Fabricante de cercas de bambu reforçadas

Como projetar a estrutura de suporte interna (como nervuras de reforço e layout de grade) de painéis pesados ​​de cerca de bambu para melhorar a rigidez geral?

Propriedades dos materiais e base de design de painéis pesados ​​de cerca de bambu

1. Propriedades naturais e vantagens de processamento do bambu
Como material polimérico natural, o bambu possui propriedades físicas e mecânicas únicas. Tomando como exemplo os pesados ​​​​painéis de cerca de bambu para exteriores produzidos pela Ningguo Kuntai Bamboo and Wood Co., Ltd., ele usa bambu de alta qualidade com uma idade de árvore de mais de seis anos, que é dividido e decomposto em um feixe de fibra de rede reticulado contínuo, mantendo o arranjo original das fibras de bambu. Esta tecnologia de processamento permite que o bambu mantenha sua estrutura natural, melhorando significativamente sua dureza e durabilidade por meio de tratamento em alta temperatura e alta pressão. Sua uniformidade de densidade é melhor que a da madeira tradicional e possui boa resistência a insetos e mofo. O teor de umidade é controlado em um nível apropriado para evitar deformações e rachaduras causadas por mudanças de umidade. Além disso, ao controlar com precisão a dosagem para garantir que as fibras de bambu estejam firmemente ligadas, o processo de aquecimento e cura pressurizado completa a moldagem da peça bruta sob milhares de toneladas de pressão, aumentando ainda mais a estabilidade geral do material. Essas características fornecem uma base material sólida para o projeto estrutural de painéis de cerca de bambu para serviços pesados.

2. Requisitos funcionais de painéis de cerca de bambu pesados
As cercas de bambu resistentes são usadas principalmente em cenas externas de alta carga e precisam ter os seguintes desempenhos principais: Primeiro, elas podem suportar grandes impactos externos, como colisões entre pessoas e veículos ou cargas de vento natural; segundo, podem adaptar-se a ambientes húmidos para evitar falhas estruturais devido a alterações no teor de humidade; terceiro, têm durabilidade a longo prazo e reduzem custos de manutenção; quarto, estão em conformidade com os conceitos de protecção ambiental e reflectem o valor do desenvolvimento sustentável. Pelas características dos produtos de bambu e madeira, a superfície dos materiais pesados ​​​​de bambu é adequada para ambientes úmidos após tratamento especial, e não há necessidade de pintura frequente para anticorrosão. A limpeza diária pode manter o desempenho, o que garante o funcionamento estável dos painéis de vedação em ambientes complexos. A textura e a cor naturais do bambu podem realçar a beleza dos espaços exteriores, e o equilíbrio entre função e estética deve ser levado em consideração no projeto estrutural.

Teorias centrais do projeto de estrutura de suporte interno

1. Aplicação de princípios mecânicos em estruturas de suporte
Força é a capacidade de um material resistir a danos e rigidez é a capacidade de resistir à deformação. Para cercas de bambu resistentes, a rigidez insuficiente fará com que a estrutura se deforme demais sob carga, afetando a segurança e a aparência. De acordo com a teoria da mecânica dos materiais, a rigidez estrutural está intimamente relacionada ao módulo de elasticidade do material, ao momento de inércia da seção e ao layout da estrutura de suporte. O módulo de elasticidade do material de bambu pesado de bambu é melhorado pelo tratamento de alta temperatura e alta pressão, e o design razoável da estrutura de suporte interno pode aumentar ainda mais o momento de inércia da seção, melhorando assim a rigidez geral.
As cargas que os painéis pesados ​​​​de cerca de bambu podem suportar incluem: cargas verticais (como seu próprio peso), cargas horizontais (como força do vento, força de impacto) e cargas dinâmicas (como vibrações geradas pela passagem de veículos). O projeto da estrutura de suporte precisa esclarecer o caminho de transferência de carga para garantir que a carga possa ser efetivamente transferida para a fundação através de componentes como nervuras e grades de reforço. Por exemplo, a colocação de nervuras de reforço na direção horizontal pode transferir a força do vento para as colunas, e o layout da grade vertical pode dispersar o peso próprio e a carga superior para evitar a concentração de tensão local.

