Расчетное сопротивление сосны растяжению
Вернуться на страницу»Расчеты КК и ДК»
Расчетные характеристики материалов
Согласно СП 64.13330.2011:
3.1 Расчетные сопротивления древесины сосны (кроме веймутовой), ели, лиственницы европейской и японской приведены в таблице 3. Расчетные сопротивления для других пород древесины устанавливают путем умножения величин, приведенных в таблице 3, на переходные коэффициенты тп, указанные в таблице 4.
Методика определения расчетных сопротивлений приведена в приложении Б.
Таблица 3
| Напряженное состояние и характеристика элементов | Расчетные сопротивления, МПа(кгс/см2), для сортов (классов) древесины | |||
| обозначение | 1/К26 | 2/К24 | 3/К16 | |
| 1. Изгиб, сжатие и смятие вдоль волокон: | ||||
| а) элементы прямоугольного сечения (за исключением указанных в подпунктах «б», «в») высотой до 50 см. При высоте сечения более 50 см см. п. 3.2,д текста | Rи, Rс, Rсм | 14 (140) | 13 (130) | 8,5 (85) |
| б) элементы прямоугольного сечения шириной свыше 11 до 13 см при высоте сечения свыше 11 до 50 см | Rи, Rс, Rсм | 15 (150) | 14 (140) | 10 (100) |
| в) элементы прямоугольного сечения шириной свыше 13 см при высоте сечения свыше 13 до 50 см | Rи, Rс, Rсм | 16 (160) | 15 (150) | 11 (110) |
| г) элементы из круглых лесоматериалов без врезок в расчетном сечении | Rи, Rс, Rсм | — | 16 (160) | 10 (100) |
| 2. Растяжение вдоль волокон: | ||||
| а) неклееные элементы | Rр | 10 (100) | 7 (70) | — |
| б) клееные элементы | Rр | 12 (120) | 9 (90) | — |
| 3. Сжатие и смятие по всей площади поперек волокон | Rс90, Rсм90 | 1,8 (18) | 1,8 (18) | 1,8 (18) |
| 4. Смятие поперек волокон местное: | ||||
| а) в опорных частях конструкций, лобовых врубках и узловых примыканиях элементов | Rсм90 | 3 (30) | 3 (30) | 3 (30) |
| б) под шайбами при углах смятия от 90 до 60° | Rсм90 | 4 (40) | 4 (40) | 4 (40) |
| 5. Скалывание вдоль волокон: | ||||
| а) при изгибе неклееных элементов | Rск | 1,8 (18) | 1,6 (16) | 1,6 (16) |
| б) при изгибе клееных элементов | Rск | 1,6 (16) | 1,5 (15) | 1,5 (15) |
| в) в лобовых врубках для максимального напряжения | Rск | 2,4 (24) | 2,1 (21) | 2,1 (21) |
| г) местное в клеевых соединениях для максимального напряжения | Rск | 2,1 (21) | 2,1 (21) | 2,1 (21) |
| 6. Скалывание поперек волокон: | ||||
| а) в соединениях неклееных элементов | Rск90 | 1 (10) | 0,8 (8) | 0,6 (6) |
| б) в соединениях клееных элементов | Rск90 | 0,7 (7)) | 0,7 (7) | 0,6 (6) |
| 7. Растяжение поперек волокон элементов из клееной древесины | Rр90 | 0,35 (3,5) | 0,3 (3) | 0,25 (2,5) |
| Примечания 1 Расчетное сопротивление древесины местному смятию поперек волокон на части длины (при длине незагруженных участков не менее длины площадки смятия и толщины элементов), за исключением случаев, оговоренных в поз. 4 данной таблицы, определяется по формуле , (1) где Rс90 — расчетное сопротивление древесины сжатию и смятию по всей поверхности поперек волокон (поз. 3 данной таблицы); lсм — длина площадки смятия вдоль волокон древесины см. 2 Расчетное сопротивление древесины смятию под углом a к направлению волокон определяется по формуле . (2) 3 Расчетное сопротивление древесины скалыванию под углом к направлению волокон определяется по формуле . (3) 4 В конструкциях построечного изготовления величины расчетных сопротивлений на растяжение, принятые по поз. 2,а данной таблицы, следует снижать на 30 %. 5 Расчетное сопротивление изгибу для элементов настила и обрешетки под кровлю из древесины 3-го сорта следует принимать равным 13 МПа (130 кгс/см2). | ||||
