X
تبلیغات
رایتل
 
چوب یک نعمت
هر آنچه را در مورد صنایع چوب میخواهید در وبسایت ما بیابید.

عملکرد تیرهای گلولام ساخته شده از چوب صنوبر زرد

تهیه و تنظیم : مهندس  حسین خان جان زاده

چکیده :

اخیرا صنوبر زرد در ساخت سازه های گلولامی استفاده نمی شود ، اما خواص آن امکان استفاده برای یک چنین مواردی را فراهم می سازد . با استفاده از صنوبر زرد تیرهای گلولام را با تنش خمشی مورد نظر     و مدول الاستیسیته  طراحی کردیم . ترکیب گلولام با استفاده از الوارهای درجه بندی شده بر اساس مدول الاستیسیته به صورت 25 % لایه های بیرونی ( بالا و پایین ) و الوار درجه 2 به اندازه 50 % در لایه های میانی استفاده شد . بعلاوه برای ارزیابی 45 تخته با اندازه کامل بیش از 200 نمونه چوبی با اتصال انتهایی ( سر به سر ) از نظر مقاومت به کشش برای مقایسه عملکرد تک تک نمونه ها نسبت به عملکرد تیرهای با ابعاد کامل آزمایش شده بود .

نتایج حاصل از تیرهای گلولام صنوبر زرد ، حداقل نیازهای طراحی را برآورده کرده و نشان داد که این گونه ها یک گزینه مناسب برای ساخت سازه های گلولامی می باشد .

مقدمه :

برای استفاده کارآمد و به صرفه از چوب در ساخت سازه های مهندسی شده از قبیل سقف ها و پل های با دهانه بلند استفاده از تیرهای گلولام کاربردی است . تیرهای گلولام با دهانه بلند برای طرح پل های چوبی مرسوم به تیر و سکو و پل های ساخته شده از لایه های بهم فشرده شده با مقطع مکعبی شکل نیاز می باشد .

عمدتا از چوب دوگلاس فر و کاج جنوبی برای تیرهای گلولام استفاده می شود ، هرچند استفاده از چوب های پهن برگ و کم کاربرد از قبیل صنوبر زرد با صرفه خواهد بود .

صنوبر زرد در نواحی ورجینیا و ورجینیای غربی فراوان است . همچنین این نواحی نیاز به پل های متعدد در محدوده های وسیع دارد که با تیرهای گلولام دست یافتنی است . بنابراین استفاده از صنوبر زرد برای تولید یک محصول با ارزش افزوده از قبیل تیرهای گلولام می تواند موجب توسعه ی صنعتی در این نواحی شود .

پیشینه ( سابقه ) :

استفاده از روکش صنوبر زرد برای ساخت تیرهای لایه ای کوچک توسط محققان Pennsylvania در طی جنگ جهانی دوم مورد مطالعه قرار گرفت . چنانکه انتظار می رفت ویژگیهای مکانیکی این تیرهای LVL قابل قیاس با چوب ماسیو بود .

مطالعات زیادی در مورد خواص الوارهای ساختمانی صنوبر زرد انجام شده است . Koch و Rousis در سال 1977 اثر مدول الاستیسیته ( MOE ) و جرم مخصوص و همچنین مقاومت خمشی پیش بینی شده صنوبر زرد را مطالعه کردند . آنها مشخص کردند که برای نمونه های چوب ماسیو MOE و جرم مخصوص ارتباط خوبی با خصوصیات مقاومتی نشان داده ، اگرچه خواص مقاومتی نمونه های چوب ماسیو برای پیش بینی مقاومت تیرهای دارای عیب ( از قبیل گره ها ، ترک ها و گسیختگی ها ) مفید نبود . بر اساس کارهای آزمایشگاهی انجام شده توسط Maeglin در سال 1978 و Gerhard در سال 1983 اثر خشک شدن صنوبر زرد در دمای بالا روی مقاومت خمشی نمونه های با ابعاد اسمی 4×2 متر مطالعه شد . مطالعه Gerhard  نشان داد که الوارهای 4×2 خشک شده در دمای بالا ، دارای مقاومت به خمش اندکی پایین تر از الوارهای تهیه شده به روش معمول بود . همچنین او دریافت که استفاده از ماشین درجه بندی ، در درجه بندی صنوبر زرد بخاطر وجود همبستگی زیاد بین MOE و MOR قابل اجراست .

Stern و Dunmire در سال 1972 مطالعه گسترده ای روی خواص مقاومتی صنوبر زرد انجام دادند . آنها مشاهده کردند که خواص مقاومتی با افزایش جرم مخصوص افزایش یافته و با افزایش نرخ یا سرعت رشد کاهش می یابد .

Green و Evans در سال 1987 صنوبر زرد را در قالب برنامه آزمایش درجه بندی الوار ارزیابی کردند . جدول 2 مقایسه ای از ویژگیهای مقاومت کششی و خمشی درجات الواری درجه بندی شده با چشم صنوبر زرد و کاج جنوبی را در این مطالعه نشان می دهد . جدول 2 همچنین ویژگیهای خمش و کشش مبنای طراحی ( مقررات طراحی ملی ) را با NDS برای گونه ها و درجات الواری یکسان مقایسه می کند . مقاومت خمش الوارهای صنوبر زرد ممتاز حداکثر 15 % کمتر از الوارهای کاج جنوبی است در حالیکه مقاومت کششی در درجات مشابه یکسان است . هرچند الوارهای درجه 2 صنوبر زرد دارای مقاومت خمش یکسان و مقاومت به کشش محسوسی بیشتر از درجات مشابه کاج جنوبی بودند .

این اطلاعات با اطلاعات مربوط به طراحی NDS مبنی بر اینکه مقاومت به خمش و کشش صنوبر زرد حتی تا حد به ترتیب 50 و 70 درصد پایین تر از کاج جنوبی همخوانی ندارد .

