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.