1. ХАРАКТЕРИСТИКА ДРЕВЕСИНЫ КАК КОНСТРУКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА. ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ. ПРИМЕРЫ УНИКАЛЬНЫХ  КОНСТРУКЦИЙ.

Древесина – освобожденная от луба, коры, веток и корней часть ствола дерева. 

Дерев.констр.-сооруж.,и их части,воспринимающие внеш.напр.возд-ия и вып-ые целиком или преимущ-но из древесины

+ свойства

  • Должна воспринимать большие ветряные нагрузки
  • Большие температурные нагрузки
  • Единственный материал самовосстанавливающийся материал

+ качества как строительного материала

  • Небольшой объемный вес (500 кг/м3)
  • Относительная высока прочность (R=100МПа)
  • Высокая удельная прочность (прочность/удельный вес ) далеко обгоняет ж/б

Особенно целесообразна при больших пролетах

+ качества

  • Высокая упругость => безопасно в сейсмически опасных зонах
  • Высокая химическая стойкость
  • Мал коэффициент теплопроводности => высокая теплоизоляция
  • Высокие акустические качества (лучшие залы мира используют древесину как несущие конструкции)
  • Экологическая чистота материала (комфорт пребывания)

Производственные преимущества

  • Легкость в добывании
  • Простота обработки
  • Быстрота возведения
  • Не имеет сезонных ограничений при производстве строительных работ
  • Леса занимают 76-77 мил.Га (72 миллиарда м3 Сибирь, дальний восток, преобладает хвойные породы – 34% лиственница, 19% сосна, 15% ель, 10% кедр, 10% береза)

НЕДОСТАТКИ

  • Гниение
  • Легко воспламеняется при t 400* С (предел огнестойкости 20 минут)
  • Изменение влажности \> коробление трещины (нормальная влажность 12%
  • Пороки древесины:
    • Трещины: метиковые (из-за усушки), морозобоины (от резких температурных колебаний) солнечные (весенние солнечные ожоги), ветреницы (от большого напряжения) и тд.
    • Ненормальность строения: большеболонность(понижает прочность), двойная заболонь, двойная сердцевина, косослой (волокна древесины в винтообразном направлении), свиливатость (волокна волнами) и тд.
    • Сучковатость: сросшиеся (здоровые) и выпадающие (роговые)
    • повреждения ствола животными и людьми – порезы, ушибы, ранения
    • число пороков более 1000 по ГОСТу 21-40

ПРИМЕРЫ УНИКАЛЬНЫХ  КОНСТРУКЦИЙ

  1. мост через реку Тибр в Риме (мост с балочным пролетным строением, 614-638 гг. до н. э., полное отсутствие железных скреплений. Каждая опора – 2а ряда свай, объеденных насадками, поверх укладывались 2е поперечные балки, на которые опираются 6 продольных прогона, поверх располагались поперечины и настил)
  2. мост Юлия Цезаря (за 10 дней через реку Рейн, сваи длинной 1.5 фута (0,4572 м), соединены попарно с зазором, наклонно забиты в дно, другая пара вбита под противоположном углом на расстоянии 40 футов (12,192 м) ние по течению, соединялись с верху брусьями толщиной 2 фута (0,6096 м). Концы брусьев помещались в зазоры между сваями и были связаны с ними болтами. Поперек брусьев укладывались прогоны и дощатый настил. Для защиты устанавливали забор из коротких свай.)

  

 

2. ВИДЫ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ. ТЕРМИНОЛОГИЯ. КРУГЛЫЕ ЛЕСОМАТЕРИАЛЫ.

исходный продукт - хлыста (без корней, сучьев, вершины). Путем мех. обработки получ. сартименты.

по способу механической обработки хлыста:

- круглые (поперечное деление хлыста)

- пиленые (при продольной распиловке)

- лущеные (резка древесины на тонкие листы, для получения шпона, исп. для фанеры)

- строганные (резка по шпоностроганным доскам – шпон для отделки, ширина не более ширины ствола)

- колотые (раскалывание чурака вдоль волокон)

- измельченные (дробление древесины на рубильных машинах, фрезеровочных или стружечных станках).

