie spôsobené prejazdom vozidla). Návrh nosnej konštrukcie musí objasniť cestu prenosu zaťaženia, aby sa zabezpečilo, že zaťaženie môže byť efektívne prenesené na základ prostredníctvom komponentov, ako sú výstužné rebrá a mriežky. Napríklad nastavenie výstužných rebier v horizontálnom smere môže prenášať silu vetra na stĺpy a usporiadanie vertikálnej mriežky môže rozložiť vlastnú hmotnosť a horné zaťaženie, aby sa zabránilo lokálnej koncentrácii napätia.

2. Návrh bioniky a štrukturálnej optimalizácie
Bambus je sám o sebe účinnou mechanickou štruktúrou a jeho bambusové uzly sú ekvivalentné prírodným výstužným krúžkom. Dutá štruktúra bambusovej steny znižuje jej vlastnú hmotnosť pri zachovaní vysokej ohybovej tuhosti. Pri konštrukcii ťažkých bambusových plotových panelov je možné simulovať výstužný účinok bambusových uzlov a v nosnej konštrukcii je možné nastaviť kruhové alebo priečne spevňujúce rebrá, aby sa simuloval účinok zosilnenia tuhosti bambusových uzlov na stonkách bambusu. Súčasne, vychádzajúc z charakteristík pozdĺžneho usporiadania bambusových vlákien, sú pozdĺžne výstužné rebrá umiestnené vo vnútri plotových panelov, aby sa zvýšila pevnosť v ťahu v smere vlákien.
Pomocou technológie topologickej optimalizácie sa softvér konečných prvkov používa na simuláciu rozloženia napätia pod rôznymi rozloženiami nosnej konštrukcie, odstránenie neefektívnych materiálov a zachovanie kľúčových nosných ciest. Napríklad mechanické parametre bambusu a ťažkých bambusových materiálov (ako je modul pružnosti a Poissonov pomer) sa používajú ako vstup na vytvorenie trojrozmerného modelu konečných prvkov plotového panela, analýzu deformácie a napätia pri typických zaťaženiach, optimalizáciu polohy, počtu a tvaru prierezu výstužných rebier, prispôsobenie rozloženia materiálu viac mechanickým požiadavkám a výrazné zvýšenie tuhosti.

Špecifický návrhový plán vnútornej nosnej konštrukcie

1. Dizajn výstužných rebier
Typ a rozloženie výstužných rebier
Pozdĺžne výstužné rebrá: nasadzujú sa po dĺžke plotového panela, počet sa určuje podľa šírky panela a zvyčajne sa nastavuje po 200-300 mm. Má obdĺžnikový prierez s veľkosťou prierezu 20 mm × 30 mm. Materiál je rovnaký ťažký bambus ako plotová doska a je spojený s panelom dlabaním a čapom alebo lepidlom. Pozdĺžne výstužné rebrá môžu zvýšiť ohybovú tuhosť plotovej dosky v pozdĺžnom smere a odolávať priehybovej deformácii spôsobenej veľkým rozpätím.
Priečne výstužné rebrá: usporiadané kolmo na pozdĺžny smer, s rozstupom 300-500 mm a veľkosť prierezu môže byť o niečo menšia ako pozdĺžne výstužné rebrá (napríklad 15 mm × 25 mm). Úlohou priečnych výstužných rebier je spájať pozdĺžne výstužné rebrá do rastrového skeletu a súčasne prenášať vodorovné zaťaženia. Na oboch koncoch a v strednej polohe opory plotovej dosky môžu byť priečne výstužné rebrá zakódované, aby sa zvýšila lokálna tuhosť.
Šikmé výstužné rebrá: nastavené v diagonálnom smere plotovej dosky tak, aby vytvorili trojuholníkovú nosnú konštrukciu. Trojuholník má stabilitu a môže účinne odolávať šmykovej deformácii a torzným zaťaženiam. Veľkosť prierezu šikmých výstužných rebier je podobná ako u priečnych výstužných rebier a sú spojené s pozdĺžnymi a priečnymi výstužnými rebrami cez rohové uzly. Na zvýšenie pevnosti spojenia je možné v uzloch použiť kovové konektory alebo bambusové čapy.