جدول 3 ، MOE الوارهای صنوبر زرد را با کاج جنوبی مقایسه می کند  . نتایج آزمون NDS تایید می کند که نسبت ساختار انتخابی صنوبر زرد به کاج جنوبی 83/0 است . نسبت مدول الاستیسیته آزمون انجام شده بر روی صنوبر زرد و کاج جنوبی درجه 2 در حدود 89/0 و 95/0 است اما NDS دارای نسبت کوچکتری در حدود 81/0 می باشد .

اطلاعات جدول 2 و 3 حاکی از آن دارد که دستورالعمل NDS استفاده شده بمنظور گسترش خصوصیات طراحی صنوبر زرد ممکن است کاملا غیر قابل انعطاف باشد که در این صورت با مبنا قرار دادن این ارقام بیشتر محصولات چوبی مخصوصا الوار درجه 2 بلا استفاده خواهد شد . روش مذکور برای توسعه ی ارقام طراحی صنوبر زرد شایان توجه است زیرا اندازه نمونه الوار صنوبر زرد کمتر از الوار کاج جنوبی بود و تجربه کمی در کاربردهای ساختاری مهندسی شده وجود داشت .

Freas و Selbo در سال 1954 اطلاعات خواص پایه را برای صنوبر زرد بمنظور تدوین اطلاعات طراحی گلولام منتشر کردند . اطلاعات خواص بر اساس داده های چوب ماسیو بدون آزمایش واقعی تیرهای گلولام ساخته شده از صنوبر زرد بود . با این وجود صنوبر زرد خصوصیات متنوعی را در تیرهای گلولام پهن برگ بویژه در استاندارد 119 AITC در سال 1985 دارا می باشد . در استاندارد 119 AITC تنش های طراحی در خمش به  برای تیرهای ساخته شده از الوارهای با درجه بالا محدود شدند و مدول الاستیسیته این تیرها به  محدود شد .

داده های آزمون مقاومت تیرهای چوبی گلولام ساخته شده از الوار صنوبر زرد موجود نیست . بر طبق گزارشات ویژگیهای مکانیکی الوار صنوبر زرد درجه بندی شده با چشم حاکی از این دارد که ممکن است دارای خواص مقاومتی و سختی خیلی پایین باشد . پتانسیل استفاده از صنوبر زرد در تیرهای گلولام به ارزیابی دقیق خصوصا با یک روش درجه بندی متناوب از قبیل درجه بندی بر اساس مدول الاستیسیته که می تواند راندمان درجه بندی را بهبود بخشد نیاز دارد .

هدف و منظور :

اهداف این مطالعه ، بررسی و توسعه زیر ساختارهای مقررات برای تیرهای گلولامی صنوبر زرد بود . بطور کلی 45 تیر گلولام ساخته و ارزیابی شد . بعلاوه بیشتر از 200 نمونه الواری با اتصال انتهایی از نظر کشش به منظور مقایسه ی تک تک نمونه ها با عملکرد تیرهای اصلی آزمایش شد

طرح آزمایشی :

قبل از تهیه مواد و تولید تیرهای گلولام برای این مطالعه تعیین فاکتورهای ذیل برای طراحی به منظور رسیدن به گلولام مورد نظر ضروری بود :

نسبتهای مقاومتی مینیمم ، شاخصهای تنش خمشی ، خواص گره ، الوار درجه بندی شده از نظر مدول الاستیسیته ، بازده نهفته صنوبر زرد و ارزیابیهای مربوط به اتصال گوشه .

برای طراحی تیرهای گلولام با استفاده از دستورالعمل مذکور چندین نظریه در مورد تعیین حداقل نسبت مقاومت برای ساختن ، شاخص های تنش خمشی ( تنش چوب ماسیو ) و خواص گره وجود داشت . نسبتهای مقاومتی مینیمم درجات انتخابی صنوبر زرد از گونه های مشابهی از الوار لیست شده در استاندارد 117 AITC در سال 1979 ارزیابی شد . شاخص های تنش خمشی برای الوارهایی که از نظر مدول الاستیسیته درجه بندی شدند شبیه مقادیر توصیه شده در استاندارد ASTM D3737  بود . ویژگیهای گره برای هر درجه ی پیشنهادی از الوارهای صنوبر زرد با استفاده از اندازه گیری حقیقی گره بدست آمده از مطالعات  بر روی الوارهای افرای قرمز تخمین زده شد . بعلاوه برای نسبت های مقاومتی و اطلاعات گره ، دستورالعمل ASTM D3737  نیازمند استفاده از میانگین MOE ارقام تنش خمشی دهانه ی بلند برای هر درجه الوار می باشد . در این تحقیق در هنگام چینش لایه ها از الوارهای درجه بندی شده بر اساس مدول الاستیسیته استفاده شد . بنابر این به منظور تعیین اینکه این ماده ساختمانی صنوبر زرد می تواند بازده مشابه درجه های بر اساس مدول الاستیسیته مورد استفاده قرار گرفته را برآورده سازد یا خیر بایستی مشخص شود . مطالعات ذکر شده الوارهای ساختمانی صنوبر زرد بمنظور تعیین بازده بالقوه بازبینی شدند . اطلاعات مربوط به الوارهای صنوبر زرد اتصال یافته به صورت سر به سر موجود نمی باشد بنابراین تعیین میزان عملکرد آنها ضروری بود .

بر اساس اطلاعات از تحقیقات گذشته الوار صنوبر زرد ، برآورد گردید که تنش خمشی گلولام مورد نظر می تواند به   و MOE آن می تواند به  برسد . اگرچه بعد از ارزیابی سفتی الوار خریداری شده برای ساخت تیر تعیین گردید که سطوح MOE نمونه الوار بطور قابل توجهی بیشتر از حد انتظار است . بنابر این تنش خمشی گلولام طراحی شده   و سطح MOE به  افزایش یافت .  ویژگیهای الوار در جدول 4 برای توسعه ی یک تیر گلولامی جدید است .