хлысты, поступает сплавным путем, железнодорожным или автомобильным транспортом.

КРУГЛЫЕ – поперечное деление хлыста на отрезки

1)     бревна – сортименты, используются в круглом виде или отесанные по 1-2м кромкам, расколотые на 2е половины.

 

У бревна есть 2а конца: 1ин толстый – камель (ближе к корням), 2ой тонкий – отруб (ближе к вершине)

Сбежистость – уменьшенеи диаметра от ккомеля к отрубу  (1 см на 1 м)

Диаметр бревна = диаметру отрубня

По ГОСТу в зависимости от качества древесины и дефектов обработки лесоматериалы заготовляют 1-го – 4-го сортов, мелкие сортименты могут быть только 2-го или 3-го сорта. Пиловочные бревна имеют следующие стандартные размеры:

Группа

Толщина, см

Градация по толщине, см

Мелкие

6-13

1

Средние

14-24

2

Крупные

26 и более

2

Длина от 3 до 6,5 м с градацией через 0,5 м. Бревна длиной более 6,5 м заготовляют по специальному заказу для опор линий электропередач и связи. По диаметру отруба бревна делятся на : бревна (70-300), подтоварник, жерди.

2)     кряж – сортименты, используемые для выработки специальных пиломатериалов (карабелостроительство, спички, шпалы). Сортименты (кряжи), соответствующие по размерам деревообрабатывающим станкам – чураки. Отрезок хлыста = по длине нескольким чурокам - долготьё.

3)     баланс – колотые сортименты предназначенные для переработки в целлюлозу и древесную массу.

 

К древесине для ДК предъявляются следующие доп. Треб.:

- ширина годичных слоев в древесине должна быть не более 5 мм, а содержание в них поздней древесины – не менее 20%;

- в заготовках из пиломатериалов 1-го и 2-го сортов для крайней растянутой зоны (на 0,15 высоты сечения) клееных изгибаемых элементов и в досках 1-3-го сортов толщиной 60 мм и менее, работающих на ребро при изгибе или на растяжение, не допускается сердцевина.

 

3. ПИЛЕНЫЕ И ЛУЩЕНЫЕ ЛЕСОМАТРИАЛЫ.

Пиломатериалы получают в результатке продольного распила чурока (Сортименты (кряжи), соответствующие по размерам деревообрабатывающим станкам)

  • доски (ширина > толщины в 2 и более раз, ширину 60-250 мм, толщину 11-100 мм)
  • брусья (имеют толщину и ширину 125-250 мм)
  • брусок (если один из размеров не привышает 100мм)

Продольная широкая плоскость - ПЛАСТЬ, узкая – КРОМКА, плоскость поперечного распила – ТОРЕЦ, пересечение плоскостей – РЕБРА.

 

Доски:

Чисто обрезная – если у доски пропилены и пласти и кромки до конца элемента

Обрезная с обзолом на части кромки доски сохранена поверхность бревна. (обзол бывает острый, тупой) 

Обапол горбыльный – доска, у кот. пропилена только 1на пласть.

Обапол дощатый – 1на пласть пропилена частично, но больше, чем на пловину l.

 

Брусья: чисто обрезные, обзольные, четвертины (если пропилены только 2 части)

 

Лущением получают шпон виде непрерывной ленты древесины

 

1 – чурак

2 – лента шпона

3 – нож

4 – прижимная линейка

 

Толщина шпона зависит от расстояния от линейки до ножа (0.35-4 мм, обчно 1-1.3 мм)

Перед лущением чурак пропаривают

Из слоев шпона изготавливают строительные панели с перекрестным склеиванием слоев

Длинна 1220-1524, ширина так же

Кол-во слоев шпона от 3х до 17, чаще всего 5,7,9 слоевой, каждый 1мм

Различают наружные и внутренние слои шпона

Для наружных слоев существует 8 сортов А, В и С и их комбинации А→АВ→В→ВВ→ВС

Для внутренних слоев только 3 комбинации (1, 2, 3), чаще всего изготавливают из древесины березы, но теоретически можно изготавливать из разных пород дерева

 

4. СТРОЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЕЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВ-ВА.

