Деревянные конструкции работающие на растяжение
Как уже отмечалось, на работу древесины при растяжении существенно влияет наличие естественных пороков древесины (сучки, косослой и др.), поэтому для растянутых элементов рекомендуется применять древесину 1-го и 2-го сортов.
Расчет прочности центрально-растянутых деревянных элементов выполняется по формуле (5.1, в) (здесь и далее в расчетах центрально-растянутых деревянных элементов сохранены обозначения, принятые в СНиП 11-25-80):
где N — расчетная продольная сила; Fm — площадь поперечного сечения элемента нетто; Rp — расчетное сопротивление древесины растяжению вдоль волокон (принимается с коэффициентами условия работы тг значения которых определяются в соответствии с указаниями п. 3.2 СНиП И-25-80; так, при наличии ослаблений в расчетном сечении растянутых элементов следует учитывать коэффициент условия работы т0 = 0,8).
При определении площади нетто в растянутых деревянных конструкциях принимается во внимание, что при их разрушении линия разрыва может проходить через ослабления, расположенные не в одной плоскости. Поэтому ослабления, расположенные на длине 200 мм, суммируются (рис. 6.2).
Рис. 6.2. К определению площади нетто:
FHT — площадь сечения элемента нетто; Рослабл — площадь ослаблений
Нормы ограничивают гибкость центрально-растянутых деревянных элементов и отдельных ветвей. Предельные гибкости принимаются в соответствии с табл. 14СНиП П-25-80. Так, например, для растянутых элементов ферм в вертикальной плоскости предельная гибкость А,тах = 150, для прочих растянутых элементов ферм и других сквозных конструкций А,тах = 200.
Проверка гибкости выполняется по формуле (5.3, в):
где /0 — расчетная длина элемента; г — радиус инерции сечения; ^шах — предельная гибкость.
Порядок расчета центрально-растянутого деревянного элемента (тип 1)
- 1. Принимают древесину и ее сорт; определяют расчетное сопротивление растяжению вдоль волокон (для древесины сосны, ели) Rp (табл. 2.4); в случае если элемент выполнен из древесины других пород, расчетное сопротивление умножают на переходной коэффициент тп (табл. 2.5).
- 2. Определяют коэффициенты условия работы в соответствии с указаниями п. 3.2 СНиП И-25-80 (так, при наличии отверстий, врезок следует учитывать коэффициент условия работы т0 = 0,8).
- 3. Определяют требуемую площадь сечения нетто FTTpe6:
- • если элемент не имеет ослаблений (отверстий, врезок), площади сечения брутто и нетто равны, F- Fm;
- • если в элементе имеются ослабления, необходимо требуемую площадь сечения определять как сумму требуемой площади нетто и площади ослабления (величину ослабления назначают, предварительно задавшись толщиной элемента, впоследствии возможна корректировка принятых размеров).
- 4. По требуемой площади подбирают сечение элемента и определяют фактические значения площадей брутто, нетто, значения радиусов инерции сечения.
- 5. Выполняют проверку подобранного сечения:
- • проверяют гибкость: X = — ?1макс;
г
N
• проверяют прочность: о = — ILm .
F у
1 нт
Задача 2-го типа — проверка прочности центрально-растянутого элемента является частью задачи 1-го типа (выполнение п. 5 порядка расчета).
Примеры расчета центрально-растянутых элементов
Пример 6.1. Подобрать сечение стальной подвески, выполненной из листовой стали (рис. 6.3). Подвеска центрально-растянута силой N= 200 кН; уп= 1,0.
Решение
1. Принимаем сталь С 245; устанавливаем расчетное сопротивление стали по пределу текучести Ry = 240 МПа = 24 кН/см2 (табл. 2.2).
Рис. 6.3. К примеру 6.1
- 2. Устанавливаем величину коэффициента условия работы: ус = = 0,9 (табл. 2.3).
- 3. Определяем требуемую площадь сечения нетто Ап:
4. Принимаем толщину листа, из которого выполняется подвеска, и определяем площадь ослабления:
5. Определяем требуемую площадь сечения с учетом площади, занятой ослаблением:
6. Определяем требуемую ширину подвески и назначаем ее сечение:
принимаем сечение подвески 8 х 160 мм.
7. Проверяем прочность; для этого предварительно определяем фактическое значение площади сечения нетто:
прочность сечения обеспечена; нормами гибкость подвески не ограничивается (см. табл. 20 СНиП 11-23-81*).
