3. На прочность древесины влияет ее влажность

При увеличении влажности от 0 до точки насыщения волокон (%) прочность древесины уменьшается. Модуль упругости Е также уменьшается, относительная деформацияувеличивается. Во всех остальных случаях на 1% изменения влажности прочность изменяется на 3-5%. При увеличении влажности свыше 30% прочность не изменяется.

,

В₁₂ – предел прочности при стандартной влажности (12%);

В_w – предел прочности при фактической влажности;

- коэффициент, который зависит от вида напряженного состояния;

W- фактическая влажность.

Эта формула справедлива от 8 до 23% влажности.

4. На прочность древесины оказывает влияние температура

Предел прочности древесины при любой влажности уменьшается при увеличении температуры, но замороженная древесина хрупкая и имеет низкое сопротивление ударному изгибу. Стандартная температура для испытания древесины на прочность равна (), если температура другая, то производится перерасчет по формуле

(для древесины сосны)

- фактическая температура

Перерасчет осуществляется в следующей последовательности:

1. по влажности

2. по температуре

В жаркую погоду наблюдается провисание конструкций. Для изготовления гнутых конструкций древесину пропаривают.

1.4. Работа древесины на растяжение, сжатие и поперечный изгиб

Растяжение

Максимальный предел прочности в стандартных образцах древесины наблюдается при растяжении вдоль волокон (100 МПа). Диаграмма растяжения до 40 МПа имеет незначительную кривизну и принимается прямой линией. Это значение принимается за предел пропорциональности, при котором определяется начальный модуль упругости.

Е=(1,1-1,4)*10⁴ МПа

Значительное влияние на предел прочности при растяжении вдоль волокон оказывают пороки древесины (сучки, косослой). При размере сучка в ¼ стороны элемента предел прочности древесины при растяжении снижается более, чем на 70%. Отрицательное влияние на предел прочности оказывают концентраты напряжений (отверстия, врезки), в этом случае прочность элемента будет меньше, чем определяемая по площади нетто. То есть древесина в месте концентрата ведет себя как менее прочный материал. Это учитывается в расчетах путем введения коэффициента условия работы m₀ = 0,8.

Предел прочности при растяжении поперек волокон в 12-17 раз ниже, чем вдоль волокон, такой низкий предел прочности объясняет большое влияние косослоя на прочность древесины

Е_пв = 400 МПа

Сжатие

Предел прочности при сжатии стандартных образцов в 2 – 2,5 раза ниже, чем при растяжении вдоль волокон. Диаграмма сжатия более прямолинейна, чем при растяжении с определенной погрешностью. Прямолинейным принимается участок с напряжением до 20 МПа. Сучок размером до 1/3 стороны элемента снижает предел прочности при сжатии на 30 – 40%, так как размеры сжатых элементов обычно назначают из условий устойчивости, а не из условия прочности. В металлодеревянных конструкциях сжатые элементы выполняют из дерева, а растянутые – из металла, это делают с целью повышения надежности.

Поперечный изгиб

При поперечном изгибе в элементе имеются 2 зоны: сжатия и растяжения; и как следствие, значение предела прочности при поперечном изгибе занимает промежуточное значение между растяжением и сжатием вдоль волокон (75 МПа)

Смятие

Это напряженное состояние эле­мента на поверхности, воспринимающей нагрузку. Смятие древесины про­исходит вдоль волокон, поперек волокон и под углом. При стандартных ис­пытаниях на сжатие вдоль волокон малых образцов, имеющих хорошо при­торцованные поверхности, обычно не наблюдается снижения сопротивле­ния в результате смятия торцов. Для практических целей нормы проекти­рования не дают различие между прочностью на сжатие вдоль волокон и смятие вдоль волокон. Таким образом, предел прочности смятия вдоль во­локон принимается также, как и R_с^вр = 44 МПа.

Древесина сжатию и смятию поперек волокон сопротивляется значи­тельно слабее, чем сжатию вдоль волокон. Предел прочности смятию по­перек волокон находится в диапазоне R_см^вр =2,8 - 4,5 МПа. Предел прочности как характеристика теряет свою опреде­ленность, поскольку при увеличении нагрузки происходит спрессовыва­ние древесины без нарушения ее сплошности. Поэтому за нормируемый предел прочности принимаются значения допустимых в эксплуатации де­формаций.

Для смятия поперек волокон хвойных пород наблюдается две типичные диаграммы σ - ε (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Диаграмма деформирования древесины при смятии

по радиальной и тангентальной плоскостям

Диаграмма смятия поперек волокон в радиаль­ном направлении характеризуется тремя этапами. На первом этапе (АВ) происходит сжатие годовых слоев ранней древесины, и участок диаграм­мы почти прямолинейный. Второй этап (ВС) характеризуется смятием обо­лочек клеток ранней древесины.

Этот этап работы древесины не требует больших усилий, и на диаграмме наблюдается участок, слегка наклоненный к оси абсцисс. Третий этап (СД) протекает за счет сжатия клеток поздней древесины, т.е. уплотнения древесного вещества. Поэтому древесина вновь приобретает способность сопротивляться действию нагрузки, и, как правило, разрушения древесины не происходит.

При сжатии поперек волокон в тангентальном направлении характерна одноэтапная диаграмма. Усилия воспринимаются одновременно ранними и поздними зонами годичных слоев. Нагружение завершается зачастую раз­рушением древесины.

У древесины лиственных пород при сжатии, как в радиальном, так и в тангентальном направлениях, имеет место диаграмма с тремя этапами.

Сопротивление древесины на местное смятие выше, чем при смятии по всей поверхности. Повышение происходит в основном за счет распределе­ния напряжений на большую поверхность в направлении вдоль волокон, благодаря поддерживающему влиянию не нагруженных соседних волокон, работающих при этом на растяжение.