بمنظور تعیین اینکه اتصالات انتهایی صنوبر زرد می تواند با تنش خمشی مبنای طراحی استاندارد ANSI  A190/1 که   می باشد برابری کنند نمونه های 4×2 و 6×2 اینچی برای تستهای خمش جمع آوری شد . اتصالات انتهایی از تخته های چوب ماسیو صنوبر زرد در کارخانه ی روکش گیری انتخاب شده برای ساخت تیر ساخته شده بود . اگرچه همه ی نمونه های با اتصال انتهایی صاف بودند ، بعضی از آنها به خاطر داشتن لایه های حاوی الیاف مورب پیش نیازهای مربوط به کشش لایه ها را برآورده نکردند . بیشتر شکست ها مربوط به شکست کلی ( سرتاسری ) چوب بودند و مشکل قابل ملاحظه ای در اتصالات چسب مشاهده نشد . نمونه های متعددی درصد بالایی از شکست چوب را نشان دادند . لکه های معدنی مشخصی در الوار صنوبر زرد که شامل شکست بودند مشاهده شد . نتایج جدول 5 نشان داد که هم اتصالات انتهایی نمونه های  و هم نمونه های  پیش نیازهای مقاومت کششی ANSI  A190/1  برای موادی که دارای الیاف دارای شیب بودند برآورده می کند . بنابراین سطح مبنای مورد نظر تنش خمشی  و MOE   منطقی به نظر می رسد .

سه ترتیب متفاوت قرارگیری الیاف به منظور رسیدن به اندازه واقعی تیر به صورت اندازه های کوچک ، متوسط و بزرگ ( شکل 1 ) طراحی شد . کوچکترینشان تیری مرکب از 8 لایه بود با  عرض 3 اینچ ، ضخامت 11 اینچ و بلندای 20 فوت . متوسط تیری مرکب از 12 لایه بود با عرض 5 اینچ ، ضخامت 5/16 اینچ و بلندای 30 فوت . بزرگترین تیری مرکب از 17 لایه بود با عرض 75/6 اینچ و ضخامت 375/23 اینچ و بلندای 40 فوت . اندازه این 3 تیر ساخته شده به ترتیب 4×2 و 6×2 و 8×2 اینچ بود . نحوه ی قرار گیری لایه های گلولام به این صورت بود که لایه های درجه بندی شده از نظر مدول الاستیسیته در سطوح و لایه های درجه بندی شده به صورت چشمی در مرکز بود . بطور ویژه لایه های دارای مدول الاستیسیته 2E در سطوح خارجی و لایه های دارای مدول الاستیسیته 1/8 E در لایه های مجاور مغز و لایه های چوبی درجه 2 در مرکز قرار داشتند .

 الوارهای استفاده شده در دو سطح فشاری تیر و لایه های داخلی که در مجاورت کشش بودند دارای محدودیت از نظر ابعاد گره ، یکسوم سطح مقطع در جهت موازی گره بودند . در نتیجه الوارهای دارای مدول الاستیسیته 2E   ( سمت فشردگی ) بعنوان  و الوارهای دارای مدول الاستیسیته ی 1/8 E بعنوان  طراحی شدند . این 2 درجه ، مشابه الوارهای درجه 2 و یا بهتر از آن بودند . در الوار سطوح بیرونی تحت کشش ( کشش بیرونی ) نبایستی گره بزرگتر از یکششم سطح مقطع باشد این لایه ها بعنوان    طراحی شده بود . درجات خاصی برای سطح 5 % تحت کشش مطابق استاندارد ASTM D3737 ساخته شد که معیار برای این درجات در جدول شماره 6 نشان داده شده است . برای هر تیر ، نمونه تیری با ابعاد 15 برابر تیر اصلی بر اساس معیارهایی به منظور تعیین اختلاف معنا دار 10 % در خصوصیات مقاومتی هر الوار با سطح اطمینان 90 % انتخاب شد بنابر این کل 45 تیر تولید شد .

مواد و روش ها :

این بخش در مورد تامین مواد اولیه ، برش  ، بازده ، درجه بندی و خواص الوار صنوبر زرد ، همچنین ساخت اتصالات انتهایی و تیرهای تمام اندازه بحث می کند .

مرحله تامین مواد اولیه :

گرده بینه ها از جنوب غربی ورجینیای غربی بدست آمده بودند . این درختان که برای برش انتخاب شده بودند ، دامنه تغییرات قطرشان 12 تا 24 اینچ در بلندای سینه بود . سن درختان بین 25 تا 50 سال بود . انحناء اکثر درختان به ارتفاع 24 تا 30 فوت بالاتر از سطح زمین محدود می شد که دلیل آن شرایط نامساعدی همچون باد و بارش برف بود . هدف اصلی این مقاله استفاده از یک چنین درختانی بود زیرا استفاده از یک ماده فراوان با درجه پایین ، موضوع اصلی این مطالعه بود . برای بدست آوردن بیشترین بازده ممکن از گرده بینه های موجود ، از برش چهار تراش استفاده گردید . برش چهار تراش برای تمام سوزنی برگان و درجات ساختمانی گونه های پهن برگ مورد استفاده قرار می گیرد . هدف استفاده از این روش ، برای رسیدن به یک سطح میانه برای هر قطعه به صورت تلاقی با خطی که گرده بینه را به 2 قسمت می کرد بود . مشاهده شد که نمونه های 8×2 کمترین احتمال تاب خوردگی را در مقایسه با نمونه های 4×2 و 6×2 داشتند .

بازده کلی گرده بینه ها 46500 بورد فوت و دامنه طول هر گرده بینه 8 تا 16 فوت بود . حجم کلی الوارهای با کیفیت بدست آمده از گرده بینه ها 41495 بورد فوت و بازده آن 5/89 % بود . حجم کلی الوارهای درجه بندی شده ی بدست آمده بعد از کناره بری 39234 بورد فوت با بازده 6/94 % بود . اندازه الوارهای بریده شده برای درجات گوناگون انواع تخته ها در جدول شماره 7 خلاصه شده است .

درجات و خواص الوار :

الوار اره شده در کارخانه ، به صورت چشمی و به درجات ساختمانی شماره 1 ، 2 و 3 با استفاده از قوانین درجه بندی ملی درجه بندی شدند .

