Pevnost lepeného dřeva v závislosti na střídavém působení nízkých a vysokých teplot

Ing. Tomáš Kytka

Doctoral thesis

Strength of glued wood depending on alternating effects of low and high temperatures

Abstract:

Tato práce se zabývá možnostmi kombinace dřeva smrku (Picea abies (L.) H. Karst.), olše (Alnus glutinosa (L.) Gaertn.) a buku (Fagus silvatica L.) pro použití v lepeném lamelovém dřevě vystavené působení teplotního namáhání (+60 °C, -25 °C) a jeho cyklickým působením. Dřeviny byly na základě kombinačního klíče sestaveny do homogenních kombinací (BK, OL, SM), nehomogenních symetrických kombinací (K2, K3, K5) a nehomogenních asymetrických kombinací (K1 a K4). Nosníky byly lepeny pomocí dvou adhesiv, PUR a RPF. Práce obsahuje dva způsoby modelování vlastností kombinovaných nosníků, verifikovaných pomocí experimentálních zkoušek. Hlavními sledovanými parametry je hustota, modul pružnosti, ohybová pevnost, smyková pevnost a vliv teploty na tyto parametry. Součástí práce je zjištění základních požárních charakteristik, zejména rychlost uvolňování tepla a rychlost úbytku hmoty. Z výsledků je patrné, že analytický model vykazuje odchylku umístění neutrální osy do 5 % a při použití olše ve středových vrstvách model nadhodnocuje, zatímco při použití smrku, dochází k podhodnocování. Výsledek numerického modelu vykazuje průměrnou odchylku od reálných hodnot průhybu 1,1 mm, což odpovídá 9,6 %. Z homogenních nosníků dosahoval nejvyšších hodnot modulu pružnosti (MOE) a ohybové pevnosti (MOR) bukový nosník, zatímco olšový dosahoval nejnižších. Kombinací dřevin došlo ke zvýšení MOE i MOR, přičemž nejlepších výsledků dosáhla kombinace K5. Z výsledků smykové pevnosti dosahovala nejvyšších hodnot kombinace buk-buk (BB) a nejnižší olše-olše (OO), která měla téměř dvojnásobně nižší smykovou pevnost než lepené bukové dřevo. Hodnoty smykové pevnosti významně zvyšuje mrazení na -25 °C, zatímco u ohybových vlastností mají teplotní cykly významný vliv na modul pružnosti homogenních kombinací z buku a smrku. U kombinací dřevin je vliv cyklické změny teploty menší než u homogenních kombinací a není statisticky významný. Z testování požárních charakteristik vyplývá značný vliv bukového dřeva v povrchových vrstvách nosníků a vliv použitého adhesiva. PUR adhesivum častěji podléhalo delaminaci vlivem působení zvýšené teploty.

Abstract:

This thesis deals with the possibilities of combining wood from spruce (Picea abies (L.) H. Karst.), alder (Alnus glutinosa (L.) Gaertn.) and beech (Fagus silvatica L.) for use in glulam exposed to thermal stresses (+60 °C, -25 °C) and its cyclic influence. The wood species were assembled into homogeneous combinations (Beech, Alder, Spruce), inhomogeneous symmetrical combinations (K2, K3, K5) and inhomogeneous asymmetrical combinations (K1 and K4) based on a combination key. The beams were bonded using two adhesives, PUR and RPF. The work includes two ways of modelling the properties of the combined beams, verified by experimental tests. The main parameters studied are density, modulus of elasticity, bending strength, shear strength and the effect of temperature on these parameters. The work includes the determination of basic fire characteristics, e.g. heat release rate and mass loss rate. Analytical model shows a deviation in the location of the neutral axis of no more than 5% and overestimates the model when alder is used in the middle layers, whereas when spruce is used, there is underestimation. The result of the numerical model shows an average deviation from the real deflection values of 1.1 mm (9.6 %). Among the homogeneous beams, the beech beam had the highest modulus of elasticity (MOE) and bending strength (MOR) values, while the alder beam had the lowest. The combination of wood species increased both MOE and MOR, with the best results achieved by the K5 combination. In terms of shear strength results, the beech-beech (BB) combination achieved the highest values, and the alder-alder (OO) combination achieved the lowest values. Shear strength was significantly increased by freezing at -25 °C, while for bending properties, temperature cycles have a significant effect on the elastic modulus of homogeneous beech and spruce combinations. For combined glulams, the effect of temperature cycling is lower than for the homogeneous combinations and is not statistically significant. The fire performance testing shows a significant influence of beech wood in the surface layers of the beams and the influence of the adhesive used. The PUR adhesive was more likely to undergo delamination due to higher temperatures.

Keywords

pevnost, lepené dřevo, střídání teplot, nízké teploty

Keywords

strength, alternating temperatures, low temperatures, glued laminated timber

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 9. 5. 2024

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Miroslav Gašparík, PhD.
• Reader: Daniela Tesařová, externi, Petr Ptáček, externi, Rastislav Lagaňa, Ing., externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Forestry and Wood Sciences

Doctoral programme:
Fire Protection of Forest, Timber and Wood-based Materials