توانایی نگهداری میخ و پیچ در LVL ساخته شده از لایه های سنگین و سبک

بسمه تعالی

توانایی نگهداری میخ و پیچ در LVL ساخته شده از لایه های سنگین و سبک

 مترجم : مهندس عباس قنبری

چکیده:

هدف این تحقیق ازریابی خصوصیات نیروی نگهدارنده میخ و پیچ LVL ساخته شده از صنوبر (populus nigra ) و راش (fagus orientalis ) در مقاطع عرضی ، شعاعی و مماسی می باشد.

نمونه های 13 و 10 لایه ای از روکشهای با ضخامت متفاوت از هر دو گونه و با استفاده از دو نوع چسب پلی وینیل استات (PVAc ) و پلی اورتان (PU ) ساخته شدند.

بر مبنای نتایج این تحقیق استنباط می شود که ضخامت لایه  ها تاثیری بر نیروی نگهدارنده میخ در جهت عرضی نداشته اما میزان مقاومتها با افزایش جرم ویژه    نمونه ها درهمین جهت افزایش می یابد . روی هم رفته خصوصیات مقاومتی در جهت شعاعی بیشتر ازجهت مماسی بوده و بر مبنای آنالیزهای آماری نوع رزین هیچ تاثیری بر مقاومت و نیروی نگهداری میخ هر دو گونه نداشت.

 1- معرفی

ثبات و پایداری هر سیستم ساختمانی متشکل از عناصر به هم پیوسته مستقیماً با عمل عناصر اتصال دهنده مرتبط است. گسترده ترین عناصر اتصال دهنده که در اتصالات مواد چوبی جامد یافت می شوند میخ و پیچ می باشند. بنابراین دانشی از نیروی نگهدارنده میخ و پیچ برای عناصر ساختمانی چوبی اطلاعاتی در مورد مقاومت و ثبات همه سیستم ارائه خواهد کرد.

گذشته از این ، داشتن اطلاعاتی در مورد نیروی نگهدارنده میخ و پیچ به منظور بررسی اثر استفاده از مواد در همه سیستم های ساختمانی لازم است . دراین تحقیق که به ارزیابی نتایجی از یک پروژه تحقیقاتی پرداخته است مواد ساختمانی دارای دو ساختار لایه ای مجزا، با استفاده از لایه  های سبک (صنوبر) و سنگین (راش ) تولید می شوند که با استفاده از چسبهای PVAc و PU ]1[ به یکدیگر چسبانده می شوند . نتایجی در مورد  نیروی نگهدارنده میخ و پیچ برای نمونه LVL های تولید شده موضوع این مقاله را تشکیل می دهند. 

هدف تحقیق به قرار زیر می باشد:

- مشخص کردن نیروی نگهدارنده میخ و پیچ برای LVL های با ترکیب متفاوت و شرایط ابعادی یکسان و در ادامه مقایسه بین نیروی نگهدارنده میخ و پیچ آنها با یکدیگر.

- بررسی اثر نوع چسب و نوع لایه بر خصوصیات مقاومتی

- مقایسه بین نمونه های چوب ماسیو و محصول لایه ای و پیشنهاد استفاده از LVL در سیستم های ساختمانی با ذکر کاربرد آنها به عنوان مواد جایگزین  

2- مروری بر آزمایشات انجام شده در مورد نیروی نگهداری میخ و پیچ

نیروی نگهدارنده میخ و پیچ با توجه به موارد زیر تغییر می کند:

گونه چوبی که لایه از آن تولید می شود ، محتوای رطوبت ، جهت الیاف و مقطع ، جرم ویژه ، مقاومت با بالا کشیده شدن ، روش میخ کوبیدن ، ابعاد و صافی      سطح. ]2[

با توجه به تحقیق و آزمایشاتی بر روی یک گروه از درختان در ترکیه انجام شده بالاترین نیروی نگهدارنده میخ برای بلوط به ثبت رسید و بعد راش ، سدار ، کاج کالابرین ، کاج سیاه ، کاج اسکاچ و پایین ترین اندازه نیرو برای فیر به ثبت     رسید. ]3[

در مطالعه (تحقیق) دیگری بر روی یک گروه متفاوت از درختان نیروی نگهدارنده میخ و پیچ یک رنج کاهشی را نشان داد به این ترتیب کاج اسکاچ ، نراد ، شاه بلوط ،older ، راش در همان تحقیق ، نیروی نگهدارنده بر روی یک مقطع با 30% رطوبت میزان کمتری از مقطع با 12% رطوبت را نشان داد.

