پیوندهای مفید
اخبار و اعلانات
آمار
| تعداد نشریات | 127 |
| تعداد شمارهها | 7,195 |
| تعداد مقالات | 77,225 |
| تعداد مشاهده مقاله | 157,166,374 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 118,378,167 |
بررسی تجربی رفتار خمشی و فشاری تیرهای LVL ساختهشده از ضایعات روکش صنوبر تقویتشده با پارچه و میلگرد GFRP | ||
| نشریه جنگل و فرآورده های چوب | ||
| دوره 79، شماره 1، خرداد 1405، صفحه 81-94 اصل مقاله (1.31 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22059/jfwp.2026.409592.1388 | ||
| نویسندگان | ||
| محبوبه زور؛ محمد عربی* ؛ علی بیات کشکولی | ||
| گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکدة منابع طبیعی، دانشگاه زابل، زابل، ایران. | ||
| چکیده | ||
| مقدمه: در دهههای اخیر، تیرهای مهندسی لایهای نظیر Laminated Veneer Lumber(LVL) بهدلیل یکنواختی خواص مکانیکی، قابلیت طراحی مهندسیشده و کاهش اثر عیوب طبیعی چوب، جایگاه ویژهای در صنعت ساختوساز یافتهاند. ساختار چندلایة این تیرها امکان جهتدهی کنترلشده الیاف چوب را فراهم کرده و منجر به بهبود مقاومت خمشی، کششی و مدول الاستیسیته در مقایسه با چوب ماسیو میشود. با وجود مزایای فنی، تولید LVL و سایر تیرهای لایهای مهندسیشده با چالشهایی نظیر مصرف بالای مواد اولیة مرغوب و ایجاد حجم قابلتوجهی از ضایعات چوبی در فرآیندهای روکشگیری، لایهگیری و کنارهبری همراه است. مطالعات نشان دادهاند که بین ۱۵ تا ۳۰ درصد از حجم اولیة چوب بهصورت ضایعات غیرقابل استفاده باقی میماند. این ضایعات در گونههای تندرشد مانند صنوبر بهدلیل دانسیتة پایین، پایداری ابعادی محدود و حساسیت به عیوب طبیعی، اهمیت بیشتری دارند. بر این اساس، پژوهش حاضر با هدف ارزیابی امکان تولید تیرهای LVL با سطح مقطع بزرگ از ضایعات کنارهبری روکش و لایههای صنوبر و بررسی تأثیر تقویت با پارچه و میلگردهای GFRP بر خواص مکانیکی و مد شکست این تیرها انجام شد. انتظار میرود نتایج این تحقیق ضمن ارائة راهکاری عملی برای بازیافت ضایعات چوبی، به توسعة دانش فنی در زمینة تقویت تیرهای چوبی مهندسیشده و کاربرد گستردهتر آنها در سازههای پایدار کمک نماید. روش پژوهش: لایههای چوب صنوبر (Populus deltoides) مورد استفاده در این پژوهش از ضایعات کارخانة روکش و تختهلایه در نیشابور تأمین شدند. لایهها به ابعاد 500 در 2 میلیمتر (بهترتیب طول و ضخامت) و حداقل عرض 250 میلیمتر برش داده شدند . در فرآیند ساخت صفحههای LVL از چسب اوره-فرمالدهید با 60 درصد مادة جامد (شرکت سامد) مورد استفاده قرار گرفت. پس از دوربری، صفحههای LVL به ابعاد 450 در 2 میلیمتر و عرضهای متفاوت (حداقل عرض 250 میلیمتر) تهیه شدند. بهمنظور تولید تیرهای با ابعاد بزرگتر، چهار بلوک LVL با سطح مقطع 20×20 میلیمتر و طول 450 میلیمتر کنار یکدیگر قرار داده شدند و تیرهایی با سطح مقطع مربعی 40×40 میلیمتر و طول 450 میلیمتر ساخته شد. نحوة اتصال چهار تیر کوچک به این صورت بود که در هر تیمار، تیرهای مجاور از پهلو صرفاً با چسب اپوکسی به یکدیگر متصل شدند، در حالیکه در سطوح روبهروی تیرها، علاوه بر چسب اپوکسی، عامل تقویتی نیز بهکار رفت. در تیمار تقویت با الیاف شیشه، یک لایه پارچة GFRP بهصورت پیوسته در سراسر سطح مقطع میانی قرار داده شد، در حالیکه در تیمار تقویت با میلگرد کامپوزیتی، دو میلگرد GFRP با قطر 6 میلیمتر در شیارهای از پیش تعبیهشده جایگذاری و پس از آغشته شدن به چسب اپوکسی، تیرهای مقابل بهصورت دو به دو به یکدیگر متصل شدند آزمونهای مقاومت خمشی و فشاری مطابق با استاندارد EN 408 انجام شدند. نتایج: نتایج آزمون خمشی نشان داد که تقویت با پارچه GFRP و میلگرد کامپوزیتی بهترتیب موجب افزایش 11 و 19 درصدی مقاومت خمشی نسبت به نمونه شاهد شد. همچنین، تغییر پارچه از نوع یکجهته به دوجهته باعث کاهش 26 درصدی مقاومت خمشی گردید که حاکی از نقش تعیینکنندة جهتگیری الیاف در مسیر تنشهای خمشی است. مدول الاستیسیته نیز در نمونههای تقویتشده با پارچه و میلگرد GFRP بهترتیب حدود 11 و 19 درصد بهبود یافت. در مجموع، پارچه یکجهته عملکرد بهتری نسبت به نوع دوجهته و میلگرد آجدار عملکرد بهتری نسبت به نوع صاف از خود نشان دادند. در آزمون مقاومت فشاری موازی الیاف، تقویت با پارچة GFRP و میلگرد GFRP بهترتیب افزایش 17 و 33 درصدی را نسبت به نمونه شاهد بههمراه داشت. این نتایج نشان میدهد که میلگردهایGFRP، بهویژه نوع آجدار، تأثیر چشمگیرتری در بهبود هر دو خاصیت خمشی و فشاری دارند. نتیجهگیری: این مطالعه بهوضوح نشان داد که ضایعات حاصل از لایهگیری چوب صنوبر پتانسیل بالایی برای تولید LVL با کارایی قابل قبول دارند و تقویت با کامپوزیتهای GFRP میتواند خواص مکانیکی این فرآورده را بهطور قابلتوجهی افزایش دهد. بهترین عملکرد در نمونههای تقویتشده با میلگرد آجدار GFRP مشاهده شد که افزایش 19 درصدی در مقاومت خمشی و 33 درصدی در مقاومت فشاری را فراهم کرد. با توجه به یافتهها، استفاده از پارچه یکجهته و میلگردهای آجدار GFRP برای کاربردهای سازهای این نوع LVLها توصیه میشود. این رویکرد میتواند گامی مؤثر در جهت بازیابی ضایعات چوبی و تولید محصولات با ارزش افزوده بالا در صنعت کامپوزیتهای چوب-پلیمر باشد. | ||
