Механические свойства древесины

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒

Механические свойства древесины характеризуются: прочностью -способностью сопротивляться разрушению от механических воздействий; жесткостью — способностью сопротивляться изменению размеров и формы; твердостью — способностью сопротивляться проникновению другого твердого тела; ударной вязкостью - способностью поглощать работу при ударе. Механические свойства древесины зависят от многих факторов.

Влияние различных факторов на прочность древесины

Влияние длительности действия нагрузки

Работы по исследованию влияния продолжительности действия нагрузки на прочность древесины были проведены проф. Ф. П. Белянкиным в 1931-1934 годах. Им было установлено, что древесина обладает свойством ползучести, т. е. под воздействием приложенной постоянной нагрузки в древесине наблюдается рост деформаций, который со временем прекращается (затухает), если нагрузка не превышает определенного предела. В этом случае после снятия нагрузки часть деформаций (упругие) исчезает сразу, другая часть (эластичные) — постепенно, а остаточные деформации остаются. Если же нагрузка превысила определенный предел, то деформации в деревянном элементе возрастают до разрушения образца. Пределом длительного сопротивления древесины называется максимальное напряжение, не вызывающее разрушение деревянного образца при любой продолжительности действия приложенной нагрузки. Изменения предела прочности древесины во времени наглядно иллюстрируется кривой длительного сопротивления (рис. 2.3, а).

Современные исследования длительной прочности древесины с позиций кинетической концепции прочности твердых тел начаты проф. Ю. М. Ивановым. Основные закономерности длительной прочности древесины будут рассмотрены в ходе лекций.

Влияние угла между усилием и направлением волокон
древесины

Древесина обладает ярко выраженной анизотропией строения: при изменении угла между направлением действующего усилия и направлением волокон древесины от 0 до 90° расчетное сопротивление древесины на сжатие и смятие по всей поверхности уменьшается примерно в 7 раз, например для 2-го сорта с 13 до 1,8 МПа (рис. 2.3, б).

Влияние влажности

Влажностьюдревесины называется отношение массы влаги, содержащейся в данном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах. Влажность древесины определяется весовым способом по формуле (или с помощью электровлагомера)

W = 100%(2.1.)

где W— влажность древесины, %;

т — масса образца влажной древесины, г;

т_о — масса образца абсолютно сухой древесины, г.

В древесине различают две формы влаги: свободную (капиллярную) — заполняющую полости клеток и межклеточное пространство, и связанную (гигроскопическую) — находящуюся в клеточных оболочках.

Кроме свободной и связанной влаги, различают влагу, входящую в состав веществ, образующих древесину,— химически связанную влагу. Эта влага имеет значение лишь при химической переработке древесины.

Максимальное количество связанной влаги для всех пород примерно одинаково и составляет 30 % при температуре 20 °С. Эта величина называется пределом гигроскопичности или точкой насыщения клеточных оболочек. Предел гигроскопичности — такое состояние древесины, при котором свободной влаги в древесине нет, а в клеточных оболочках содержится максимальное количество связанной влаги.

Зависимость предела прочности древесины на сжатие от влажности показана на рис. 2.3, в: увеличение влажности от 0 до 30 % приводит к снижению прочности и модуля упругости; повышение влажности выше 30 % не оказывает существенного влияния на прочность.

Для сопоставления результатов испытаний образцов с различной влажностью на сжатие, изгиб и скалывание вдоль волокон показатели прочности приводятся к стандартной влажности по формуле

R₁₂= R_w (1 + α (W – 12) (2.2)

где R₁₂ — прочность древесины при стандартной влажности 12%;

R_w, — прочность древесины в момент испытаний;

W— влажность древесины в момент испытаний;

α — поправочный коэффициент, зависящий от породы и вида напряженного состояния, например для сосны при сжатии α = 0,04.

Формула приведения действительна только при влажности древесины от 8 до 23 %. Образцы с влажностью более 23 % необходимо перед испытаниями подсушивать. Влияние влажности на прочность древесины при растяжении вдоль волокон незначительно.

Каждому сочетанию температуры и относительной влажности воздуха соответствует определенная установившаяся влажность древесины, которая называется равновесной влажностью. Зная условия, в которых будут эксплуатироваться деревянные конструкции, можно определить соответствующую равновесную влажность древесины по специальной диаграмме.

Сушкой древесины называется процесс удаления влаги из древесины путем испарения. Используются три способа сушки пиломатериалов: естественная (атмосферная), искусственная (камерная) и комбинированная (атмосферная + камерная).

Удаление свободной влаги происходит сравнительно легко, без изменения линейных размеров и объема, уменьшается только плотность древесины. При дальнейшей сушке, в результате удаления связанной влаги, изменяются линейные размеры и объем древесины. Полная линейная усушка древесины хвойных пород (от предела гигроскопичности 30 % до конечной влажности 12... 15 %) в среднем составляет, %: вдоль волокон до 0,3; в радиальном направлении до 6; в тангенциальном до 12.

Сушка древесины — важнейший этап в процессе изготовления деревянных конструкций. Неправильная сушка приводит к деформациям деревянных элементов, появлению радиальных и продольных усушечных трещин. Чем медленнее идет процесс сушки, тем меньше внутренние напряжения, возникающие за счет изменения размеров деревянного элемента, и меньше вероятность появления дефектов. Пиломатериалы для изготовления несущих КДК рекомендуется сушить в две стадии: 1) естественная сушка до влажности 25...30%; 2) камерная сушка при мягких режимах до стандартной влажности 12 %.

