Produttore di recinzioni in bambù per impieghi gravosi

Come progettare la struttura di supporto interna (come nervature di rinforzo e disposizione della griglia) di pesanti pannelli di recinzione in bambù migliorare la rigidità generale?

Proprietà dei materiali e basi di progettazione di pesanti pannelli di recinzione in bambù

1. Proprietà naturali e vantaggi di lavorazione del bambù
Essendo un materiale polimerico naturale, il bambù ha proprietà fisiche e meccaniche uniche. Prendendo come esempio i pannelli di recinzione in bambù pesante per esterni prodotti da Ningguo Kuntai Bamboo and Wood Co., Ltd., viene utilizzato bambù di alta qualità con un'età dell'albero superiore a sei anni, che viene diviso e scomposto in un fascio di fibre di rete reticolate continue, mantenendo la disposizione originale delle fibre di bambù. Questa tecnologia di lavorazione consente al bambù di mantenere la sua struttura naturale migliorandone significativamente la durezza e la durata attraverso il trattamento ad alta temperatura e alta pressione. La sua uniformità di densità è migliore di quella del legno tradizionale e ha una buona resistenza agli insetti e alle muffe. Il contenuto di umidità è controllato a un livello appropriato per evitare deformazioni e fessurazioni causate dai cambiamenti di umidità. Inoltre, controllando con precisione il dosaggio per garantire che le fibre di bambù siano saldamente legate, il processo di riscaldamento e polimerizzazione pressurizzato completa lo stampaggio del grezzo sotto migliaia di tonnellate di pressione, migliorando ulteriormente la stabilità complessiva del materiale. Queste caratteristiche forniscono una solida base materiale per la progettazione strutturale di pannelli di recinzione in bambù per carichi pesanti.

2. Requisiti funzionali dei pannelli di recinzione in bambù pesante
Le recinzioni in bambù per carichi pesanti vengono utilizzate principalmente in scene all'aperto ad alto carico e devono avere le seguenti prestazioni principali: in primo luogo, possono resistere a grandi impatti esterni, come collisioni tra persone e veicoli o carichi di vento naturali; in secondo luogo, possono adattarsi agli ambienti umidi per evitare cedimenti strutturali dovuti a cambiamenti nel contenuto di umidità; terzo, hanno una durabilità a lungo termine e riducono i costi di manutenzione; quarto, sono in linea con i concetti di tutela ambientale e riflettono il valore dello sviluppo sostenibile. Dalle caratteristiche del bambù e dei prodotti in legno, la superficie dei materiali pesanti di bambù è adatta per ambienti umidi dopo un trattamento speciale e non è necessaria una verniciatura frequente per anticorrosione. La pulizia quotidiana può mantenere le prestazioni, il che garantisce il funzionamento stabile dei pannelli di recinzione in ambienti complessi. La struttura e il colore naturali del bambù possono esaltare la bellezza degli spazi esterni e l'equilibrio tra funzionalità ed estetica deve essere preso in considerazione nella progettazione strutturale.

Teorie fondamentali della progettazione della struttura di supporto interno

1. Applicazione dei principi meccanici alle strutture di sostegno
La resistenza è la capacità di un materiale di resistere ai danni, mentre la rigidità è la capacità di resistere alla deformazione. Per le recinzioni in bambù per carichi pesanti, una rigidità insufficiente causerà una deformazione eccessiva della struttura sotto carico, compromettendo la sicurezza e l'aspetto. Secondo la teoria della meccanica dei materiali, la rigidezza strutturale è strettamente correlata al modulo elastico del materiale, al momento d'inerzia della sezione e alla disposizione della struttura portante. Il modulo elastico del materiale di bambù pesante è migliorato dal trattamento ad alta temperatura e alta pressione, e il design ragionevole della struttura di supporto interno può aumentare ulteriormente il momento di inerzia della sezione, migliorando così la rigidità complessiva.
I carichi che possono sopportare i pannelli di recinzione in bambù pesante includono: carichi verticali (come il loro stesso peso), carichi orizzontali (come la forza del vento, la forza d'impatto) e carichi dinamici (come le vibrazioni generate dal passaggio dei veicoli). La progettazione della struttura di supporto deve chiarire il percorso di trasferimento del carico per garantire che il carico possa essere effettivamente trasferito alla fondazione attraverso componenti quali nervature e griglie di rinforzo. Ad esempio, l’impostazione delle nervature di rinforzo in direzione orizzontale può trasferire la forza del vento alle colonne e la disposizione della griglia verticale può disperdere il peso proprio e il carico superiore per evitare la concentrazione locale delle tensioni.

