頑丈な竹フェンスメーカー

内部支持構造（補強リブやグリッドレイアウトなど）をどのように設計するか 重い竹のフェンスパネル 全体の剛性を上げるには？

材料特性と設計基準 重い竹のフェンスパネル

1. 竹の天然特性と加工上の利点
天然ポリマー素材である竹は、独特の物理的および機械的特性を持っています。寧国昆台竹木材有限公司が製造する屋外用重量竹フェンスパネルを例に挙げると、樹齢6年以上の高品質の竹を使用しており、分割分解して連続架橋網状繊維束にし、竹繊維の元の配列を保持しています。この加工技術は、高温高圧処理により竹の自然な構造を維持しながら、硬度と耐久性を大幅に向上させます。従来の木材よりも密度の均一性に優れ、防虫・防カビ性にも優れています。湿度の変化による変形やひび割れを防ぐために、適切な含水率に管理されています。さらに、注入量を正確に制御して竹繊維をしっかりと結合させることで、加圧加熱および硬化プロセスにより数千トンの圧力下でブランク成形が完了し、材料の全体的な安定性がさらに高まります。これらの特性により、頑丈な竹フェンス パネルの構造設計に強固な材料基盤が提供されます。

2. 重量竹垣パネルの機能要件
耐久性の高い竹フェンスは主に高負荷の屋外シーンで使用され、次の中核となる性能が必要です。まず、人と車両の衝突や自然風荷重などの大きな外部衝撃に耐えることができます。第二に、湿気の多い環境に適応して、含水量の変化による構造的な破損を回避できます。第三に、長期的な耐久性があり、メンテナンスコストが削減されます。第四に、それらは環境保護の概念に沿っており、持続可能な開発の価値を反映しています。竹や木製品の特性から、重い竹材の表面は特別な処理を施した後、湿気の多い環境に適しており、防錆のための頻繁な塗装の必要はありません。毎日の清掃により性能を維持できるため、複雑な環境でもフェンスパネルの安定した動作が保証されます。竹の自然な質感と色は屋外空間の美しさを高めることができ、構造設計では機能と美しさのバランスを考慮する必要があります。

内部サポート構造設計の核となる理論

1. 支持構造における機械原理の応用
強度は損傷に耐える材料の能力であり、剛性は変形に抵抗する能力です。耐久性の高い竹フェンスの場合、剛性が不十分だと荷重がかかると構造が過度に変形し、安全性と外観に影響を与えます。材料力学の理論によれば、構造剛性は材料の弾性率、断面の慣性モーメント、支持構造のレイアウトと密接に関係しています。高温高圧処理により重い竹材の弾性率が向上し、内部支持構造の合理的な設計によりセクションの慣性モーメントがさらに増加し​​、全体の剛性が向上します。
重い竹垣パネルが受ける可能性のある荷重には、垂直荷重（自重など）、水平荷重（風力、衝撃力など）、動的荷重（車両の通過により発生する振動など）が含まれます。支持構造の設計では、荷重が補強リブやグリッドなどのコンポーネントを通じて基礎に効果的に伝達されるように、荷重伝達経路を明確にする必要があります。例えば、水平方向に補強リブを設置することで風力を柱に伝えることができ、格子を垂直に配置することで自重や上部荷重を分散させ局所的な応力集中を避けることができます。

2. バイオニクスと構造最適化設計
竹自体は効率的な機械構造であり、その竹の節は天然の補強リングに相当します。竹壁の中空構造により、高い曲げ剛性を維持しながら自重を軽減します。重い竹フェンスパネルの設計では、竹の節の補強効果をシミュレートでき、円形または横方向の補強リブを支持構造に設定して、竹の茎に対する竹の節の剛性強化効果をシミュレートできます。同時に、竹繊維の縦方向の配列の特性を利用し、フェンスパネルの内側に縦方向の補強リブを設置し、繊維方向の引張剛性を高めています。
トポロジー最適化技術を使用した有限要素ソフトウェアを使用して、さまざまな支持構造レイアウトの下での応力分布をシミュレーションし、非効率な材料を除去し、主要な耐荷重経路を保持します。たとえば、竹や重い竹材の機械的パラメータ (弾性率やポアソン比など) を入力として使用して、フェンス パネルの 3 次元有限要素モデルを確立し、典型的な荷重下での変形と応力を解析し、補強リブの位置、数、断面形状を最適化し、材料の分布を機械的要件に合わせて調整し、重量を大幅に増加させることなく剛性を向上させます。

