Визначення механічних характеристик з'єднаних з ламінованих дерев'яних балок мербау, армованих вуглецевим волокном полімером
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.342868Ключові слова:
Мербау, клеєний брус, балки, ВВП, армування, згинання, механічні властивості, MOE, MORАнотація
У цій роботі досліджуються механічні властивості та механізм армування з'єднаних шипами клеєних балок Мербау, виготовлених з відходів деревообробної промисловості, а також порівнюються неармовані зразки та балки, посилені зовнішньо U-подібним вуглецевим волокном полімером (ВВП). Проблема, яку необхідно вирішити, полягає в крихкому руйнуванні та зниженій згинальній здатності клеєного бруса зі шипами; отже, вона визначає комбінований вплив орієнтації з'єднань (лицьова сторона-шип та лицьова сторона-стик), кількості шарів (три та п'ять шарів) та армування ВВП на блочно зібрані балки з випадково розподіленими шипами за допомогою чотириточкових випробувань на згинання. Результати дослідження показують, що використання ВВП має величезний вплив на згинальні характеристики матеріалу, при цьому граничне навантаження збільшується на 27,4–48,8%, а максимальний згинальний момент – на 45,3% порівняно з неармованими балками. Середній прогин при максимальному навантаженні також збільшився на 6,5–51,4%, що свідчить про вищу здатність до деформації та кращу пластичність матеріалу. Зазначені покращення пояснюються успішним зміщенням напружень із зони розтягу деревини на вуглепластик, зменшенням концентрації напружень у місцях розривів шипоподібних з'єднань, а також збільшенням часу зародження та поширення тріщин у випадкових місцях, що разом змінює структурну реакцію від раптового крихкого руйнування до більш стабільного прогресування пошкодження, що призводить до руйнування. Серед протестованих конфігурацій балки, що з'єднуються торцевими стінками, отримали найвищий модуль пружності 20,46 ГПа (збільшення на 8,8%), тоді як п'ятишарова конфігурація з'єднань, що з'єднуються торцевими стінками, посилена вуглепластиком, досягла найбільшого модуля пружності на розрив 55,85 МПа (збільшення на 33,4%). Тришарові балки з'єднуються торцевими стінками та продемонстрували найбільше збільшення міцності на згин після армування, яке склало 48,30 МПа (збільшення на 46,4%). Зміна шарування з трьох до п'яти шарів підвищила міцність на згин на 18,9%, що свідчить про ефект гомогенізації, який покращує розподіл напружень у шаруватих балках, що складаються з блоків. Загалом, поєднання конфігурації шипоподібного з'єднання, кількості шаруватості, випадкового складання блоків та посилення вуглецевим композитом (ВВП) відкрило шлях для перетворення деревних відходів мербау на високопродуктивні інженерні дерев'яні елементи для низьковуглецевих конструкційних застосувань
Посилання
- Kumar, V., Lo Ricco, M., Bergman, R. D., Nepal, P., Poudyal, N. C. (2024). Environmental impact assessment of mass timber, structural steel, and reinforced concrete buildings based on the 2021 international building code provisions. Building and Environment, 251, 111195. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2024.111195
- Dzhurko, D., Haacke, B., Haberbosch, A., Köhne, L., König, N., Lode, F. et al. (2024). Future buildings as carbon sinks: Comparative analysis of timber-based building typologies regarding their carbon emissions and storage. Frontiers in Built Environment, 10. https://doi.org/10.3389/fbuil.2024.1330105
- Sun, X., He, M., Li, Z. (2020). Novel engineered wood and bamboo composites for structural applications: State-of-art of manufacturing technology and mechanical performance evaluation. Construction and Building Materials, 249, 118751. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118751
- Lara-Bocanegra, A. J., Majano-Majano, A., Crespo, J., Guaita, M. (2017). Finger-jointed Eucalyptus globulus with 1C-PUR adhesive for high performance engineered laminated products. Construction and Building Materials, 135, 529–537. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.01.004