Таблица 4
| Древесные породы | Коэффициент тп для расчетных сопротивлений | ||
| растяжению, изгибу, сжатию и смятию вдоль волокон Rр, Rи, Rc, Rсм | сжатию и смятию поперек волокон Rс90, Rсм90 | скалыванию Rск | |
| Хвойные | |||
| 1. Лиственница, кроме европейской и японской | 1,2 | 1,2 | 1 |
| 2. Кедр сибирский, кроме кедра Красноярского края | 0,9 | 0,9 | 0,9 |
| 3. Кедр Красноярского края, сосна веймутова | 0,65 | 0,65 | 0,65 |
| 4. Пихта | 0,8 | 0,8 | 0,8 |
| Твердые лиственные | |||
| 5. Дуб | 1,3 | 2 | 1,3 |
| 6. Ясень, клен, граб | 1,3 | 2 | 1,6 |
| 7. Акация | 1,5 | 2,2 | 1,8 |
| 8. Береза, бук | 1,1 | 1,6 | 1,3 |
| 9. Вяз, ильм | 1 | 1,6 | 1 |
| Мягкие лиственные | |||
| 10. Ольха, липа, осина, тополь | 0,8 | 1 | 0,8 |
| Примечание. Коэффициенты тп, указанные в таблице, для конструкций опор воздушных линий электропередачи, изготавливаемых из не пропитанной антисептиками лиственницы (при влажности ≤ 25 %), умножаются на коэффициент 0,85. | |||
3.2 Расчетные сопротивления, приведенные в таблице 3, следует умножать на коэффициенты условий работы:
а) для различных условий эксплуатации конструкций — на коэффициент тв, указанный в таблице 5;
б) для конструкций, эксплуатируемых при установившейся температуре воздуха до +35 °С, — на коэффициент тт = 1; при температуре +50 °С — на коэффициент тт = 0,8. Для промежуточных значений температуры коэффициент принимается по интерполяции;
в) для конструкций, в которых напряжения в элементах, возникающие от постоянных и временных длительных нагрузок, превышают 80 % суммарного напряжения от всех нагрузок, — на коэффициент тд = 0,8;
г) для конструкций, рассчитываемых с учетом воздействия кратковременных (ветровой, монтажной или гололедной) нагрузок, а также нагрузок от тяжения и обрыва проводов воздушных ЛЭП и сейсмической, — на коэффициент тн, указанный в таблице 6;
д) для изгибаемых, внецентренно-сжатых, сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов прямоугольного сечения высотой более 50 см значения расчетных сопротивлений изгибу и сжатию вдоль волокон — на коэффициент тб, указанный в таблице 7;
е) для растянутых элементов с ослаблением в расчетном сечении и изгибаемых элементов из круглых лесоматериалов с подрезкой в расчетном сечении — на коэффициент то = 0,8;
ж) для элементов, подвергнутых глубокой пропитке антипиренами под давлением, — на коэффициент та = 0,9;
и) для изгибаемых, внецентренно-сжатых, сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов, в зависимости от толщины слоев, значения расчетных сопротивлений изгибу, скалыванию и сжатию вдоль волокон — на коэффициент тсл, указанный в таблице 8;
к) для гнутых элементов конструкций значения расчетных сопротивлений растяжению, сжатию и изгибу — на коэффициент тгн, указанный в таблице 9.
Источник
При расчёте на прочность деревянных конструкций необходимо знать его расчётное сопротивление. Для деревянных конструкций есть несколько типов расчётных сопротивлений: на изгиб, сжатие, смятие, скол вдоль и поперёк волокон, растяжение вдоль и поперёк волокон, сжатие и смятие поперек волокон. Вначале рассмотрим, как вычисляется расчётное сопротивление деревянных конструкций, затем рассмотрим его расчёт на примере вычисления расчётного сопротивления на изгиб для доски балки перекрытия.
Методика расчёта взята из СП 64.133330.2017, который можно скачать по этой ссылке.