2. Progettazione bionica e ottimizzazione strutturale
Il bambù stesso è una struttura meccanica efficiente e i suoi nodi di bambù equivalgono agli anelli di rinforzo naturali. La struttura cava della parete di bambù riduce il proprio peso mantenendo un'elevata rigidità alla flessione. Nella progettazione di pannelli di recinzione di bambù pesanti, è possibile simulare l'effetto di rinforzo dei nodi di bambù e nervature di rinforzo circolari o trasversali possono essere posizionate nella struttura di supporto per simulare l'effetto di miglioramento della rigidità dei nodi di bambù sugli steli di bambù. Allo stesso tempo, ispirandosi alle caratteristiche della disposizione longitudinale delle fibre di bambù, all'interno dei pannelli della recinzione sono inserite nervature longitudinali di rinforzo per migliorare la rigidità alla trazione lungo la direzione delle fibre.
Utilizzando la tecnologia di ottimizzazione topologica, il software agli elementi finiti viene utilizzato per simulare la distribuzione delle sollecitazioni in diversi layout della struttura di supporto, rimuovere materiali inefficienti e mantenere i principali percorsi portanti. Ad esempio, i parametri meccanici del bambù e dei materiali pesanti di bambù (come il modulo elastico e il rapporto di Poisson) vengono utilizzati come input per stabilire un modello tridimensionale agli elementi finiti del pannello della recinzione, analizzare la deformazione e lo stress sotto carichi tipici, ottimizzare la posizione, il numero e la forma della sezione trasversale delle nervature di rinforzo, rendere la distribuzione del materiale più in linea con i requisiti meccanici e migliorare la rigidità senza aumentare significativamente il peso.

Piano di progettazione specifico per la struttura di supporto interna

1. Design della nervatura di rinforzo
Tipo e disposizione delle nervature di rinforzo
Nervature longitudinali di rinforzo: disposte lungo la lunghezza del pannello di recinzione, il numero è determinato in base alla larghezza del pannello e solitamente ne viene posizionata una ogni 200-300 mm. Adotta una sezione trasversale rettangolare con una dimensione della sezione trasversale di 20 mm × 30 mm. Il materiale è lo stesso bambù pesante del pannello della recinzione ed è collegato al pannello tramite mortasa e tenone o colla. Le nervature di rinforzo longitudinali possono migliorare la rigidità alla flessione del pannello della recinzione lungo la direzione della lunghezza e resistere alla deformazione causata dall'ampia campata.
Nervature di rinforzo trasversali: disposte perpendicolarmente alla direzione della lunghezza, con una spaziatura di 300-500 mm e la dimensione della sezione trasversale può essere leggermente inferiore alle nervature di rinforzo longitudinali (ad esempio 15 mm×25 mm). La funzione delle nervature trasversali di rinforzo è quella di collegare le nervature di rinforzo longitudinali per formare uno scheletro reticolare e contemporaneamente trasmettere i carichi orizzontali. Su entrambe le estremità e nella posizione di supporto centrale del pannello della recinzione, le nervature trasversali di rinforzo possono essere criptate per aumentare la rigidità locale.
Nervature oblique di rinforzo: disposte nella direzione diagonale del pannello della recinzione per formare una struttura di supporto triangolare. Il triangolo ha stabilità e può resistere efficacemente alla deformazione di taglio e ai carichi di torsione. Le nervature di rinforzo oblique hanno dimensioni in sezione simili a quelle delle nervature di rinforzo trasversali e sono collegate alle nervature di rinforzo longitudinali e trasversali tramite nodi angolari. Ai nodi è possibile utilizzare connettori metallici o tenoni in bambù per aumentare la resistenza della connessione.