内部サポート構造の具体的な設計計画

1. 補強リブ設計
補強リブの種類と配置
縦補強リブ：フェンスパネルの長さに沿って設置され、パネルの幅に応じて数が決まり、通常200〜300mmごとに1本設置されます。断面サイズ20mm×30mmの長方形断面を採用しています。材質は柵板と同じ重い竹で、ほぞ穴や接着剤などでパネルに接続されています。縦補強リブによりフェンス板の長さ方向の曲げ剛性を高め、大スパン化によるたわみ変形に強くなります。
横補強リブ：長さ方向に直角に300～500mmの間隔で配置され、断面サイズは縦補強リブより若干小さくてもよい（15mm×25mmなど）。横補強リブの機能は、縦補強リブを接続して格子状の骨格を形成し、同時に水平荷重を伝達することです。フェンスボードの両端と中間の支持位置では、横補強リブを暗号化して局所的な剛性を高めることができます。
斜め補強リブ：フェンス板の斜め方向に設置し、三角形の支持構造を形成します。三角形は安定性があり、せん断変形とねじり荷重に効果的に抵抗できます。斜め補強リブの断面サイズは横補強リブと同様であり、コーナー節点を介して縦および横補強リブに接続されています。接続強度を高めるために、ノードに金属コネクタまたは竹ほぞを使用できます。

鉄筋とパネルの接続方法
接着接合：寧国昆泰竹木材有限公司が独自に開発した環境に優しい接着剤を使用し、補強材とパネルの接触面に接着剤を塗布し、加圧硬化させて一体接合を形成します。接着剤の接着プロセスでは、外観や環境性能への影響を避けるために、接着剤の量を制御して、接着がしっかりしていて、はみ出さないようにする必要があります。
ほぞ・ほぞ接続：パネルと補強材にほぞ・ほぞ目を加工し、ほぞ・ほぞを通して接続します。ほぞとほぞの構造は、竹の自然な風合いを保ちながら、ある程度の引き抜き抵抗とせん断抵抗を提供することができ、環境保護の概念に沿っています。重荷重部分には、接着剤とほぞ穴接続を組み合わせて接続の信頼性を向上させることができます。

2. グリッドレイアウト設計
グリッド形状の選択
長方形グリッド: 縦方向と横方向の鉄筋が垂直に交差して形成され、最も一般的なグリッド レイアウト形式です。長方形グリッドは構築が簡単で、標準化された生産に便利で、比較的均一な負荷分布のシーンに適しています。メッシュサイズはフェンス板の仕様や積載物のサイズに応じて調整でき、通常は200mm×200mmから300mm×300mmまで対応します。
ダイヤモンドメッシュ：斜め補強リブと縦横補強リブを組み合わせてダイヤモンドメッシュを形成します。ダイヤモンドメッシュの斜め方向は強く、斜めの荷重とトルクによく耐えます。道路に近い場所や衝突の多い場所など、複雑な荷重がかかる可能性のあるフェンスパネルに適しています。
ハニカムメッシュ：蜂の巣を模した六角形の構造は、複数の六角形ユニットで構成されています。ハニカムメッシュは圧縮耐性と曲げ耐性に優れており、材料が均一に分散されているため、同じ重量でより高い剛性を実現できます。ただし、ハニカムメッシュの加工は難しく、切断や組み立てには特別な設備が必要です。非常に高い剛性が要求されるハイエンドの重量竹フェンスパネルに適しています。
メッシュ密度の最適化
メッシュ密度はフェンスボードの剛性と重量に直接影響します。設計では、機械的な計算と実験を通じて最適なメッシュ密度を決定する必要があります。重い竹材の場合、その密度が均一で強度が高いため、補強材の断面最適化により剛性を維持しながら、格子間隔を適切に増やして軽量化することができます。例えば、荷重が少ない箇所では格子間隔を300mm×300mmに設定できますが、荷重が集中する箇所（フェンス板の中央や柱付近など）では格子間隔を200mm×200mmと小さくし、鉄筋の断面サイズを大きくすることができます。