Влияние температуры

На основе многочисленных испытаний установлено, что прочность древесины зависит и от температуры (рис. 2.3, г). С повышением температуры от 20 до 50 °С предел прочности снижается в среднем (%): при сжатии — на 20.. .30; при растяжении — на 12... 15; понижается и модуль упругости. При отрицательных температурах предел прочности на сжатие при любой влажности несколько повышается за счет включения в работу замерзшей воды. Однако древесина при этом становится хрупкой.

Для сопоставления результатов испытаний образцов показатели предела прочности после приведения к стандартной влажности по формуле (2.2) приводятся к стандартной температуре 20 °С по формуле:

R₂₀=R₁+ (t -20), (2.3)

где R₂₀ — предел прочности при стандартной температуре 20 °С;

R₁— предел прочности в момент испытаний;

β — поправочный коэффициент, зависящий от породы и вида напряженного состояния, например для сосны при сжатии β = 0,35 МПа;

t — температура в момент испытаний, °С.

Формула (2.3) действительна в пределах положительных температур 10...50°С.

Влияние пороков древесины

Пороками древесиныназываются изменения внешнего вида древесины, нарушения правильности ее строения, целостности ее тканей, клеточных оболочек и другие недостатки отдельных участков древесины, снижающие ее качество и ограничивающие возможность ее использования. Согласно ГОСТ 2140-81* «Видимые пороки древесины», пороки подразделяются на группы, виды и разновидности. Основные группы пороков: сучки; трещины; пороки формы ствола; пороки строения древесины; химические окраски; грибные поражения; биологические повреждения; инородные включения, механические повреждения и пороки обработки; покоробленности.

Пороки снижают прочность древесины: в меньшей степени при работе древесины на сжатие, смятие и изгиб, и в большей степени при работе древесины на растяжение и скалывание. Существенно влияют на прочность древесины следующие группы пороков.

Сучки — части ветвей, заключенные в древесине ствола. Они нарушают однородность строения древесины, вызывают образование местных косослоев, затрудняют механическую обработку древесины. Сучки различают по виду: открытые и заросшие. Разновидности открытых сучков: по форме (круглые, овальные, продолговатые); по положению в сортименте (пластевые, кромочные, ребровые, торцовые); по взаимному расположению (разбросанные, групповые, разветвленные); по степени срастания (сросшиеся, частично сросшиеся, несросшиеся, выпадающие); по состоянию древесины сучков (здоровые, загнившие, гнилые, табачные); по выходу на поверхность (односторонние, сквозные).

Пороки формы ствола: сбежистость — изменение диаметра по длине ствола дерева более чем на 0,8 см на 1м длины ствола; закомелистостъ - резкое увеличение диаметра комлевой части ствола; овальность; наросты; кривизна.

Пороки строения древесины: наклон волокон (косослой) — отклонение волокон древесины от продольной оси ствола дерева; крень (местная, сплошная) — изменение строения древесины, выражающееся в увеличении ширины поздней зоны годичных слоев; свилеватость (волнистая, путаная) - - извилистое или путаное расположение волокон древесины; сердцевина; двойная сердцевина; засмолок и др.

В зависимости от наличия, количества и месторасположения тех или иных пороков в древесине, пиломатериалы подразделяются на сорта. Для несущих элементов деревянных конструкций должна применяться древесина 1, 2 и 3-го сортов с учетом указаний прил. 1 СНиП [2]. К дереметаллическая или стеклопластиковая сетка); гофрированная (кровельная); облицованная пластиками; комбинированная (рубашки делают из березового шпона, а серединки — из шпона древесины хвойных пород); фанерные плиты (листы фанеры толщиной более 16 мм).

Таблица 2.2

Основные показатели строительной фанеры

Показатели	Ед. изм.	Клееная фанера ФСФ (ГОСТ 3916.1)	Бакелизирован-ная фанера ФБС (ГОСТ 11539)
Размеры листов: - толщина	мм	6; 8; 9; 12; 15	7, 10, 12, 14, 16
- ширина		1525, 1800	1500, 1550
- длина		1525, 1800, 2440, 2500, 3050	1500,4400,4900, 5600, 5700, 7700
Физико-механические характеристики : - плотность	кг/м³	700	1200
- модуль упругости вдоль волокон наружных слоев	МПа	9000	12000
Расчетные сопротивления (вдоль волокон наружных слоев): R _{ф. р.}— растяжению в плоскости листа	МПа	14	32
R_ф.с. — сжатию в плоскости листа		12	28
R_ф.и. — изгибу в плоскости листа		16	33
R_ф.ск.— скалыванию в плоскости листа		0,8	1,8
R_ф.ср. — срезу перпендикулярно плоскости листа		6	И
Цена за 1 м³ при толщине 8 мм (2007 г.)	руб.	16000	25000

Помимо листовой фанеры, в экспериментальном порядке, выпускаются профильные изделия из фанеры (уголки, швеллера и т. п.) и фанерные трубы диаметром 50.. .200 мм.

Основные направления использования водостойкой клееной фанеры в строительстве: многооборачиваемая опалубка для монолитного домостроения и производства сборного железобетона; столярные изделия; обшивки плит покрытий и стеновых панелей; несущие конструкции (балки, рамы).

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 900; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!