Механические свойства древесины.

Анизотропия

Механические свойства древесины различны по различным направлениям, т.к сказывается волокнистость структуры древесины (наибольшая прочность древесины вдоль волокон)

Сопротивление древесины растяжению Rp и сжатие Rс

Совмещенная диаграмма G-E Рис.1.

Предельная прочность древесины при растяжение выше чем при сжатии, однако экспериментальные данные показывают, что работа древесины на растяжении менее надежная, т.к на несущую способность существенно влияют естественные пороки древесины (трещины, сучки). Это учитывается велением большего по величине коэффициента безопасности по материалу. Прочность древесины при сжатии поперек волокон Rс90 составляет 12…17% Rс.

Сопротивление древесины изгибу Ru.

При малых напряжениях и малых деформ. модуль упругости при растяжении и сжатии примерно одинаковые и составляют Ep=Ec=10000MПа.

При напряжении 20-30% при разрушающей величина модуля упругости начинает снижаться Рис.2.

При малых нагрузках эпюра нормального напряжения прямолинейная (работа элемента наблюдается в упругой стадии) Рис.3

При увеличении нагрузки эпюра нормального напряжения принимает криволинейный характер одновременно нейтральная линия смещается в сторону растянутой кромки при этом краевые напряжения сжатия будут меньше, чем краевые напряжения растяжению. Предел прочности ввиду неравенства напряжения при сжатии и растяжения применяется как условное усредненное значение. Поскольку величина растягивания напряжений на заключительном этапе работы превышает напряжение при сжатии, то при расчете изгибаемых элементов учитываются ослабления расположенные в растянутой зоне и все условия прочности включая геометрические характеристики определяются за вычетом ослаблений.

Сопротивлению смятию – Rсм

Работа древесины на смятие вдоль волокон не отличается от работы древесины на сжатие вдоль волокон, т.е

Rсм=Rс

При смятии древесины поперек волокон прочность зависит от размеров загруженной площадки, поэтому различается прочность при сжатии повсей поверхности и местное сжатие (смятие) при котором в работу включаются соседние уголки. Рис.4.

Прочность на смятие в 1,5-2 раза больше, чем на сжатие. Прочность и модуль упругости древесины поперек волокон при смятии значительно ниже, чем вдоль волокон

Сопротивление сдвигу Рис.5

При скалывании древесины поперек волокон наблюдается снижение сопротивления в 2раза по сравнению со скалыванием вдоль волокон. Работа на кручении будет такой же, как и работа на скалывании вдоль волокон.

Длительное (долговременная прочность сжатию)

Под этой прочностью понимаются сопротивление напряжению при котором не происходит разрушение элемента, как долго бы он не находился под нагрузкой. Длительное сопротивление древесины составляет 40-60% от временного сопротивления сжатию. Ggn=(40-60)%Gвс.

Влияние температуре и влажности на механические свойства древесины. Увеличение влажности от 0-30% (предельное насыщение) приводит к понижению прочности от 15-25%, а модуль упругости снижается от 30-35%. Дальнейшее увлажнение связано с заполнением влагой клеточных полостей, что не значительно влияет на прочностные и деформативные свойства. При увеличение температуры эксплуатации от 20-50˚С предел прочность снижается на 15%

11. Принципы расчета деревянных конструкций по предельным состояниям. Предельным считается такое состояние конструкции при котором она перестает удовлетворять требованиям нормальной эксплуатации. Различают 2-е группы предельных состояний: 1) Расчет выполняется по несущей способности (по прочности и устойчивости).2) Расчет выполняется на действие нормативных нагрузок по деформациям (прогибам). Цель расчета: обеспечить условие эксплуатации и необходимую прочность при минимальном расходе материала и минимальной затрате труда на изготовление и монтаж. Сопротивление древесины силовым воздействиям задается нормами в виде нормативного сопротивления – R_Н. которое определяется по временному сопротивлению(пределу прочности) с учетом статической его изменчивости. Расчетное сопротивление древесины. R=R_Н/m. m-коэфф. безопасности учитывающий длительность действия нагрузки, влияние влажности и породы древесины. При расчете деревянных конструкций учитываются специфические особенности данных конструкций путем введения коэфф. условия работы. Совместное действие нескольких факторов учитывается перемножением соответствующих коэфф. условия работы. Т.е. R=[R]. R=[R]*m_П *m_В *m_Н *m_б *m_СЛ *m_СН *m_О *m_Д *m _А*m_Т m_П - коэфф. породы вводится, если порода древесины не хвойная=0.65…2.