در جهات و مقاطع متفاوت نیز نتایج از این قرارند :

بالاترین نیروی نگهدارنده مربوط به مقطع شعاعی است و بعد مقطع مماسی و در ادامه مقطع عرضی. ]4[  

در تحقیق دیگری ، یک رابطه خطی بین نیروی نگهدارنده میخ و پیچ و جرم ویژه مشاهده گردید یعنی با افزایش جرم ویژه میزان این مقاومت نیزافزایش یافت.]5[

در تحقیق دیگری که به منظور بررسی اثرات رطوبت نمونه بر میزان نیروی نگهدارنده انجام گردید از نمونه با رطوبت 60% شروع شد و در فاصله های معین رطوبت افت پیدا کردتا به میزان 5% رسید و در این فاصله ها نیروی نگهدارنده میخ و پیچ اندازه گیری شد.

با توجه به مطالعات متفاوت ثابت شد که در نقطه ای که محتوای رطوبت نمونه به زیر نقطه اشباع الیاف می رسد کاهش قابل ملاحظه ای در نیروی نگهدارنده پیچ و میخ مشاهده می شود.]7-5 [

در تحقیقاتی که تاثیرات نیروی نگهدارنده استاتیکی ، روش میخ زنی ودوام آن بررسی گردیدند ، نیروهای نگهدارنده برای حالت استاتیک ودینامیک مشخص شدند.

دیده شد که مقاومتها در شرایط استاتیک بیشتر از حالت دینامیک بودند.

همچنین تاکید شد که نیروی نگهدارنده با افزایش دوره های زمانی کاهش می یابد و نیز با کاهش وزن ویژه نیز در نیروی نگهدارنده کاهش مشاهده شد. ]10-8-5[

از بررسی اثر شکل میخ و پیچ بر روی مقاومت نگهدارنده به دست آمده که:

میخ نازک حلقه حلقه ومیخ نازک پیچ دار مقاومت نگهدارنده بالاتر نسبت یه میخ های صاف دارند. ]7[

از بررسیهای متفاوت یک رابطه خطی بین قطر میخ و پیچ و مقدار نیروی نگهدارنده پیچ و میخ نتیجه شد.

این بررسیها نشان داد که با افزایش قطر میخ و پیچ میزان نیروی نگهدارنده نیز افزایش می یابد. به علاوه این بررسیها نشان دادند که بین طول پیچ و نیروی نگهدارنده هیچ رابطه ای وجود ندارد در حالیکه قطر پیچ یا نیروی نگهدارنده یک رابطه خطی را نشان می دهد. ]14-11[

به علاوه فاکتورهای موثری که در بالا ذکر شد بعضی دیگر از فاکتورها از قبیل نوع چسب و ضخامت لایه نیز به عنوان عوامل موثر بر مقاومت نگهدارنده در نظر گرفته شده اند و البته در ادامه بررسیهای گوناگون چند نتیجه متناقض در مورد اثر این دو فاکتور (نوع چسب و ضخامت لایه ) بر مقاومت نگهدارنده به دست آمده است.

برای مثال ، در مورد نمونه های لایه ای که از لایه های راش با ضخامت 2 و4 mm

 با استفاده از چسبهای PVAc  وPU ساخته شدند، نتایج آزمایشات بر مقطع شعاعی نشان داد که ضخامت لایه ها هیچ تاثیری بر مقاومت نگهدارنده میخ و پیچ نداشته در صورتیکه نوع چسب به کار رفته به عنوان عامل تاثیر گذار نشان داده شد.

