6. 2 Определение механических свойств строительных материалов

Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться действию внешних сил или иных факторов (например, температурных), вызывающих в нем внутренние напряжения сжатия, растяжения или сдвига. Основные механические свойства строительных материалов: прочность, твердость, износостойкость, деформативность (упругость, пластичность).

Прочность — свойство материала в определенных условиях в пределах воспринимать нагрузки или другие воздействия, вызывающие в нем внутренние напряжения, без разрушения.

Для определения значения напряжений (МПа), т. е. внутренних сил, приходящихся на единицу площади поперечного сечения материала, возникающих в материале при приложении к нему внешней силы Р (кН), мысленно делают поперечный разрез образца (а – а). Чтобы образовавшиеся половинки образца (I и II) остались в равновесии, внешней силе F'должна противодействовать равная ей внутренняя сила σА, где А (м²) – площадь поперечного сечения образца материала, откуда

. (8)

Для твердых и упругих тел с увеличением напряжений пропорционально возрастают его относительные деформации ε:

, (9)

где Е – модуль упругости, МПа, характеризующий жесткость материала.

Чем выше модуль упругости, тем меньше материал деформируется. Так, модуль упругости каучука 10...20 МПа, а стали – 200 000 МПа, это значит, что под действием одной и той же силы деформация стали будет в 10 000 раз меньше, чем каучука при прочих равных условиях.

Модуль упругости для каждого образца подсчитывают по данным шести замеров по формуле:

, (10)

где Р – приращение нагрузки, кг;

l – база тензометра, см;

l – среднее арифметическое приращение деформаций, см;

F – площадь поперечного образца, см.

Предел прочности при сжатии определяется по формуле:

, (11)

где А — площадь поперечного сечения образца, м².

Предел прочности при одноосном изгибе определяется по формуле:

, (12)

где Р – разрушающая нагрузка, кг;

l – расстояние между опорами, см;

в, h – толщина и ширина образцов, см.

За конечный результат принимается среднее значение из результатов испытания 3-х образцов.

Предел прочности при двухосном изгибе определяется по формуле:

(13)

6. 3 Определение физико-механических свойств древесины

6. 3. 1 Определение условного предела прочности при сжатии поперек волокон

Нагрузку Р, соответствующую условному пределу прочности, определяют по диаграмме сжатия (рисунок 1) поперек волокон как ординату точки, в которой отступление от линейной зависимости между нагрузкой и деформацией достигает такой величины, что тангенс угла, образованного осью нагрузок и касательной к графику , увеличивается на 50% своего значения, соответствующего прямолинейному участку графика.

Деформация, мм

Рисунок 1 – Диаграмма сжатия древесины поперек волокон

Условный предел прочности образца с влажностью W в момент испытания вычисляют с округлением до 0,1 МПа по формуле:

, (14)

где P – нагрузка, соответствующая условному пределу прочности, Н;

b и l – ширина и длина образца, мм.

Условный предел прочности образца с нормализованной влажностью пересчитывают к влажности 12% с округлением до 0,1 МПа по формуле

, (15)

где – условный предел прочности образца с влажностью W в момент испытания, МПа;

– поправочный коэффициент, равный 0,035;

W – влажность образца в момент испытания, %.

Условный предел прочности образца с влажностью, равной или больше предела гигроскопичности, пересчитывают к влажности 12% с округлением до 0,1 МПа по формуле:

, (16)

где – условный предел прочности образца с влажностью W в момент испытания, МПа;

К₁₂ – пересчетный коэффициент при влажности 30%, равный: 1,67 – для лиственных пород при обоих направлениях сжатия и для хвойных пород при радиальном сжатии; 2,45 – для хвойных пород при тангентальном сжатии.