Вывод. Принимаем сечение подвески 8 х 160 мм из стали С245.
Рис. Б.4. К примеру 6.2. Крепление затяжки к поясу фермы
Пример 6.2. Проверить прочность и гибкость центрально-растянутой деревянной затяжки треугольной безраскосной фермы, выполненной из доски сечением 50 х 125 мм, которая прикреплена к верхнему поясу стропильной фермы болтом d = 12 мм и четырьмя гвоздями d= 5 мм, /=150 мм (рис. 6.4). Древесина — сосна, сорт 1. Усилие в затяжке N= 34,0 кН; уп = 0,95. Расчетная длина /0 = 2,5 м. Условия эксплуатации фермы Б2.
Решение
1. Находим усилие в затяжке с учетом коэффициента надежности по ответственности уп:
2. Определяем расчетное сопротивление древесины растяжению вдоль волокон:
3. Определяем коэффициенты условий работы:
4. Находим площадь сечения нетто:
5. Проверяем прочность затяжки:
прочность обеспечена.
6. Определяем радиусы инерции затяжки (табл. 5.2):
/
7. В соответствии с табл. 14 СНиП П-25-80 для прочих растянутых элементов ферм (к которым относится затяжка) предельная гибкость А,тах = 200. Проверяем гибкость затяжки:
Вывод. Прочность и гибкость затяжки отвечают требованиям норм.
Задачи для самостоятельной работы
Задача 6.1. Проверить прочность и гибкость стального центрально-растянутого стержня круглого сечения (рис. 6.5). Растягивающая сила N= 30 кН, уп = 0,9. Сталь С345; ус = 0,95. Расчетная длина стержня lef = 1000 мм. Предельная гибкость А,пред = 400.
Рис. 6.5. К задаче 6.1
Задача 6.2. Подобрать сечение центрально-растянутого нижнего пояса деревянной фермы. Материал: брус, сосна, сорт 2. Условия эксплуатации Б2 (тв = 1,0). В нижнем поясе имеется ослабление за счет врезки (т0 = 0,8) глубиной Авр = 4 см (рис. 6.6). На нижний пояс действует растягивающая сила 7V= 200 кН; уп = 0,95. Расчетная длина /0 = 3,0 м. СНиП Н-25-80 ограничивает предельную гибкость растянутых поясов в вертикальной плоскости А,тах = 150.
Рис. 6.6. К задаче 6.2
Источник
Растянуто изгибаемые элементы работают одновременно на растяжение и изгиб. Так работает пояс фермы, в котором кроме растяжения действует ещё и изгибающий момент от межузловой нагрузки от веса подвесного перекрытия.
Так же как растянуто изгибаемый элемент работает как элемент, растягивающие силы в котором действуют с эксцентриситетом относительно оси.
В сечении растянуто изгибаемого элемента от продольных растягивающих сил N, возникают равномерные растягивающие напряжения, а от изгибающего момента M — напряжения изгиба, состоящие из сжатия на одной половине сечения и растяжения на другой.
Эти напряжения суммируются с учётом их знака. В результате растягивающие напряжения увеличиваются, а сжимающие уменьшаются. Т.к. наибольшие напряжения действуют в крайних растянутых кромках сечения, то здесь и начинается разрушение элемента, от разрыва растянутых волокон древесины. Т.о. растянутые изгибаемые элементы, кроме изгибающего момента центрально приложенного (внецентренно приложенные) усилия которые растягивают стержень, вызывая выгиб в обратную сторону по сравнению с сжато изгибаемым элементом. После прогиба стержня, вызванного изгибающим моментом, нормальное усилие будет создавать дополнительный момент противоположного знака и т.о. уменьшать основной момент.
Т.к. на древесные элементы при растяжении сильно влияют пороки древесины сильно снижая их прочность. То растянутые изгибаемые элементы рассчитывают запас прочности без учёта дополнительного момента от продольных сил при деформации стержня.
,
При определении WНТ ослабления расположенные на участке длиною 20 см. совмещаются в одно сечение. При проверке элемента по 2 предельному состоянию, так же как не учитывается уменьшение прогиба от дополнительного момента
41 Расчет пластмассовых элементов на внецентренное сжатие, внецентренное растяжение. Расчёт элементов конструкций на внецентренное сжатие и сжатие с изгибом.
