Porovnání pevnosti kolíkových a čepových spojů u dřevěných oken

Ing. Milan Podlena

Doctoral thesis

The strength of dowel and tenon joints used on wooden windows and their comparison

Abstract:

Disertační práce byla vypracována formou jednotícího komentáře ke třem publikovaným vědeckým článkům. Jejím hlavním cílem bylo určení pevnosti rohových spojů mezi čepem a rozporem oproti kolíkovým spojům na dřevěných okenních křídlech. Zároveň byl výzkum zaměřen na testování pevnosti slepu lepidel a pevnost při vytahování různých kolíků. Okenní profily byly vyrobeny ze smrkového lepeného hranolu (dle standardu výrobců) s nejčastěji používanými profily šířky 78 a 92 mm. Pro testování rohových spojů byl prvně navržen univerzální metodický postup (včetně návrhu upínacího přípravku) s postupem vyhodnocení výsledků. Navrženou metodou tak byla prokázána hypotéza o vyšší pevnosti trojitého čepu a rozporu na základě velikostí ohybových momentů. Trojitý čep a rozpor dosáhl statisticky významně vyšších maximálních ohybových momentů (p < 0,05) v tahu (344 Nm) a tlaku (325 Nm) oproti kolíkovým spojům v tahu (167 Nm) i tlaku (168 Nm). Rozdílnost byla způsobena především odlišnou velikostí lepených ploch, kterou měl trojitý čep a rozpor oproti kolíkům o 29 % větší. Při testování došlo ke kohezivnímu porušení ve spirálovitých kolících z dubového dřeva. Individuálním testováním variant kolíků byla naměřena největší pevnost u spirálovitě rýhovaných kolíků (7,9 MPa). Navíc porovnáním dubových a bukových kolíků bylo prokázáno, že rozdíl ve dřevinách nebo mezi podélně a spirálovitě rýhovanými kolíky nemá statisticky významný vliv na pevnost lepeného spoje (p > 0,05). Na základě měření proto lze konstatovat, že u testovaného rohového spoje s kolíky bylo dosaženo maximální pevnosti.

Abstract:

This dissertation thesis was composed of a unifying comment to three published research articles. It aims to determine and compare the strength of mortise with tenon and dowels fabricated as corner joints on the wooden window sashes. Furthermore, the research also focused on the test of bond line strengths and the withdrawal strength of various dowels. Window profiles were manufactured from glue laminated timber made from spruce of the most commonly used frame depths of 78 and 92 mm. A universal methodology was developed firstly for testing of corner joints (including the fixing component) and secondly for the process of result evaluation. The proposed methodology thus confirmed the hypothesis of higher strength of triple mortise and tenon based on ascertained bending moments. The triple mortise and tenon achieved statistically significant higher maximum bending moments (p <0,05) in tension (344 Nm) and compression (325 Nm), versus dowels in tension (167 Nm) and compression (168 Nm). This difference was mainly caused by the ratio of glued areas, which was 29% higher for triple mortise and tenon. During the testing, cohesive failures occurred in spiral dowels that were manufactured from the oak. By individual testing of various dowels, the highest withdrawal strength of the multi-grooved dowels with spiral patterns (7,9 MPa) were measured. Moreover, by comparison of oak and beech dowels, the difference in wood species or between multi-grooved dowels with the spiral and straight patterns, did not have a statistically significant effect on the withdrawal strength (p > 0,05). Therefore, it is possible to conclude that the tested corner joint in the manufacture standard with dowels had achieved maximum strength.

Keywords

dřevěné okno, rohový spoj, čep a rozpor, kolíkový spoj, pevnost, ohybový moment, tuhost

Keywords

corner joint, dowel joint, stiffness, wooden window, tenon and mortise, strength, bending moment

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 7. 2018

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Martin Böhm, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Forestry and Wood Sciences

Doctoral programme / field:
Forestry Engineering / Wood Processing and Forest Machinery