با توجه به این موضوع نمونه های تهیه شده با چسب PU مقاومت بالاتری را نسبت به نمونه های تهیه شده از چسب PVAc نشان دادند. ]15[

3- در مواد و روشها

راش (FAGUS ORIENTALIS ) و صنوبر (populus nigra ) چوب های مورد استفاده در تهیه نمونه های آزمایش هستند.

چوب راش از جنگل تحقیقاتی Blov Mengen Yaylacik و چوب صنوبر از جنگل تحقیقاتی Ltacettepe-Beytepe تهیه شدند.

چوبهای راش و صنوبر استفاده شده در نمونه های آزمایش به ابعاد mm600×70 مطابق با استاندارد ISO4471(17),Ts4146(16) بریده شدند و الوارهای بریده شده تا رطوبت 12% در کوره خشک شدند. سپس با استفاده از اره گرد به پانلهای با ضخامت 6mm بریده شدند. این پانلها در ادامه برای رسیدن به ضخامت mm4.5 اره کشی شدند و سرانجام برای تهیه نمونه مورد استفاده قرار گرفتند.

در تهیه نمونه های آزمایش دو چسب PU,PVAc مورد استفاده قرار گرفتند.

PVAc(kleiberit 303)(18) که مناسب کاربردهای درونی و فضاهای خشک  می باشد و (19)PU (Bizon Timber pu Max express) که مناسب فضاهای باز و دارای رطوبت می باشد.PNAc چسبی است که  درجه برای چسبندگی دارد البته با توجه به BSEN204(20) در حالیکه PU درجه ای از

برای چسبندگی دارد با توجه BSEN204.

نمونه های آزمایش با استفاده از لایه های به دست آمده از چوب راش و صنوبر که به روش slicing تهیه شدند ، آماده گردیدند. لایه ها با استفاده از دو چسب متفاوت PU,PVAc به هم چسبانده شدند جدای از این نمونه های آزمایش تعدادی نمونه کنترل از چوب ماسیو راش و صنوبر تهیه شد. بعد از تهیه لایه ها با ضخامت mm4.5 با این دو چسب به هم چسبانده شدند. نمونه تهیه شده از لایه با ضخامت mm4 با تعداد 13 لایه تهیه شد و نمونه با استفاده از لایه 5mm ضخامت از 10 لایه تشکیل گردید . جهت لایه ها موازی هم بودند . بعد از تهیه 25 نمونه هر کدام به ابعاد mm 150×50×50 برای هر گروه (شکل 1) با توجه به  ASTMD1761(21)، 5 تا از نمونه ها به صور دلخواه انتخاب شدند و بقیه (20 تای آنها ) برای انجام آزمایشات ارائه شده در مقاله استفاده گردیدند.

4- روش های آزمایش

از یک ماشین تست عمومی با ظرفیت 4 تن در آزمایشات استفاده شد در شکلهای 2.1 چگونگی تشکیل و ترکیب نمونه ها نشان داده شد.

1 . 4-  آزمایشاتی برای سنجیدن نیروی نگهدارنده پیچ:

مجموعا 6 پیچ (50×22) در همه نمونه ها که با توجه به استاندارد ASTMD1761 تهیه شدند قرار گرفتند. پیچها عمود به سطح کوبیده شدند به صورتی که تا 35mm داخل نمونه فرو رفتند. هر جفت از این پیچها در سوراخهایی که از قبل باز شده بودند پیچ شدند و هر جفت فقط در تماس با یک سطح مماسی ، شعاعی و عرضی بود. ترتیب پیچ کردن برای نمونه های چوب ماسیو صنوبر و راش به همان شیوه نمونه های LVL است.

نقاط پیچ شده در شکل های 2.1 نشان داده شده اند و آزمایشات در شکل های 3.4 نشان داده شده اند.

آزمایشات به وسیله قرار دادن نمونه ها در ماشین و با توجه به استاندارد ASTMD1761 انجام شدند. در طول این آزمایشات از سرعت کشش  استفاده شد تا پیچها کاملاً از نمونه ها جدا شوند. نتایج مربوط به هر یک از 20 نمونه مختلف ثبت شد.