Деловая древесина – освобожденная от луба, коры, веток, вершины и корней часть ствола дерева

 

Поперечные срез ствола: 1- кора, 2 – луб, 3 – заболонь, 4 – первичный сердцевинный луч, 5 – камбиальное кольцо, 6 – сердцевина, 7 – ядро, 8 – вторичный сердцевинный луч.

Сердцевина – в центре ствола, мягкая

Между сердцевиной и корой – древесина, кольца – возраст

У взрослого дерева центр. часть ствола, расположенная вокруг сердцевины, постепенно заполняется минерал-ми вещ-ми, дубильными вещ-ми и прочими консервантами, препятствующими ее развитию – эту часть ствола назыв. мертвой древес-й или ядром. Наружняя, более светлая – заболонь.

В завис. от визуального отличия ядра от заболони породы деревьев различают:  ядровые (сосна, дуб) – ядро резко отличается по цвету от заболони;  спелодревесные (ель, пихта) – разницы в окраске нет, внутренние слои только несколько суше; заболонные (клен, береза) – части древес. не отличаются.

МИКРОСТРУКТУРА. Осн-й растительный орг-м – клетка – сост. из оболочки, заполненной протоплазмой, в кот. плавает ядро. Клетки делят на:

проводящие клетки (трахеиды) –провдят Н2О и питат в-ва вдоль продольной оси ствола

опорные или механические (либриформные волокна, или склеренхимные клетки) – служат для придания дереву жесткости;

 питающие или запасные (паренхимные) – распол. горизонтально в сердцевинных лучах, содержат вещ-ва, питающие другие клетки и регулирующие обмен вещ-в, а также накопляют запасы питательных вещ-в на зимнее время.

Совокупность клеток – ткани. Пока клетки ткани молоды – плотно прилегают друг к другу. В поздн. возрасте стенки клеток расщипляются вдоль. В срубе эти полости м. б. заполнены влагой.

В строит-ве исп-т древесину лиственныую и хвойную. По способу раположения сосудов в годичных слоях лиственные породы делят:кольцесосудистые – твердолиственные (бук, береза, клен) и мягколиственные (липа, ольха, осина) - и рассеянососудистые – только твердолиственные (дуб, вяз, ясень).

В хвойных деревьях отсутствуют опорные клетки, которые заменены толстостенными узкими трахеиды осенней части годичных слоев.=> прямолинейность, отсутствие больших сучьев. => Преимущ. исп-е хвойных в строительстве

Основные факторы, влияющие на прочность и упругие св-ва древесины:

1, влага. Определяется влажностью W = масса влаги в образце / массу образца в абсолютно сухом состоянии

различают: сухая(<12%), воздушно сухая(12-18%), полусухая (18-25%),мокрая (<25%), свежесрубленная древесина (80-100%).

Влагу разделяют на 3 вида: химически связанную (находится внутри ядра клетки, удаляется только путем сжигания), свободная влага(находится в полостях клеток при удалении меняется только объемный вес), физически связанная (гигроскопическая) – наход. в стенках клеток древесины и оказ-т влияние на физико-мех. св-ва древесины.

  

Строение древесины упрощенно можно представить как набор трубок вытян. вдоль ствола, соед-х между собой с помощью межволокнистого слоя => очевидно что св-ва в разных направлениях разные. Древеисна  - анизатропный материал. Тело в котором 3 взаимно перпендикулярных плоскости – ортогонально-анизотропное тело.