Расчётное сопротивление древесины определяем по формуле 1 СП
64.13330.2017:
где RA
– расчётное сопротивление древесины согласно таблицы 3 СП 64.13330.2017 в
зависимости от сечения и сорта древесины
Таблица 3 СП 64.13330.2017:
| Напряженное состояние и характеристика элементов | Расчетное сопротивление, МПа, для сортов древесины | |||
|---|---|---|---|---|
| Обозначение | 1 | 2 | 3 | |
| 1 Изгиб, сжатие и смятие вдоль волокон: |  | |||
| а) элементы прямоугольного сечения [за исключением указанных в б), в)] высотой не более 50 см. При высоте сечения более 50 см [см. 6.9в)] | 21 | 19,5 | 13 | |
| б) элементы прямоугольного сечения шириной от 11 до 13 см при высоте сечения от 11 до 50 см | 22,5 | 21 | 15 | |
| в) элементы прямоугольного сечения шириной более 13 см при высоте сечения от 13 до 50 см | 24 | 22,5 | 16,5 | |
| г) элементы из круглых лесоматериалов без врезок в расчетном сечении | — | 24 | 15 | |
| 2 Растяжение вдоль волокон: |  | |||
| а) элементы из цельной древесины | 15 | 10,5 | — | |
| б) клееные элементы | 18 | 13,5 | — | |
| 3 Сжатие и смятие по всей площади поперек волокон |  | 2,7 | 2,7 | 2,7 |
| 4 Смятие поперек волокон местное: |  | |||
| а) в опорных частях конструкций, лобовых врубках и узловых примыканиях элементов | 4,5 | 4,5 | 4,5 | |
| б) под шайбами при углах смятия от 90° до 60° | 6 | 6 | 6 | |
| 5 Скалывание вдоль волокон: |  | |||
| а) при изгибе элементов из цельной древесины | 2,7 | 2,4 | 2,4 | |
| б) при изгибе клееных элементов | 2,4 | 2,25 | 2,25 | |
| в) в лобовых врубках для максимального напряжения | 3,6 | 3,2 | 3,2 | |
| г) местное в клеевых соединениях для максимального напряжения | 3,2 | 3,2 | 3,2 | |
| 6 Скалывание поперек волокон в соединениях: |  | |||
| а) элементов из цельной древесины | 1,5 | 1,2 | 0,9 | |
| б) клееных элементов | 1,05 | 1,05 | 0,9 | |
| 7 Растяжение поперек волокон элементов из клееной древесины |  | 0,23 | 0,15 | 0,12 |
| 8 Срез под углом к волокнам 45° |  | 9 | 7,5 | 6 |
| То же 90° |  | 16,5 | 13,5 | 12 |
| Примечания: | ||||
| 1 В конструкциях построечного изготовления величины расчетных сопротивлений на растяжение, принятые по пункту 2а) настоящей таблицы, следует снижать на 30%. | ||||
| 2 Расчетное сопротивление изгибу для элементов настила и обрешетки под кровлю из древесины 3-го сорта следует принимать равным 13 МПа. | ||||
Расчетные сопротивления для
других пород древесины устанавливают путем умножения величин, приведенных в
таблице 3, на переходные коэффициенты mп, указанные
в таблице 5.
Таблица 5 СП 64.13330.2017
| Древесная порода | Коэффициент mп для расчетных сопротивлений | ||
|---|---|---|---|
| растяжению, изгибу, сжатию и смятию вдоль волокон RP , RИ , RС ,RСМ | сжатию и смятию поперек волокон RС90 , RСМ90 | скалыванию RСК | |
| Хвойные | |||
| 1 Лиственница, кроме европейской | 1,2 | 1,2 | 1 |
| 2 Кедр сибирский, кроме кедра Красноярского края | 0,9 | 0,9 | 0,9 |
| 3 Кедр Красноярского края | 0,65 | 0,65 | 0,65 |
| 4 Пихта | 0,8 | 0,8 | 0,8 |
| Твердые лиственные | |||
| 5 Дуб | 1,3 | 2 | 1,3 |
| 6 Ясень, клен, граб | 1,3 | 2 | 1,6 |
| 7 Акация | 1,5 | 2,2 | 1,8 |
| 8 Береза, бук | 1,1 | 1,6 | 1,3 |
| 9 Вяз, ильм | 1 | 1,6 | 1 |
| Мягкие лиственные | |||
| 10 Ольха, липа, осина, тополь | 0,8 | 1 | 0,8 |
| Примечание – Коэффициенты mп, указанные в таблице, для конструкций опор воздушных линий электропередачи, изготавливаемых из не пропитанной антисептиками лиственницы (при влажности 25%), умножаются на коэффициент 0,85. | |||