Сжатоизгибаемые элементы работают одновременно на сжатие и изгиб. Например, это элементы верхнего пояса ферм, в которых кроме сжатия действует ещё изгиб от межузловой нагрузки от веса покрытия.
Элементы верхнего пояса ферм могут так же испытывать внецентренное сжатие, когда на элементы действует поперечная нагрузка и продольная сила (сжимающая) действует на элемент с эксцентриситетом. Мало того, эксцентриситет в элементе может быть различным, т.е. (l1+l2)/2
На сжатие с изгибом так же работает верхний пояс арок.
На внецентренное сжатие или сжатие с изгибом работают так же стойки с колоннами. Изгибающий момент может создаваться: а) внецентренно приложенной сжимающей силой, тогда элемент называют внецентренно сжатым; б) поперечной нагрузкой.
При расчёте сжато изгибаемых деревянных стержней применяют теорию краевых напряжений, предложенную К.С. Завриевым. В соответствии с этой теорией несущая способность стержня считается исчерпанной в тот момент, когда краевое напряжение сжатия делается равным расчётному сопротивлению сжатию. Эта теория принята в действующих нормах проектирования. Эта теория приближённая, мене точная, чем теория устойчивости, однако, даёт более простое решение, весьма удобна для проектировщиков.
Рассмотрим стержень нагруженный продольной нагрузкой N и поперечной нагрузкой Q. При расчёте таких элементов не в коем случае нельзя использовать принцип независимости действия сил.
N/F+M/W , т.е. когда суммируют напряжения (нормальные) от действия продольных сил и напряжение от действия изгибающего момента. Потому что наличие одной нагрузки (напряжения) изменяет характер напряжений от действия другой нагрузки. В сечении сжато изгибаемого элемента действуют продольные сжимающие силы N, от этих сил возникают равномерные напряжения сжатия и изгибающий момент М, от которого появляются сжимающие и растягивающие напряжения, которые максимальны в крайних волокнах и равны нулю на нейтральной оси.
Напряжения сжатия, возникающие в сечении древесного элемента, складываются на напряжение сжатия и растяжения – вычитаются. Максимальное сжимающее напряжение возникает в крайних волокнах сечения в месте действия максимального изгибающего момента. Разрушение сжато изгибаемого элемента начинается с потери устойчивости сжатых волокон, что обнаруживается появлением складок и повышенными прогибами. ∞Такое разрушение частично пластично, т.к. жёсткость стержня не является ∞, то он под влиянием изгибающего момента прогибается. При этом центрально приложенная сжимающая сила, теперь уже будет иметь эксцентриситет = деформации стержня от момента. И, таким образом, создаёт дополнительный сжимающий момент. Появление дополнительного момента от нормальной силы увеличивает деформацию стержня, что приводит к ещё большему возрастанию момента. Такое наращивание дополнительного момента и прогибов будет продолжаться некоторое время и затем затухнет. В основу метода Завриева положено:
1.Независимо от характера распределения нагрузки, стержень всегда изгибается по закону синусоиды. В действительности это возможно, если нагрузка распределяется по синусоиде.
2.Стержень работает упруго.
3.Напряжения (опасные) достигают предела прочности при сжатии.
Вообще, полный прогиб стержня и уравнение кривой неизвестны, поэтому непосредственно формулой краевых напряжений пользоваться нельзя.
(1),
Полный изгибающий момент стержня равен (2),
В обоих уравнениях есть 3 неизвестных: δс, у, МХ.
Всякую кривую аналитически можно выразить в виде ряда который при этом должен быть быстросходящимся и удовлетворять краевым значениям. Таким является тригонометрический ряд:
При симметричной загрузке первый член ряда даёт точность 95-97%. Для упрощения решений считают нагрузку симметричной. Тогда можно ограничится первым частным ряда
С появлением этого уравнения мы получаем 4 недостающее неизвестное f1. Из курса строительной механики видно, что вторая производная уравнения кривой деформирования равная
После дифференцирования получим: , следовательно .
Если из этого уравнения выделить МХ и подставить в уравнение МХ=Мq+Мy, то после преобразований, имея в виду что и и Ymax=f, то получим следующее выражение:
Найденная зависимость позволяет решать вопрос об определении напряжения. Для этого значение f1 подставим в выражение:
После преобразования получим: , где
— коэффициент, учитывающий дополнительный изгибающий момент от продольной силы при деформации стержня. Применим при значении от «0» до «1».