Metodo di connessione tra armatura e pannello
Collegamento con colla: utilizzare la colla ecologica sviluppata in modo indipendente da Ningguo Kuntai Bamboo and Wood Co., Ltd. per applicare la colla sulla superficie di contatto tra rinforzo e pannello e formare una connessione integrale pressurizzando e polimerizzando. Il processo di incollaggio deve controllare la quantità di colla per garantire che l'incollaggio sia saldo e non trabocchi, in modo da evitare di compromettere l'aspetto e le prestazioni ambientali.
Collegamento a mortasa e tenone: Lavorare tenoni e occhielli di mortasa sul pannello e sul rinforzo e collegarli tramite mortasa e tenone. La struttura a mortasa e tenone può fornire un certo grado di resistenza all'estrazione e al taglio, pur mantenendo la struttura naturale del bambù, in linea con il concetto di protezione ambientale. Per le parti con carichi pesanti, è possibile combinare la connessione con colla, mortasa e tenone per migliorare l'affidabilità della connessione.

2. Progettazione del layout della griglia
Selezione della forma della griglia
Griglia rettangolare: è formata dall'intersezione verticale di rinforzi longitudinali e trasversali, che è la forma di layout della griglia più comune. La griglia rettangolare è facile da costruire e conveniente per la produzione standardizzata ed è adatta per scene con distribuzione del carico relativamente uniforme. La dimensione della maglia può essere regolata in base alle specifiche del pannello della recinzione e alla dimensione del carico, solitamente da 200 mm×200 mm a 300 mm×300 mm.
Maglia a losanga: Le nervature di rinforzo diagonali sono combinate con le nervature di rinforzo longitudinali e trasversali per formare una rete a losanga. La direzione diagonale della maglia diamantata è forte, che può resistere meglio al carico diagonale e alla coppia. È adatto per pannelli di recinzione che possono essere soggetti a carichi complessi, come aree vicine a strade o aree frequentemente colpite.
Maglia a nido d'ape: La struttura esagonale che imita il nido d'ape è composta da più unità esagonali. La rete a nido d'ape ha un'eccellente resistenza alla compressione e alla flessione e il materiale è distribuito uniformemente, il che può fornire una maggiore rigidità a parità di peso. Tuttavia, la lavorazione della rete a nido d'ape è più difficile e per il taglio e l'assemblaggio sono necessarie attrezzature speciali. È adatto per pannelli di recinzione in bambù pesanti di fascia alta con requisiti di rigidità estremamente elevati.
Ottimizzazione della densità della mesh
La densità delle maglie influisce direttamente sulla rigidità e sul peso del pannello della recinzione. Nella progettazione, la densità ottimale della rete deve essere determinata attraverso calcoli meccanici ed esperimenti. Per i materiali di bambù pesanti, grazie alla sua densità uniforme e all'elevata resistenza, la spaziatura della griglia può essere opportunamente aumentata per ridurre il peso, pur mantenendo la rigidità attraverso l'ottimizzazione della sezione trasversale del rinforzo. Ad esempio, in aree con carichi piccoli, la spaziatura della griglia può essere impostata su 300 mm×300 mm, mentre in aree con carichi concentrati (come al centro del pannello della recinzione o vicino alla colonna), la spaziatura della griglia può essere ridotta a 200 mm×200 mm e la dimensione della sezione trasversale del rinforzo viene aumentata.

