Особенности работы древесины на скалывание
Малый стандартный образец для испытаний и диаграмма работы древесины на скалывание показаны на рис. 3.8. Скалывание, наряду с растяжением поперек волокон, является наиболее слабым видом сопротивления древесины. Характер разрушение древесины при скалывании хрупкий. Наличие различных пороков резко снижает сопротивление древесины скалыванию (особенно опасен косослой). Средний временный предел прочности при скалывании древесины вдоль волокон составляет всего 6...7 МПа, расчётное сопротивление скалыванию древесины вдоль волокон при изгибе не клееных элементов 1 сорта равно 1,8 МПа, клееных 1,6 МПа.
Различают: скалывание вдоль волокон; скалывание поперёк волокон; скалывание под углом к волокнам.
В
деревянных конструкциях древесина чаще
всего работает на скалывание вдоль
волокон. Предел прочности на скалывание
поперёк волокон примерно в два раза
меньше. Предел прочности на скалывание
под углом а к волокнам занимает
промежуточное положение, а расчетное
сопротивление древесины скалыванию
под углом а определяется по формуле
Судить о работе древесины на скалывание можно по величине допустимой деформации.
Скалывание древесины возможно в плоскости, параллельной волокнам - в направлении вдоль волокон, поперек волокон и под углом к волокнам. Предел прочности древесины при скалывании вдоль волокон, определяемый испытанием стандартных образцов ели и сосны при влажности 15% составляет 60 - 70 кг/см2, причем разница между прочностью на скалывание в тангенциальной и радиальной плоскостях незначительна. Сопротивление скалыванию поперек волокон и под углом к волокнам меньше, чем вдоль волокон.
Как показывают теоретические и экспериментальные исследования, скалывающие напряжения распределяются по длине площадки скалывания неравномерно; среднее напряжение, определяемое по формуле фср = Тск/Fск , меньше максимального напряжения. Средний предел прочности падает с увеличением длины площадки скалывания и зависит от отношения длины lск этой площадки к плечу е приложения скалывающих сил (рис. 1, кривые 1). При «одностороннем» скалывании (рис. 2, а) неравномерность больше, чем при «промежуточном» (рис. 2, б). Скалывание при внецентренном приложении скалывающей силы (рис. 2, в) нередко сопровождается отдиранием поперек волокон, что еще более ухудшает работу древесины на скалывание.
Рис.
1. Влияние отношения длины площадки
скалывания к эксцентрицитету приложения
скалывающей силы на величину напряжений
скалывания при разрушении образца
(а — одностороннее скалывание; б — промежуточное скалывание)
Влияние отдирающих усилий значительно уменьшается при наличии «прижима» по площадке скалывания (сила V на рис. 2, г и сила Q на рис. 1), который всегда следует предусматривать при конструировании.
Рис.
2. Характер распределения скалывающих
и отдирающих напряжений при различных
видах скалывания
При отсутствии «прижима» отдирающие усилия могут достигнуть предела прочности при разрыве поперек волокон и явиться причиной преждевременного разрушения соединений.
Кривые 1 на рис. 1 дают величины предела прочности на скалывание древесины при наличии «прижима». Кривые 2 и 3 на том же рисунке относятся к случаю малой величины или отсутствия прижима, когда разрушение происходит от разрыва поперек волокон (отдирания). В этом случае напряжения скалывания только условно характеризуют прочность образца.
Напряжение разрыва σу = M∙k/W
где к— коэффициент концентрации нормальных напряжений, равный отношению напряжения по Навье к действительному напряжению
М=Т∙е; W= b∙l2/6= (при b = 1);
следовательно, σу = Te∙6∙к/l2.
С другой стороны, Т = Fckτ, где τ— напряжение скалывания; Fck = lb=l∙1.
Таким образом,
σу= τ∙e∙6∙k/l;
При увеличении е или при уменьшении l , τ стремится к 0, и работа древесины на скалывание переходит в схему работы балки, изгибаемой поперек волокон.
Скалывание при поперечном изгибе в случае отсутствия подрезки сечения не осложняется отрывом поперек волокон и оценивается формулой τ=Q∙S/(J∙b), достаточно точно учитывающей неравномерность распределения скалывающих напряжений, как по сечению, так и по длине изгибаемого элемента.