Nкр=φ×RС×Fбр.
Окончательно выражение можно записать в виде: , где ; , т.к. 0< <1.
Если =0, то N=φ×F×R=0?
Если =1, то N=0 – продольной силы нет
Если ≤0, то (невозможно)
В связи с тем, что значение коэффициента пропорционального изгиба при вычисление значения всегда определяется по следующей формуле: φ=3000/λ2, то при малых изгибающих напряжениях , , то работа стержня близка к условиям продольного изгиба и формула даст неправильный результат. В этом случае стержень надо рассчитывать на продольный изгиб без учёта изгибающего момента. При определении прогиба сжато изгибаемого элемента надо учитывать влияние дополнительного момента от продольной силы f=f0/ ,
Общая формула
Далее по действующему СНиПу рекомендуется следующее уточнение. При несимметричном нагружении, нагрузку раскладывают на симметричную и кососимметричную.
Далее СНиП рекомендует домножать коэффициент влияния продольной силы на изгибающий момент: kН –поправочный коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающего момента.
kН =αн+ (1-αн), где αн =0,81 –при прямоугольной эпюре, αн =1,22 — при треугольной эпюре.
Этот поправочный коэффициент даёт уточнение в 5%. Также при необходимости сжато изгибаемые элементы необходимо проверять на прочность по скалывающим напряжениям: τ≤Rск;
Сжато изгибаемый элемент должен быть так же проверен на устойчивость плоской формы деформирования. , где φу-коэффициент продольного изгиба с учётом работы стержня из плоскости, φу =3000/λ2- для гибкости участка элемента расчётной длины lp из плоскости деформирования, φМ-коэффициент продольного изгиба от действия изгибающего момента, FБР — площадь брутто, с максимальными размерами сечения элемента на участке lp, WБР – максимальный момент сопротивления (брутто) на участке lp, n – коэффициент, зависящий от закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования n=2 – без закрепления растянутой зоны из плоскости, n= 1 – для элементов имеющих такие закрепления.
Источник
К механическим свойствам древесины относятся: прочность, твёрдость, жёсткость, ударная вязкость и другие.
Прочность — способность древесины сопротивляться разрушению от механических усилий, характеризующихся пределом прочности. Прочность древесины зависит от направления действия нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков.
Существенное влияние на прочность древесины оказывает только связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках. При увеличении количества связанной влаги прочность древесины уменьшается (особенно при влажности 20-25%). Дальнейшее повышение влажности за предел гигроскопичности (30%) не оказывает влияния на показатели прочности древесины. Показатели пределов прочности можно сравнивать только при одинаковой влажности древесины. Кроме влажности на показатели механических свойств древесины оказывает влияние и продолжительность действия нагрузок.
Вертикальные статические нагрузки — это постоянные или медленно возрастающие. Динамические нагрузки, наоборот, действуют кратковременно. Нагрузку, разрушающую структуру древесины, называют разрушительной. Прочность, граничащую с разрушением, называют пределом прочности древесины, её определяют и измеряют образцами древесины. Прочность древесины измеряют в Па/см2 (кгс на 1 см2) поперечного сечения образца в месте разрушения, (Па/см2 (кг с/см2).
Сопротивление древесины определяют как вдоль волокон, так и в радиальном и тангенциальном направлении. Различают основные виды действий сил: растяжение, сжатие, изгиб, скалывание. Прочность зависит от направления действия сил, породы дерева, плотности древесины, влажности и наличия пороков. Механические свойства древесины приведены в таблицах.
Чаще всего древесина работает на сжатие, например, стойки и опоры. Сжатие вдоль волокон действует в радиальном и тангенциальном направлении (рис. 1).
Предел прочности на растяжение. Средняя величина предела прочности при растяжении вдоль волокон для всех пород составляет 1300 кгс/см2. На прочность при растяжении вдоль волокон оказывает большое влияние строение древесины. Даже небольшое отклонение от правильного расположения волокон вызывает снижение прочности.
