Scientific Substantiation of Aspen Wood Use in Wooden Glued Structures
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-6-149-161Keywords:
glued structures, wooden house construction, wood, coniferous species, aspen, internal stresses, dimensions of blanks, glue joint strengthAbstract
One of the promising materials for construction are wooden glued structures. According to the current regulatory documents, for the production of such structures coniferous wood is usually used, the reserves of which in industrially developed areas have significantly decreased over the last decades. At the same time, in a number of regions of Russia there is a significant raw material reserve of aspen wood, which has been successfully used in the construction of buildings and structures for many centuries. Its physical and mechanical characteristics differ from pine wood from 3.2 to 18.6 %. Therefore, it can be considered as an alternative source of raw materials for wooden house construction enterprises. To assess the degree influence of the combination of coniferous and aspen wood on the strength of the glue joint, as one of the main indicators of the quality of wooden glued structures, a set of theoretical and experimental studies was carried out. Maximum tangential and normal stresses of glue joint in pine and aspen blanks, which are significantly higher than those of solid wood, were determined by calculation. The values of shear strength in glued pine and aspen lamellas (4.46–8.06 MPa), obtained during the experiments at the 1st stage of research, were close to the strength of solid wood. At the 2nd stage the method of dispersion analysis was used, the results confirmed the assumption that when gluing lamellas up to 20 mm thick, the difference in the strength of the glue joint of structures made of pine and structures made of pine and aspen is insignificant. The obtained data serve as a basis for further work on diversification of raw material resources in the production of wooden glued structures due to the involvement of low-demand aspen wood in processing.
For citation: Titunin A.A., Gevorgyan M.S., Fedotov A.A., Vakhnina T.N., Susoeva I.V. Scientific Substantiation of Aspen Wood Use in Wooden Glued Structures. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2023, no. 6, pp. 149–161. (In Russ.). https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-6-149-161
Downloads
References
Антипов Д.В. Прочность и деформативность клеедеревянной балки с учетом времени, влажности и температуры эксплуатации: автореф. дис. … канд. техн. наук. Воронеж, 2010. 18 с. Antipov D.V. Strength and Deformability of a Glued-Wood Beam, Considering Time, Humidity and Operating Temperature: Cand. Tech. Sci. Diss. Abs. Voronezh, 2010. 18 p. (In Russ.).
Ашкенази Е.К. Анизотропия древесины и древесных материалов. М.: Лесн. пром-сть, 1978. 224 с. Ashkenazi E.K. Anisotropy of Wood and Wood Materials. Moscow, Lesnaya promyshlennost, Publ., 1978. 224 p. (In Russ.).
Багаев С.С., Багаев Е.С., Дудин В.А. Об оставлении на корню перестойной осины при проведении сплошных рубок в смешанных древостоях // Лесохоз. информ.: электрон. сетевой журн. 2016. № 3. С. 107–114. Режим доступа: http://lhi.vniilm.ru/index.php/ru/bagaev-s-s-bagaev-e-s-dudin-v-a-ob-ostavlenii-na-kornyu-perestojnoj-osiny-pri-provedenii-sploshnykh-rubok-v-smeshannykh-drevostoyakh (дата обращения: 24.10.23). Bagaev S.S., Bagaev E.S., Dudin V.A. On Leaving Overmature Aspen at the Root During Clear-Cutting in Mixed Stands. Lesohozyaistvennaya informaciya: elektronnii setevoi jurnal = Forestry information: electronic online journal, 2016, no. 3, pp. 107–114. (In Russ.).
Борисов А.Ю. Совершенствование технологии переработки древесины осины в кровельный материал с учетом природных и производственных условий: дис. … канд. техн. наук. Петрозаводск, 2017. 153 с. Borisov A.Yu. Improving the Technology of Processing Aspen Wood into Roofing Material, Considering Natural and Production Conditions: Cand. Tech. Sci. Diss. Petrozavodsk, 2017. 153 p. (In Russ.).
Глухих В.Н., Кирютина С.Е., Богданова А.С. Влияние начальных напряжений в древесине на прочность и формоустойчивость деревянных конструкций // Изв. ПГУБС. 2017. № 3. С. 523–531. Glukhikh V.N., Kiryutina S.E., Bogdanova A.S. The Influence of Primary Stress in Wood on Stiffness and Shape Retention of Timber Constructions. Izvestiya Peterburgskogo universiteta putei soobscheniya = Proceedings of Petersburg Transport University, 2017, no. 3, pp. 523–531. (In Russ.).