به ارزیابی و کنترل خواص الوار استفاده شده در تیرها توجه ویژه شده بود . دلیل این کار این بود که نتایج نهایی آزمایشات در هنگام تدوین مقررات مربوط به تیرهای گلولام صنوبر زرد معنی دار باشد

درجات ذکر شده در جدول 4 بایستی هم ضوابط MOE  ذکر شده در مقررات تولید AITC 117 و هم مقررات مربوط به گره واقع شده در لبه را برای الوارهای درجه بندی شده از نظر مدول الاستیسیته برآورده سازد . از این رو در هنگام آزمایش مدول الاستیسیته ( MOE ) هر قطعه از الوار بر حسب یکی از درجات زیر بازرسی و کنترل کیفیت شدند : کشش لایه ها ، گره لبه ای  ، گره لبه ای  و درجه 2 .

MOE با استفاده از تجهیزات تجاری موجود ، آزمون های غیر مخرب مجهز به ارتعاشات عرضی تعیین شد .

میزان خیز خمشی استاتیک دهانه های بلند در حین آزمایش بصورت تصادفی برای اطمینان از دقیق بودن تجهیزات ارتعاشات عرضی تنظیم شد .

شکل 2 تجزیه و تحلیل روابط بین مدول الاستیسیته ساکن و پویا ( دینامیک ) را نشان می دهد . بدلیل تفاوت کم بین MOE  استاتیک و دینامیک ، مقادیر مدول الاستیسیته دینامیک واقعی استفاده شده و نیاز به تطبیق و تنظیم اطلاعات نبود . ابعاد الوارها با استفاده از متر نواری استاندارد و میزان رطوبت با استفاده از یک رطوبت سنج مقاوم و پایدار اندازه گیری شد . شماره شناسایی روی لبه باریک هر قطعه از الوار چاپ شده بود ، این قبیل نمونه های الواری توانستند به آسانی برای ساخت تیرهای ذیل استفاده شوند . بعلاوه مقادیر MOE روی انتهای الوار برای استفاده بعدی ، هنگام دسته بندی ثبت شد . یک طرح دسته بندی برای دست یابی به توزیع MOE مورد نظر در جدول 8 شرح داده شده است . برای آنالیز دقیق تیرها در هنگام استفاده از ASTM  D3737  برای آزمون مقاومت خمشی ، اندازه گره ها برای هر درجه الوار بعد از طبقه بندی الوار بر اساس MOE اندازه گیری شد . اندازه گره ها با تخمین قطر یکسان در سرتاسر گرده بینه اندازه گیری شد . این برای تمام مواد لایه ای کششی و برای نمونه های مورد نظر باقیمانده از درجات مختلف الوار انجام شد .

تحلیل و تجزیه اطلاعات مربوط به گره با استفاده از یک برنامه ای که از اصول Freas و Selbo در سال 1954 تبعیت می کند انجام شد . نتایج دسته بندی الوار برای رسیدن به مقادیر MOE مورد نظر در جدول 9 ارائه شده است .  فقط گونه های الواری که در ساخت تیر استفاده می شود به صورت میانگین ذکر شده است .

نتایج در جدول 9 نشان می دهد که عموما حداقل MOE مورد نظر برای هر درجه الوار بدست آمده است به جز در درجه  در نمونه 8×2 وجود داشت . دسته بندی این درجه نتیجه اش سطح MOE با  بود . بنابراین نتایج MOE خمش استاتیکی تیرهای 17 لایه انتظار می رفت که کمی کمتر از تیرهای 8 و 12 لایه باشد . اطلاعات اندازه گیری گره از برگه اطلاعات به یک برگه اطلاعات جامع برای آنالیزهای بعدی انتقال یافت . لیست های جدول 10 نتایجی از محاسبات اندازه گره مبنی بر اندازه گیری بیشتر از 6000 فوت خطی از الوار است . این داده ها بعنوان ورودی برای استاندارد ASTM  D3737 لازم بود . بعلاوه با توجه به ترکیب بندی سه تیر ساخته شده ( شکل 1 ) نمونه ها برای آزمون های اتصال انتهایی الوار آماده شد . موقعیت هر قطعه الوار در تیر بر روی نقشه هایی به منظور اینکه خصوصیات هر قطعه الوار را بتوان در عملکرد تیر محاسبه کرد ثبت شد . بعلاوه کیفیت ورقه های تحت کشش بحرانی از نظر گره های مجاز و شیب الیاف ، برای تعیین کیفیت نسبی تیرها ارزیابی شد .

تولید ( ساخت ) :

الوار صنوبر زرد به صورت اتصال انتهایی با استفاده از چسب ملامین در یک اتاقک رادیو فرکانس در دمای 200 درجه فارنهایت خشک شد . سپس لایه ها ی تمام قد به طول بریده شدند و مطابق چیدمان تیرهای طراحی شده دسته بندی شدند . در این جا موقعیت هر قطعه از الوار روی نقشه تیرهای آماده شده ثبت شده بود . سپس تیرها برای اطمینان از تطبیق با ANSI  A190.1  بصورت چشمی بررسی شدند و کیفیت نسبی لایه های کششی در ناحیه وسطی طول که در معرض 85% یا بیشتر لنگر بیشینه هنگام آزمایش بود تعیین شد . با استفاده از ضوابط لایه های کششی ذکر شده در جدول 6 یک روش درجه بندی نسبی برای تعیین صریح کیفیت لایه های کششی بوجود آمد . جدول 11 درصدهای مجاز نواحی سطح مقطع الوار را که می تواند بوسیله گره ها ، لایه های با شیب الیاف اشغال شده باشد و محدودیت های MOE را برای یک طبقه بندی با کیفیت کم ، متوسط و بالا ذکر کرده است . سپس سطح لایه های تمام قد برای رسیدن به ضخامت یکسان 375/1 اینچ رنده شد . و با یک چسب فنل رزورسینول متصل شدند . تیرهای تمام اندازه با یک گیره محکم در یک فشار  بسته شدند و در یک شبانه روز تقریبا در دمای 90 درجه فارنهایت خشک شدند . تیرهای خشک شده سپس کناره بری شدند برای پهنای یکسان 3 ، 5 و 75/6 اینچ به ترتیب برای تیرهای 8 ، 12 و 17 لایه .

