ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Достоинства и недостатки древесины как конструкционного материала

Древесина, как всякий строительный материал, имеет свои положительные и отрицательные качества. К достоинствам древесины относятся следующие качества:

Небольшая плотность в сравнении с другими материалами. Например, плотность сосны в воздушносухом состоянии составляет 500 – 600 кг/м3, в то время как плотность стали равна 7850 кг/м3, плотность бетона — 2000 кг/м3, а железобетона — 2500 кг/м3. Это обстоятельство позволяет деревянным конструкциям выгодно отличаться от других конструкций своим весом.

Высокая удельная прочность, измеряемая отношением расчетного сопротивления материала к его плотности.

Например, удельная прочность древесины сосны

то же самое для стали марки ВСт 3сп -

Таким образом, удельная прочность древесины отличается от удельной прочности стали всего на 1,6 %. Удельная прочность железобетона или кирпичной кладки значительно ниже.

Низкий коэффициент теплопроводности, составляющий всего 0,14 – 0,17 Вт/м×°С при направлении теплового потока поперек волокон древесины. Это позволяет использовать массивные деревянные конструкции одновременно в качестве несущих и ограждающих.

Относительно низкий коэффициент температурного расширения, меньший в 2—2,5 раза, чем у стали. Это позволяет обхо­диться в зданиях и сооружениях из древесины без температурных швов.

Высокая химическая стойкость по отношению к агрессив­ным солевым и кислотным средам. По химической стойкости с древесиной могут конкурировать лишь некоторые виды пласт­масс.

Легкость обработки, хорошая гвоздимость, высокие акусти­ческие качества, богатство сырьевой базы.

Главными недостатками древесины, как конструкционного материала, являются следующие свойства:

— неоднородность, вызываемая особенностями строения материала, наличие естественных пороков и явно выраженная анизотропия, все это приводит к значительному разбросу по­казателей прочности и неодинаковости свойств древесины по от­ношению к направлению волокон;

— зависимость свойств древесины как от ее собственной влажности, так и от влажности окружающей среды;

— подверженность древесины загниванию и повреждению древоточцами;

— подверженность древесины возгоранию.

В практике проектирования и применения деревянных кон­струкций первые два недостатка следует учитывать, а влияние последних сводить до минимума или исключать полностью, опираясь на существующие методы.

 

1.11. Влияние реологических свойств древесины на её прочность и деформативность. Характерные зна­чения прочности (сопротивления) древесины

Древесина является природным полимером, поэтому её ме­ханические свойства должны изучаться только с учетом реоло­гии— науки об изменении, свойств материала во времени под воздействием тех или иных факторов, например, нагрузок. Из­вестно, что при быстром, кратковременном воздействии нагруз­ки древесина сохраняет значительную упругость и подвергает­ся сравнительно небольшим деформациям. При длительном действии неизменной нагрузки — деформации во времени су­щественно увеличиваются. Если деревянному элементу, напри­мер балке, задать неизменную во времени деформацию (про­гиб), то напряжения в ней со временем уменьшаются — релаксируют. Если же деревянный элемент загрузить неизменной во времени нагрузкой, то будут расти деформации.

Таким образом,с увеличением длительности нагрузки, действующей на деревянный элемент, его прочность падает, а де­формативность — возрастает.

Различают временную прочность (временное сопротивле­ние) R вр и длительную прочность (длительное сопротивление) R дл древесины, а также нормативное Rн и расчетное R сопро­тивления древесины, зависящие от первых двух значений. Ве­личина R используется при расчетах деревянных конструкций на прочность и устойчивость. Для обоснованного ее назначения необходимо знать прочность (или временное сопротивление) чистой древесины, определяемое путем испытания большого ко­личества стандартных образцов. Общий вид их показан на рис. 1.5, а диаграмма работы древесины при стандартных испытаниях на сжатие и растяжение – на рис. 1.5а. Средние значения временного сопротивления для чис­той древесины сосны при влажности 12% и комнатной темпе­ратуре; согласно СНиП II-25-80, равны:

· на сжатие — 44 МПа;

· на растяжение — 100 МПа;

· на изгиб — 80 МПа;

· на скалыва­ние — 7 МПа.