mДЛ – коэффициент
длительной прочности, принимаемый по таблице 4 СП 64.13330.2017 в зависимости и
того, для чего служит конструкция
Таблица 4 СП 64.13330.2017
| Обозначение режимов нагружения | Характеристика режимов нагружения | Приведенное расчетное время действия нагрузки, с | Коэффициент длительной прочности mДЛ |
| А | Линейно возрастающая нагрузка при стандартных машинных испытаниях | 1-10 | 1,0 |
| Б | Совместное действие постоянной и длительной временной нагрузок, напряжение от которых превышает 80% полного напряжения в элементах конструкций от всех нагрузок | 108-109 | 0,53 |
| В | Совместное действие постоянной и кратковременной снеговой нагрузок | 106-107 | 0,66 |
| Г | Совместное действие постоянной и кратковременной ветровой и (или) монтажной нагрузок | 103-104 | 0,8 |
| Д | Совместное действие постоянной и сейсмической нагрузок | 10-102 | 0,92 |
| Е | Действие импульсивных и ударных нагрузок | 10-1-10-8 | 1,1-1,35 |
| Ж | Совместное действие постоянной и кратковременной снеговой нагрузок в условиях пожара | 103-104 | 0,8 |
| И | Для опор воздушных линий электропередачи — гололедная, монтажная, ветровая при гололеде, от тяжения проводов при температуре ниже среднегодовой | 104-105 | 0,85 |
| К | Для опор воздушных линий электропередачи — при обрыве проводов и тросов | 10-1-10-2 | 1,1 |
Пmi
– произведение коэффициентов условий работ согласно п.6.9 СП 64.13330.2017.
Рассмотрим все коэффициенты:
п.6.9 а) для различных условий эксплуатации конструкций –
коэффициент mВ, указанный в таблице
9:
Таблица 9 СП 64.13330.2017
| Условие эксплуатации (таблица 1) | 1А и 1 | 2 | 3 | 4 |
| Коэффициент mВ | 1 | 0,9 | 0,85 | 0,75 |
Условия эксплуатации указаны в таблице 1 СП 64.13330.2017
Таблица 1 СП 64.13330.2017
| Класс условий эксплуатации | Эксплуатационная влажность древесины, % | Максимальная относительная влажность воздуха при температуре 20°С, % | |
| 1 (сухой) | 1а | Не более 8 | 40 |
| 1б | Не более 10 | 50 | |
| 2 (нормальный) | Не более 12 | 65 | |
| 3 (влажный) | Не более 15 | 75 | |
| 4 (мокрый) | 4а | Не более 20 | 85 |
| 4б | Более 20 | Более 85 | |
| Примечания 1 Допускается в качестве «эксплуатационной» принимать «равновесную» влажность древесины (рисунок А.1 Приложения А СП 64.13330.2017). 2 Допускается кратковременное превышение максимальной влажности в течение 2-3 нед. в году. | |||
п.6.9 б) конструкций,
эксплуатируемых при установившейся температуре воздуха ниже плюс 35°С, —
коэффициент mТ=1; при температуре
плюс 50°С – коэффициент mТ=0,8. Для промежуточных
значений температуры коэффициент принимают по интерполяции;
п.6.9 в) изгибаемых,
внецентренно сжатых, сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов прямоугольного
сечения высотой более 50 см значения расчетных сопротивлений изгибу и сжатию
вдоль волокон – коэффициент mб,
указанный в таблице 10:
Таблица 10 СП 64.13330.2017
| Высота сечения, см | 50 и менее | 60 | 70 | 80 | 100 | 120 и более |
| Коэффициент mб | 1 | 0,96 | 0,93 | 0,90 | 0,85 | 0,8 |
п.6.9 г) растянутых элементов с
ослаблением в расчетном сечении и изгибаемых элементов из круглых
лесоматериалов с подрезкой в расчетном сечении – коэффициент mо=0,8;
п.6.9 д) элементов, подвергнутых глубокой пропитке
антипиренами под давлением, — коэффициент mа=0,9;
п.6.9 е) изгибаемых,
внецентренно сжатых, сжато-изгибаемых и сжатых клееных деревянных элементов, в
зависимости от толщины слоев, значения расчетных сопротивлений изгибу,