- González-Prieto, O., Casas Mirás, J. M., Torres, L. O. (2021). Finger-jointing of green Eucalyptus globulus L. wood with one-component polyurethane adhesives. European Journal of Wood and Wood Products, 80 (2), 429–437. https://doi.org/10.1007/s00107-021-01770-7
- Hou, J., Taoum, A., Kotlarewski, N., Nolan, G. (2023). Study on the Effect of Finger-Joints on the Strengths of Laminations from Fiber-Managed Eucalyptus nitens. Forests, 14 (6), 1192. https://doi.org/10.3390/f14061192
- Le, S. T., Nguyen, T. N., Bui, D.-K., Ha, Q. P., Ngo, T. D. (2023). Modelling and Multi-Objective Optimisation of Finger Joints: Improving Flexural Performance and Minimising Wood Waste. Buildings, 13 (5), 1186. https://doi.org/10.3390/buildings13051186
- Karagöz İşleyen, Ü., Peker, İ. (2020). Effects of layer number and finger direction on bending behavior of glulam beams. BioResources, 15 (2), 4217–4233. https://doi.org/10.15376/biores.15.2.4217-4233
- Khelifa, M., Lahouar, M. A., Celzard, A. (2015). Flexural strengthening of finger-jointed Spruce timber beams with CFRP. Journal of Adhesion Science and Technology, 29 (19), 2104–2116. https://doi.org/10.1080/01694243.2015.1057395
- Rescalvo, F. J., Valverde-Palacios, I., Suarez, E., Gallego, A. (2018). Experimental and analytical analysis for bending load capacity of old timber beams with defects when reinforced with carbon fiber strips. Composite Structures, 186, 29–38. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2017.11.078
- Mercimek, Ö., Ghoroubi, R., Akkaya, S. T., Türer, A., Anıl, Ö., İşleyen, Ü. K. (2024). Flexural behavior of finger joint connected glulam wooden beams strengthened with CFRP strips. Structures, 66, 106853. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2024.106853
- Park, H.-M., Gong, D.-M., Shin, M.-G., Byeon, H.-S. (2020). Bending Creep Properties of Cross-Laminated Wood Panels Made with Tropical Hardwood and Domestic Temperate Wood. Journal of the Korean Wood Science and Technology, 48 (5), 608–617. https://doi.org/10.5658/wood.2020.48.5.608
- Nadir, Y., Nagarajan, P., Ameen, M., Arif M, M. (2016). Flexural stiffness and strength enhancement of horizontally glued laminated wood beams with GFRP and CFRP composite sheets. Construction and Building Materials, 112, 547–555. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.02.133
- Ahmad, Z., Lum, W. C., Lee, S. H., Razlan, M. A., Wan Mohamad, W. H. (2017). Mechanical properties of finger jointed beams fabricated from eight Malaysian hardwood species. Construction and Building Materials, 145, 464–473. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.04.016
- Josué, D. F., Edgar, N. G., Joseph, N. A., Bosco, S. J., Bienvenu, K., Gael, A. T. U. (2022). Experimental Study of the Mechanical Behavior of Local Wood Terminalia Superba (Fraké) by Glued Wood Assembly According to the Beveled Configuration. Advances in Materials Science and Engineering, 2022, 1–12. https://doi.org/10.1155/2022/4059282
- Morin-Bernard, A., Blanchet, P., Dagenais, C., Achim, A. (2021). Glued-laminated timber from northern hardwoods: Effect of finger-joint profile on lamellae tensile strength. Construction and Building Materials, 271, 121591. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121591
- Nurhayati, L., Dewi, S. M., Murti, W., Nuralinah, D. (2025). Identification of flexural performance of finger-jointed laminated timber beams reinforced with carbon fiber reinforced polymer. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (7 (137)), 17–27. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.338430
- Galih, N. M., Yang, S. M., Yu, S. M., Kang, S. G. (2020). Study on the Mechanical Properties of Tropical Hybrid Cross Laminated Timber Using Bamboo Laminated Board as Core Layer. Journal of the Korean Wood Science and Technology, 48 (2), 245–252. https://doi.org/10.5658/wood.2020.48.2.245
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Lilis Nurhayati, Sri Murni Dewi, Wisnumurti Wisnumurti, Devi Nuralinah
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
