Вопрос 6, 7, 8,10.

6. Что такое нормативное сопротивление и как его определяют?

7. Что такое расчётное сопротивление, какие факторы учитывает коэффициент надёжности по материалу?

8. Как определяется длительная прочность древесины?

10. Что учитывает коэффициент условий работы?

Основной характеристикой материалов, по которой оценивается их способность сопротивляться силовым воздействиям, является нормативное сопротивление R^н.

Назначению нормативного сопротивления должно предшествовать установление характера и параметров кривой распределения прочности (рис. 4.1), которую строят по результатам испытаний большого числа (нескольких тысяч) образцов материала. Статистическая обработка результатов таких испытаний позволяет построить достаточно достоверную кривую распределения, которая будет показывать, какова вероятность или частота (в процентах от общего числа испытанных образцов) появления образца той или иной прочности. СНиП II.А 10—71 устанавливает, что из 100% испытанных образцов не менее 95% должны иметь прочность, большую нормативного сопротивления или равную ему (рис. 4.1). При соблюдении этого условия говорят, что нормативное сопротивление имеет обеспеченность не менее 0.95.

Нормативное сопротивление является основным мерилом при оценке качества конструктивных материалов при проверочных испытаниях прочность материалов должна быть не меньше нормативного сопротивления.

Коэффициент безопасности по материалу k, который больше единицы, учитывает вероятность проявления материалом прочности меньшей; чем нормативное сопротивление, т. е. отклонение прочности в неблагоприятную для конструкции сторону. Нормы устанавливают, что значение коэффициента безопасности по материалу должно быть не меньше 1.1. Коэффициент k учитывает отклонение, вызванное статистической изменчивостью (часть кривой распределения, расположенной левее значения R^н) , а также нестатистическими факторами (например, влиянием длительных нагрузок, несоответствием между прочностью малых образцов, которые применяют для выявления R^н, и прочностью элементов реальных конструкций, имеющих значительно большее, поперечное сечение).

Расчётное сопротивление материала получают путем деления нормативного сопротивления на коэффициент безопасности по материалу:

Расчетное сопротивление — это прочностная характеристика, принимаемая при расчетах конструкций.

Коэффициенты условий работы m учитывают такие факторы, как температура и влажность среды, продолжительность воздействий, а также приближенность расчетных схем, возможность перераспределения усилий и т. д. Факторы (условия работы), учитываемые коэффициентом m, проявляются лишь в тех или иных специфических условиях эксплуатации конструкций. Они могут ухудшать (либо улучшать) прочность материала. Коэффициент вводится в расчет в качестве сомножителя к расчетному сопротивлению, так что при учете неблагоприятных условий m<1, а при учете условий, благоприятно влияющих на работу конструкции, m>1.

Влияние длительных нагрузок на прочность древесины учтено коэффициентом безопасности по материалу k и дополнительно учитывается коэффициентом m лишь в особых случаях.

Нормативные расчетные сопротивления характеризуют одно из основных свойств материала — его прочность. Наряду с величинами сопротивлений при расчетах необходимо иметь значения других характеристик материалов: плотности, модуля упругости, коэффициента Пуассона и др.. Нормативные значения этих характеристик принимаются по их среднестатистическим величинам.

Нормативное сопротивление древесины вычисляется по результатам многочисленных испытаний малых образцов, чистой (без включения пороков) древесины одной породы влажностью 12%. Для оценки прочности при различных видах “деформирования (растяжение, сжатие, изгиб, скалывание) используют образцы, установленные ГОСТом.

Принятое в СНиП II-В.4—71 значение нормативного сопротивления древесины определено как

где — среднее значение предела прочности; с_ — коэффициент изменчивости.

Это соответствует обеспеченности 0.99 и удовлетворяет требованию СНиП II-А.10—71, которые, как указывалось, устанавливают обеспеченность не менее 0.95.

Коэффициент безопасности по материалу и назначают с учетом факторов, влияющих на прочность конструкционных элементов, выполненных из древесины. К числу этих факторов относятся: снижение прочности за счет естественных пороков древесины (сучки, косослой и т. п.); снижение прочности за счет масштабного фактора.

При длительном действии нагрузки снижение прочности выражается в том что по истечении какого-то времени нагруженные образцы древесины разрушаются, даже когда действующее в образце напряжение меньше, чем предел прочности, полученный при кратковременных испытаниях по ГОСТу. Предел длительного сопротивления (т. е. прочность, соответствующая продолжительно действующей нагрузке) выявляется экспериментально.

Для этого группу образцов из древесины нагружают до напряжений, соответствующих какой-либо доле кратковременного предела прочности (например, 0.90; 0.85; 0.80; 0.75 и т. д.). Результаты испытаний тем достовернее, чем большее число образцов будет испытано на каждом из выбранных уровней напряжения (обычно не меньше, чем по 3 —5 образцов на каждом уровне). После того как нагрузка приложена, ведут наблюдение за поведением нагруженных образцов. Со временем образцы начинают разрушаться. Время, истекшее от момента приложения нагрузки до момента разрушения, называется временем до разрушения (или долговечностью), оно исчисляется в секундах, часах или сутках. По мере разрушения образцов строят график, по оси абсцисс которого откладывают долговечность образца, а по оси ординат — либо приложенное к образцу напряжение, либо отношение напряжения, приложенного к образцу, к прочности, полученной из кратковременных испытаний аналогичных образцов (рис. 4.2, а).

Как видно из графика, более нагруженные образцы имеют меньшую долговечность и по мере уменьшения уровня напряжения долговечность возрастает. Образцы же, нагруженные ниже какого-то определенного уровня, вообще не разрушаются даже по истечении продолжительного срока (несколько десятилетий). Этот уровень напряжений, составляющий для древесины примерно 0.5 предела прочности при кратковременных испытаниях, и принят за предел длительного сопротивления.

В ходе длительных испытаний отмечается еще и нарастание деформаций в образцах (рис. 4.2, б). Такое явление называется ползучестью.

Как видно из рис. 4.2, б, деформации ползучести _пнарастают со временем и тем больше, чем выше напряжения. Линии, характеризующие нарастание деформаций во времени (кривые ползучести), могут иметь двоякий характер. При напряжениях ниже предела длительного сопротивления кривая ползучести имеет асимптоту, т. е. деформации ползучести затухают. При более высоких напряжениях кривая ползучести со временем начинает выгибаться вверх, деформации ползучести ускоряются и образец вскоре разрушается. Таким образом, снижение прочности при длительных нагрузках и ползучесть являются процессами взаимосвязанными.

Ползучесть древесины должна быть учтена при назначении расчетных характеристик, в особенности модуля упругости E и модуля сдвига G.