| کلیدواژهها | ||
| پارچه الیاف شیشه؛ تیرهای LVL؛ تقویت تیر؛ ضایعات روکش چوب صنوبر؛ مقاومت خمشی؛ میلگرد آجدار | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Experimental investigation of the flexural and compressive behavior of LVL beams manufactured from poplar veneer waste reinforced with GFRP fabrics and rebars | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Mahbibeh Zoor؛ Mohammad Arabi؛ Ali Bayat Kashkoli | ||
| Department of Wood and Paper Industries, Faculty of Natural Resources, University of Zabol, Zabol, Iran. | ||
| چکیده [English] | ||
| Introduction: In recent decades, engineered wood products such as Laminated Veneer Lumber (LVL) have gained significant prominence in the construction industry owing to their uniform mechanical properties, engineered design capability, and reduced influence of natural wood defects. Despite these technical advantages, the production of LVL and other engineered laminated beams is associated with challenges including high consumption of premium raw materials and the generation of substantial volumes of wood waste during peeling, layering, and edging operations. Studies have indicated that between 15% and 30% of the initial wood volume remains as unusable waste. This waste holds particular significance in fast-growing species such as poplar due to their low density, limited dimensional stability, and susceptibility to natural defects. Accordingly, the present study was conducted to evaluate the feasibility of manufacturing large cross-section LVL beams from poplar veneer edging and layering waste, and to investigate the effect of reinforcement with fabric and GFRP rebars on the mechanical properties and failure modes of these beams. It is anticipated that the findings of this research will provide a practical solution for wood waste recycling while contributing to the advancement of technical knowledge in the field of reinforced engineered wood beams and promoting their broader application in sustainable structures. Method: The layers of poplar wood (Populus deltoides) were supplied from the waste of a veneer and plywood factory in Neyshabur, Iran. The layers were cut to dimensions of 500 x 2 mm (length and thickness, respectively) and a minimum width of 250 mm. In the process of manufacturing LVL panels, urea-formaldehyde adhesive with 60% solids (Samad Company) was used. After telescoping, LVL panels of dimensions of 450 x 2 mm and different widths (minimum width 250 mm) were prepared. In order to produce beams with larger dimensions, four LVL blocks with a cross-section of 20 x 20 mm and a length of 450 mm were placed next to each other, and beams with a square cross-section of 40 x 40 mm and a length of 450 mm were made. The connection of the four small beams was such that in each treatment, adjacent beams were connected to each other from the sides only with epoxy adhesive, while on the facing surfaces of the beams, in addition to epoxy adhesive, a reinforcing agent was also used. In the glass fiber reinforcement treatment, a layer of GFRP fabric was placed continuously across the entire mid-section, while in the composite rebar reinforcement treatment, two 6 mm diameter GFRP rebars were placed in pre-installed grooves and after being impregnated with epoxy adhesive, the opposing beams were connected to each other in pairs. Flexural and compressive strength tests were performed in accordance with EN 408 standard. Results: The results of the