Spôsob spojenia medzi výstužou a panelom
Spojenie lepidlom: Použite lepidlo šetrné k životnému prostrediu nezávisle vyvinuté spoločnosťou Ningguo Kuntai Bamboo and Wood Co., Ltd. na nanesenie lepidla na kontaktný povrch medzi výstužou a panelom a vytvorte integrálne spojenie natlakovaním a vytvrdením. Proces lepenia lepidla musí kontrolovať množstvo lepidla, aby sa zabezpečilo, že spojenie bude pevné a nepretečie, aby sa predišlo ovplyvneniu vzhľadu a environmentálnych vlastností.
Spojenie drážky a čapu: Spracujte čapy a oká na panel a výstuž a spojte ich pomocou drážky a čapu. Štruktúra drážky a čapu môže poskytnúť určitý stupeň odolnosti proti vytiahnutiu a šmyku, pričom si zachováva prirodzenú textúru bambusu, čo je v súlade s koncepciou ochrany životného prostredia. Pre diely s vysokou záťažou je možné kombinovať lepidlo a čapové spojenie, aby sa zlepšila spoľahlivosť spojenia.

2. Návrh rozloženia mriežky
Výber formy mriežky
Obdĺžnikový raster: Je tvorený zvislým priesečníkom pozdĺžnych a priečnych výstuh, čo je najbežnejšia forma rozloženia rastra. Obdĺžniková mriežka sa ľahko zostavuje a je vhodná pre štandardizovanú výrobu a je vhodná pre scény s relatívne rovnomerným rozložením zaťaženia. Veľkosť ôk je možné upraviť podľa špecifikácií plotovej dosky a veľkosti zaťaženia, zvyčajne 200 mm × 200 mm až 300 mm × 300 mm.
Diamantová sieť: Diagonálne výstužné rebrá sú kombinované s pozdĺžnymi a priečnymi výstužnými rebrami, aby vytvorili diamantovú sieť. Diagonálny smer diamantovej siete je silný, čo môže lepšie odolávať diagonálnemu zaťaženiu a krútiacemu momentu. Je vhodný pre plotové panely, ktoré môžu byť vystavené zložitému zaťaženiu, ako sú oblasti v blízkosti ciest alebo oblasti, ktoré sú často zasiahnuté.
Voštinové pletivo: Šesťhranná štruktúra, ktorá napodobňuje plást, sa skladá z viacerých šesťuholníkových jednotiek. Voštinová sieť má vynikajúcu odolnosť proti stlačeniu a ohybu a materiál je rovnomerne rozložený, čo môže poskytnúť vyššiu tuhosť pri rovnakej hmotnosti. Spracovanie voštinového pletiva je však náročnejšie a na rezanie a montáž je potrebné špeciálne vybavenie. Je vhodný pre špičkové ťažké bambusové plotové panely s extrémne vysokými požiadavkami na tuhosť.
Optimalizácia hustoty siete
Hustota ôk priamo ovplyvňuje tuhosť a hmotnosť plotovej dosky. Pri návrhu je potrebné určiť optimálnu hustotu siete pomocou mechanických výpočtov a experimentov. Pri ťažkých bambusových materiáloch je možné vďaka jeho rovnomernej hustote a vysokej pevnosti primerane zväčšiť rozstup mriežky, aby sa znížila hmotnosť pri zachovaní tuhosti prostredníctvom optimalizácie prierezu výstuže. Napríklad v oblastiach s malým zaťažením je možné nastaviť rozstup mriežky na 300 mm × 300 mm, zatiaľ čo v oblastiach so sústredeným zaťažením (ako je stred plotovej dosky alebo v blízkosti stĺpa) sa vzdialenosť mriežky zníži na 200 mm × 200 mm a zväčší sa veľkosť prierezu výstuže.