скалыванию и сжатию вдоль волокон — коэффициент mСД,
указанный в таблице 11:
Таблица 11 СП 64.13330.2017
| Толщина слоя, мм | 10 и менее | 19 | 26 | 33 | 42 |
| Коэффициент mСД | 1,2 | 1,1 | 1,05 | 1,0 | 0,95 |
п.6.9 ж) гнутых элементов
конструкций значения расчетных сопротивлений растяжению, сжатию и изгибу —
коэффициент mГН, указанный в таблице
12:
Таблица 12 СП 64.13330.2017
| Напряженное состояние | Обозначение расчетных сопротивлений | Коэффициент mГН при отношении rK/a | |||
| 150 | 200 | 250 | 500 и более | ||
| Сжатие и изгиб | Rc, Rи | 0,8 | 0,9 | 1 | 1 |
| Растяжение | Rр | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 1 |
| Примечание — rK — радиус кривизны гнутой доски или бруска; a — толщина гнутой доски или бруска в радиальном направлении. | |||||
п. 6.9 и) в зависимости от срока
службы – коэффициент mc.c, указанный в таблице 13:
Таблица 13 СП 64.13330.2017
| Вид напряженного состояния | Значение коэффициента mc.c при сроке службы сооружения | ||
| ≤50 лет | 75 лет | 100 лет и более | |
| Изгиб, сжатие, смятие вдоль и поперек волокон древесины | 1,0 | 0,9 | 0,8 |
| Растяжение и скалывание вдоль волокон древесины | 1,0 | 0,85 | 0,7 |
| Растяжение поперек волокон древесины | 1,0 | 0,8 | 0,5 |
| Примечание — Значение коэффициента mc.c для промежуточных сроков службы сооружения принимаются по линейной интерполяции. | |||
п. 6.9 к) для смятия поперек
волокон при режимах нагружения Г-К (таблица 4, приведена выше) — коэффициент mcм=1,15.
Пример расчёта
расчётного сопротивления
Для примера рассмотрим расчёт расчётного сопротивления на
изгиб для балки из доски сечением 50х200 из сосны 1-го сорта.
RAИ=21
МПа (п.1а таблицы 30)
mДЛ =0,53 (режим Б
таблицы 4)
mв=0,9 коэффициент для
условий эксплуатации подбирается по таблице 9 СП 64.13330.2017 согласно
условиям эксплуатации по таблице 1 СП 64.13330.2017. При влажности воздуха до
65% (для жилых помещений) данный коэффициент равен 0,9
mT =1– коэффициент
условий работы при температуре эксплуатации для температуры ниже +35°С равен
единице.
mб =1 коэффициент условий
работы в зависимости от высоты сечения при высоте сечения ниже 50 см равен 1.
mо – не применяется т.к.
наша конструкция не относится к ситуациям п.6.9 г.
mа— не применяется т.к.
доску мы не пропитываем антипиренами;
mСД – не применяется т.к.
данный коэффициент используется для клееных элементов;
mГН – не применяется т.к.
данный коэффициент используется для гнутых элементов;
mc.c =1
коэффициент условий работы для срока службы менее 50 лет. Срок службы здания
регламентирован ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований
Таблица 1. Для здания и сооружений массового строительства в обычных условиях
эксплуатации (здания жилищно-гражданского и производственного строительства)
принимается не менее 50 лет.
mcм – не применяется т.к. в нашем
случае режим нагружения будет Б.
Итого Пmi
равен:
Пmi=
mв*mT*mб*mc.c =0,9*1*1*1=0,9
Вычисляем расчётное сопротивление изгибу:
Rи=RAИ *mДЛ*Пmi=21*0,53*0,9=10,017 МПа
Источник
При проектировании, разработке или изготовлении конструкций из дерева важно знать прочностные свойства материала — расчетное сопротивление древесины, которые измеряется как один килограмм на квадратный сантиметр. Для изучения показателей используют образцы стандартных размеров, выпиленные из досок или бруса необходимого сорта, не имеющие внешних дефектов, сучков и иных пороков. Далее, образец проверяет на сопротивление сжатию, изгибу, растяжению.