Глухих В.Н., Черных А.Г., Данилов Е.В. Деревянные конструкции с применением когтевых шайб и учетом начальных напряжений древесины: моногр. СПб., 2018. 284 с. Glukhikh V.N., Chernykh A.G., Danilov E.V. Wooden Structures Using Claw Washers and Taking Into Account the Initial Stresses of Wood. Saint Petersburg, 2018. 284 p. (In Russ.).
Ерошкина Н.А., Коровкин М.О. Влияние параметров процесса склеивания древесины на прочность клеевого соединения // Системы. Методы. Технологии. 2018. № 3(39). С. 149–153. Eroshkina N.A., Korovkin М.О. Influence of Wood Gluing Process Parameters on Glue Bond Strength. Sistemi. Metodi. Tehnologii = Systems. Methods. Technologies, 2018, vol. 3, iss. 39, pp. 149–153. (In Russ.). https://doi.org/10.18324/2077-5415-2018-3-149-153
Иванов Ю.М., Славик Ю.Ю. Оценка длительной прочности древесины при изгибе по результатам кратковременных испытаний // Изв. вузов. Лесн. журн. 1981. № 2. С. 66–70. Ivanov Yu.M., Slavik Yu.Yu. Evaluation of the Long-Term Strength of Wood in Bending According to the Results of Short-Term Tests. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 1981, no. 2, pp. 66–70. (In Russ.).
Кирютина С.Е. Совершенствование технологии и повышение эксплуатационной надежности деревянных стеновых конструкций из клееного бруса: автореф. дис. … канд. техн. наук. СПб., 2018. 19 с. Kiryutina S.E. Improving the Technology and Increasing the Operational Reliability of Wooden Wall Structures Made of Glued Laminated Timber: Cand. Tech. Sci. Diss. Abs. Saint Petersburg, 2018. 19 p. (In Russ.).
Кузнецова Н.Ф., Сауткина М.Ю. Состояние лесов и динамика их породного состава в Центральном федеральном округе // Лесохоз. информ.: электрон. сетевой журн. 2019. № 2. С. 25–45. Режим доступа: http://lhi.vniilm.ru/PDF/2019/2/LHI_2019_02-03-Kuznecova.pdf (дата обращения: 24.10.23). Kuznetsova N.F., Sautkina M.Yu. Forest State and Dynamics of their Species Composition in the Central Federal District. Lesohozyaistvennaya informaciya: elektronnii setevoi jurnal = Forestry information: electronic online journal, 2019, no. 2, pp. 25–45. (In Russ.).
Леонович О.К., Судникович С.П. Исследование прочностных и теплофизических свойств деревянных строительных конструкций // Тр. БГТУ. № 2. Лесн. и деревообраб. пром-сть. 2013. № 2(158). С. 135–137. Leonovich O.K., Sudnikovich S.P. Study of Strength, and Thermal Properties of Wooden Building Structures. Proceedings of BSTU, 2013, vol. 2, iss.158, pp. 135–137. (In Russ.).
Линьков Н.В. К вопросу о методике определения прочностных характеристик клеевых соединений деревянных конструкций // Изв. высш. учебн. заведений. Технология текстил. пром-сти. 2021. № 3(393). С. 153–158. Linkov N.V. To the Question of the Method for Determining the Strength Characteristics of Adhesive Joints of Wooden Structures. Tekhnologiya Tekstil’noi Promyshlennosti = Textile Industry Technology, 2021, vol. 3, iss. 393, pp. 153–158. (In Russ.). https://doi.org/10.47367/0021-3497_2021_3_153
Мазаник Н.В., Божелко И.К. Эксплуатационные характеристики клеев для составных деревянных конструкций // Тр. БГТУ. № 2. Лесн. и деревообраб. пром-сть. 2016. № 2(184). С. 136–139. Mazanik N.V., Bozhelko I.K. Operating Characteristics of Glues Intended for Combined Wooden Structures. Proceedings of BSTU, 2016, vol. 2, iss. 184, pp. 136–139. (In Russ.).