3. ノードの設計と強化
節点の種類と力の分析
フェンスボードの内部支持構造の節点には、縦横鉄筋の交差部、斜め鉄筋と縦横鉄筋の交差部などが含まれます。節点は荷重伝達の重要な部分であり、十分な強度と剛性が必要です。一般的なノード破損の形態には、せん断破損や引裂き破損が含まれるため、ノードの設計ではせん断抵抗と引張抵抗に重点を置く必要があります。
ノード強化策
金属コネクタ: ノードで補強材を接続するには、ステンレス鋼のアングル、ボルト、その他の金属部品を使用します。金属コネクタは、特に重負荷のシナリオにおいて、信頼性の高い機械的接続を提供します。たとえば、縦方向と横方向の鉄筋の交差部分では、ステンレス製のアングルコードを使用して接合部をボルトで固定します。アングルコードの太さは3mm以上、ボルトの直径は6mm以上です。
竹補強: 節を強化するために竹ほぞや竹釘などの天然素材が使用されます。ほぞとほぞの接続に基づいて、竹釘を挿入してさらに固定します。竹釘の直径は5～8mmで、2層の鉄筋が確実に貫通するように鉄筋の厚さに応じて長さを決定します。竹補強材は重い竹材と互換性があり、環境保護要件を満たしています。
接着剤の強化: ノードの接着剤の量を増やして厚い接着剤層を形成し、ノードの結合強度を向上させます。接着層の厚さが厚すぎることによる硬化不完全や応力集中を避けるため、接着層の厚さは1〜2mmに制御されます。

Ningguo Kuntai Bamboo and Wood Co., Ltd.のプロセスに基づく構造設計の適応

1. 材料特性が構造設計に及ぼす影響
支持構造の設計では、重い竹材の次の特性を考慮する必要があります。
繊維配列方向：竹繊維は長さ方向に沿って配列しており、縦方向の引張強度が横方向に比べて著しく高い。したがって、縦方向の補強材は材料の高強度特性を最大限に活かすために可能な限り繊維方向に沿って配置する必要があり、横方向の補強材は合理的な断面設計により横方向の強度不足を補う必要があります。
密度の均一性：加圧加熱および硬化プロセスにより、重い竹材の密度が均一になり、エッジのつぶれやワイヤーの飛びなどの欠陥が発生しにくくなり、支持構造の安定した接続が保証されます。設計においては、材料欠陥による冗長な補強設計を適切に削減し、構造レイアウトを最適化できます。
環境に優しい接着剤の性能: 自社開発した接着剤は高い接着強度と制御可能な投与量を備えており、補強材とパネル間の接続の信頼性を確保できます。接着ノードの設計では、環境性能に影響を与える接着剤の過剰な使用を避けるために、接着剤のせん断強度と引張強度のパラメーターに従って必要な接着面積を計算できます。

2. プロセスの相乗効果と生産の最適化
加圧加熱硬化プロセスと組み合わせることで、ブランク成形段階で補強材とパネルを一度にプレスして一体構造を形成することができます。この統合プロセスにより、後続の組み立てプロセスが削減され、二次加工によって引き起こされる材料の損傷が回避されます。同時に、補強材とパネル間の緊密な接続が確保され、全体の剛性が向上します。例えば、フェンスパネルのブランクをプレスする際には、あらかじめ十字に補強リブを配置し、数千トンの圧力をかけて補強リブとパネルの繊維を織り交ぜて全体の継ぎ目のない構造を形成します。