اگر چه پارامتر نیروی نگهدارنده به عنوان یک پارامتر در (tsen1383)EN1383 بیان شده است، ناحیه یا سطحی که با میخ و پیچ درتماس هستند برای این تحقیق مهم می باشند و اندازه نیروی نگهدارنده پیچ ها با توجه به سطوح مرتبط با آنها در نمونه های آزمایش با توجه به تساوی داده شده در زیر حساب شد به دست آمد  

شکل 6.5 را ببینید.

از انجا که  مقاومت نگهدارنده پیچ  می باشد پس Pmax بار ماکزیمم می باشد N و 2TTRN سطحی که پیچ با آن در تماس و اصطحکاک می باشد  .

2 . 4 - آزمایشاتی برای نیروی نگهدارنده میخ

مجموعاً 6 میخ فولادی با مقاطع گرد (قطر MM2.67 و طول 50MM و سطحی که با هیچ ماده ای پوشیده نشده باشد 23 در نمونه های تعادلی کوبیده شدند.

به صورتیکه mm35 از کل طول میخ ها کاملا در سطح مورد نظر فرو رفته باشد شکل 2.1 روش سوار کردن میخ ها کاملا شبیه روش پیچ گذاری بوده و در این مورد از نیروی کشش با سرعت ثابت  برای جدا کردن کاملا میخها از نمونه استفاده شد. نیروی ماکزیمم نیروی ماکس به کار رفته در لحظه جدایی میخ از نمونه به وسیله نشان گرمایش آزمایش ثبت گردید از تساوی زیر برای محاسبه نیروی نگهدارنده میخ ها استفاده می شود .

از آنجا که  یعنی نیروی نگهدارنده میخ است پس Pmax بار ماکزیمم است N و سطحی است که با مسخ در تماس می باشد.  

5-  نتایج آزمایشات

برای مشخص کردن اثر دو چسب مختلف PU,PVAc و نیز دو ضخامت لایه متفاوت mm4.5 بر روی نمونه های مورد مطالعه از یک تست f استفاده شد.

در موارد با حالاتی که اختلاف بین گروههای مختلف معنی دار به نظر رسید مقایسه هایی با استفاده از تست Duncan و با ضریب اطمینان  انجام شد.

محاسبات تجزیه و تحلیل واریانس (ANOVA ) میانگینهای ریاضی ، امنحراف معیار و مقادیر ماکزیمم و می نیمم با استفاده از نرم افزار 11.5 SPSS محاسبه شدند.

1 . 5 - نتایج آزمایشات نیروی نگهدارنده پیچ

با توجه به F تست به کار برده با نتایج آزمایشات نیروی نگهدارنده پیچ برای سطوح عرضی ، شعاعی و مماسی با سطح رواداری   و ضریب اطمینان 5% یک اختلاف بین مواد بررسی شده یافت شد.(  

با توجه به نتایج تست DUNCAN بالاترین نیروی نگهدارنده پیچ نشان داده شده به ترتیب ]1[ راش  > راش  > راش >PVAc راش > چوب مایسو راش با توجه به نتایج آزمایشات اختلافاتی به صورت آماری مشاهده شد که با آنالیزهای مشخص معلوم نشده بودند .

- بین لایه های راش ، راش ، راش  ، راش

- بین دورویه صنوبر – راش ، صنوبر راش ، صنوبر– راش ، صنوبر – راش .

- بین لایه های صنوبر ، صنوبر ، صنوبر ، صنوبر .

- بین رویه های صنوبر- صنوبر ، صنوبر- صنوبر .

در جدول 1 مقادیر میانگین آماری نیروی نگهدارنده پیچ برای سطوح عرضی و مماسی کامپوزیت های لایه ای و چوبهای ماسیو داده شده است مقادیر میانگین مقطع شعاعی در جدول 2 آورده شده است.