Мелехов В.И., Рудная Н.С. Влияние микрорельефа сопрягаемых поверхностей древесины на прочность склеивания // Изв. вузов. Лесн. журн. 2014. № 6. С. 89–100. Melekhov V.I., Rudnaya N.S. The Influence of Wood Surface Microrelief on the Bond Quality. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2014, no. 6, pp. 89–100. (In Russ.).
Овсянников С.И., Шаповалов Д.Ю. Повышение прочности клеевых соединений деревянных конструкций // Вестн. науки и образования Сев.-Зап. России. 2018. Т. 4, № 4. С. 36–41. Ovsyannikov S.I., Shapovalov D.Yu. Increase in Durability of Glue Connections of Wooden Designs. Vestnik nauki i obrazovaniya Severo-Zapada Rossii = Journal of Science and Education of North-West Russia, 2018, vol. 4, no. 4, pp. 36–41. (In Russ.).
Онегин В.И., Чубинский А.Н. Промышленное использование древесины осины – эффективное направление устойчивого управления лесами // Зап. Горн. ин-та. 2001. Т. 149. С. 225–227. Onegin V.I., Chubinskii A.N. Industrial Use of Aspen Wood is an Effective Direction for Sustainable Forest Management. Zapiski Gornogo instituta = Journal of Mining Institute, 2001, vol. 149, pp. 225–227. (In Russ.).
Попов В.М., Иванов А.В., Латынин А.В., Посметьев В.В. Моделирование процесса формирования внутренних напряжений в клеевых прослойках клееной древесины при воздействии постоянным магнитным полем // Лесотехн. журн. 2011. № 4. С. 47–51. Popov V.M., Ivanov A.V., Latynin A.V., Posmetiev V.V. Modeling the Process of Formation of Internal Stresses in the Adhesive Interlayers of Glued Wood Under the Influence of a Constant Magnetic Field. Lesotehnicheskii jurnal = Forest Engineering Journal, 2011, no. 4, pp. 47–51. (In Russ.).
Рощина С.И. Армирование – эффективное средство повышения надежности и долговечности деревянных конструкций // Изв. вузов. Лесн. журн. 2008. № 2. С. 71–74. Roshchina S.I. Reinforcement – Efficient Means of Increasing Reliability and Durability of Wooden Structures. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2008, no. 2, pp. 71–74. (In Russ.).
Рыкунин С.Н., Кривощёков Н.В. Влияние изменения параметров сосновых пиломатериалов на формирование качества стенового клееного бруса // Лесн. вестн. / Forestry Bulletin. 2017. Т. 21, № 6. С. 50–53. Rykunin S.N., Krivoshchekov N.V. The Influence of Changing the Parameters of Pine Lumber on the Formation of the Quality of Glued Wall Beams. Lesnoi vestnik = Forestry Bulletin, 2017, vol. 21, no. 6, pp. 50–53. (In Russ.).
Серов Е.Н., Лабудин Б.В. Клееные деревянные конструкции: состояние и проблемы развития // Изв. вузов. Лесн. журн. 2013. № 2. С. 137–146. Serov E.N., Labudin B.V. Glued Timbering: Present State and Development Problems. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2013, no. 2, pp. 137–146. (In Russ.).
Титунин А.А. Научные основы получения конкурентоспособных строительных материалов из низкосортной древесины и древесных отходов: дис. … д-ра техн. наук. Иваново, 2011. 442 с. Titunin A.A. Scientific Bases for Obtaining Competitive Building Materials from Low-Grade Wood and Wood Waste: Doc. Tech. Sci. Diss. Ivanovo, 2011. 442 p. (In Russ.).
Усачева В.Л. Формирование клееных материалов из уплотненной древесины осины: дис. … канд. техн. наук. СПб., 2006. 193 с. Usacheva V.L. Formation of Glued Materials from Compacted Aspen Wood: Cand. Tech. Sci. Diss. Saint Petersburg, 2006. 193 p. (In Russ.).
Фрейдин А.С., Вуба К.Т. Прогнозирование свойств клеевых соединений древесины. М.: Лесн. пром-сть, 1980. 223 с. Freidin A.S., Vuba K.T. Forecasting the Properties of Adhesive Joints of Wood. Moscow, Lesnaya promyshlennost Publ., 1980. 223 p. (In Russ.).
