Статірова І.О. «Основи розрахунку будівельних конструкцій»

Лекция № 1-2

Тема: Загальні відомості про конструкції з Д та П

План:

1. Дерево как конструкционный материал 2

1.1 Использование деревянных конструкций 2

1.2 Физические свойства древесины 5

1.3 Механические свойства древесины 6

Прочностные свойства 7

Деформационные свойства 8

1.4 Сортамент. Лесоматериалы, применяемые в гражданском и промышленном строительстве. 10

1.5 Защита древесины от гниения и горения 13

Защита древесины от гниения 13

Защита древесины от горения 14

2. Пластмассы как конструкционный материал 16

Після вивчення теми студенти зможуть:

Завдання для перевірки засвоєних знань і самостійної роботи:

Література:

1. ДБН В.2.6-161-2010 «Дерев’яні конструкції. Основні положення»

2. Різак В.В. Конструкції з дерева і пластмас. Конспект лекцій: Ужгород,2010

3. Цай Т.Н. Строительные конструкции. В 2-х т. Т.1.:Учеб. для техн. - М.: Стройиздат, 1984. - 656с.

1. Дерево как конструкционный материал

   1. Использование деревянных конструкций

Широкому использованию древесины в строительстве способствовали такие ее достоинства:

1) высокая удельная прочность - отношение расчетного сопротивления материала к его плотности ( ). Физически это высота столба материала, у подножья которого напряжения от собственного веса достигают расчетного сопротивления. Для сосны м, низкоуглеродистых сталей - м, бетона класса С16/20 - м. Таким образом, деревянные конструкции по этому показателю приближаются к стальным и значительно преобладают железобетон;

2) низкая теплопроводность, что позволяет использовать древесину в качества как несущего, так и теплоизоляционного материала;

3) химическая стойкость - в большинстве агрессивных сред древесина работает гораздо дольше, чем железобетон и металл;

4) возобновляемая сырьевая база;

5) простота обработки;

6) отсутствие сезонных ограничений при строительстве.

Недостатками, которые сдерживают использование деревянных конструкций являются:

1) зависимость механических характеристик от многих факторов (особенно от изменения влажности среды);

2) гигроскопичность древесины и ее последствия в виде усушки, разбухания, деформации, растрескивания;

3) неоднородность строения, обусловило анизотропные свойства;

4) природные недостатки (сучки, сходимость и т.д.);

5) склонность к гниению и горению (если не выполнены соответствующие защитные мероприятия).

Исходя из достоинств и недостатков, древесину наиболее целесообразно использовать для легких покрытий зданий различного назначения с нормальным влажностным режимом, а при соответствующей обработке и во влажной среде, для пространственных большепролетных покрытий (сводов, куполов, оболочек), для ограждающих конструкций зданий и т. д.

Ствол дерева, находясь длительное время под воздействием собственной массы и ветра, переменного по силе и направлению, приспосабливается в процессе роста к работе на сжатие с изгибом, а гибкие ветви его работают на растяжение. Поэтому деревянные элементы, поставленные в конструкциях, как бы заранее самой природой приспособлены к работе на указанные воздействия.

Механическая прочность древесины зависит от многих факторов и главным образом от породы и качества древесины, влажности, температуры, длительности загружений, режима приложения нагрузки, размеров сечений, направления действия усилий по отношению к волокнам и характера возникающих напряжений. Прочность одного и того же бревна меняется по его длине и в поперечном направлении. Кроме того, прочность зависит от места произрастания дерева.

Из большого разнообразия физических и механических свойств древесины рассмотрим только те, которые имеют наиболее важное значение при использовании лесоматериала в строительных конструкциях и наиболее существенны при проектировании, постройке и эксплуатации конструкций. Более подробные данные о древесине как строительном материале приведены в учебниках по строительным материалам.

Зависимость прочности от породы древесины. Для строительных целей обычно применяют древесину хвойных пород: сосны, ели, лиственницы, кедра и реже (в зависимости от местных условий и назначения конструкций) — твердых лиственных пород: дуба, ясеня, бука, граба, клена и др.