Виды древесины
Дерево — универсальный материал, который легко поддается обработке и используется в разных сферах производства: строительство, изготовление мебели, посуды и других элементов быта. Область применения зависит от вида древесины с разными физическим, химическими и механическими свойствами. В строительстве особой популярностью пользуются такие хвойные породы, как ель, кедр, сосна, лиственница, пихта. В меньшей степени лиственные деревья — береза, тополь, осина, дуб, орешник, липа, ольха, бук.
Вам будет интересно:Щепетильный вопрос — что это такое?
Хвойные сорта используют в виде кругляка, бруса, досок для изготовления опорных свай, ферм, столбов, мостов, домов, арок, промышленных объектов, а также других строительных конструкций. На материалы из лиственных пород приходится лишь четверть всего объема потребления. Это связано с худшими физико-механическими свойствами лиственных лесоматериалов, поэтому их стараются применять для изготовления конструкций с незначительным несущими нагрузками. Обычно они идут на черновые и временные узлы объектов.
Применение лесоматериалов в строительстве регламентируется правилами в соответствии с физико-механическими свойствами дерева. Эти свойства зависят от влажности и наличия дефектов. Для несущих элементов влажность не должна превышать 25%, для остальных изделий таких требований не существует, но существуют нормы для конкретных пороков древесины.
Химический состав
В 99% массы древесины входят органические вещества. Состав же элементарных частиц для всех пород одинаковый: азот, кислород, углерод и водород. Они образуют длинные цепочки более сложных молекул. Древесина состоит из:
- Целлюлозы — природного полимера с высокой степенью полимеризации цепных молекул. Очень стойкое вещество, не растворяется ни в воде, ни в спирте, ни в эфире.
- Лигнина — ароматического полимера со сложным строением молекул. Содержит большое количество углерода. Благодаря нему появляется одревеснение стволов деревьев.
- Гемицеллюлозы — аналог обычной целлюлозы, но с меньшей степенью полимеризации цепных молекул.
- Экстрактивные вещества — смолы, камеди, жиры и пектины.
Большое содержание смол в хвойных деревьях консервирует материал и позволяет сохранять первоначальные свойства на протяжении долго времени, помогая сопротивляться внешнему воздействию. Низкосортные лесоматериалы с большим количеством дефектов используют в основном в лесохимической промышленности в качестве сырья для изготовления бумаги, клееной древесины или добычи химических элементов как, например, дубильные вещества, применяемые в производстве кожи.
Внешний вид
Древесина имеет следующие внешние свойства:
- Цвет. Зрительное восприятие отраженного спектрального состава света. Важен при выборе пиловочника в качестве отделочного материала.
- Окраска зависит от возраста и породы дерева, а также климатических условий, где оно выросло.
- Блеск. Способность отражать свет. Наибольший показатель отмечают у дуба, ясени, акации.
- Текстура. Рисунок, образуемый годичными кольцами ствола.
- Микроструктура. Определяется по ширине колец и содержанию поздней древесины.
Показатели используют при внешней оценке качества лесозаготовок. Визуальный осмотр позволяет выявить дефекты и пригодность материалов для последующего использования.
Дефекты древесины
Вам будет интересно:Единицы измерения крутящего момента двигателей
Несмотря на явные преимущества перед синтезированными материалами, дерево, как любое природное сырье, имеет свои недостатки. Наличие, степень и область поражения регламентируется нормативными документами. К основным порокам древесины относят:
- поражение, гнилью, грибками и вредителями;
- косослой;
- смоляные кармашки;
- сучки;
- трещины.
Сучковатость снижает прочность лесоматериалов, особое значение имеет их количество, размеры и расположение. Сучки подразделяют на виды:
- Здоровые. Плотно срастаются с телом дерева и крепко сидят в карманах, не имеют гнили.
- Выпадающие. Отслаиваются и отваливаются после распиловки материала.
- Роговые. Темного цвета и имеют более плотную структуру по отношению к соседней древесине;
- Потемневшие. Сучки с начальной стадией гниения.
- Рыхлые — загнившие.
По месту положения сучки разделяют на:
- сшивные;
- лапчатые;
- заросшие;
- пасынки.
Косослой также снижает прочность древесины на изгибе и характеризуется присутствием трещин и спиральных слоев в кругляке, в пиловочном материале они направлены под углом к ребрам. Изделия с таким дефектом относятся к низкосортным, используются исключительно в качестве временных укреплений.