3. Progettazione e rinforzo dei nodi
Tipologia di nodo e analisi delle forze
I nodi della struttura di supporto interna del pannello della recinzione comprendono l'intersezione dei rinforzi longitudinali e trasversali, l'intersezione dei rinforzi obliqui e dei rinforzi longitudinali e trasversali, ecc. I nodi sono parti fondamentali per il trasferimento del carico e devono avere resistenza e rigidità sufficienti. Le forme comuni di cedimento dei nodi includono la rottura a taglio e la rottura a strappo, quindi la progettazione del nodo deve concentrarsi sulla resistenza a taglio e trazione.
Misure di rinforzo dei nodi
Connettori metallici: utilizzare angoli, bulloni e altre parti metalliche in acciaio inossidabile per collegare i rinforzi ai nodi. I connettori metallici possono fornire connessioni meccaniche affidabili, soprattutto per scenari di carico pesante. Ad esempio, all'intersezione dei rinforzi longitudinali e trasversali, vengono utilizzati codici angolari in acciaio inossidabile per fissare i giunti con bulloni. Lo spessore dei codici angolari non è inferiore a 3 mm e il diametro dei bulloni non è inferiore a 6 mm.
Rinforzi in bambù: per rinforzare i nodi vengono utilizzati materiali naturali come tenoni e chiodi in bambù. Sulla base del collegamento a mortasa e tenone vengono inseriti chiodi di bambù per un ulteriore fissaggio. Il diametro dei chiodi di bambù è di 5-8 mm e la lunghezza è determinata in base allo spessore del rinforzo per garantire la penetrazione dei due strati di rinforzo. I rinforzi in bambù sono compatibili con materiali di bambù pesanti e soddisfano i requisiti di protezione ambientale.
Rinforzo della colla: aumentare la quantità di colla sul nodo per formare uno strato di colla ispessito per migliorare la forza di adesione del nodo. Lo spessore dello strato di colla è controllato a 1-2 mm per evitare una polimerizzazione incompleta o una concentrazione di stress dovuta a uno spessore eccessivo dello strato di colla.

Adattamento della progettazione strutturale basato sul processo di Ningguo Kuntai Bamboo and Wood Co., Ltd.

1. L'influenza delle proprietà dei materiali sulla progettazione strutturale
Nella progettazione delle strutture di supporto è necessario considerare le seguenti caratteristiche dei materiali pesanti di bambù:
Direzione della disposizione delle fibre: le fibre di bambù sono disposte lungo la direzione della lunghezza e la resistenza alla trazione longitudinale è significativamente superiore alla direzione trasversale. Pertanto, il rinforzo longitudinale dovrebbe essere disposto il più possibile lungo la direzione delle fibre per sfruttare appieno le caratteristiche di elevata resistenza del materiale, mentre il rinforzo trasversale deve compensare il problema dell'insufficiente resistenza trasversale attraverso una ragionevole progettazione della sezione trasversale.
Uniformità della densità: il processo di riscaldamento e indurimento pressurizzato rende uniforme la densità del materiale di bambù pesante e non è facile avere difetti come bordi crollati e fili saltati, il che fornisce una garanzia per la connessione stabile della struttura portante. Nella progettazione, il disegno ridondante delle armature causato da difetti dei materiali può essere opportunamente ridotto per ottimizzare il layout strutturale.
Prestazioni della colla rispettosa dell'ambiente: la colla sviluppata internamente ha un'elevata forza adesiva e un dosaggio controllabile, che può garantire l'affidabilità della connessione tra il rinforzo e il pannello. Nella progettazione del nodo incollato, l'area di incollaggio richiesta può essere calcolata in base ai parametri di resistenza al taglio e alla trazione della colla per evitare un uso eccessivo di colla che influenzi le prestazioni ambientali.

2. Sinergia di processo e ottimizzazione della produzione
In combinazione con il processo di riscaldamento e polimerizzazione pressurizzato, il rinforzo e il pannello possono essere pressati contemporaneamente nella fase di formatura del pezzo grezzo per formare una struttura integrale. Questo processo integrato può ridurre il successivo processo di assemblaggio ed evitare danni materiali causati dalla lavorazione secondaria. Allo stesso tempo, garantisce la stretta connessione tra il rinforzo e il pannello e migliora la rigidità complessiva. Ad esempio, quando si pressano i pezzi grezzi dei pannelli di recinzione, vengono posizionate in anticipo le nervature di rinforzo incrociate e vengono utilizzate migliaia di tonnellate di pressione per intrecciare le nervature di rinforzo con le fibre del pannello per formare una struttura complessiva senza soluzione di continuità.