Циулин Е.Ю., Шмидт А.Б. Численное моделирование модуля упругости LVL с различным сочетанием взаимно перпендикулярных слоев шпона // Изв. вузов. Лесн. журн. 2018. № 6. С. 138–148. Tsiulin E.Yu., Shmidt A.B. Numerical Simulation of LVL Elastic Modulus with Different Combinations of Mutually Perpendicular Veneer Layers. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2018, no. 6, pp. 138–148. (In Russ.). https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2018.6.138
Шарапов Е.С., Королев А.С., Хисамеева А.Р. Исследование влияния термической обработки древесины сосны (Pinus sylvestris) на качество клеевых соединений в клееных деревянных конструкциях // Вестн. КНИТУ. 2014. Т. 17, № 5. С. 38–41. Sharapov E.S., Korolev A.S., Hisameeva A.R. Study of the Influence of Heat Treatment of Pine Wood (Pinus sylvestris) on the Quality of Adhesive Joints in Glued Wooden Structures. Vestnik kazanskogo tehnologicheskogo universiteta = Bulletin of Kazan Technological University, 2014, vol. 17, no. 5, pp. 38–41. (In Russ.).
Шереметьева Т.В., Титунин А.А. Обоснование использования осины в производстве деревянных клееных конструкций // Лесн. вестн. 2008. № 6. С. 63–67. Sheremetyeva T.V., Titunin A.A. Rationale for the Use of Aspen in the Production of Glued Wooden Structures. Lesnoi vestnik = Forestry Bulletin, 2008, no. 6, pp. 63–67. (In Russ.).
Ярцев В.П., Антипов Д.В. Прочность и долговечность клеедеревянных балок с учетом влажности, температуры и времени эксплуатации // Вестн. ТГТУ. 2011. Т. 17, № 3. С. 780–789. Yartsev V.P., Antipov D.V. Strength and Durability of Laminated Glued Timbers with Allowance for Humidity, Temperature, and In-Service Time. Vestnik TSTU = Bulletin of TSTU, 2011, vol. 17, no. 3, pp. 780–789. (In Russ.).
Ariskin M.V., Martyshkin D.O., Vanin I.V. Mathematical Modeling of Stress-Strain State of Elements of Joints of Wooden Structures on Glued Fiberglass Washers. Journal of Physics, Conference Series, 2021, vol. 2131, art. 032095. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2131/3/032095
Lukin M.V., Roshchina S.I., Gribanov A.S., Naychuk A.Ya. Stress-strain State of Wooden Beams with External Reinforcement. IOP Conference. Series: Materials Science and Engineering, 2020, vol. 896, art. 012066. https://doi.org/10.1088/1757-899X/896/1/012066
Makomra V., Lissouck R.O., Pommier R., Ngoc A.P., Breysse D., Denaud L., Max L., Ohandja A. Analysis of Drying Stresses in Green-Glued Plywood of Bete (Mansonia аltissima) Specie. Journal of Wood Science, 2020, vol. 66, art. 70. https://doi.org/10.1186/s10086-020-01911-1
Roshchina S., Lukin M., Lisyatnikov M., Koscheev A. The Phenomenon for the Wood Creep in the Reinforced Glued Wooden Structures. MATEC Web of Conferences, 2018, vol. 245, art. 03020. https://doi.org/10.1051/matecconf/201824503020
Rusakov D., Sokolova E., Varankina G., Chubinsky A. Research of Strength of Gluing of Wood. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2020, vol. 574, art. 012070. https://doi.org/10.1088/1755-1315/574/1/012070
Sergeev M., Lukina A., Zdralovic N., Reva D. Stress–strain State of a Wood-glued Three-Span Beam with Layer-By-Layer Modification. Proceedings of MPCPE, 2021, vol. 182, pp. 485–491. https://doi.org/10.1007/978-3-030-85236-8_43
Vital B.R., Maciel A.S., Della Lucia R.M. Quality of Wood Joints Glued with Wood Veneers from Three Trunk Regions of Eucalyptus grandis, Eucalyptus saligna and Pinus elliottii. Revista Árvore, 2006, vol. 30, iss. 4, pp. 637–644. https://doi.org/10.1590/S0100-67622006000400017