 

↑ гигр. влаги прочность и упругие св-ва↓.при ↓ ↑. Изменение св-в и удаление влаги подчиняется закону анизотропии, => при высуш-и образец оказ-ся неравномерным. Относительное изменение линейных размеров элемента в направлении: тангентальной оси 6-12%, радиальной 3-6%, продольной 0,1–0,3%. Процесс сушки древесины сложен, тк при резком измен-и влажности → коробление, усадочные трещины. Влага удаляется последовательно: свободная → гигр-я. Стандартная влажность – 12%

2. Температура. Влияние влаги и t взаимосвязаны. Исп. термин температурно-влажностный режим. Стандартная t = +20 С.↑ t → R↓.и наоборот. В соответствии с действ. в нашей стране нормами, считается нормальная эксплуатация с периодическим нагреванием до 50 С, нижнего предела нет.

При t = -4..-5 С R ↑скачком, однако при этом ↑ хрупкость мат-ла.(тк влага в стенках клеток замерзала). Коэф-т темп. расширения (вдоль волокон) – αt=(3…5)∙10-61/*С. → не нужны температурные швы.

Коэф-т темп. расширения (поперек волокон) – αt=0,15 Вт/м∙К. Что ↓ соответствующей величины других строит-х мат-в. Напр: брус 15см эквивлентен кирпичной стене в 3 силикатных кирпича.

3. Влияние химически агрессивных сред. Целлюлоза – осн-й компонент древесины -вещ-во химически стойкое, почти нерастворимое (вода, ацетон, эфир, спирт и др). Сильные минеральные кислот дейст-т только при высоких концентрациях. Действие органических кислот знчительно слабее. Деревян. констр-и могут эксплуатир-ся в атмосфере с парами фосфор. кислоты, павиковой кислоты. Серная и азотная кислоты при концентрации ↑ 5% разрушают. Не реагирует на действие щелочей. => древес. химически более стойкий мат-л чем металл и ж/б. Для ↑хим. стойкости дерев. констр-й нужно исп. различн. виды покрытий лаками, красками. Прим-т также конструктивные мероприятия: 1,применение массивных деревянных эл-в; 2, конструкции без сложных узлов; без щелей и карманов; 3, безметальные конструкции; 4, хорошая вентиляция; гидроизоляция; 5, щадящие t режимы.

4. Биологические факторы. При благоприятных усл-х деревян. констр. могут служить веками. Гниение - жизнедеятельность дереворазрушающих грибов. различают ↑ 1000 разновидностей древоразруш. грибов.Делят на 3 осн-е группы: лесные, биржевые, домовые. Лесные –на срубл. древ. погибают. Биржевые – поражают складируемую древесину,чаще у соприкосновения с землей. В помещении погибают. Многие изменяют окраску древесины, но не ↓R. В некот-х случаях могут вызвать дефекты конструкций. Домовые – вызывают развитие деконструктивной гнили мат-ла.Виды: настоящийдомовой гриб, белый д. г., пленочный д. г., шахтный д. г. При обнаруж. деструктивной трухлявой гнили (сетка мелких, тонких трещин) необходимо пораженные части удалить и сжечь; употреблять нельзя. Для развития жизнедеят-ти грибов: температура 0-50 С; влажность не менее 20%; наличие кислорода. При t выше 80 С погибают грибные тела и споры→для обеззараживания древес. ее нагревают выше 80 С→ стирилизованная древесина.

Необходимо создавать в помещении щадящий температурно-влажностный режим, обеспечить надежную гидроизоляцию, необходимо отделить подошвы деревянных стоек от бет. фундамент с помощью бетонной гидроизоляции, а сам обрез фунд. поднять над грунтом на 15-20см. Древесину конструкции следует содержать либо на открытом воздухе, либо полностью в помещении. Наиболее эф. способом защиты от гниения явл. антисептирование. для защиты от грибов – фумгициды; от насекомых – инсектицидами.