2. Projeto biônico e de otimização estrutural
O próprio bambu é uma estrutura mecânica eficiente e seus nós de bambu são equivalentes a anéis de reforço naturais. A estrutura oca da parede de bambu reduz o seu próprio peso, mantendo uma elevada rigidez à flexão. No projeto de painéis pesados ​​de cerca de bambu, o efeito de reforço dos nós de bambu pode ser simulado, e nervuras de reforço circulares ou transversais podem ser definidas na estrutura de suporte para simular o efeito de aumento de rigidez dos nós de bambu nas hastes de bambu. Ao mesmo tempo, com base nas características do arranjo longitudinal das fibras de bambu, nervuras de reforço longitudinais são colocadas dentro dos painéis da cerca para aumentar a rigidez à tração ao longo da direção da fibra.
Usando tecnologia de otimização topológica, o software de elementos finitos é usado para simular a distribuição de tensão sob diferentes layouts de estrutura de suporte, remover materiais ineficientes e reter os principais caminhos de suporte de carga. Por exemplo, os parâmetros mecânicos do bambu e dos materiais pesados ​​​​de bambu (como o módulo de elasticidade e o coeficiente de Poisson) são usados ​​​​como entrada para estabelecer um modelo tridimensional de elementos finitos do painel da cerca, analisar a deformação e a tensão sob cargas típicas, otimizar a posição, o número e a forma da seção transversal das nervuras de reforço, tornar a distribuição do material mais alinhada com os requisitos mecânicos e melhorar a rigidez sem aumentar significativamente o peso.

Plano de projeto específico para estrutura de suporte interno

1. Projeto de nervura de reforço
Tipo e layout das nervuras de reforço
Nervuras de reforço longitudinais: instaladas ao longo do comprimento do painel da cerca, o número é determinado de acordo com a largura do painel, e geralmente uma é colocada a cada 200-300mm. Adota uma seção transversal retangular com um tamanho de seção transversal de 20 mm × 30 mm. O material é o mesmo bambu pesado da tábua da cerca e é conectado ao painel por encaixe e espiga ou cola. As nervuras de reforço longitudinal podem aumentar a rigidez à flexão da placa da cerca ao longo da direção do comprimento e resistir à deformação flácida causada pelo grande vão.
Nervuras de reforço transversais: dispostas perpendicularmente à direção do comprimento, com espaçamento de 300-500 mm, e o tamanho da seção transversal pode ser ligeiramente menor que as nervuras de reforço longitudinais (como 15 mm × 25 mm). A função das nervuras de reforço transversais é conectar as nervuras de reforço longitudinais para formar um esqueleto de grade e transmitir cargas horizontais ao mesmo tempo. Em ambas as extremidades e na posição de suporte central da placa da cerca, as nervuras de reforço transversais podem ser criptografadas para aumentar a rigidez local.
Nervuras de reforço oblíquas: colocadas na direção diagonal da placa da cerca para formar uma estrutura de suporte triangular. O triângulo tem estabilidade e pode resistir eficazmente à deformação por cisalhamento e às cargas de torção. O tamanho da seção transversal das nervuras de reforço oblíquas é semelhante ao das nervuras de reforço transversais e estão conectadas às nervuras de reforço longitudinais e transversais através de nós de canto. Conectores de metal ou espigas de bambu podem ser usados ​​nos nós para aumentar a resistência da conexão.

Método de conexão entre reforço e painel
Conexão de cola: Use a cola ecologicamente correta desenvolvida de forma independente pela Ningguo Kuntai Bamboo and Wood Co., Ltd. para aplicar cola na superfície de contato entre o reforço e o painel e formar uma conexão integral por pressurização e cura. O processo de colagem com cola precisa controlar a quantidade de cola para garantir que a colagem seja firme e não transborde, evitando afetar a aparência e o desempenho ambiental.
Conexão de encaixe e espiga: Processe espigas e olhais de encaixe no painel e reforço e conecte-os através de encaixe e espiga. A estrutura de encaixe e espiga pode proporcionar um certo grau de resistência ao arrancamento e ao cisalhamento, ao mesmo tempo que mantém a textura natural do bambu, o que está em linha com o conceito de proteção ambiental. Para peças de carga pesada, a conexão com cola, encaixe e espiga pode ser combinada para melhorar a confiabilidade da conexão.

2. Design de layout de grade
Seleção do formulário de grade
Grade retangular: É formada pela intersecção vertical de armaduras longitudinais e transversais, sendo esta a forma mais comum de disposição da grade. A grade retangular é fácil de construir e conveniente para produção padronizada e é adequada para cenas com distribuição de carga relativamente uniforme. O tamanho da malha pode ser ajustado de acordo com as especificações da placa da cerca e o tamanho da carga, geralmente 200 mm × 200 mm a 300 mm × 300 mm.
Malha de diamante: As nervuras de reforço diagonais são combinadas com as nervuras de reforço longitudinais e transversais para formar uma malha de losango. A direção diagonal da malha diamantada é forte, o que pode resistir melhor à carga diagonal e ao torque. É adequado para painéis de vedação que podem estar sujeitos a cargas complexas, como áreas próximas a estradas ou áreas que são frequentemente atingidas.
Malha de favo de mel: A estrutura hexagonal que imita o favo de mel é composta por múltiplas unidades hexagonais. A malha em favo de mel possui excelente resistência à compressão e flexão, e o material é distribuído uniformemente, o que pode proporcionar maior rigidez com o mesmo peso. No entanto, o processamento da malha em favo de mel é mais difícil e é necessário equipamento especial para corte e montagem. É adequado para painéis de cerca de bambu pesados ​​de alta qualidade com requisitos de rigidez extremamente altos.
Otimização da densidade da malha
A densidade da malha afeta diretamente a rigidez e o peso da placa da cerca. No projeto, a densidade ideal da malha precisa ser determinada através de cálculos mecânicos e experimentos. Para materiais pesados ​​de bambu, devido à sua densidade uniforme e alta resistência, o espaçamento da grade pode ser aumentado adequadamente para reduzir o peso, mantendo a rigidez através da otimização da seção transversal do reforço. Por exemplo, em áreas com pequenas cargas, o espaçamento da grade pode ser definido para 300mm×300mm, enquanto em áreas com cargas concentradas (como no meio da placa da cerca ou perto da coluna), o espaçamento da grade é reduzido para 200mm×200mm, e o tamanho da seção transversal do reforço é aumentado.