bending test showed that reinforcement with GFRP fabric and GFRP rebar increased the flexural strength by 11% and 19%, respectively, compared to the control sample. Also, changing the fabric from unidirectional to bidirectional reduced flexural strength by 26%, which indicates the decisive role of fiber orientation in the path of flexural stresses. The modulus of elasticity was also improved by about 11% and 19% in the samples reinforced with GFRP fabric and GFRP rebar, respectively. Overall, one-way fabric showed better performance than bidirectional type and GFRP ribbed rebar showed better performance than flat type. In the parallel compressive strength test of the fibers, reinforcement with GFRP fabric and GFRP rebar increased by 17% and 33%, respectively, compared to the control sample. These results show that GFRP rebars, especially the ribbed type, have a more significant effect on improving both flexural and compressive properties. Conclusion: This study clearly demonstrated that poplar wood peeling waste has high potential for producing LVL with acceptable performance and reinforcement with GFRP composites can significantly enhance the mechanical properties of this product. The best performance was observed in samples reinforced with GFRP ribbed rebar, which provided a 19% increase in flexural strength and 33% in compressive strength. According to the findings, the use of unidirectional fabric and GFRP ribbed rebars for structural applications of this type of LVLs is recommended. This approach can be an effective step towards recycling wood waste and producing high value-added products in the wood-polymer composites industry. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Bending strength, Compressive strength, GFRP, Mechanical reinforcement, Laminated Veneer Lumber (LVL), Poplar wood peeling waste | ||
| مراجع | ||
|
[1] Smith, J., Brown, L. & Taylor, M. (2022). Engineered wood products in modern construction. Construction and Building Materials, 320, 126234. [2] Jones, R. & Patel, K. (2021). Structural applications of laminated timber beams. Journal of Structural Engineering, 147(5), 04021045. [3] Kärkkäinen, L., Matala, J., Härkönen, K., Kellomäki, S. & Nuutinen, T. (2008). Potential recovery of industrial wood and energy wood raw material in different cutting and climate scenarios for Finland. Biomass and Bioenergy, 32(10), 934-943. [4] Ogunwusi, A.A. (2014). Wood waste generation in the forest industry in Nigeria and prospects for its industrial utilization. [5] Qian, J., Yue, K., Li, X., Pu, Y., Chen, K., Wu, P. and Zhang, Z. (2024). Strength grading of full-scale Chinese fast-growing poplar wood for structural building applications. Forests, 15(9), 1602. [6] Zhang, Z., Guo, Q., Huang, X., Zhang, Q., Fan, J. & Huang, J. (2023). Research progress of reinforced modification of fast-growing wood. Coatings, 14(1), 53. [7] Kamperidou, V., Aidinidis, E. & Barboutis, I. (2020). Physical and mechanical properties of poplar veneers. Wood Material Science & Engineering, 15(3), 174-182. [8] Guo, J., Zhao, Y., Zhu, S., Liu, X. & Feng, X. (2023). Defects and utilization potential of poplar veneers. Journal of Wood Science, 69, 12. [9] Zhang, Y., Li, H. & Wang, Q. (2023). Circular economy in wood-based materials. Sustainability, 15(4): 2156. [10] Raftery, G.M. & Harte, A.M. (2011). Low-grade glulam reinforced with FRP. Construction and Building Materials, 25(1), 266-275. [11] Toumpanaki, E. and Ramage, M.H. (2021). Bond characteristics of FRP bars in timber structures: Experimental and numerical investigations. Engineering Structures, 230, 111636. [12] Corradi, M., Vemury, C. M., Edmondson, V., Poologanathan, K., & Nagaratnam, B. (2021). Local FRP reinforcement of existing timber beams. Composite Structures, 258, 113363. [13] Juvandes, L. F. P., & Barbosa, R. M. T. (2012). Bond analysis of timber structures strengthened with FRP systems. Strain, 48(2), 