При изменении условий испытания тех же образцов легко заметить, что их прочность зависит от скорости роста силы, прикладываемой к ним на испытательной машине. Объясняется это тем, что чем медленнее растут напряжения в древесине, тем большие деформации появляются и образце и тем большее

влияние на прочность оказывают реологические свойства мик­роструктуры древесины. Рассмотрим это на примере диаграм­мы работы древесины на сжатие (рис. 1.6), изобразив в одних координатах

 

 

Рис. 1.5. Стандартные малые образцы для испытания древесины на прочность: а- на сжатие; б- на скалывание вдоль волокон; в- на растяжение; г- на изгиб.

 

 

Рис.1.6. Диаграммы работы древесины при машинных (2) и

длительных (1) испытаниях

 

Рис. 1.5а. Диаграммы работы древесины по

результатам стандартных испытаний:

1- на сжатие; 2- на растяжение

результаты машинных и длительных испытаний ступенчато-возрастающей нагрузкой. Из рисунка 1.6 видно, что при заметном (примерно на 45—48%) снижении длительной прочности под воздействием ступенчато-возрастающей нагруз­ки происходит и заметное увеличение деформаций, соответст­вующих одним и тем же напряжениям. Причем при одинако­вом приращении напряжений деформации увеличиваются тем больше, чем ближе напряжения к длительному сопротивлению. Если рассмотреть диаграмму «загрузка — разгрузка» деревян­ного образца, то можно встретить два конкретных случая: в одном случае остаточные деформации будут отсутствовать (рис. 1.7, а), а в другом — будут иметь место (рис. 1.7 б).

Рис. 1.7. Диаграмма «нагружение – разгружение», которая показывает, что с ростом напряжений до предела пропорциональности в материале появляются остаточные деформации

 

 

Оп­ределяется это уровнем напряжений в древесине и тем, превы­шают ли они некий «предел упругости» древесины или нет.

Можно провести другой эксперимент. Одинаковые образцы загрузить различными по величине нагрузками, которые состав­ляют некоторую часть от временной разрушающей нагрузки. Мы увидим, что разрушение их произойдет через различные промежутки времени: чем выше нагрузка, тем быстрее разру­шатся образцы, если напряжения в них будут выше длительно­го сопротивления Rдл. Сказанное можно изобразить диаграм­мой, показанной на рис. 1.8. Напряжения, лежащие ниже асимптоты на рис. 1.8, не приводят к разрушению, как бы дол­го нагрузка ни действовала.

 

Рис. 1.8. Кривая длительного сопротивления древесины при растяжении

 

Переход от временного сопротивления древесины к ее дли­тельному сопротивлению на практике производится умножени­ем первого на коэффициент длительного сопротивления тдл, изменяющийся для древесины при постоянно действующей нагрузке от 0,5 до 0,55.

Однако реальные деревянные конструкции в действительно­сти находятся под воздействием комплекса нагрузок с различ­ной длительностью действия: постоянных, действующих весь срок службы конструкции; временных длительных, действующих в течение нескольких недель или месяцев; временных кратковре­менных, действующих в течение нескольких часов или суток. Понятно, что величина фактической прочности древесины зави­сит от соотношения этих нагрузок, поэтому преимущественное влияние постоянных и длительных временных нагрузок специально учитывается в расчете (см. п. 5.2,в — СНиП II-25-80 актуализированная версия или СП 64.13330.2011). Факт наличия нагрузки от снега не круглый год, а всего лишь 4 месяца, учитывается в нормах коэффициентом длительного сопротивления, равным 0,66, а не 0,55 или 0,50.

Названные выше сопротивления древесины не могут служить расчетными ее характеристиками, так как являются усредненными величинами той или иной прочности. На практике нельзя допускать, чтобы значения прочности опускались ниже принятой нормированной величины. Иначе произойдет разру­шение конструкции. Здесь следует ориентироваться на мини­мальное вероятное статистическое значение прочности (сопро­тивление) древесины с учетом отрицательного влияния ее поро­ков, и масштабного фактора — таким значением является нормативное сопротивление древесины. Но и этим значением прочности нельзя пользоваться в инженерных расчетах, так как оно не учитывает повышенные требования к степени обеспечен­ности получаемых при расчете результатов. Поэтому расчет­ным значением прочности древесины следует считать расчетное сопротивление R.

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти