2.8. Скалывание древесины

Скалывание, наряду с растяжением поперек волокон, является наиболее слабым видом сопротивления древесины. Характер разрушения 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, при этом расчётное сопротивление скалыванию древесины вдоль волокон при изгибе не клееных элементов 1-го сорта равно 1,8 МПа, клееных 1,6 МПа.

Различают:

• скалывание вдоль волокон;

• скалывание поперёк волокон;

• скалывание под углом к волокнам.

определяется по формуле к волокнам занимает промежуточное положение, а расчетное сопротивление древесины скалыванию под углом α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 α

При расчете соединений элементов деревянных конструкций (например, в лобовых врубках) пользуются формулой

,

где  - расчётная скалывающая сила;  - площадь скалывания;  - расчётное среднее по длине площадки скалывания сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон

,

Где  - расчётное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон при расчете по максимальному напряжению,   = 2,1 МПа;  -расчётная длина площадки скалывания, принимаемая не более 10 глубин врезки в элемент, отношение   должно быть не менее 3; е- плечо сил скалывания, см; для элементов с несимметричной врезкой, например, в лобовых врубках, е =0,5 h; при расчете симметрично загруженных элементов с симметричной врезкой е = 0,25 h; h- полная высота поперечного сечения элемента;  - коэффициент, зависящий от вида скалывания древесины, в соединениях при одностороннем скалывании   = 0,25; при двухстороннем скалывании   = 0,125, если обеспечено обжатие по плоскостям скалывания.

При одностороннем скалывании (например, во врубках) (рис. 2.3) площадка скалывания по длине   испытывает крайне неравномерное распределение усилий, ее сопротивление ослабляется также возникновением отрывающих усилий.

При двустороннем скалывании (например, в шпонках) силовой поток пересекает площадку скалывания с прижимом, чем вызывает некоторое выравнивание напряжений по длине площадки скалывания.

2.9. Краткие рекомендации по компоновке сечений деревянных элементов

Для изготовления несущих деревянных конструкций из цельной древесины пригодны хвойные лесоматериалы (сосна, ель) с влажностью 15...18 %, длиной до 6,5 м. Для растянутых деревянных элементов применяется древесина 1-го сорта, а для сжатых, изгибаемых и сжато-изгибаемых конструкций - древесина 2-го сорта. Для обрешеток, настилов и других менее ответственных конструкций допускается применение древесины 3-го сорта. К древесине для деревянных конструкций, кроме требований ГОСТ 8486-86* на пиломатериалы хвойных пород и ГОСТ 9463-88* на круглые лесоматериалы, предъявляются дополнительные требования:

• ширина годичных слоев в древесине - не более 5 мм, а содержание поздней древесины ( не менее 20 %;

• в заготовках из пиломатериалов 1-го и 2-го сорта для крайней растянутой зоны (на 0,15 высоты сечения) клееных изгибаемых элементов и в досках 1-го и 3-го сорта толщиной 60 мм и менее, работающих на ребро при изгибе или на растяжение, не допускается сердцевина.

Для изготовления несущих КДК используется хвойная древесина 1-го, 2-го и 3-го сортов с влажностью 10 ± 2 %, длиной от 2 до 6,5 м. Толщина слоев (заготовок) после острожки: для прямолинейных элементов 32...34 мм; для армированных клееных деревянных элементов 34...42 мм; для гнутоклееных криволинейных элементов толщина слоев принимается в зависимости от внутреннего радиуса кривизны элемента в диапазоне 16...32 мм.

Размеры поперечных сечений (ширина b и высота h) деревянных элементов определяются расчетом и назначаются в соответствии с конструктивными соображениями, требованиями стандартизации и унификации сечений элементов, а также с учетом сортамента пиломатериалов.

Рекомендуется проектировать клееные деревянные элементы и конструкции преимущественно прямоугольного сечения постоянной высоты. Такое сечение, формируемое из горизонтальных слоев, отвечает требованиям технологичности, обладает повышенной огнестойкостью и меньше подвержено расслоению в процессе эксплуатации. Прямоугольные сечения работают более надежно, чем двутавровые, в которых возникают опасные концентрации напряжений при резком изменении геометрии сечения.

При проектировании типовых КДК ширину поперечного сечения элементов необходимо принимать не более 210 мм с учетом сортамента пиломатериалов и нормируемых припусков 10...15 мм на обработку боковых поверхностей заготовочных блоков, так как склеивание заготовок по ширине увеличивает себестоимость изготовления КДК в 1,8...2,2 раза (без стоимости стальных деталей).

Чтобы исключить необходимость склеивания досок (заготовок) по ширине, рекомендуется применять спаренные конструкции, устанавливаемые на один фундамент, или уменьшать шаг несущих конструкций.

Высота клееного пакета определяется расчетом, но по технологическим причинам (параметры прессового оборудования, время жизнеспособности клея и др.) ее рекомендуется принимать не более 1600 мм. Более этого размера - проектируют при наличии технологических возможностей.

При компоновке поперечных сечений клееных деревянных элементов следует использовать:

• в растянутых и сжатых (при гибкости меньше 70) элементах пиломатериалы одной породы и сорта (в сжатых элементах дополнительно учитываются условия закрепления элемента в двух плоскостях);

• в изгибаемых, сжато-изгибаемых и сжатых элементах (при гибкости > 70) при высоте сечения более 500 мм пиломатериалы двух сортов, назначая в крайних зонах (симметрично, в сжатой и растянутой) на 0,15 h более высокий сорт. При высоте таких элементов более 1000 мм можно использовать слои трех сортов: в крайней зоне на 0,15 h - 1-й сорт, затем на 0,15 h - 2-й сорт и в средней зоне сечения на 0,4 h - 3-й сорт древесины.

В изгибаемых и сжато-изгибаемых элементах при необходимости учитывать устойчивость плоской формы деформирования этих элементов, рекомендуется оптимизировать отношение ширины и высоты сечения и отношение свободной длины элемента к высоте сечения.

Элементы таврового, двутаврового, коробчатого и других сложных сечений применяются при соответствующем технико-экономическом обосновании. При компоновке сечений таких элементов предварительно задаются толщиной стенки, шириной поясов и отношением высоты сечения между осями поясов к пролету. Затем определяются требуемая площадь сечения поясов и высота сечения элемента.