3. Projeto e reforço de nós
Tipo de nó e análise de força
Os nós da estrutura de suporte interna da placa da cerca incluem a intersecção de armaduras longitudinais e transversais, a intersecção de armaduras oblíquas e armaduras longitudinais e transversais, etc. Os nós são peças fundamentais para a transferência de carga e devem ter resistência e rigidez suficientes. As formas comuns de falha do nó incluem falha por cisalhamento e falha por rasgo, portanto, o projeto do nó precisa se concentrar na resistência ao cisalhamento e à tração.
Medidas de reforço de nós
Conectores metálicos: Use ângulos de aço inoxidável, parafusos e outras peças metálicas para conectar reforços nos nós. Conectores metálicos podem fornecer conexões mecânicas confiáveis, especialmente para cenários de carga pesada. Por exemplo, na intersecção dos reforços longitudinais e transversais, são utilizados códigos angulares de aço inoxidável para fixar as juntas com parafusos. A espessura dos códigos angulares não é inferior a 3 mm e o diâmetro dos parafusos não é inferior a 6 mm.
Reforços de bambu: materiais naturais como espigas e pregos de bambu são usados ​​para fortalecer os nós. Com base na conexão de encaixe e espiga, são inseridos pregos de bambu para posterior fixação. O diâmetro dos pregos de bambu é de 5 a 8 mm e o comprimento é determinado de acordo com a espessura do reforço para garantir que as duas camadas de reforço sejam penetradas. Os reforços de bambu são compatíveis com materiais pesados ​​de bambu e atendem aos requisitos de proteção ambiental.
Reforço de cola: Aumente a quantidade de cola no nó para formar uma camada de cola espessa para melhorar a resistência de ligação do nó. A espessura da camada de cola é controlada em 1-2 mm para evitar cura incompleta ou concentração de tensão devido à espessura excessiva da camada de cola.

Adaptação do projeto estrutural baseado no processo de Ningguo Kuntai Bamboo and Wood Co., Ltd.

1. A influência das propriedades dos materiais no projeto estrutural
As seguintes características dos materiais pesados de bambu precisam ser consideradas no projeto de estruturas de suporte:
Direção do arranjo das fibras: as fibras de bambu são dispostas ao longo da direção do comprimento e a resistência à tração longitudinal é significativamente maior do que a direção transversal. Portanto, o reforço longitudinal deve ser disposto ao longo da direção da fibra tanto quanto possível para aproveitar ao máximo as características de alta resistência do material, enquanto o reforço transversal precisa compensar o problema de resistência transversal insuficiente através de um projeto de seção transversal razoável.
Uniformidade de densidade: O processo de aquecimento e cura pressurizado uniformiza a densidade do material pesado de bambu, não sendo fácil apresentar defeitos como bordas colapsadas e fios saltados, o que garante a conexão estável da estrutura de suporte. No projeto, o projeto redundante de reforço causado por defeitos de material pode ser reduzido de forma adequada para otimizar o layout estrutural.
Desempenho da cola ecologicamente correta: A cola autodesenvolvida possui alta resistência de colagem e dosagem controlável, o que pode garantir a confiabilidade da ligação entre o reforço e o painel. No projeto do nó colado, a área de colagem necessária pode ser calculada de acordo com os parâmetros de resistência ao cisalhamento e à tração da cola para evitar o uso excessivo de cola que afete o desempenho ambiental.

2. Sinergia de processos e otimização da produção
Combinado com o processo de aquecimento e cura pressurizado, o reforço e o painel podem ser prensados ao mesmo tempo na fase de formação da peça bruta para formar uma estrutura integral. Este processo integrado pode reduzir o processo de montagem subsequente e evitar danos materiais causados ​​pelo processamento secundário. Ao mesmo tempo, garante a ligação estreita entre a armadura e o painel e melhora a rigidez geral. Por exemplo, ao prensar peças em bruto de painéis de cerca, nervuras de reforço cruzadas são colocadas antecipadamente e milhares de toneladas de pressão são usadas para entrelaçar as nervuras de reforço com as fibras do painel para formar uma estrutura geral contínua.