124-135. [14] Karaduman, N. S., Karaduman, Y., Ozdemir, H., & Ozdemir, G. (2017). Textile reinforced structural composites for advanced applications. In Textiles for advanced applications. IntechOpen. [15] Kilinçarslan, Ş. & Türker, T. (2020). Fiber-reinforced polymer strengthened timber beams. Structures, 28, 1964-1975. [16] Saad, A. & Polak, M. (2025). Pull-out behavior and flexural performance of FRP bars embedded in timber. Journal of Structural Engineering, 151(4), 04025012. [17] Miao, Y., Li, J. & Zhao, H. (2022). Mechanical performance of LVL beams reinforced with GFRP sheets and bars. Composite Structures, 295, 115823. [18] Bakalarz, M. M., & Kossakowski, P. G. (2024). Strengthening of laminated veneer lumber slabs with fiber-reinforced polymer sheets—Preliminary study. Fibers, 12(3), 22. [19] Kasal, B., & Yan, L. (2021). Fiber-reinforced polymers as reinforcement for timber structural elements. In Reinforcement of Timber Elements in Existing Structures: State-of-the-Art Report of the RILEM TC 245 (51-78. [20] Bal, B. C. (2014). Flexural properties, bonding performance and splitting strength of LVL reinforced with woven glass fiber. Construction and Building Materials, 51, 9-14. [21] Lacroix, D., & Doudak, G. (2020). Towards enhancing the post-peak performance of glued-laminated timber beams using multi-directional fibre reinforced polymers. Engineering Structures, 215, 110680. [22] Huang, S., Yan, L., & Kasal, B. (2023). Flexural behaviour of wood beams strengthened by flax-glass hybrid FRP subjected to hygrothermal and weathering exposures. Construction and Building Materials, 365, 130076. [23] Saad, S., Ahmed, H. & El-Hosseiny, F. (2022). Mechanical behavior of unidirectional and woven GFRP reinforced LVL beams. Journal of Wood Science, 68, 101. [24] Bakalarz, A. (2024). Mechanical performance of ribbed vs smooth GFRP bars in timber composites. Construction and Building Materials, 414,131345. [25] Song, J. (2022). Influence of surface texture on the flexural behavior of GFRP-reinforced LVL beams. Composites Part B: Engineering, 242, 110092. [26] Kržan, D., et al. (2023). Flexural performance of timber beams from OSB and cement particle boards. Journal of Building Engineering, 65: 106904. [27] Lacroix, D., & Doudak, G. (2020). Towards enhancing the post-peak performance of glued-laminated timber beams using multi-directional fibre reinforced polymers. Engineering Structures, 215, 110680. [28] Kilinçarslan, S., Turker, Y. S., & Avcar, M. (2023). Numerical and experimental evaluation of FRP-reinforced laminated beams. Journal of Structural Engineering, 149(7), 04023078. [29] Çankal, D., Şakar, G., & Çelik, H. K. (2023). A criticism on strengthening glued laminated timber beams with fibre reinforcement polymers, numerical comparisons between different modelling techniques and strengthening configurations. Revista De La Construcción, 22(3), 661–678. https://doi.org/10.7764/RDLC.22.3.661 [30] Liu, X., Zhang, Y. & Chen, L. (2024). Flexural and compressive performance of FRP-reinforced laminated veneer lumber. Journal of Composites for Construction, 28(1), 04024001. [31] Bal, A., Kumar, S. & Singh, R. (2014). Flexural behavior of GFRP-reinforced laminated veneer lumber beams. Journal of Wood Science, 60(2), 123-134. [32] Santos, J., Fernandes, R. A., Ferreira, N., Ferreira, I., Vieira, C., Magalhães, F. D., ... & de Carvalho, L. H. (2024). New particleboards for food-packaging from poplar peeling by-products using a circular economy approach. International Journal of Adhesion and Adhesives, 129, 103563. [33] Lee, I.H., Song, Y.J. and Hong, S.I. (2021). Evaluation of the compression strength performance of fiber-reinforced polymer (FRP) and steel-reinforced laminated timber composed of small-diameter timber. BioResources, 16(1). | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 76 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 37 |
||
سامانه مدیریت نشریات علمی. قدرت گرفته از سیناوب