ГОРЮЧЕСТЬ И ОГНЕСТОЙКОСТЬ. Для устойчивого горения древес., кроме источника огня, необходим непрерывный приток огромного количества О2. Предел огнестойкости – наз-ся время эксплуатации конструкции от момента возникновения пожара до потери несущей способности или устойчивости, прогорания сквозных щелей или достижения стороной, противоположной огня, температуры выше 150 С. Колеблется от 45мин-2ч.  Сталь 7-15 мин. Для защиты рекомендуется: избавление от пустот, в кот-х может образовать тяга. В случае неизбежности образования внутренних полостей должно быть предусмотрено расчленение их на отсеки, не сообщающиеся между собой.

Рекомендуется сочетать с негорючему мат-ми. Кровельное покрытие – асбоцементнуая кровля, теплоизоляция – минеральная вата. Противопожарная обработка – антипиренами→трудносгораемый мат-л.  При глуб. пропитке ↓нес. способность. →лучше покрывать лаками, перхловиниловая и пентафталевая эмали.

 

5. АНИЗОТРОПИЯ И НЕОДНОРОДНОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ. РАБОТА ДРЕВЕСИНЫ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ, СЖАТИИ И ИЗГИБЕ.

Строение древесины в различных направлениях неодинаково => и ее свойства в различных структурных направлениях неодинаковы (анизотропия). При рассмотрении анизотропии древесины в первом приближении не учитывается неоднородность строения и изменчивость свойств по радиусу и по высоте ствола. Обычно исп-ют схему ортогональной анизотропии (наличие 3 взаимно перпендикулярных плоскостей структурной симметрии). Такие материалы называются ортотропными или ортогонально изотропными. За плоскости симметрии в этом случае принимают:

 

  1. Торцевой или поперечный разрез. Нормаль – продольная ось, N.
  2. Радиальный или лучевой разрез (проходит через ось ствола). Нормаль - R.
  3. Тангенциальный разрез, параллельный оси ствола и проходящий через касательную к кольцу поперечного сечения. Нормаль - Т.

Эти нормали - главные осями анизотропии.

Целесообразно использовать ортотропную модель древесины в том случае,когда можно четко определить положение всех трех главных осей анизотропии и после этого указать в проекте наиболее рациональную их ориентацию. В противном случае можно использовать более простую трастропную модель, плоскость изотропии - плоскость поперечного сечения, перпендикулярную к продольной оси ствола.

Анизотропная структура древесины оказывает влияние, как на физические, так и на  механические (упругие и прочностные) свойства.Упругие характеристики используются при исследовании деформативности деревянных конструкций. При изучении прочностных свойств исследуемые образцы всегда приходится доводить до разрушения, причем начало разрушения обязательно образуется в зоне какого-либо локального дефекта. В этом случае существенное влияние оказывает нерегулярная неоднородность материала, что явилось одной из важнейших причин, не позволивших до настоящего времени создать единую теорию прочности древесины. Поэтому для практического пользования рассматривают разрушение при: растяжении, сжатии, изгибе, смятии и скалывании.

Исследуют на малых чистых образцах при приложении мгновенной нагрузки (а не длительно действующей во времени).

 

Чистые - образцы, выполненные из древесины без пороков. Это необходимо для того, чтобы можно было исследовать характерные свойства данной породы, не искаженные локальными неоднородностями. Малые образцы берутся для того, чтобы можно было визуально убедиться в отсутствии дефектов. После испытаний проводится статическая обработка => выбираются min значения с вероятностью 97,5%.=> получают Нормативное сопротивление. Для получения действительной прочности его необходимо умножить на коэффициент длительности (0,5-0,6) и коэффициент однородности.

Получаем значительный разброс прочности для одной и той же породы. Это объясняется неоднородностью древесины, из-за особенности ее строения. Например, у хвойных пород прочность поздней древесины в 3-5 раз выше  прочности ранней, тк у поздней толще стенки трахеид = > больше плотность древесины = > больше прочность.

