Tillverkare av kraftiga bambustaket

Hur man utformar den interna stödstrukturen (såsom förstärkningsribbor och gallerlayout) av tunga stängselpaneler av bambu för att förbättra den övergripande styvheten?

Materialegenskaper och designgrund för tunga stängselpaneler av bambu

1. Naturliga egenskaper och bearbetningsfördelar med bambu
Som ett naturligt polymermaterial har bambu unika fysiska och mekaniska egenskaper. Med de tunga stängselpanelerna utomhus som produceras av Ningguo Kuntai Bamboo and Wood Co., Ltd. som ett exempel, använder den högkvalitativ bambu med en trädålder på mer än sex år, som delas och sönderdelas till ett kontinuerligt tvärbundet nätverksfiberknippe, vilket behåller det ursprungliga arrangemanget av bambufibrer. Denna bearbetningsteknik tillåter bambu att behålla sin naturliga struktur samtidigt som den avsevärt förbättrar dess hårdhet och hållbarhet genom behandling med hög temperatur och högt tryck. Dess densitetslikformighet är bättre än traditionellt trä, och den har god motståndskraft mot insekter och mögel. Fukthalten kontrolleras på en lämplig nivå för att undvika deformation och sprickbildning orsakad av fuktförändringar. Dessutom, genom att exakt kontrollera doseringen för att säkerställa att bambufibrerna är ordentligt bundna, avslutar den trycksatta uppvärmningen och härdningsprocessen ämnets formning under tusentals ton tryck, vilket ytterligare förbättrar materialets totala stabilitet. Dessa egenskaper ger en solid materialbas för den strukturella designen av kraftiga bambustaketpaneler.

2. Funktionskrav för tunga stängselpaneler i bambu
Kraftiga bambustaket  används huvudsakligen i utomhusscener med hög belastning och måste ha följande kärnprestanda: För det första kan de motstå stora yttre påverkan, såsom kollisioner mellan människor och fordon eller naturliga vindbelastningar; för det andra kan de anpassa sig till fuktiga miljöer för att undvika strukturella fel på grund av förändringar i fukthalten; för det tredje har de långvarig hållbarhet och minskar underhållskostnaderna; För det fjärde är de i linje med miljöskyddskoncept och återspeglar värdet av hållbar utveckling. Från egenskaperna hos bambu och träprodukter är ytan av tunga bambumaterial lämplig för fuktiga miljöer efter specialbehandling, och det finns inget behov av frekvent målning för korrosionsskydd. Daglig rengöring kan upprätthålla prestanda, vilket ger en garanti för stabil drift av staketpaneler i komplexa miljöer. Den naturliga strukturen och färgen på bambu kan förstärka skönheten i utomhusutrymmen, och balansen mellan funktion och estetik måste beaktas i strukturell design.

Kärnteorier för design av interna stödstrukturer

1. Tillämpning av mekaniska principer i stödkonstruktioner
Styrka är förmågan hos ett material att motstå skador, och styvhet är förmågan att motstå deformation. För kraftiga bambustaket kommer otillräcklig styvhet att göra att strukturen deformeras för mycket under belastning, vilket påverkar säkerheten och utseendet. Enligt teorin om materialmekanik är strukturell styvhet nära relaterad till materialets elasticitetsmodul, sektionens tröghetsmoment och utformningen av den bärande strukturen. Elasticitetsmodulen för det tunga bambumaterialet förbättras av högtemperatur- och högtrycksbehandling, och den rimliga utformningen av den inre stödstrukturen kan ytterligare öka sektionens tröghetsmoment och därigenom förbättra den totala styvheten.
De belastningar som tunga stängselpaneler av bambu kan bära inkluderar: vertikala belastningar (som deras egen vikt), horisontella belastningar (som vindkraft, stötkraft) och dynamiska belastningar (som vibrationer som genereras av fordon som passerar). Utformningen av den stödjande strukturen behöver klargöra lastöverföringsvägen för att säkerställa att lasten effektivt kan överföras till fundamentet genom komponenter som förstärkningsribbor och galler. Att sätta armeringsribbor i horisontell riktning kan till exempel överföra vindkraft till pelarna, och den vertikala gallerlayouten kan sprida egenvikten och den övre lasten för att undvika lokal spänningskoncentration.