Прочность древесины при растяжении поперёк волокон очень мала и в среднем составляет 1/20 часть от предела прочности при растяжении вдоль волокон, то есть 65 кгс/см2. Поэтому древесина почти не применяется в деталях, работающих на растяжение поперёк волокон. Прочность древесины на растяжение поперёк волокон имеет значение при разработке режимов резания и режимов сушки древесины.
| Рис. 1. Испытание механических свойств древесины на сжатие: а — вдоль волокон; б — поперек волокон — радиально; в — поперек волокон — тангенциально. |
Предел прочности при сжатии. Различают сжатие вдоль и поперёк волокон. При сжатии вдоль волокон деформация выражается в небольшом укорочении образца. Разрушение при сжатии начинается с продольного изгиба отдельных волокон, которое во влажных образцах из мягких и вязких пород проявляется как смятие торцов и выпучивание боков, а в сухих образцах и в твёрдой древесине вызывает сдвиг одной части образца относительно другой.
Средняя величина предела прочности при сжатии вдоль волокон для всех пород составляет 500 кгс/см2.
Прочность древесины при сжатии поперёк волокон ниже, чем вдоль волокон примерно в 8 раз. При сжатии поперёк волокон не всегда можно точно установить момент разрушения древесины и определить величину разрушающего груза.
Древесину испытывают на сжатие поперёк волокон в радиальном и тангенциальном направлениях. У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами (дуб, бук, граб) прочность при радиальном сжатии выше в полтора раза, чем при тангенциальном; у хвойных — наоборот, прочность выше при тангенциальном сжатии.
| Рис. 2. Испытание механических свойств древесины на изгиб. |
Предел прочности при статическом изгибе. При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои древесины испытывают напряжение сжатия, а нижние — растяжения вдоль волокон. Примерно посередине высоты элемента проходит плоскость, в которой нет ни напряжения сжатия, ни напряжения растяжения. Эту плоскость называют нейтральной; в ней возникают максимальные касательные напряжения. Предел прочности при сжатии меньше, чем при растяжении, поэтому разрушение начинается в сжатой зоне. Видимое разрушение начинается в растянутой зоне и выражается в разрыве крайних волокон. Предел прочности древесины зависит от породы и влажности. В среднем для всех пород прочность при изгибе составляет 1000 кгс/см2, то есть в 2 раза больше предела прочности при сжатии вдоль волокон.
Прочность древесины при сдвиге. Внешние силы, вызывающие перемещение одной части детали по отношению к другой, называют сдвигом. Различают три случая сдвига: скалывание вдоль волокон, поперёк волокон и перерезание.
Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1/5 часть от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), прочность на скалывание по тангенциальной плоскости на 10-30% выше, чем по радиальной.
Предел прочности при скалывании поперёк волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперёк волокон в четыре раза выше прочности при скалывании.
| Рис. 5. Направление сил в деревянной конструкции, находящейся под нагрузкой: 1 — сдвиг на скалывание; 2 — сжатие; 3 — растяжение; 4 — изгиб; 5 — сжатие. |
Твёрдость — это свойство древесины сопротивляться внедрению тела определённой формы. Твёрдость торцовой поверхности выше твёрдости боковой поверхности (тангенциальной и радиальной) на 30% у лиственных пород и на 40% у хвойных. По степени твёрдости все древесные породы можно разделить на три группы: 1) мягкие — торцовая твёрдость 40 МПа и менее (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан); 2) твёрдые — торцовая твёрдость 40,1-80 МПа (лиственница, сибирская берёза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач, платан, рябина, клён, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень); 3) очень твёрдые — торцовая твёрдость более 80 МПа (акация белая, берёза железная, граб, кизил, самшит, фисташки, тис).
Твёрдость древесины имеет существенное значение при обработке её режущими инструментами: фрезеровании, пилении, лущении, а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию при устройстве полов, лестниц перил.