دیگر مقررات در گسترش ترکیبات جدید گلولام تضمین کننده این است که اتصالات انتهایی حداقل مقاومت کششی مد نظر را برآورده خواهد کرد . در این مطالعه نمونه های دیگری با اتصال انتهایی از هر درجه الواری برای آزمایشات کشش بعدی جمع آوری شد . نمونه های با اتصال انتهایی 4×2 و 8×2 در طی ساخت از درجات الواری مورد نظر برای تیرها بدست آمدند .برای نمونه های با اتصال انتهایی 6×2 بطوریکه در پاراگرافهای ذیل توصیف شده ، یک روش تقریبا متفاوتی استفاده شد . اطلاعات بدست آمده از این آزمون های آزمایشگاهی برای مقایسه کارایی نمونه های با اتصال انتهایی برای تیرهای تمام اندازه کمک خواهد کرد . بطوریکه اظهار شد نمونه های با اتصال انتهایی 6×2 متفاوت تر از نمونه های با اتصال انتهایی 4×2 و 8×2 تهیه شدند . یک گروه از مواد با کیفیت کشش لایه ای مشابه برای تحقیقات بعدی راجع به تیمارهای محافظتی صنوبر زرد نیازمند می باشد . هدف از این مطالعه ، بدست آوردن یک گروه آزمایش از نمونه الوارهای تیمار شده و تیمار نشده چوب ماسیو و نمونه های الواری با اتصال انتهایی 6×2 بود . برای بدست آوردن گروههای تطبیق از الوارهای بریده شده چوب ماسیو ، نمونه ها بطور مساوی بوسیله MOE داخل دو گروه تطبیق دسته بندی شدند . یک گروه با مواد حفاظتی تیمار شد و گروه دیگر تیمار نشد ( کنترل ) . در هر گروه 30 نمونه جمع آوری شد اینطور که توزیع MOE برای هر یک یکسان باشد . برای بدست آوردن گروههای تطبیق ، نمونه های با اتصال انتهایی دو صفحه تمام قد ، بمنظور ساخت نمونه های با دو اتصال انتهایی بصورت تبدیل یک صفحه به دو نیم و اتصال دادن هر کدام از نیم ها به انتهای دیگر نمونه تمام قد استفاده شد . برای بدست آوردن یک دامنه کیفی در هر گروه آزمایش ، دامنه ای از مدول الاستیسیته یک جفت الوار روی هر سمت از اتصال انتهایی استفاده شده بود . برای مثال یک تخته با مدول الاستیسیته کم با یک تخته با مدول الاستیسیته بالا اتصال انتهایی یافته بود . 30 تا از نمونه های با اتصال انتهایی برای هر گروه آزمایشی جمع آوری شدند طوری که توزیع یکسان از جفت های MOE بدست آمده بود .

45 تیر چوبی صنوبر زرد برای مطابقت با مقررات AITC بررسی شد . در صدی از تیرها بعنوان لایه های کششی با کیفیت کم ، متوسط و زیاد که در جدول 12 نشان داده شده ، دسته بندی شدند . جزئیات اضافی در مورد کیفیت تک تک لایه های کششی در ضمیمه A آمده است . نمونه های الواری دارای اتصال انتهایی بدست آمده برای درجه لایه های کششی ذکر شده در جدول 13 و درجات باقیمانده در ضمیمه A ذکر شدند . مجموع 254 نمونه برای همه درجات و عرض ها جمع آوری شده بود .

تیرها و الوار با اتصال انتهایی :

شیوه ها و تجهیزات آزمایشی برای ارزیابی تیرهای گلولام و نمونه های الواری با اتصال انتهایی پیرو ضوابط و معیارهای استاندارد ASTM  D198 بود .

تیرها :

شکل بارگذاری استفاده شده برای آزمایش تیرهای تمام قد در شکل 3 نشان داده شده است . ویژگیهای فیزیکی ( مقدار رطوبت ، وزن و ابعاد ) ، خواص سفتی ( خمش تمام دهانه ) و بار شکست برای هر تیر اندازه گیری شد . میزان رطوبت با رطوبت سنج مقاومتی در وسط دهانه مرکزی تمام لایه ها بعد از شکست تیر اندازه گیری شده بود . وزن تیرها با استفاده از باسکول 10 تنی اندازه گیری شد . ابعاد در هر نقطه از بارگذاری اندازه گیری شدند . در هنگام بارگذاری ، انحنای تیرها با استفاده از یک خط کش با دقت 02/0 اینچ که به تیر متصل شده بود اندازه گیری شد . خیزها در وسط ضخامت ( عمق ) با توجه به یک خط کشیده شده در بالای تکیه گاه اندازه گیری شد . آزمون های اولیه بوسیله بارگذاری تیر به منظور کنترل ثبات در سرعت بارگذاری و اندازه گیری خیز هدایت شد . مطالعات در یک بارگذاری افزایشی با استفاده از صلاحدید محققین انجام شد . این موضوع اجازه داد که مطالعات به نزدیکتر از 01/0 اینچ برده شود . بعد از شکست تیرها ، شرح کامل گسترش شکست همراه با ارزیابی علت شکست ( مثل اتصال انتهایی و گره ) ثبت شد . شکست هر تیر برای مراجعات بعدی عکس برداری شد . مقادیر MOR و MOE با استفاده از فرمول های استاندارد محاسبه شد . فشار بار مرده در محاسبات MOR گنجانده شد . مقادیر MOE بر پایه شیب منحنی بار- خیز بوسیله رگرسیون اطلاعات تا حد بار مبنای طراحی محاسبه شد .