2. Bionics och strukturell optimeringsdesign
Bambu i sig är en effektiv mekanisk struktur, och dess bambu noder är likvärdiga med naturliga förstärkningsringar. Bambuväggens ihåliga struktur minskar sin egen vikt samtidigt som den bibehåller en hög böjstyvhet. Vid utformningen av tunga stängselpaneler av bambu kan den förstärkande effekten av bambunoder simuleras, och cirkulära eller tvärgående förstärkningsribbor kan ställas in i stödstrukturen för att simulera den styvhetsförbättrande effekten av bambunoder på bambuskaft. Samtidigt, utifrån egenskaperna hos bambufibrernas längsgående arrangemang, sätts längsgående förstärkningsribbor inuti stängselpanelerna för att förbättra dragstyvheten längs fiberriktningen.
Med hjälp av topologisk optimeringsteknologi används finita element-mjukvara för att simulera spänningsfördelningen under olika stödstrukturlayouter, ta bort ineffektiva material och behålla viktiga lastbärande banor. Till exempel används de mekaniska parametrarna för bambu och tunga bambumaterial (såsom elasticitetsmodul och Poissons förhållande) som indata för att upprätta en tredimensionell finita elementmodell av stängselpanelen, analysera deformationen och spänningen under typiska belastningar, optimera positionen, antalet och tvärsnittsformen av förstärkningsribborna, utan att öka materialets styvhet mer i linje med kraven på mekanisk styvhet, utan att öka den mekaniska fördelningen avsevärt. vikt.

Specifik designplan för inre stödstruktur

1. Förstärkningsribbdesign
Typ och layout av förstärkningsribbor
Längsgående förstärkningsribbor: placeras längs staketpanelens längd, antalet bestäms enligt panelens bredd, och vanligtvis sätts en var 200-300 mm. Den antar ett rektangulärt tvärsnitt med en tvärsnittsstorlek på 20 mm × 30 mm. Materialet är samma tunga bambu som staketskivan, och det är anslutet till panelen med tapp och tapp eller lim. De längsgående förstärkningsribborna kan förbättra stängselbrädans böjstyvhet längs längdriktningen och motstå den sjunkande deformation som orsakas av det stora spännvidden.
Tvärgående förstärkningsribbor: anordnade vinkelrätt mot längdriktningen, med ett avstånd på 300-500 mm, och tvärsnittsstorleken kan vara något mindre än de längsgående förstärkningsribborna (som 15 mm×25 mm). Tvärförstärkningsribbornas funktion är att förbinda de längsgående förstärkningsribborna till ett gallerskelett och samtidigt överföra horisontella belastningar. I båda ändarna och det mittersta stödläget på staketskivan kan de tvärgående förstärkningsribborna krypteras för att öka den lokala styvheten.
Snedställda förstärkningsribbor: ställs in i stängslets diagonala riktning för att bilda en triangulär stödstruktur. Triangeln har stabilitet och kan effektivt motstå skjuvdeformation och torsionsbelastningar. Tvärsnittsstorleken på de sneda förstärkningsribborna liknar den för de tvärgående förstärkningsribborna, och de är anslutna till de längsgående och tvärgående förstärkningsribborna genom hörnnoder. Metallkontakter eller bambu-tappar kan användas vid noderna för att förbättra anslutningsstyrkan.

Anslutningssätt mellan armering och panel
Limanslutning: Använd det miljövänliga limet som utvecklats oberoende av Ningguo Kuntai Bamboo and Wood Co., Ltd. för att applicera lim på kontaktytan mellan armering och panel, och bilda en integrerad anslutning genom trycksättning och härdning. Limbindningsprocessen måste kontrollera mängden lim för att säkerställa att limningen är fast och inte svämmar över, för att undvika att påverka utseendet och miljöprestandan.
Tapp- och tappanslutning: Bearbeta tappar och hålöglor på panelen och förstärkningen, och anslut dem genom tapp och tapp. Tapp- och tappstrukturen kan ge en viss grad av utdrags- och skjuvmotstånd, samtidigt som den naturliga strukturen hos bambu bibehålls, vilket är i linje med miljöskyddskonceptet. För tunga delar kan lim och tapp- och tappanslutningar kombineras för att förbättra anslutningens tillförlitlighet.

2. Grid layout design
Val av rutnätsform
Rektangulärt rutnät: Det bildas av den vertikala skärningen av längsgående och tvärgående förstärkningar, vilket är den vanligaste rutnätslayoutformen. Rektangulärt rutnät är lätt att konstruera och bekvämt för standardiserad produktion och lämpar sig för scener med relativt jämn belastningsfördelning. Maskstorleken kan justeras enligt specifikationerna för stängselbrädan och laststorleken, vanligtvis 200 mm × 200 mm till 300 mm × 300 mm.
Diamantnät: De diagonala förstärkningsribborna kombineras med de längsgående och tvärgående förstärkningsribborna för att bilda ett diamantnät. Den diagonala riktningen av diamantnätet är stark, vilket bättre kan motstå diagonal belastning och vridmoment. Den är lämplig för stängselpaneler som kan utsättas för komplexa belastningar, såsom områden nära vägar eller områden som ofta drabbas.
Honeycomb mesh: Den hexagonala strukturen som imiterar bikakan består av flera hexagonala enheter. Bikakenätet har utmärkt kompressions- och böjmotstånd och materialet är jämnt fördelat, vilket kan ge högre styvhet vid samma vikt. Emellertid är bearbetningen av bikakenätet svårare, och specialutrustning krävs för skärning och montering. Den är lämplig för avancerade tunga stängselpaneler av bambu med extremt höga krav på styvhet.
Optimering av maskdensitet
Masktätheten påverkar direkt stängslets styvhet och vikt. I designen måste den optimala maskdensiteten bestämmas genom mekaniska beräkningar och experiment. För tunga bambumaterial, på grund av dess enhetliga densitet och höga hållfasthet, kan galleravståndet på lämpligt sätt ökas för att minska vikten, samtidigt som styvheten bibehålls genom tvärsnittsoptimering av armeringen. Till exempel, i områden med små belastningar, kan galleravståndet ställas in på 300 mm×300 mm, medan i områden med koncentrerad belastning (som mitten av staketbrädet eller nära pelaren) minskas galleravståndet till 200 mm×200 mm, och armeringens tvärsnittsstorlek ökas.