Твёрдость древесины
Эбеновое дерево | Свыше 8,0 | Бук | 3,8 |
Акация белая | 7,1 | Дуб | 3,8 |
Олива | 6 | Падук | 3,8 |
Ярра | 6 | Афромозия | 3,7 |
Кумару | 5,9 | Граб | 3,7 |
Лапачо | 5,7 | Вяз гладкий | 3,67 |
Амарант | 5 | Берёза | 3,6 |
Орех грецкий | 5 | Тиковое дерево | 3,5 |
Кемпас | 4,9 | Ирокко (камбала) | 3,5 |
Бамбук | 4,7 | Вишня | 3,2 |
Панга-панга | 4,4 | Ольха | 2,7 |
Венге | 4,2 | Лиственница | 2,6 |
Гуатамбу | 4,2 | Клён полевой | 2,5 |
Клен остролистый | 4,1 | Сосна | 2,49 |
Ясень | 4,1 | Сосна корейская | 1,9 |
Мербау | 4,1 | Осина | 1,86 |
Сукупира | 4,1 | Кумьер | твёрдая |
Ятоба (мерил) | 4,1 | Груша | средняя |
Свитения (махагони) | 4 | Сапелли | средняя |
Дуссие | 4 | Липа | низкая |
Мутения | 4 | Каштан | низкая |
| Порода дерева | Твердость, МПа (кгс/см2) | ||
| для поверхности поперечного разреза | для поверхности радиального разреза | для поверхности тангенциального разреза | |
| Липа | 19,0(190) | 16,4(164) | 16,4(164) |
| Ель | 22,4(224) | 18,2(182) | 18,4(184) |
| Осина | 24,7(247) | 17,8(178) | 18,4(184) |
| Сосна | 27,0(270) | 24,4(244) | 26,2(262) |
| Лиственница | 37,7(377) | 28,0(280) | 27,8(278) |
| Береза | 39,2(392) | 29,8(298) | 29,8(298) |
| Бук | 57,1 (571) | 37,9(379) | 40,2(402) |
| Дуб | 62,2(622) | 52,1(521) | 46,3(463) |
| Граб | 83,5(835) | 61,5(615) | 63,5(635) |
Ударная вязкость характеризует способность древесины поглощать работу при ударе без разрушения и определяется при испытаниях на изгиб. Ударная вязкость у древесины лиственных пород в среднем в 2 раза больше, чем у древесины хвойных пород. Ударную твёрдость определяют, сбрасывая стальной шарик диаметром 25 мм с высоты 0,5 м на поверхность образца, величина которого тем больше, чем меньше твёрдость древесины.
Износостойкость — способность древесины сопротивляться износу, т.е. постепенному разрушению её поверхностных зон при трении. Испытания на износостойкость древесины показали, что износ с боковых поверхностей значительно больше, чем с поверхности торцевого разреза. С повышением плотности и твёрдости древесины износ уменьшился. У влажной древесины износ больше, чем у сухой.
Способность древесины удерживать металлические крепления: гвозди, шурупы, скобы, костыли и др. — важное её свойство. При забивании гвоздя в древесину возникают упругие деформации, которые обеспечивают достаточную силу трения, препятствующую выдёргиванию гвоздя. Усилие, необходимое для выдёргивания гвоздя, забитого в торец образца, меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперёк волокон. С повышением плотности сопротивление древесины выдергиванию гвоздя или шурупа увеличивается. Усилия, необходимые для выдёргивания шурупов (при прочих равных условиях), больше, чем для выдёргивания гвоздей, так как в этом случае к трению присоединяется сопротивление волокон перерезанию и разрыву.
Основные технические свойства различных древесных пород
| Порода дерева | Коэффициент усушки, % | Механическая прочность для древесины с 15 %-ной влажностью, МПа (кгс/см2) | ||||
| в радиальном направлении | в тангенциальном направлении | на сжатие вдоль волокон | на изгиб | скалывание | ||
| в радиальной плоскости | в тангециальной плоскости | |||||
| Хвойные древесные породы | ||||||
| Сосна | 0,18 | 0,33 | 43,9 | 79,3 | 6,9(68) | 7,3(73) |
| Ель | 0,14 | 0,24 | 42,3 | 74,4 | 5,3(53) | 5,2(52) |
| Лиственница | 0,22 | 0,40 | 51,1 | 97,3 | 8,3(83) | 7,2(72) |
| Пихта | 0,9 | 0,33 | 33,7 | 51,9 | 4,7(47) | 5,3(53) |
| Твердолиственные древесные породы | ||||||
| Дуб | 0,18 | 0,28 | 52,0 | 93,5 | 8,5(85) | 10,4(104) |
| Ясень | 0,19 | 0,30 | 51,0 | 115 | 13,8(138) | 13,3(133) |
| Береза | 0,26 | 0,31 | 44,7 | 99,7 | 8,5(85) | 11(110) |
| Клен | 0,21 | 0,34 | 54,0 | 109,7 | 8,7(87) | 12,4(124) |