اتصال انتهایی :

همچنین نمونه های الواری با اتصال انتهایی از هر درجه و اندازه ارزیابی شدند . نمونه های آزمونی با اتصال انتهایی واقع شده نزدیک وسط دهانه در حدود 8 فوت طول داشتند . قبل از آزمون لبه و نمای نمونه ها مطابق ابعاد لایه های چوبی استفاده شده در تیرهای گلولام رنده شدند و در یک اتاق کلیما نگهداری شدند . نمونه ها در حدود تقریبا 30 روز در شرایط دما و رطوبت انباشته شدند که میزان رطوبت الوار در حدود 12% به حالت تعادل در آمد . وضعیت بارگذاری برای آزمون های کشش الوارهای با اتصال انتهایی بوسیله استاندارد AITC  T119 ( 1992 ) تعیین شده بود گرچه زمان شکست مورد نظر 5 تا 10 دقیقه بود . نمونه ها برای شکست در کشش بر طبق شیوه هایی در استاندارد ASTM  D198  آزمایش شدند که زمان شکست تقریبا 5 تا 10 دقیقه تعیین شد . فعالیتهای کنترل کیفیت برای آزمایش اتصال انتهایی معمولا از استاندارد AITC  T119 پیروی می کرد که زمان شکست 2 دقیقه تعیین شد . اتصال انتهایی در این طرح پژوهشی طبق استاندارد ASTM  D198  مشابه زمان شکست تیرهای تمام قد آزمایش شده بود . فاصله نامحدود بین فک های ماشین کشش 30 اینچ ، حداقل دهانه ماشین ، بود . این داده ها اطلاعات را برای شرح کارایی تک تک اتصالات انتهایی موجود در تیرها آماده کرد .

مقاومت و سفتی :

نتایج آزمون خمش روی تیرها در جدول 14 خلاصه شده است . نتایج اتصالات انتهایی تک تک داده ها در ضمیمه B داده شده است . شکل 4 مجموع عملکرد توزیع مدول گسیختگی را برای تیرهای 8 ، 12 و 17 لایه مقایسه می کند .

تیرها :

بیشتر شکست در تیرها ، ناگهانی بود . شکستهای موضعی همراه با صدای شکست بود . هنگامی که بار نهایی اعمال شد تیرهای متعددی تراکم چین خوردگی را در بین نقاط بارگذاری قبل از بار بیشینه نشان دادند .  همه تیرها تماما نزدیک ناحیه کشش یا داخل ناحیه لنگر ثابت گسیخته شدند . اگرچه شناخت نقطه آغاز شکست برای همه تیرها بطور قطعی ممکن نیست ، مرحله اولیه ایجاد شکست تخمین زده شد . این نتایج در جدول 15 خلاصه شده است . جزئیات توصیف شکست تیرها در ضمیمه B آماده شده است . چنانکه انتظار می رفت بیشتر تیرها در وسط یکی از اتصالات انتهایی یا کاهش مقاومت در اثر گره یا انحراف الیاف در نواحی تحت فشار بالای تیرها شکسته شدند و از طریق خصوصیات شیب الیاف تخته گسترش یافتند . یک شکست ناگهانی و تند در بعضی موارد در الوار دارای لکه های معدنی مشاهده شد . در این نوع لکه های معدنی ، شکست وابسته به ضعف های مشخص شده در تیر یا الوار نبود . شکست در چند تیر نزدیک خطوط چسب با شکست سطحی توسعه یافت ، اما این لزوما وابسته به تیرهای با مقاومت کم نبود و بعنوان عامل شکست معرفی نشد .

اتصالات انتهایی :

نتایج آزمون کشش اتصال انتهایی مواد لایه ای در جدول 13 داده شده و در شکل شماره 5 نشان داده شده است . نتایج آزمون در مورد درجات باقیمانده از اتصالات انتهایی درجه 2 و   و   و   در ضمیمه A هست . اگرچه درصد زیادی ( بیشتر از 50 % ) شکست تیرها ی گزارش شده در جدول 15 به سبب اتصالات انتهایی بود اما این مشخص نمی کرد که کیفیت اتصالات انتهایی ضعیف بوده است . تنها مقررات ( پیش نیاز ) برای عملکرد اتصال انتهایی این است که مقاومت 5 درصد مقاومت به کشش در یک سطح کیفی که 67/1 برابر بار طراحی مورد نظر برای تیرهای گلولام است باشد . سطح یا میزان آمادگی مطلوب برای اتصالات انتهایی در این مطالعه  بود که تقریبا  می باشد . این نتایج در جدول 13 نشان داد که اتصال انتهایی الوار 4×2 و 8×2 به ترتیب با 4230 و 4100 پوند بر اینچ مربع منطبق بود و نتایج نمونه 6×2 کمی کمتر از سطح مورد نظر بود  .

توجه کنید که تنوع نتایج مقاومتی اتصال انتهایی نمونه ی 6×2 ( جدول 13 ) تقریبا دو بار ( دو برابر ) نتایج مشاهده شده برای نمونه های  4×2 و 8×2 بود . این تغییرات بالا منجر به مقاومت کمتر از 5 % می شود . بعلاوه میانگین مقاومت اتصال انتهایی نمونه 6×2 کمی بزرگتر از نمونه 4×2 بود که نشان داد که اتصالات انتهایی نمونه 6×2 در سطح تقریبا برابر اتصالات انتهایی  4×2 ( به استثنای تغییر پذیری ) بوده است . چنین براورد شد که روش های مورد استفاده در ساخت گروه 6×2 برای بدست آوردن مجموعه ای مطابق با یک دامنه کیفیت معنی دار ، تغییرپذیری نتایج آزمون را تحت تاثیر قرار داد . هنگامی که همه نتایج اتصال انتهایی مقاومت کششی ترکیب شد ، سطح کیفیت برابر با که کمی کمتر از هدف ما  بود . از طرف دیگر بوسیله تغییر پذیری گروه 6×2 تحت تاثیر قرار گرفت . اگرچه ترکیب گروههای 4×2 و 8×2 سطح کیفی ( آمادگی )  را داد .

آنالیز :

مقادیر 5% نشان داده شده در جدول 13 و 14 با فرض توزیع نرمال و توزیع Log نرمال محاسبه شده بود . هرچند برای اداره تجزیه و تحلیل داده ها ، استاندارد ASTM  D3737 توصیه کرده که از توزیع Log نرمال استفاده شود . بنابراین ، تجزیه و تحلیل اداره شده در این بخش فرض شده که توزیع Log نرمال باشد .

