FI62887C - Grov i-balk - Google Patents

Description

1 62887 Järeä I-palkki

Keksintö kohdistuu järeään I-palkkiin. Järeitä puupalk-keja valmistetaan nykyisin liimaamalla sahatavaralamelle-ja yhteen ja tuotetta kutsutaan liimapuuksi. Liimapuun lujuus/paino-suhde on melko edullinen. Sille on kuitenkin ominaista se, että eri kuormitustilanteissa mitoituksen määräävä lujuusominaisuus vaihtelee, jolloin muiden ominaisuuksien osalta puheenaoleva puupalkki on ylimitoitettu.

Kyseeseen tulee lähinnä kolme pääominaisuutta lujuuden kannalta. Ensinnä on taipuma, joka yleisesti on noin palkin jänneväli/200-300, esim. 15 m:n jännevälillä 50 mm.

Toisena on kuormituksen palkkiin aiheuttama taivutusjännitys. Se on suurimmillaan jännevälin keskellä yksiaukkoisen palkin kyseessä ollen. Tiettyä aineelle ominaista laskennallista taivutusjännitystä ei saa ylittää, koska muuten on vaara, että palkki murtuu keskeltä poikki.

Kolmantena ominaisuutena on kuorman palkkiin aiheuttama leikkausjännitys, joka kohdistuu palkin päihin tuilla. Suurilla kuormilla leikkausvoima pyrkii halkaisemaan liimapuupalkin sen päistä pituussuunnassa siten, että palkin alareuna taipuman vuoksi joutuu venymään ja yläpinta vastustaa tätä siirtymää, jolloin palkki halkeaa päistä vaakatasossa sen keskilinjaa pitkin.

Lähdettäessä liimapuun kapasiteettialueen toiselta ääri-laidalta, pitkä jänniteväli ja pieni kuorma, on mitoittavana tekijänä taipuma (kuvan 1 väli 1). Keskivaiheilla aluetta mitoittavana tekijänä on taivutusjännitys (kuvan 1 väli 2) ja vastakkaisessa äärilaidassa, jossa on suuri 2 62887 kuorma ja pieni jänneväli, on mitoittavana tekijänä leikkausjännitys (kuvan 1 väli 3) .

Kuten edellä jo todettiin, yhden ominaisuuden määrätessä tulee liimapuu muilta osin ylimitoitetuksi. Asiantilan korjaamiseksi on liimapuuta ryhdytty liimaamaan myös I-profiilin muotoon (kuva 3) .

Taipuma ja taivutusjännitys onnistutaan näin optimoimaan niin, että kummankaan osalle ei tule ylimitoitusta, jolloin raaka-ainesäästö olisi huomattava. Kuitenkaan tätä ei voida määrättyjä erikoistilanteita lukuunottamatta toteuttaa, koska leikkausjännitys tulee kuorman kasvaessa mitoittamaan kavennetun uuman niin, että sitä pitäisi leventää. Näin tästä profiilista ei saada riittävästi hyötyä, jotta sen taloudellinen valmistus olisi järkevää. Tällaista liimapuuta ei siksi nykyisellään merkittävästi valmisteta.

Toisena vaihtoehtona on tutkittu vanerin käyttämistä uumana leveiden paarteiden välissä. Ristivanerin leikkaus-lujuus on riittävä, mutta ongelmaksi on tullut erittäin hoikasta ja kapeasta rakenteesta (kuva 4A) johtuvat nurjahdus- ja lommahdustaipumukset. Liimaamalla ns. kotelo-rakenteita (kuva 4B), on näitä ongelmia pyritty ratkaisemaan, mutta silloin on jouduttu kalliisiin liitosratkai-suihin, sillä jos halutaan käyttää vanerilevyjä taloudellisesti, tulee ne tehdä palkin pituisiksi levyiksi. Se, että vaneriuumaisia järeitä yhdistelmäpalkkeja ei yleensä valmisteta, johtunee edellisen lisäksi ilmeisesti kyseessä olevan palkin kosteuskäyttäytymisen hankalasta hallinnasta sekä olemattomista palonkesto-ominaisuuksista.

Kertopuu on jo aikaisenmin tunnettu tuote, jossa yli 2 nm paksuisista viiluista on säänkestävästi liimaamalla valmistettu ensin 25-75 mm paksu ja aina 2 metriin saakka leveä jatkuva, jopa 30 m 3 62887 pitkä laatta. Viilujen syistä on suuri osa pitkittäisiä. Paloittelemalla laatta saadaan liimattuja puupalkkeja, lankkuja tai erilaisia pienprofiileja. Tuote on ollut markkinoilla vuoden 1978 alusta lähtien.