Дли временных сооружений и вспомогательных конструкций (опалубка, леса, подмости) применяют древесину мягких лиственных пород (осина, ольха, тополь, липа).

Зависимость прочности от влажности. Влага, находящаяся в плоскостях клеток и в междуклеточном пространстве древесины, существенно влияет на прочность этого материала. С увеличением влажности прочность уменьшается.

Допустимую влажность древесины для изготовления наземных конструкций в зависимости от их вида и групп определяют по п. 7 Норм [1].

При конструировании следует учитывать, что при высыхании древесины изменяются ее размеры. Расчетные сопротивления древесины для конструкций различных групп, подвергающихся при эксплуатации повышенной влажности, определяют с учетом коэффициентов условий работы.

При увеличении влажности модуль упругости древесины уменьшается.

Влияние на прочность древесины пороков роста и трещин. Пороки роста древесины (сучки, косослой и др.) неизбежны в любом лесоматериале. Пороки по-разному влияют на работу растянутых, сжатых и изгибаемых элементов.

Длительное сопротивление. Пропорциональность между напряжениями и деформациями в древесине, как материале волокнистого строения, нарушается почти с самого начала загружения.

Если напряжения не превышают определенного предела, то рост деформации имеет затухающий характер и со временем прекращается. В случае, если напряжения превысят предел, рост упругих деформаций во времени прекращается и начинается образование и нарастание пластических деформаций, приводящих к разрушению.

Наибольшее напряжение, которое выдерживает деревянный элемент под действием неизменной статической нагрузки в течение неограниченно большого времени, называется пределом длительного сопротивления.

Отношение предела длительного сопротивления R_дл к характеристическому сопротивлению изгибу [пределу прочности при изгибе R_и] (коэффициент длительного сопротивления) по исследованиям Ф. П. Белянкина составляет примерно 0,6.

Влияние многократно повторяющихся нагрузок. При длительном и частом приложении повторных нагрузок (пульсирующие нагрузки) древесина разрушается быстрее, чем при длительном приложении статических нагрузок. Действует фактор усталости древесины.

Анализ работы нагельных соединений при пульсирующей нагрузке показал, что предел выносливости сжатых стыков, определяемый работой древесины на сжатие вдоль волокон в нагельном гнезде, составляет 0,4—0,6 предела прочности, и довольно близок к пределу пластичного течения этих соединений, определяемому статическими испытаниями образцов соединений, изготовленных из той же древесины.

Влияние размеров элементов и формы сечений. Сравнение результатов испытания малых (лабораторных) и больших (строительных размеров) образцов древесины показывает, что сопротивление снижается быстрее в больших образцах. Это объясняется тем, что присущие древесине природные пороки в большей мере сказываются в образцах крупного размера и не только понижают их прочность, но и вызывают местные эксцентрицитеты, приводящие к неравномерному распределению напряжений по сечению. Снижение прочности в большеразмерных образцах достигает иногда 40—60%. Особенно значительно влияние размеров на снижение прочности в растянутых элементах, наиболее чувствительных в работе к порокам древесины, меньше — при изгибе и еще меньше — при сжатии (по исследованиям Ю. М. Иванова).

Наибольшей прочностью из числа строительных образцов лесоматериала обладают неотесанные бревна, у которых благодаря отсутствию разрезанных волокон влияние сучков на прочность сказывается мало и более выгодно распределяются в поперечном сечении нормальные напряжения в предельном состоянии. Меньшей прочностью обладают брусья и еще меньшей доски (отрицательное влияние перерезывания волокон опиловкой, сучков, расположенных на пластях, присучкового косослоя и др.). Образцы же малых размеров, вырезанные из тех же бревен, брусьев и досок, не имеющих пороков, обладают наибольшей прочностью.

На прочность при изгибе влияет также форма и высота сечений. Учитывая данные экспериментальных исследований, при назначении размера расчетных сопротивлений древесины изгибу Нормы рекомендуют вводить коэффициенты поправки на форму и размер сечений (см. п.8.2 ДБН).