3. Návrh a vystuženie uzla
Typ uzla a analýza sily
Medzi uzly vnútornej nosnej konštrukcie plotovej dosky patrí priesečník pozdĺžnych a priečnych výstuh, priesečník šikmých výstuží a pozdĺžnych a priečnych výstuží atď. Uzly sú kľúčové časti pre prenos zaťaženia a musia mať dostatočnú pevnosť a tuhosť. Bežné formy zlyhania uzla zahŕňajú zlyhanie v šmyku a zlyhanie v roztrhnutí, takže návrh uzla sa musí zamerať na odolnosť v šmyku a ťahu.
Opatrenia na posilnenie uzla
Kovové spojky: Na pripojenie výstuh v uzloch použite nerezové uholníky, skrutky a iné kovové časti. Kovové konektory môžu poskytnúť spoľahlivé mechanické spojenia, najmä pre scenáre s veľkým zaťažením. Napríklad v priesečníku pozdĺžnych a priečnych výstuží sa na upevnenie spojov pomocou skrutiek používajú kódy uhlov z nehrdzavejúcej ocele. Hrúbka uhlových kódov nie je menšia ako 3 mm a priemer skrutiek nie je menší ako 6 mm.
Bambusové výstuhy: Na spevnenie uzlín sa používajú prírodné materiály ako bambusové čapíky a bambusové klince. Na základe zadlabacieho a čapového spojenia sú vložené bambusové klince pre ďalšiu fixáciu. Priemer bambusových klincov je 5-8mm a dĺžka sa určuje podľa hrúbky výstuže, aby sa zabezpečilo prepichnutie dvoch vrstiev výstuže. Bambusové výstuže sú kompatibilné s ťažkými bambusovými materiálmi a spĺňajú požiadavky na ochranu životného prostredia.
Vystuženie lepidlom: Zvýšte množstvo lepidla v uzle, aby sa vytvorila zosilnená vrstva lepidla na zlepšenie pevnosti spojenia uzla. Hrúbka vrstvy lepidla je kontrolovaná na 1-2 mm, aby sa zabránilo neúplnému vytvrdnutiu alebo koncentrácii napätia v dôsledku nadmernej hrúbky vrstvy lepidla.

Konštrukčná úprava dizajnu založená na procese Ningguo Kuntai Bamboo and Wood Co., Ltd.

1. Vplyv materiálových vlastností na konštrukčný návrh
Pri navrhovaní nosných konštrukcií je potrebné zvážiť nasledujúce vlastnosti ťažkých bambusových materiálov:
Smer usporiadania vlákien: bambusové vlákna sú usporiadané v pozdĺžnom smere a pozdĺžna pevnosť v ťahu je výrazne vyššia ako v priečnom smere. Pozdĺžna výstuž by preto mala byť usporiadaná čo najviac pozdĺž smeru vlákna, aby sa naplno využili charakteristiky vysokej pevnosti materiálu, zatiaľ čo priečna výstuž musí kompenzovať problém nedostatočnej priečnej pevnosti prostredníctvom rozumného návrhu prierezu.
Rovnomernosť hustoty: Proces zahrievania a vytvrdzovania pod tlakom robí hustotu ťažkého bambusového materiálu rovnomernou a nie je ľahké mať chyby, ako sú zrútené okraje a preskočené drôty, čo poskytuje záruku stabilného spojenia nosnej konštrukcie. V návrhu je možné vhodne zredukovať nadbytočný návrh výstuže spôsobený defektmi materiálu, aby sa optimalizovalo konštrukčné usporiadanie.
Výkon lepidla šetrný k životnému prostrediu: Samovyvinuté lepidlo má vysokú pevnosť spoja a kontrolovateľné dávkovanie, čo môže zabezpečiť spoľahlivosť spojenia medzi výstužou a panelom. Pri konštrukcii lepeného uzla je možné vypočítať požadovanú lepiacu plochu podľa parametrov pevnosti v šmyku a v ťahu lepidla, aby sa zabránilo nadmernému použitiu lepidla na ovplyvnenie environmentálnych vlastností.

2. Synergia procesov a optimalizácia výroby
V kombinácii s procesom zahrievania a vytvrdzovania pod tlakom je možné výstuž a panel stlačiť naraz vo fáze tvarovania polotovaru, aby vytvorili integrálnu štruktúru. Tento integrovaný proces môže znížiť následný proces montáže a vyhnúť sa materiálovým škodám spôsobeným sekundárnym spracovaním. Zároveň zaisťuje tesné spojenie výstuže s panelom a zlepšuje celkovú tuhosť. Napríklad pri lisovaní polotovarov plotových panelov sa vopred umiestnia krížové výstužné rebrá a tisíce ton tlaku sa použijú na prepletenie výstužných rebier s vláknami panelov, aby sa vytvorila bezšvová celková štruktúra.