Причины появления трещин зависят от внешних условий и породы древесины. Образуются они в результате неравномерного высыхания, морозов, механических нагрузок и многих других факторов. Появляются они как на живых деревьях, так и на спиленных. В зависимости от положения на стволе и формы, трещины называют:
- морозобойными;
- серницей;
- метиками;
- усушечными.
Трещины не только снижают качество древесины, но также способствуют быстрому гниению и разрушению волокон.
Гниль образуется вследствие заражения гнилостными и другими видами грибков, которые появляются на растущих и спиленных деревьях. Грибы, обитающие на живых стволах, являются паразитирующими, которые поражают годовые кольца и вызывают их отслаивание. Другие виды селятся уже на готовых конструкциях и вызывают гниение, расслаивание, растрескивание.
Причиной появления вредоносных организмов является благоприятная среда для их размножения: влажность более 50% и тепло. На хорошо просушенных лесоматериалах микроорганизмы не развиваются. К особой категории вредителей следует отнести насекомых, которые предпочитают селиться в деревянных конструкциях, делая ходы в них, тем самым повреждая волокна и снижая их прочность.
Влажность древесины
Один из важных показателей для нормативного и расчетного сопротивления древесины. Он влияет на процентное содержание воды в волокнах ствола. Влажность — процентное отношение массы влаги к сухому материалу. Формула расчета выглядит так: W = (m–m0)/m0 * 100, где m — исходная масса заготовки, m0 — масса абсолютного сухого образца. Определяют влажность двумя способами: путем высушивания и с помощью специальных электронных влагомеров.
По влажности древесину разделяют на несколько видов:
- Мокрая. С содержанием влаги более 100%, что соответствует длительному нахождению в воде.
- Свежеспиленная. С содержанием от 50 до 100 %.
- Воздушно-сухая. С содержанием воды в волокнах в диапазоне от 15 до 20 %.
- Комнатная-сухая. С содержанием влаги от 8 до 12 %.
- Абсолютно сухая. С 0 % содержанием воды, получаемая путем сушки при температуре в 102°.
Вода находится в дереве в связанном и в свободном виде. Свободная влага находится в клетках и межклеточном пространстве, связанная — в виде химических связей.
Влияние влаги на свойства древесины
Вам будет интересно:Краткая история педагогики: этапы развития, значение и цели
Выделяют несколько видов свойств, зависящих от содержания влаги в древесной структуре:
- Усушка — уменьшение в объеме волокон древесной массы при удалении из них связанной воды. Чем больше волокон, тем больше влаги связанного типа. Удаления влаги такого эффекта не дает.
- Коробление — изменение формы лесоматериалов в процессе высушивания. Происходит при неправильной сушке или распиловке бревен.
- Влагопоглощение — гигроскопичность дерева или способность впитывать влагу из окружающей среды.
- Разбухание — увеличение в объеме древесных волокон при нахождении материала во влажной среде.
- Водопоглащение — способность древесины увеличивать собственную влажность путем впитывания капельной жидкости.
- Плотность — измеряется как масса на единицу объема. С повышением влажности увеличивается плотность, и наоборот.
- Проницаемость — способность пропускать через себя воду под большим давлением.
После сушки дерево теряет свою природную эластичность и становится более твердым.
Твердость
Коэффициент твердости определяют с помощью метода Бринелля или теста Янки. Их принципиальное отличие заключается в методике измерений. По Бринеллю шарик из закаленной стали устанавливают на ровную, деревянную поверхность и прикладывают к нему 100 килограмм-силы, после замеряют глубину полученной лунки.
В тесте Янки используют шарик диаметром 0,4 дюйма и измеряют, какое количество силы в фунтах нужно приложить, чтобы вдавить шарик в дерево на половину диаметра. Соответственно, чем выше полученный результат, тем тверже дерево и больше коэффициент. Однако в пределах одного сорта показатели отличаются, которые зависят от способа распила, влажности и других факторов.
Ниже приведена таблица твердости древесины по Бринеллю и Янки для наиболее распространенных пород.
