Скалывание древесины всегда происходит в плоскости, параллельной волокнам, при этом скалывающая сила может быть направлена вдоль волокон, поперек волокон и под углом к ним. Как и при других видах напряженного состояния, наибольшая прочность наблюдается, когда направление силы совпадает с направлением волокон, а наименьшая – когда эти направления взаимно перпендикулярны (рис. 8).
Рис. 8 Направления скалывающих сил
Зависимость прочности на скалывание от угла между направлениями сил и волокон α точно такая же, как при смятии (формула на предыдущей странице на рис. 7)
Предел прочности древесины при скалывании вдоль волокон, определяемый испытанием мелких чистых образцов ели и сосны, составляет в среднем 7 МПа, причем, разница между прочностью на скалывание в тангенциальной и радиальной плоскостях незначительна.
Как показывают теоретические и экспериментальные исследования, скалывающие напряжения распределяются по длине площадки скалывания неравномерно. При этом различают два принципиально разных случая скалывания в узловых соединениях, показанные ниже на рис. 9. Односторонне скалывание (рис. 9а) характерно тем, что пара скалывающих сил Т – внешне и направленной ей навстречу внутренней – приложены с одной стороны площадки, другой торец ненагружен. При промежуточном скалывании пара скалывающих сил приложена так, что площадка скалывания располагается в промежутке между точками приложения этих сил (рис. 9б).
а) б)
Рис. 9 Распределение касательных напряжений вдоль площадок скалывания
а – одностороннее скалывание; б – промежуточное скалывание
Эпюра скалывающих напряжений в обоих случаях неравномерная: среднее напряжение, определяемое по формуле τср = Тск/Fск, меньше максимального напряжения τмакс. При этом, степень неравномерности при одностороннем скалывании больше, чем при промежуточном. Соответственно, прочность площадки при прочих равных условиях при одностороннем скалывании меньше, чем при промежуточном.
|
|
Разрушение от скалывания носит хрупкий характер, внезапное.
Средний предел прочности падает с увеличением длины площадки скалывания и зависит от отношения длины l ск этой площадки к плечу приложения пары скалывающих сил е (рис. 9).
Среднее по площадке скалывания расчетное сопротивление древесины или LVL скалыванию для обоих расчетных случаев определяется по формуле
но при этом эмпирический коэффициент β, принимается равным 0,25 при одностороннем скалывании и 0,125 при промежуточном, если обеспечено обжатие по плоскости скалывания, улучшающее условия работы на скалывание.
R ск – расчетное сопротивление скалыванию для максимального напряжения τмакс.
Значение R Аск приведено в табл. 3 СП 64 для режима нагружения А, для других режимов оно определяется по формуле R ск = R Аск m дл.
Скалывание при поперечном изгибе в случае отсутствия подрезки сечения не осложняется отрывом поперек волокон и оценивается формулой Д.И. Журавского
τ = Q∙S/(J∙b),
учитывающей неравномерность распределения скалывающих напряжений, как по сечению (статический момент S отсеченной части сечения), так и по длине изгибаемого элемента (поперечная сила в рассматриваемом сечении Q).
Для прямоугольного сечения с размерами b и h максимальное значение скалывающего напряжения после подстановки значений S = bh 2/8 и J = bh 3/12 вычисляется по формуле
τмакс = 1,5 Q / bh.