اندازه تیرها :

با بررسی اندازه سه تیر ، مطالعه اثر حجم روی مقاومت تیرهای گلولامی ساخته شده از صنوبر زرد ممکن شد نتایج نشان داد که مقادیر مقاومت خمشی محاسبه شده هنگامی که حجم تیرها افزایش یافت کاهش یافته است . ( جدول 14 )

روابط ذیل برای محاسبه اثر اندازه متنوع تیرها روی مقاومت برای گونه های دیگر استفاده شده است .

 

که b = پهنای تیر ( in ) ، d = ضخامت تیر ( in ) و l = طول تیر ( ft ) ،  = فاکتورهای تاثیر حجم و X و y و z توان هستند که اصلاحات نسبی را به ترتیب برای پهنا ، ضخامت و طول تعیین می کنند . هنگامی که پهنا ، عمق و طول برای بدست آوردن حجم ترکیب شوند روابط ذیل به جای معادله ( 1 ) استفاده می شود :

فرض (x=y=z ) :

 

که  = حجم استاندارد ( 125/5 اینچ ، 12 اینچ و 21 فوت ) ،  = حجم واقعی تیر ( bdl ) و K = توان است که نشان می دهد . نتایج نشان داد که توان های  بطور مستقل تغییر در مقاومت تیرهای گلولامی ساخته شده از دوگلاس فیر را توضیح می دهد .

برای تیرهای گلولامی ساخته شده از افرای قرمز یک توان از 071/0 کشف شد . حجم تاثیر گذار معادله بوسیله استاندارد ASTM  D07 پذیرفته شد .  . در مقابل استاندارد AITC  را برای همه گونه های گلولامی به استثنای کاج جنوبی پذیرفت . برای اینکه استاندارد فوق برای کاج جنوبی  را پذیرفت . در این تحقیق روش های بسیار دقیق محاسبه تغییرات موثر در مقاومت تیر بعلت اندازه تیر ، نسبت فاصله اطمینان ضریب اندازه تیر بررسی شد .  اول نسبت حجم فاکتورهای موثر اندازه هر تیر با استفاده از  و  تعیین شد سپس نسبت بین میانگین گروههای جفت شده متنوع از تیرها همراه با استفاده از روشهای فاصله اطمینان توصیف شده بوسیله Wolfe و Moody ( 1978 ) تعیین شد . جدول 16 نتایج این آنالیز را ذکر می کند . این نتایج نشان می دهد که هیچیک از توان ها نمی تواند رد شود زیرا به این دلیل که نتایج پیش بینی شده با استفاده از مولفه ها در محدوده فاصله اطمینان بود .

هنگام مقایسه تیرهای 17 لایه با تیرهای 8 و 12 لایه نتایج نشان داد که  در لبه فاصله اطمینان بود . در حالیکه آن با  نزدیک وسط فاصله اطمینان بود . سپس تجزیه و تحلیل رگرسیون به منظور تعیین بهترین توان برای همه اطلاعات انجام شد . که این توان 088/0  بود . و با داده های مقاومت خمشی در شکل 6 نشان داده شد . این نتایج با مقدار 071/0  گزارش شده برای تیرهای چوبی گلولامی ساخته شده از افرای قرمز مطابقت داشت در همه آنالیزهای بعدی توان 088/0 برای تنظیم داده ها به یک اندازه معمول بکار رفت .

بار مبنای طراحی :

سطح استحکام همه تیرها برای اندازه استاندارد تیر  تنظیم شده بود . استفاده از بهترین اندازه حجم روی روابط ( توان 088/0 ) تاثیر گذاشت . سپس نتایج به منظور تعیین بار مبنای طراحی مناسب با کمک استاندارد ASTM  D2915 آمیخته و آنالیز شد . توزیع log نرمال ، فرض شد و خطای مجاز ( 75 % اطمینان در 5 % ) بوسیله تقسیم بندی با 1/2 برای بدست آوردن بار مبنای طراحی تنظیم شد .

شکل 7 نشان داد که داده ها بدقت با توزیع log نرمال مطابقت دارند . نتایج در جدول 17 نشان داد که بار مبنای طراحی محاسبه شده  از سطح مورد نظر  تجاوز کرد . با محاسبه نتایج  تک تک تیرها ، مقادیر بار مبنای طراحی به ترتیب 2520 ، 2730 و 2470 پوند بر اینچ مربع برای تیرهای 8 ،12 و 17 لایه بود ( همچنین جدول 18 )

جدول 14 نشان داد که متوسط مدول الاستیسیته تیرهای 8 و 12 لایه از سطح مورد نظر                   تجاوز کرده که به ترتیب  و  بود . همچنین میانگین تیرهای 17 لایه کمی کمتر  بود . بعلت سفتی پایین درجه  ( جدول 9 ؛  ) . به هر حال همه اندازه 3 تیر به نزدیکترین سطح MOE مورد نظر از  گرد شد . چنانکه انتظار می رفت با استفاده از الوارهای درجه بندی شده گلولام از نظر مدول الاستیسیته تغییر در مدول الاستیسیته تیرها بطور کلی کم بود . ( جدول 14 )

مقایسه ارقام پیش بینی شده :

مقاومت :

مقادیر مدول الاستیسیته واقعی الوار از جدول 9 ، خواص گره واقعی از جدول 10 و معیار لایه های کششی از جدول 6 برای آنالیز دوباره سه فرآورده گلولامی نشان داده شده در شکل 1 با روشهای استاندارد ASTM D3737 بکار برده شد . آنالیز دوباره فراورده های 8 ، 12 و 17 لایه مقدار خمش مجاز را برای تیرهای گلولامی به ترتیب 3000 ، 2600 و 2600 پوند بر اینچ مربع در مقایسه با ارقام خمش مجاز محاسبه شده از آزمایشات تیرهای واقعی که به ترتیب 2520 ، 2730 و 2470 پوند بر اینچ مربع بود را نشان می دهد  .

یک مقایسه دیگر از کارایی مقاومت کششی ، کیفیت اتصالات انتهایی لایه های کشش انجام شد . نتایج 5 % هر کدام از گروههای اتصال انتهایی ( جدول 13 ) تقسیم بر فاکتور کیفیت 67/1 درصدی مورد نظر ANSI A190.1 شد .