Kertopuun etuna on soveltuminen moniin toisistaan selvästi poikkeaviin käyttökohteisiin, koska sen rakennetta on voitu tarvittaessa laajoissakin rajoissa muunnella. Tämän johdosta lähdettiin tietoisesti kehittämään järeää I-puu-palkkia kertopuuta optimoimalla.

Tavoitteeksi asetettiin sellainen järeä, jatkuva ja paloa kestävä palkki, jossa sekä taipuma, taivutusjännitys ja leikkausjännitys olisivat kaikki yhtä paljon mitoittavia tekijöitä, jolloin päästään mahdollisimman suureen materiaalisäästöön. Yllättäen tähän tavoitteeseen päästiin, kun keksittiin kertopuuta soveltaen tehdä seuraavan patenttivaatimuksen tunnusmerkkien mukainen ratkaisu.

Esimerkiksi julkisiin tiloihin on paloluokituksissa määrätty käytettäväksi I-palkkeja, joiden uuma on vähintään 65 mm. Keksinnön mukaisen I-palkin palonkestävyys on vähintään 1/2 tuntia.

Keksinnön mukaisella I-palkilla päästään pitkiin jännevä-leihin niin, että poikkileikkaus on selvästi pienempi kuin vastaavaan jänneväliin mitoitetulla liimapuupalkilla. Oheisena on esitetty vertailutaulukko. Taulukosta ilmenee ker-topuisen I-palkin ja vastaavan liimapuun maksimijännevälit, kun kolmen mitoittavan pääominaisuuden: taivutusjännityksen, leikkausjännityksen ja taipuman vaikutus on huomioitu erikseen. Lopullinen palkin maksimijänneväli on näiden kolmen arvon minimi.

Kertopuu-I-palkin hyväksi voidaan kirjata seuraavat edut liimapuupalkkiin verrattuna: 4 62887 - Samankorkuisella rakenteella päästään 37-84 % pienempään poikkileikkaukseen kuin liimapuulla, ks. taulukkoa.

- Uuman ja paarteiden ristikkäisten viilujen ansiosta palkin eläminen pystysuunnassa on lähes täysin estetty, kun se liimapuulla on noin 4 % täysin kuivasta märkään puuhun.

- Uuman poikittaisten viilujen ansiosta liitostekniikka tulee yksinkertaisemmaksi I-palkin päissä.

- Poikittaisten viilujen ja paarteiden pystyssä olevien liimasaumojen ansiosta leimapaineet eivät muodostu ongelmaksi. (Leimapaine on voima, jolla palkin ja sen alla olevan tuen pinnat painavat toisiaan. Kapean palkin pää menee läjään, kun leimapaine on liian suuri.) - Kertopuu-I-palkin sinänsä hyvää palonkestoa on helppo parantaa paloluokitellulla villalla.

- Samalla valmistustekniikalla pystytään valmistamaan erittäin järeitä kotelopalkkeja, ja koska uuman ja paarteiden materiaali ovat pitkälle samantyyppiset, pystytään kosteus-vääntelyt hallitsemaan.

- Järeän palkin lisäksi voidaan puheena olevaa profiilia käyttää pilarina, jolloin se omaa erittäin korkeat stabi-liteettiarvot ja tekee liitostekniikan erittäin yksinkertaiseksi siten, että pilarissa paarteet jatkuvat vaaka-palkin uuman korkeuden verran pilarin uuman yli, ja vaaka-palkin uuma jatkuu pilarin uuman korkeuden verran vaaka-palkin paarteiden yli. Näin voidaan pilarin paarteet liittää helposti vaakapalkin uumaan (kuva 6).

Keksintöä havainnollistetaan seuraavassa oheisiin piirustuksiin viittaamalla, jossa kuva 1 esittää graafisesti liima-puun eri kuormitustapauksia ja kuva 2 graafisesti liima-puun ja kertopuisen I-palkin lujuusominaisuuksien vertailua. Kuva 3 esittää liimapuusta tehtyä tunnettua I-palkkia ja kuva 4 vanerista tehtyjä tunnettua I-palkkia ja kotelopalk-kia. Kuva 5 esittää keksinnön mukaista, kertopuusta tehtyä I-palkkia ja kuva 6 erästä keksinnön mukaisen I-palkin erikoiskäyttöä.