  • Растяжение

 

Для испытаний используются стандартные образцы с размером поперечного сечения в рабочей зоне 20х4 мм. Древ. обладает высокой прочностью на растяжение вдоль волокон (для сосны и ели предел прочности 100 МПа). При растяжении древесина ведет себя как хрупкий материал => наличие местных дефектов существенно снижет ее прочность. Значение имеет величина дефекта, и его расположение. Опасно наличие сучков или косослоя, выходящих на кромку элемента (если сучок занимает ¼ доски, находится в середине, то сохраняется 35% прочности, а если сучок находится вблизи кромки, остается 27%  прочности. Характер разрушения – защемистый разрыв.

R крупных образцов из-за большей неоднородности строения меньше, чем у мелких.

R растяжение поперек волокон = 2 – 2,5% от R вдоль волокон => стремятся исключить работу древесины на растяжение поперек волокон.

Диаграмма напряжений для древесины имеет криволинейный характер, => предел пропорциональности (точка, где кончается прямолинейная часть диаграммы) этого материала вообще отсутствует. Для удобства расчетов вводят понятие условного предела пропорциональности. При растяжении и сжатии его принимают равным половине предела прочности.

 

  • Сжатие

 

Стандартные образцы параллелепипед 20х20х30 мм. При работе древесины на сжатие вдоль волокон ее прочность в 2-2,5 раза ниже аналогичной прочности на растяжение. Для хвойных пород предел прочности 40 МПа.

При сжатии древесина ведет себя как пластичный материал. => влияние местных пороков сказывается меньше, чем при растяжении. Наличие сучков, занимающих 1/3 ширины элемента, снижают его прочность на 30-40%.

работа древесины на сжатие вдоль волокон является более надежной, чем при растяжении, => широкое применение металлодеревянных конструкций, где основные растянутые элементы их стали. Сжатие древесины поперек волокон аналогично ее смятию по всей поверхности.

Характерным признаком начала разрушения образца при сжатии является возникновение складки, образующейся в результате потери устойчивости волокон

  • Изгиб

 

При работе древесины на изгиб наблюдается и растяжение, и сжатие волокон, и межслойный сдвиг.

Предел прочности древесины при изгибе - промежуточное значение между пределом прочности при растяжении и сжатии. для древесины сосны равен 75 МПа

Влияние пороков (сучков и косослоя) значительно, особенно при расположении в растянутой зоне. Если сучек занимает 1/3 пласти элемента, в наиб. опасной части (у кромки в растянутой зоне) R снижается на 50-55%. В бревнах пороки сказываются меньше, чем в пиломатериалах (падает всего на 20-25%). Т.к. в бревнах отсутствуют выходы на кромку перерезанных при распиловке волокон.

Закон распределения нормальных напряжений при изгибе в расчетах обычно принимается линейным, определяется по обычной формуле(=M/W), т.к. максимальные напряжения не превышают ¼ от временного сопротивления. НО при приближении нагрузки к предельному значению и ↑ кривизны, эпюра напряжений становитсянелинейной (в сжатой зоне максимально напряженные волокна смещены от кромки к центру зоны). Это объясняется поддерживающим влиянием волокон (волокна в древесине находятся в упруго-пластичной среде, поэтому при возникновении в крайних волокнах критических напряжений они не разрушаются, а просто перестают воспринимать дополнительную нагрузку). => устойчивость внутренних удаленных от кромки волокон выше =>воспринимают большую критическую нагрузку.

Предел прочности при изгибе зависит от формы поперечного сечения. При одинаковом моменте прочности предел круглого сечения > прямоугольного, а у двутаврового < прямоугольного. С ↑ высоты сечения предел прочности ↓

Разрушение изгибаемых элементов начинается в результате:

либо образования складки  в сжатой зоне,

либо разрыва растянутых волокон,

либо от скалывания.

 

6. РАБОТА ДРЕВЕСИНЫ ПРИ СМЯТИИ И СКАЛЫВАНИИ.