2 . 5 - نتایج آزمایش نیروی نگهدارنده میخ

با توجه به F تست انجام شده برای نیروی نگهدارنده میخ یک اختلاف با سطح رواداری و ضریب اطمینان 65% بین مواد یا نمونه های بررسی شده وجودداشت (P<0.05 ) با توجه به نتایج آزمایش DUNCAN بزرگترین مقاومت نگهداری میخ برای سطح عرضی ، شعاعی ، مماسی به ترتیب عبارتند از:

راش > راش  > راش > راش  > چوب راش ماسیو

با توجه به نتایج آزمایشات اختلافاتی به صورت آماری مشاهده شد که با آنالیزهای مشخص معلوم نشده بودند.

- بین لایه های راش ، راش ، راش ، راش .

- بین رویه های صنوبر– راش  ، صنوبر– راش  ، صنوبر– راش   ، صنوبر– راش .

- بین لایه های صنوبر ماسیو ، صنوبر  ، صنوبر .

- بین لایه های صنوبر  ، صنوبر ، لایه های صنوبر– صنوبر  ، صنوبر- صنوبر  .

در جدول 3 مقادیر میانگین آماری نیروی نگهدارنده میخ در سطوح عرضی و مماسی برای کامپوزیت های لایه ای و چوب ماسیو آورده شده است مقادیر میانگین آماری نیروی نگهدارنده میخ در سطح شعاعی برای کامپوزیت های لایه ای و چوب ماسیو در جدول 4 آورده شده است.

 6-  نتیجه

مقاومت نگهداری پیچ و میخ بر اساس 6 نوع نمونه در این تحقیق ارزیابی شده   است. نتایج به قرار زیرند:

در همه تستها نیروی نگهدارنده پیچ بیشتر از نیروی نگهدارنده میخ بود.

- در سطح مماسی بالاترین مقدار نیروی نگهدارنده میخ و پیچ مربوط به چوب ماسیو راش بود و ادامه نتایج به قرار زیر است:

لایه راش ، لایه راش ، لایه راش ، لایه راش  

- برای سطوح مماسی و عرضی ، لایه های راش نیروی نگهدارنده میخ و پیچ آنها بالاتر از لایه های دیگر بود.

- پایین ترین مقادیر نیروی نگهدارنده مربوط به مقطع عرضی است به این دلیل که میخها و پیچها به صورت عمود به سطح و در جهت الیاف کوبیده می شوند این مقطع از نظر مطالعه اثر جهت  الیاف بر مقاومت نگهدارنده میخ مفید است.

- نوع چسب استفاده شده در میزان نیروی نگهداری میخ و پیچ در سطح شعاعی مفید و موثر است از این نظر بیشترین مقاومت در این مقطع برای نمونه هایی بود که از چسب  استفاده کردند.

- برای سطح شعاعی در نمونه های ساخته شده از لایه های با 4MM ضخامت و تعداد 13 عدد در صورتیکه میخ ها و پیچ ها به صورت عمود به سطح کوبیده شدند مقاومت بالاتری را نشان می دادند.

- در سطوح مماس و عرضی اثر نوع چسب بر مقاومت نگهدارنده میخ و پیچ مشخص نشد.

- در هر دوسطوح عرضی و شعاعی ، میزان نیروی نگهدارنده میخ و پیچ برای    رویه های صنوبر– صنوبرار نمونه های صنوبر ماسیو کوچکتر بود. مقاومتها در خط چسب تمایل به کاهش داشته.

- نوع چسب استفاده شده تاثیر قابل ملاحظه ای برنیروی نگهداری میخ ها و پیچها که در رویه های دولایه مختلف واقع شدند نداشت.

- اگر چه مقادیر اندازه گیری شده برای رویه های صنوبر– راش میانگین مقادیر اندازه گیری شده برای نمونه ها ماسیو راش- صنوبر بود ، بعضی مقادیر در طول آزمایشات زیر این میانگین ثبت شدند ، از طرف دیگر دو نوع متفاوت تاثثیر مقاوتی یکسانی بر نمونه ها نداشتند.