نتایج نشان داد که اتصالات با سطوح 2530 ، 2180 و 2460 پوند بر اینچ مربع برای نمونه های الواری با اتصال انتهایی به ترتیب 4×2 ، 6×2 و 8×2 برآورد خواهد شد . این تجزیه و تحلیل ، بعلاوه مشاهدات جدول 15 نشان می دهد که سطوح کارایی تیرها تحت الشعاع اتصالات انتهایی است . هر چند که مقاومت به کشش اتصالات انتهایی نمونه 6×2 با مقدار مورد نظر  ( اولا بعنوان یک نتیجه از نتایج متنوع جدول 13 ) مطابقت نداشت . کارایی تیرهای 12 لایه با سطح طراحی  سازش داشت . همچنین چنانکه قبلا بحث شد متوسط کارایی اتصالات انتهایی نمونه 6×2 همانند اتصالات انتهایی نمونه 4×2 بود . بنابراین ، یک استدلال ( تنها دلیل ) می تواند این باشد که سطح کیفی طراحی اتصال انتهایی  برای اتصال انتهایی نمونه 6×2 بطور قابل ملاحظه ای بزرگتر است اگر مشکل تغییرپذیری وجود نداشته باشد . چنانکه قبلا بحث شد علت افزایش تنوع کیفیت لایه های کششی نمونه های با اتصال انتهایی 6×2 شاید مربوط به روش جمع آوری این گروهها باشد . همچنین قابل بحث است که این گروه نمونه ها عالی نبودند اما با این وجود در محدوده ضوابط مربوط به قواعد درجه بندی اتصالات پایانی استفاده شده در تیرها بود . تجزیه و تحلیل بحث شده در این بخش در جدول 18 گردآوری شد و به دقت روابط بین کارایی واقعی و پیش بینی شده تیرها و اتصالات انتهایی را بررسی کرد . جدول 18 نشان داد که برای تیرهای 8 و17 لایه ، عملکرد اتصالات انتهایی عامل کنترل کننده بار مبنای طراحی تیر بود . همچنین عملکرد واقعی این 2 نوع تیر در حد انتظار ، هم ارز بار مبنای طراحی اتصالات انتهایی بود . در مقابل برای گروه 12 لایه استاندارد ASTM  D3737 نشان داده شده کمی کمتر از کارایی واقعی تیر بود . این مساله مربوط به تنوع آزمون اتصال انتهایی می باشد هر چند قابل توجه است که مقدار میانگین مقاومت کشش را برای اتصالات انتهایی تیرهای  6×2  ،   می داند که بزرگتر از  مقاومت اتصالات انتهایی تیرهای 4×2 است . اگر تیرهای با اتصال انتهایی  6×2 ضریب تغییرات 18% داشته باشد در اینصورت اندازه نمونه و میانگین یکسان خواهد بود که منجر به رسیدن به وضعیت سطح    خواهد بود که نزدیک به عملکرد تیرهای با  است .

اگرچه نمی توان یک نتیجه قطعی بر اساس این وضعیت فرضی ساخت . این نتایج از گروههای اتصال انتهایی  6×2 با نتایج پیش بینی شده تناقضی نداشت . بر اساس آنالیز دوباره خواص واقعی الوار و نتایج آزمون تیر بنظر می رسد طرز عمل استاندارد ASTM  D3737 و ANSI A190.1 بقدر کافی کارایی تیرهای گلولامی صنوبر زرد و اتصال انتهایی را نشان می دهد . بنابراین با آنالیز دوباره ، می توان تنش خمشی مبنا را بیشتر از  توجیه کرد .

سفتی :

سفتی تیر را می توان با استفاده از مقادیر واقعی MOE الوار استفاده شده  در ساخت تیر و روش تغییر سطح مقطع استاندارد ASTM  D3737 محاسبه نمود . مقادیر MOE برای هر تیر محاسبه شده و نتایج آن در شکل 8 نشان داده شد . نسبت خطی 1 به 1 نشان داد که مقدار MOE واقعی تیر کمی از مقادیر پیش بینی شده تجاوز کرده و خط افقی نشان داد که در بیشتر موارد ، مقادیر واقعی MOE تیر از سطح MOE مورد انتظار که  بود تجاوز میکند . بعلاوه با آنالیز کارایی مدول الاستیسیته تیر نسبت MOE  واقعی به پیش بینی شده برای هر گروه از تیرها ( جدول 19 ) محاسبه شد .

نتایج شکل 8 و جدول 19 نشان داد که فراورده های تیری پیشنهاد شده ( شکل 1 ) با سطح MOE مورد نظر که  بود سازگار بوده یا تجاوز خواهد کرد . روش ASTM  D3737 به طرز موثری مدول الاستیسیته گلولام ساخته شده از صنوبر زرد را محاسبه کرد .

نتایج :

بر اساس ارزیابی و تجزیه و تحلیل 45 تیر گلولامی ساخته شده از صنوبر زرد ، تنش خمشی  و MOE  قابل حصول هستند و این قطعات را گزینه مناسبی برای ساختار گلولام ساختمانی می سازد مشروط بر اینکه با شرایط ذیل سازگار باشند :

10 % بیرونی لایه ها ( بالا و پایین ) درجه E هستند برای داشتن یک MOE  .

10 % داخلی بعدی لایه ها ( بالا و پایین ) درجه E هستند برای داشتن MOE  

لایه های کششی 2E زیرین به صورت حداکثر گره انتهایی مجاز  سطح مقطع ، بصورت چشمی دسته بندی شدند .

لایه های کششی 2E بالایی  به صورت حداکثر گره انتهایی مجاز  سطح مقطع ، بصورت چشمی دسته بندی شدند .

همه لایه های 1.8 E بالا و پایین بصورت حداکثرگره انتهایی مجاز  سطح مقطع ، بصورت چشمی دسته بندی شدند .

قیدو شرط های اتصال انتهایی مطابق دستورالعمل ANSI A190.1 بود .

معیار درجه بندی لایه های کششی جدول 6 استفاده شده است .

  

 
 
بالای صفحه