 

СМЯТИЕ. Смятие древесины может происходить под любым углом к главным осям анизотропии. Сопротивление смятию вдоль волокон мало отличается от сопротивления сжатию древесины вдоль волокон, поэтому действующий СНиП не делает между ними различия. Сопротивление дривесины смятию вдоль волокон имеет наибольшую величину.

Наиболее слабо древесина сопротивляется смятию поперек волокон. Работа древесины на смятие поперек волокон хар-ся весьма значительными деф-ми. Предельные напряжения назнячаются по велечине деф-й, ограниченных эксплуатационными требованиями.

а) Смятие по всей площади образца. Сопротивление смятию наимньшее. для древес. хвойных = 1,8 МПа. б) Смятие на части длины, но по всей ширине образца. Расчетное сопротивление ↑ вдвое →3МПа.(жесткость волокон) в) Смятие на части длины и части ширины образца. – наиболее высокая величина расчетного сопротивления → 4МПа.(жесткость межволоконных связей). Жесткость межволоконных связей ниже жесткости волокон.

Сопротивление древесины смятию под углом к волокнам занимает промежуточное значение между сопротивлениями вдоль и поперек волокон. RСМ α= RСМ / 1+( (RСМ / RСМ 90)-1)·sin3α.

 

СКАЛЫВАНИЕ. При скалывании древес. раб. как хрупкий мат-л. Наиболее высокое сопротивление при этом соответствует направлению усилий вдоль волокон, наиболее низкое – поперек волокон. Скалывание под углом к волокнам заниает промежуточное знач-е и м.б. описано аналогичной формулой смятию под углом: . RСК α= RСМ / 1+( RСК / RСК 90-1)·sin3α.

Различают 2 вида скалывания: скалывание при изгибе и скалывание в соединениях деревянных конструкций.

Скалывание при изгибе деревянных эл-в вполне удовлетворяет классическим понятиям строительной механики. Возникающие при этом касательные напряжения с удовлетворительной достоверностью описываются формулой Журавского: τ = QSотс/Jb.

При опред-и скалывающих усилий в соединениях элементов деревянных конструкций величину касательных напряжений находят через отношение скалывающего усилия. TСК к площади скалывания FСК:  τ = TСК / FСК . Распределение касательных напряжений по площадкам скалывания в этих случаях происходит неравномерно. В случае двустороннего (промежуточного) скалывания неравномерность распределения напряжений оказывается меньшей, чем в случае одностороннего.(рис 1)

 

Скалывание сопровождается «отдиранием» древесины в направлении поперек волокон. Причина: действие изгибающего момента М=Т*e возникающего в результате эксцентричного приложения равнодействующей скалывающих усилий (рис 2).

 

Для уменьшения влияния отдирания рекомендуется при проектировании предусматривать создание «прижимы» на площядке скалывания.(рис. 3)

 

Учитывают неравномерность распределения касатеьных напряжений по площадке скалывания и влияние отрывающего изгибающего момента путем сравнения средних скалывающих напряжений с средними расчетными сопротивлениеми скалыванию RСКСР. →  TСК/FCR ≤ RСКСР.  RСКСР = RСК/1+β∙(lСК/е).

RСК – расчетное сопротивление скалыванию, lСК – длина площадки скалывания, е – эксцентриситет приложения равнодействующей скалывающих усилий, β – коэф-т, учитывающий неравномерность распределения направлений по площадке скалывания.


7. Основы расчета деревянных конструкций по предельным состояниям.

Предельное состояние – это такое состояние, при котором конструкция не сможет использоваться в результате действия внешних нагрузок и внутренних напряжений.

       Условие неразрушимости: предельная нагрузка должна быть меньше или равна наименьшей несущей способности конструкции, вычисленной с учетом рассеяния показателей качества материала, нагрузок и условий работы конструкции, а также с учетом фактора времени.