| Ильм | 0,22 | 0,44 | 48,6 | 105,7 | — | 13,8(138) |
| Вяз | 0,15 | 0,32 | 38,9 | 85,2 | 7(70) | 7,7(77) |
| Мягколиственные древесные породы | ||||||
| Осина | 0,2 | 0,32 | 37,4 | 76,6 | 5,7(57) | 7,7(77) |
| Липа | 0,26 | 0,39 | 39 | 68 | 7,3(73) | 8(80) |
| Черная ольха | 0,16 | 0,23 | 36,8 | 69,2 | — | — |
| Черная осина | 0,16 | 0,31 | 35,1 | 60 | 5,8(58) | 7,4(74) |
Нормативная сопротивляемость чистой древесины сосны и ели
| Вид сопротивления и характеристика элементов, находящихся под нагрузкой | МПа (кгс/см2) |
| Сопротивление статическому изгибу Rt : | |
| 16(160) |
| 15(150) |
| 13(130) |
| Сопротивляемость сжатию Rсжи поверхностному сжатию Rп.сж: | |
| 13(130) |
| 1,8(18) |
| Сопротивление сжатию местной поверхности Rп.сж: | |
| 2,4 (24) |
| 3(30) |
| 4(40) |
| Сопротивляемость растяжению вдоль волокон Rраст.в : | |
| 10(100) |
| 8(80) |
| Сопротивляемость раскалыванию вдоль волокон Rраск.в | 2,4(24) |
| Сопротивляемость раскалыванию поперек Rраск.в волокон | 1,2(12) |
Средние показатели сопротивления древесины выдергиванию гвоздей
Порода древесины | Плотность, кг/м3 | Размеры гвоздей, мм | |||||
оцинкованных | не оцинкованных | ||||||
1,2 х 25 | 1,6 х 25 | 2 х 4 | |||||
Средние показатели сопротивления в направлениях | |||||||
радиальном | тангенциальном | радиальном | тангенциальном | радиальном | тангенциальном | ||
Сосна | 500 | 38 | 27 | 19 | 23 | 35 | 29 |
Ель | 445 | 33 | 28 | 23 | 18 | 37 | — |
Лиственница | 660 | 48 | 39 | 27 | 25 | 39 | 34 |
Дуб | 690 | 57 | 55 | 39 | 39 | 64 | 65 |
Бук | 670 | 57 | 58 | 41 | 48 | 65 | 79 |
Усилие, необходимое для выдергивания гвоздя, забитого в торец, на 10-15% меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперёк волокон.
Способность древесины изгибаться позволяет гнуть её. Способность гнуться выше у кольцесосудистых пород — дуба, ясеня и др., а из рассеянно-сосудистых — бука; хвойные породы обладают меньшей способностью к загибу. Гнутью подвергают древесину, находящуюся в нагретом и влажном состоянии. Это увеличивает податливость древесины и позволяет вследствие образования замороженных деформаций при последующем охлаждении и сушке под нагрузкой зафиксировать новую форму детали.
Раскалывание древесины имеет практическое значение, так как некоторые сортименты её заготовляют раскалыванием (клёпка, обод, спицы, дрань). Сопротивление раскалыванию по радиальной плоскости у древесины лиственных пород меньше, чем по тангенциальной. Это объясняется влиянием сердцевинных лучей (у дуба, бука, граба). У хвойных, наоборот, раскалывание, по тангенциальной плоскости меньше, чем по радиальной.
Деформативность. При кратковременных нагрузках в древесине возникают преимущественно упругие деформации, которые после нагрузки исчезают. До определённого предела зависимость между напряжениями и деформациями близка к линейной (закон Гука). Основным показателем деформативности служит коэффициент пропорциональности — модуль упругости.
Модуль упругости вдоль волокон Е = 12-16 ГПа, что в 20 раз больше, чем поперёк волокон. Чем больше модуль упругости, тем более жёсткая древесина.
С увеличением содержания связанной воды и температуры древесины, жёсткость её снижается. В нагруженной древесине при высыхании или охлаждении часть упругих деформаций преобразуется в «замороженные» остаточные деформации. Они исчезают при нагревании или увлажнении.
Поскольку древесина состоит в основном из полимеров с длинными гибкими цепными молекулами, её деформативность зависит от продолжительности воздействия нагрузок. Механические свойства древесины, как и других полимеров, изучаются на базе общей науки реологии. Эта наука рассматривает общие законы деформирования материалов под воздействием нагрузки с учётом фактора времени.
Источник