Наименование | Твердость по Бринеллю, кг/мм2 | Твердость по Янки, фунты |
Акация | 7,1 | |
Береза | 3 | 1260 |
Береза карельская | 3,5 | 1800 |
Вяз | 3 | 1350 |
Груша | 4,2 | |
Дуб | 3,7-3,9 | 1360 |
Ель | 660 | |
Липа | 400 | |
Лиственница | 2,5 | 1200 |
Ольха | 3 | 590 |
Орех европейский | 5 | |
Орех испанский | 3,5 | |
Осина | 420 | |
Пихта | 350-500 | |
Рябина | 830 | |
Сосна | 2,5 | 380-1240 |
Черешня | 3,5 | |
Яблоня | 1730 | |
Ясень | 4-4,1 | 1320 |
Из таблицы твердости древесины видно, что:
- осина, ель пихта, сосна — очень мягкие деревья;
- береза, липа, ольха и лиственница — мягкие породы;
- вяз и орех обладают средней твердостью;
- дуб, яблоня, вишня ясень, груша и имеют коэффициент обычной твердости;
- бук, белая акация и тис относятся к очень твердым сортам.
Твердая древесина обладает стойкостью к механическим воздействиям и используется для ответственных узлов деревянных конструкций.
Плотность
Плотность напрямую зависит от содержания влаги в волокнах. Поэтому для получения однородных показателей измерений, ее высушивают до уровня 12 %. Увеличение плотности древесины приводит к увеличению ее массы и прочности. По влажности лесоматериал делят на несколько групп:
- Породы с наименьшей плотностью (до 510 кг/м3). К ним относят пихту, сосну, ель, тополь, кедр, иву и орех.
- Породы со средней плотностью (в диапазоне 540-750 кг/м3). Сюда относят лиственницу, тис, вяз, березу, бук, грушу, дуб, ясень, рябину, яблоню.
- Породы с высокой плотностью (более 750 кг/м3). В эту категорию входят береза и акция.
Ниже приводится таблица плотности для разных пород деревьев.
Наименование породы | Плотность породы, кг/м3 |
Акация | 830 |
Береза | 540-700 |
| Карельская береза | 640-800 |
Бук | 650-700 |
Вишня | 490-670 |
Вяз | 670-710 |
Груша | 690-800 |
Дуб | 600-930 |
Ель | 400-500 |
Ива | 460 |
Кедр | 580-770 |
Европейский клен | 530-650 |
Канадский клен | 530-720 |
полевой клен | 670 |
Лиственница | 950-1020 |
Ольха | 380-640 |
Орех грецкий | 500-650 |
Осина | 360-560 |
Пихта | 350-450 |
Рябина | 700-810 |
Сирень | 800 |
Слива | 800 |
Сосна | 400-500 |
Тополь | 400-500 |
Туя | 340-390 |
Черемуха | 580-740 |
Черешня | 630 |
Яблоня | 690-720 |
Наименьшую плотность имеют хвойные породы, наибольшую, наоборот, лиственные виды.
Стабильность
Расчетное сопротивление древесины включает в себя такое понятие, как стабильность к воздействию влаги. Степень измеряется по пятибалльной шкале при изменении влажности воздуха:
Ниже приведена таблица стабильности распространенных пород древесины.
Наименование породы | Степень стабильности |
Акация | 2 |
Береза | 3 |
Береза карельская | 3 |
Бук | 1 |
Вишня | 4 |
Вяз | 2 |
Груша | 2 |
Дуб | 4 |
Ель | 2 |
Кедр | 4 |
Клен европейский | 2 |
Клен канадский | 2 |
Клен полевой | 1 |
Лиственница | 2-3 |
Ольха | 1 |
Орех американский | 4 |
Орех бразильский | 2 |
Орех грецкий | 4 |
Орех европейский | 4 |
Орех испанский | 3 |
Осина | 1 |
Пихта | 2 |
Тополь | 1 |
Черемуха | 1 |
Черешня | 2 |
Яблоня | 2 |
Показатели рассчитаны для древесины влажностью 12 %.
Механические характеристики
Качество древесины определяется по следующим показателям:
- Износостойкость — способность древесины сопротивляться износу в процессе трения. С увеличением твердости материала уменьшается его изнашивание с неравномерным распределением по поверхности образца. На износостойкость также влияет влажность древесины. Чем она ниже, тем выше сопротивление.
- Деформативность — способность восстанавливаться форму после исчезновения воздействующих сил. При сжатии древесины появляется деформация заготовки, которая исчезает вместе с нагрузкой. Основным показателем деформ?