m_В -коэфф. эксплуатации вводится при эксплуатации конструкции в особых условиях=0.75…1

m_Т – коэфф. температуры. вводится при эксплуатации конструкции в определенных температурных условиях при 30^ОС=1, при 50^ОС=0.8

m_Н - коэфф. кратковременного воздействия вводится при действии кратковременных нагрузок(ветровой, монтажной, гололедной), а также нагрузок от обрыва проводов ЛЭП и сейсмической нагрузки.=1.1…2.2

m_СЛ - коэфф. слоя, вводится при расчете изгибаемых, внецентренно сжатых и сжатых элементов досчатоклееных систем, величина этого коэфф. зависит от толщины слоя(доски). =0.9…1.1

m_ГН -коэфф. гнутья. Вводится при расчете гнутых клееных элементов. величина этого коэфф. зависит от радиуса кривизны отнесенного к толщине доски.=0.6….1

m_О -коэфф. ослабления вводится при расчете растянутых элементов с ослаблением в расчетном сечении и при расчете изгибаемых элементов из круглых лесоматериалов с подрезкой в расчетном сечении.=0.8

m_Д -коэфф. длительности действии нагрузки вводится при расчете конструкций которых напряжения в элементах, возникающие от постоянных и временных длительных нагрузок превышает 80% суммарного напряжения от всех нагрузок=0.8

m _А -коэфф. пропитки. Вводится если конструкция пропитана защитным состав=0.9

m _б - масштабный коэфф. вводится при расчете изгибаемых, внецентренно сжатых и сжатых клееных элементов прямоугольного сечения с высотой более 50см.=0.8…1

[R] -базовое табличное расчетное сопротивление

R -расчетное сопротивление древесины с учетом эксплуатационных факторов

При расчете по второй группе предельных состояний модуль упругости деревянных конструкций принимают вдоль волокон Е=10000МПа, поперек волокон Е=400МПа, модуль сдвига G=500МПа

Для конструкций которые находятся в различных условиях эксплуатации модули Е и G умножают на коэфф. m_Т , m_В, m_Д.

В некоторых случаях усилие действующие на конструкцию или на ее элемент направлению под некоторым углом от 0…90^О. Расчетные сопротивления указанные в СНиП даны для случаев действия вдоль волокон R и поперек волокон R₉₀. А расчетное сопротивление древесины при действии усилия под углом определяю по формуле Rα=R/ (1+(R/R₉₀-1)sin³α).

12. осевое растяжение деревянных элементов цельного сечения. Рис.1 Если считать, что площадь и жесткость волокон одинаковы, то в сечении без ослаблений напряжения распределены равномерно(сеч.1-1). Ослаблениями (отверстиями) или подрезками волокна древесины перерезаются в связи с чем их усилие будут переданы соседним волокнам которые окажутся перегруженными (сеч. 2-2). На расстоянии между ослаблениями превышающими 200 или неравномерность напряжений выравнивается. Однако, если расстояния между ослаблениями меньше 200мм или, то выравнивание не происходит или происходит не до конца, поэтому при расчете при таком ослаблении в расчетное сечение входят все ослабления лежащие на этом расстоянии, а разрыв происходит по зигзагообразной траектории. Расчет растянутых деревянных элементов производится по ослабленному сечению нетто из условия прочности. G_P=N/F_НТ<=R_P*m_О, где F_НТ- это площадь поперечного сечения нетто за вычетом ослаблений с учетом того, что ослабления находящиеся на расстоянии менее 200мм или считается совмещенными в одном сечении, R_P- расчетное сопротивление древесины растяжению вдоль волокон, m_О- коэфф. ослабления =0.8