3. Noddesign och förstärkning
Nodtyp och kraftanalys
Noderna i stängslets inre stödstruktur inkluderar skärningen av längsgående och tvärgående förstärkningar, skärningen av sneda förstärkningar och längsgående och tvärgående förstärkningar etc. Noder är nyckeldelar för lastöverföring och måste ha tillräcklig styrka och styvhet. Vanliga nodbrottsformer inkluderar skjuvbrott och rivbrott, så noddesignen måste fokusera på skjuv- och draghållfasthet.
Nodförstärkningsåtgärder
Metallkopplingar: Använd vinklar, bultar och andra metalldelar i rostfritt stål för att ansluta förstärkningar vid noderna. Metallkontakter kan ge tillförlitliga mekaniska anslutningar, speciellt för scenarier med tung belastning. Till exempel, i skärningspunkten mellan de längsgående och tvärgående förstärkningarna, används vinkelkoder i rostfritt stål för att fixera skarvarna med bultar. Vinkelkodernas tjocklek är inte mindre än 3 mm, och diametern på bultarna är inte mindre än 6 mm.
Bambuförstärkningar: naturliga material som bambutappar och bambuspik används för att stärka noderna. På basis av tapp- och tappanslutningen sätts bambuspikar in för ytterligare fixering. Bambuspikarnas diameter är 5-8 mm, och längden bestäms enligt armeringens tjocklek för att säkerställa att de två armeringsskikten penetreras. Bambuförstärkningar är kompatibla med tunga bambumaterial och uppfyller miljöskyddskraven.
Limförstärkning: Öka mängden lim vid noden för att bilda ett förtjockat limlager för att förbättra bindningsstyrkan hos noden. Tjockleken på limskiktet kontrolleras till 1-2 mm för att undvika ofullständig härdning eller spänningskoncentration på grund av överdriven tjocklek på limskiktet.

Strukturell designanpassning baserad på processen av Ningguo Kuntai Bamboo and Wood Co., Ltd.

1. Materialegenskapers inverkan på strukturell utformning
Följande egenskaper hos tunga bambumaterial måste beaktas vid utformningen av bärande strukturer:
Fiberarrangemangsriktning: bambufibrer är anordnade längs längdriktningen och den längsgående draghållfastheten är betydligt högre än den tvärgående riktningen. Därför bör den längsgående armeringen anordnas längs fiberriktningen så mycket som möjligt för att fullt ut utnyttja materialets höga hållfasthetsegenskaper, medan den tvärgående armeringen måste kompensera för problemet med otillräcklig tvärhållfasthet genom rimlig tvärsnittsdesign.
Densitetslikformighet: Den trycksatta uppvärmnings- och härdningsprocessen gör densiteten hos det tunga bambumaterialet enhetlig, och det är inte lätt att ha defekter som kollapsade kanter och överhoppade ledningar, vilket ger en garanti för stabil anslutning av den bärande strukturen. I designen kan den överflödiga utformningen av armering orsakad av materialdefekter reduceras på lämpligt sätt för att optimera den strukturella layouten.
Miljövänlig limprestanda: Det egenutvecklade limmet har hög vidhäftningsstyrka och kontrollerbar dosering, vilket kan säkerställa tillförlitligheten av kopplingen mellan armeringen och panelen. Vid utformningen av den limmade noden kan den erforderliga bindningsarean beräknas enligt limmets skjuv- och draghållfasthetsparametrar för att undvika överdriven användning av lim för att påverka miljöprestandan.

2. Processsynergi och produktionsoptimering
I kombination med den trycksatta uppvärmnings- och härdningsprocessen kan armeringen och panelen pressas på en gång i ämnesformningssteget för att bilda en integrerad struktur. Denna integrerade process kan minska den efterföljande monteringsprocessen och undvika materialskador orsakade av sekundär bearbetning. Samtidigt säkerställer det den nära kopplingen mellan armeringen och panelen och förbättrar den totala styvheten. Till exempel, vid pressning av stängselpanelämnen placeras kors och tvärs förstärkningsribbor i förväg, och tusentals ton tryck används för att sammanväva förstärkningsribborna med panelfibrerna för att bilda en sömlös övergripande struktur.