7. Работа древесины на растяжение, сжатие и поперечный изгиб

В процессе эксплуатации деревянные конструкции находятся под совместным действием постоянных, временных длительных, кратковременных нагрузок. Опыты показывают, что предел прочности зависит от соотношения этих нагрузок и изменяется от предела длительного сопротивления до предела прочности. Предел прочности древесины при растяжении вдоль волокон в стандартных чистых образцах влажностью 12% для сосны и ели в среднем 100 МПа, модуль упругости – 11-12 ГПа. Наличие сучков и косослоя значительно снижает сопротивление растяжению. Опыты показывают, что прочность при растяжении зависит от размера образца. Крупные образцы имеют меньшую прочность за счет неоднородности.

При испытании стандартных образцов на сжатие вдоль волокон предел прочности в 2-2,5 раза меньше, чем при растяжении. Предел прочности при изгибе зависит от формы поперечного сечения. При одном и том же моменте сопротивления W у круглого сечения предел прочности больше, чем у прямоугольного и двутаврового.

8. Работа древесины на смятие, скалывание и раскалывание

Различают смятие вдоль волокон, под углом и поперек волокон. Прочность древесины на смятие вдоль волокон в стыках сжатых элементах мало чем отличается на сжатие вдоль волокон без сжатия, и действующие нормы не делают различий между ними.

Смятию поперек волокон древесина сопротивляется слабо, в этом случае происходит расслоение слоев. Смятие под углом занимает промежуточное положение, так как древесина имеет трубчатое строение. В отличие от смятия древесины поперек волокон, при смятии вдоль волокон учитывается фактор времени.

Термин скалывание древесины означает разрушение в результате сдвига одной части материала относительно другой. При приложении скалывающей силы под углом к волокнам по плоскости разрушения возникает сочетание касательных и нормальных напряжений. Для увеличения сопротивления скалывания используется поперечное обжатие плоскости скалывания.

9. Влияние различных факторов на механические свойства древесины

Влияние влажности

При повышении влажности древесины от нулевой точки до точки насыщения приблизительно до 30% уменьшается ее прочность, деформативность увеличивается, а модуль упругости снижается. При изменении влажности на 1% прочность изменяется на 3-5%. Для сравнения результатов испытания деревянных элементов, при различной влажности W, полученные показатели необходимо приводить к стандартному состоянию древесины при 15% влажности. Формула приведения действительная в пределах влажности от 7 до 22%.

R15 = Rw[1+a(W - 15)]

Коэффициент a отражает влияние влажности на данное свойство и равняется 0,04 - 0,05 для сжатия вдоль волокон, 0,04 для изгиба и 0,03 для скалывания вдоль волокон.

Влияние температуры

Предел прочности при любой влажности зависит от температуры: с ее повышением прочность уменьшается, а с понижением – увеличивается. При большой влажности и отрицательных температурах влага в древесине превращается в лед, при этом получается замороженная древесина, у которой прочность на сжатие, поперечный изгиб, скалывание и раскалывание возрастает. В то же время, замороженная древесина становится более хрупкой и ее сопротивление ударному изгибу понижается. Модуль упругости при понижении температуры понижается, поэтому увеличивается деформативность.

При повышении температуры модуль упругости древесины уменьшается и деформации деревянных элементов увеличиваются.

Влияние скорости нагружения

Показатели прочности древесины R, получаемые при испытаниях, существенно зависят от скорости v приложения нагрузки. С увеличением скорости они возрастают, с уменьшением - понижаются.

Понижение показателей прочности наблюдается лишь до определенной величины - предела длительного сопротивления древесины Rдл.

В специальных установках, позволяющих создавать нагрузки любой длительности, можно получить предел длительного сопротивления Пределом длительного сопротивления называется наименьшая величина предела прочности древесины, полученная при испытания постоянной статической нагрузкой, действовавшей достаточно долгое время.

В момент приложения нагрузки происходит упругая деформация, называемая мгновенной. В течение некоторого времени после приложения нагрузки (или после разгрузки) происходит нарастание деформаций (или их уменьшение), называемых деформациями последействия fпд.

При превышении предела (s>Rдл) появляются неупругие (необратимые) и незатухающие пластические деформации fпл, развитие которых доводит древесину до разрушения.

Чтобы получить правильное представление о деформативности деревянных элементов в пределах несущей способности необходимо приложенную к ним нагрузку выдержать до затухания деформаций упругого последействия. После разгрузки исчезновение деформаций происходит таким же образом, но в обратном направлении.

Влияние пороков

Наиболее распространенными пороками являются: косослой, сучки и трещины.

Косослой. Выражается в отклонении волокон древесины от направления оси элемента. Чем больше это отклонение, тем меньше прочность древесины.

Наибольшее отрицательное влияние косослоя на прочность древесины наблюдается при растяжении вдоль волокон и в растянутой зоне изгибаемых элементов. Здесь допускается косослой в размере не более 10%.

Сучковатость. Наиболее распространенный сильно снижающий качество древесины порок. Вред, причиняемый сучками, зависит от размеров, количества, расположения и состояния их, а также от размеров прилегающей к сучку зоны присучкового косослоя. Самыми опасными являются сучки, выходящие на кромку или на ребро элемента.

Мелкие элементы ослабляются сучками сильнее крупных.

Трещины. Нарушают цельность древесины, создают опасность расслоения элементов. Наиболее опасными являются трещины по плоскостям скалывания в соединениях. При применении недостаточно просушенного леса трещины развиваются в конструкциях после их установки на место.

Вредное влияние трещин сказывается и в том, что сквозь них внутрь элементов проникают пыль, сырость и споры грибов.