5 62887

Kuvassa 1 on esitetty graafisesti palkin jänneväli L pystysuorana akselina ja kuorma F vaakasuorana akselina taipuman lw, taivutusjännityksen lb ja leikkausjännityksen lv vaikutus tavallisen liimapuun mitoitukseen. Suhteet on esitetty mielivaltaisesti, joten taivutusjännityksellä ei välttämättä ole kuvatunlaista kaistaleveyttä. Taipuma on mitoittavana tekijänä välillä 1, taivutusjännitys välillä 2 ja leikkausjännitys välillä 3. Kuvassa 2 on esitetty graafisesti liimapuun L (katkoviivoin) ja vastaavien kerto-puisten I-palkkien K (täysin viivoin) poikkileikkausala tulon funktiona, joka tulo saadaan kertomalla keskenään maksimijänneväliarvot taivutus- ja leikkauslujuuden sekä taipuman osalta. Kannatteiden jakovälit ovat 4,8, 6,0 ja 7,2 m (vrt. taulukkoon). Kullakin jakovälillä on otettu kolme jänneväliä, joihin kaikkiin on optimoitu sekä liima-puu että kertopuinen I-palkki, joten erot ilmaisevat jollakin liimapuun lujuusominaisuudella olevan ylikapasiteettia.

Kuvasta 3 näkyy I-profiilin muotoon tehty tunnettu liima-palkki, jossa on uuma u ja paarteet p. Kuvassa 4A on esitetty tunnettu I-palkki, jossa uuma u on tehty vanerista ja sovitettu leveiden paarteiden p väliin. Kuviosta 4B taasen näkyy niinikään tunnettu kotelorakenteinen vaneripalkki.

Kuvasta 5 näkyy eräs esimerkki keksinnön mukaisen palkin mitoituksesta.

Kuvassa 6 on esitetty miten keksinnön mukaista I-palkkia voidaan käyttää pilarina ja liittää se yksinkertaisella tavalla vaakapalkkiin siten, että pilarin paarteet pp jatkuvat vaakapalkin uuman uv korkeuden verran pilarin uuman u^ yli ja vaakapalkin uuma u taasen jatkuu pilarin uuman u korkeu- V ^ den verran vaakapalkin paarteiden pv yli.

S I 1 62887 6

1"^ -H ^ I—1 r—I '—I

man οϋ a,. ^ 1Ä- g τί iH E so so rs r- o m (sh® H id H 3 *> k. * »» «. ·. «. » ·.

idH $ a -»r rn rs oo h m r^mcsi

m H Öj -H t—I r—I i—I r—I i—Il—I (S (S (N

ill e ° -i 3

•HdJO Π3 CM SO rH H ro (N Γ0 Γ' SD

i—I i—I H ^ t ^ ^ :njrHÄ 3 i' o H ^ m in ® O in

-H ^ *rH trt irt rrt CNfHrH OOOOCN

<u M m ^ qj i|3 3 E ft-H P ro SO TT Tj> ·>® (N OS 00 -H frt »—I rj ^ v * s ^ ^ k v m 6 :p p m n rs ostoin oo s1 rs

3·ΗΡ -Γ-j i—I <—I f—I r—I r—Il—I CS ΓΗ CS

BH 11 ra

2 Ή C EH

I I

I :¾ in]

P G G P

ra 53 -h ω CO ϋ Wo oo O rs cd O rs oo o rs G -r-| CO C >1 E * * * *»-*- *. k » H m o) S >*. — tj· so r> vo r~ -m· so r- « P M G fi

c m p ^ S S S

Q-H>i<UX o cm r- 3 3 £*8 s 3 3 3 3 ra m o E o in <S c H S h w so h era ra H rH es nj •h-1 § „ 'i i HOI 3 n co in rr O rH so as e en rarH CL| ·**.*. * * * ^ P p

dfH -H ^ (M H 00 VO in fN f M P P

c*H fd rHiHiH rH rH r—I CN (N (N y) -p

5¾ β &U

84^ g ^ e

•H H ra Λ S' H rH i—I H ® in SO G V

i—1| ,ν ^ s *. * *· «» * * o H

:ra p 2 so m rH ** as m M’ r" os ra >3 -H rH rH rH CM rH rH f) (N (M jg CLt isl3 33 n qj m h p

rt M P -HP

E P CO rH OS o O O rH OS LT) -H H

•H <D P *»*»*» <s s s £> ^ co rH > ^ n h σ> tn co^cn +j

rH *H rH rH rH rH rH rH M (N (N rH *H

1 8 S 54°4 «s il ra -r) -H CO Γ'- <ΰ to en h sIsiL Ia e che oo O m oo O m oo O nj q

e C Ή ί(ϋ s k «. < * ^ ***. (DG

p 5J .*03 -P tj* vo r*' rr vo r- ^rvor^ m h « t3 e ra g ra ä lii

Cu H .V ~ ^ H H in