В деревянных конструкциях могут возникать 2 группы предельных состояний:

1ая группа – по несущей способности (наиболее опасна): определяется непригодностью к эксплуатации в связи  с разрушением или потерей устойчивости конструкции. Требования: максимальные нормальные и скалывающие (касательные) напряжения в элементах не превосходят расчетных (минимальных) сопротивлений материалов (τ,  δ <R)

2ая группа – по деформациям (менее опасна): определяется непригодностью конструкции к нормальной эксплуатации, когда прогиб или перемещения достигают недопустимых величин. Требования: максимальный относительный прогиб f/l  не превосходит предельно допустимых значений f/l  < [f/l].

Раньше считалось как: σ = М/ W ≤ RИ γ, то есть реальное напряжение не должно превышать разрушающего напряжения, умноженного на коэффициент запаса. При этом коэффициент запаса включал в себя все возможные условия и не был четко определен.

Расчет же по предельным состояниям подходит к этому вопросу дифференцировано, те была создана группа коэффициентов, отвечающих за разные условия:

1)      Коэффициент надежности по нагрузкам, один и тот же для всех видов конструкций.

2)      2) коэффициент условия работ

 Отвечает за то, в каких условиях эксплуатируется сооружение. Для деревянных конструкций есть особенность: разный для клееной и для цельной древесины, для бревен и для брусьев, для тонких и толстых досок; у неклееных конструкций так же имеет значение высота сечения.

3)      Коэффициент надежности по материалу. В результате получаем расчетное сопротивление.

а) находим нормативное сопротивление опытным путем.

Это минимальное статическое значение разрушающих напряжений, полученных на малых чистых образцах при мгновенном приложении нагрузки с вероятностью 97,5%. Нормативное сопротивление является исходным значением нагрузок. Расчетные нагрузки определяются на основании нормативных с учетом их возможной переменчивости, особенно в большую сторону.

 Постоянная нормативная нагрузка g", действующая на конструкцию, состоит из двух частей: первая часть — нагрузка от всех элементов ограждающих конструкций и материалов, поддерживаемых данной конструкцией. Нагрузка от каждого элемента определяется путем умножения его объема на плотность материала и на шаг расстановки конструкций; вторая часть — нагрузка от собственного веса основной несущей конструкции.

б) большое количество допущений

Вводим коэффициенты, которые в целом войдут в коэффициент надежности по материалу.

  -  коэффициент неоднородности: для хрупких материалов приближается к 10, для пластичных чуть больше единицы.

 - коэффициент длительности: отношение нагрузки, при которой разрушение мгновенно, к той, при которой оно не происходит в не зависимости от длительности воздействия.

Целью расчета является не допустить ни первого, ни второго предельного состояний в процессах перевозки, сборки и эксплуатации конструкции.

 

 

8. Виды соединений деревянных конструкций. Характеристика их работы. Учет податливости связей.
Размеры лесоматериалов ограничены сортаментом по длине 6.5 м. Максимальный размер поперечного сечения - 275 мм. Поэтому могут использоваться только в виде стоек и балок невысокой несущей способности. Для расширения диапазона применения деревянных конструкций необходимо их элементы соединять между собой.
Сращивание - соединение заготовок, обеспечивающее увеличение длины элемента.
Наращивание - соединение заготовок, обеспечивающее увеличение высоты элемента.
Сплачивание - соединение заготовок, обеспечивающее увеличение ширины элемента.
Узловые соединения - соединения пересекающихся элементов необходимы для увеличения сортаментных размеров лесоматериалов при создании сложных инженерных конструкций.
При выполнении многих видов соединений в элементах деревянных конструкций оказывается необходимым делать отверстия, врезки. Это ослабляет сечения. А невозможность обеспечения идеальной подгонки поверхностей повышает деформативность соединения.
Деформации податливых соединений при полном использовании их несущей способности в соответствии с действующими нормами принимаются:
- в лобовых врубках и торец-в-торец - 1,5 мм
- на нагелях всех видов - 2 мм
- в примыканиях поперек волокон - 3 мм
От правильного расчета и изготовления соединений зависят прочность и деформативность конструкции в це

Создать бесплатный сайт с uCoz