лекции ч1
.pdfКОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Кто из русских ученых внёс значительный вклад в развитие деревянных строительных конструкций.
2.Назовите наиболее значимые строительные объекты из древесины, сохранившиеся до наших дней.
3.Каковы перспективы развития современных деревянных конструкций.
4.Что является основным структурным элементом древесины.
5.Чем объясняется анизотропия свойств древесины.
6.Каков химический состав древесины. Какой химический полимер, входящий в состав древесины, определяющих ее высокую химическую стойкость.
7.В чём заключаются конструктивные меры повышения биостойкости древесины.
8.Как классифицируются усушечные трещины по отношению к биостойкости.
9.Назовите параметры температурно-влажностного режима, благоприятного для развития процесса гниения.
10.При какой температуре возможно самовозгорание древесины.
11.Конструктивные меры повышения огнестойкости деревянных конструкций.
12.В чём заключаются химические способы повышения долговечности деревянных строительных конструкций.
13.Пороки древесины и их влияние на её прочностные свойства.
14.Факторы, влияющие на физико-механические свойства древесины.
15.Что такое свободная и гигроскопическая влага.
16.Чему равен предел гигроскопичности.
17.В каком диапазоне изменения влажности меняются прочностные и упругие свойства древесины.
18.С чем связано коробление древесины.
19.Что является побудителем движения влаги при сушке древесины.
20.Чем объясняется образование трещин при сушке пиломатериала.
21.Как температура влияет на прочностные свойства древесины.
22.Что такое предел прочности и предел длительного сопротивления.
Тема 5
РАСЧЁТ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
|
Q Sбр |
Rск |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Jбрb |
|
|
|
R |
|
mo |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
|||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
F |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
1 |
0,8 |
|
|
|
|
|
п ри |
70 |
нт |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
РАСЧЁТ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ
Цель расчёта: обеспечить безопасную работу конструкции с учётом изменчивости
свойств материала, нагрузок, геометрических характеристик конструкций,
условий работы, степени ответственности объекта, а также с учётом фактора времени.
1. По несущей способности
Ф N,
где N предельное усилие, которое может выдержать элемент;
Фрасчётное усилие в элементе от расчётных нагрузок.
2.По деформациям
f [ f ],
где [f] предельно допустимое перемещение, зависящее от типа конструкции и степени ответственности конструкции;
f перемещение конструкции от действующих нормативных нагрузок и расчётной схемы.
ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСЧЁТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ
Расчётное сопротивление древесины для различных видов напряженного состояния устанавливается по СНиП ІІ-25-80 «Деревянные конструкции».
За базовое расчётное сопротивление R0 принимается расчётное сопротивление сосны и ели.
ОБЩАЯ ФОРМУЛА
R=R°mпmвm mдmоmслmбmгн/ n,
где |
R° |
– |
расчётное сопротивление древесины сосны и ели для различных |
|
|
|
видов напряженного состояния в зависимости от сорта; |
|
mп |
– коэффициент пересчета для других пород; |
|
mв; m ; mд |
– |
коэффициенты, учитывающие условия эксплуатации; |
|
mсл; mб; mгн – |
коэффициенты, учитывающие толщину пиломатериала, |
||
|
|
|
высоту поперечного сечения и радиус кривизны |
|
|
|
для клееных элементов; |
|
mо |
– |
коэффициент, учитывающий ослабления в растянутых |
|
|
|
и изгибаемых элементах; |
|
n |
– коэффициент, учитывающий класс ответственности здания. |
|
РАСЧЁТ ЦЕНТРАЛЬНО-РАСТЯНУТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Предел прочности чистой, без пороков, древесины при растяжении вдоль волокон для сосны в среднем составляет 100 МПа, модуль упругости Е=1000 кН/см2. При растяжении поперёк волокон предел прочности в 12 15 раз меньше. Разрушение растянутых элементов
происходит хрупко.
•ПО ПРОЧНОСТИ
|
|
N |
Rр |
|
mo |
/ n , |
||
|
|
|
||||||
Fнт |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
где mo – коэффициент, учитывающий ослабления. |
||||||||
N |
|
|
|
|
d |
|
N |
|
|
|
|
|
|
h |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с
Диаграмма работы древесины
на растяжение
φ
ε%
Диаграмма работы не имеет ярко выраженного участка пластических деформаций. φ=0,5 рассматривается как предел пропорциональности.
• Если с > 200 мм.
Fнт
d |
h |
|
b |
• Если с ≤ 200 мм, считаем ослабления совмещенными в Fнт одном расчетном сечении.
d |
h |
|
|
d |
|
|
b |
При близком расположении отверстий может произойти разрушение «по зигзагу», аналогичное разрушению от близко расположенных сучков.
РАСЧЁТ ЦЕНТРАЛЬНО-СЖАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
|
|
|
|
Предел прочности при сжатии чистой, без пороков, древесины составляет |
|||||||
|
N |
Rвр = 40 МПа, что в 2,5 раза меньше, |
чем при растяжении. Влияние сучков, |
||||||||
|
косослоя при сжатии сказывается меньше, чем при растяжении. |
||||||||||
|
|
|
|
НА ПРОЧНОСТЬ |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
N |
R |
|
/ |
|
, |
|
|
|
|
|
|
с |
n |
||||
|
|
|
|
|
|
Fнт |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
где Fнт – |
площадь нетто в рассматриваемом поперечном сечении; |
||||||
|
|
|
|
Rс – |
расчётное сопротивление сжатию может принимать значения от 8,5 до 16 МПа, |
||||||
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
в зависимости от сорта древесины и размеров и формы поперечного сечения. |
|||||||
Пластические свойства древесины при центральном сжатии проявляются значительно сильнее, чем при растяжении, поэтому ослабления учитываются только при определении площади Fнт.
Расчёт на прочность является определяющим для коротких стержней, длина которых не больше 7δ, где δ − наименьший размер поперечного сечения.
РАСЧЁТ НА УСТОЙЧИВОСТЬ
Потеря устойчивости происходит тогда, когда нагрузка достигает критического значения и сопровождается искривлением оси.
ПРОВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ |
||
Nкр |
N |
|
σ |
|
Rс /γn , |
Fрасч |
||
|
продольного изгиба; |
|
площадь поперечного сечения определяется размеров ослабления и места их расположения.
(φ – отношение критического напряжения к пределу прочности)
Так как древесина является упругопластическим материалом, следует рассматривать устойчивость элементов, работающих в упругой стадии, до предела пропорциональности и в стадии развития пластических
деформаций. В первом случае модуль упругости E=const,
при этом φ определяется по формуле |
|
3000 |
ПРИ λ 70 |
|
λ2 |
||||
|
|
|
Диаграмма работы древесины на сжатие
φ
За пределом пропорциональности модуль упругости, характеризующийся углом наклона касательной, является величиной переменной.
1- 0,8 |
|
2 |
ПРИ 70 |
|
|
||
|
|
|
|
100 |
|
|
|
Предел
пропорциональност tgα=E
и
β |
α |
|
0/ε00 |
||
|
ГИБКОСТЬ λ = ℓо/r; ℓо = μℓ ,
где ℓо– расчётная длина;
r – радиус инерции для прямоугольного сечения r = 0,289 h для круглого сечения r = 0,25d;
μ – коэффициент приведения длины.
Гибкость элементов не должна превышать предельных значений λ ≤ λпр.
Для колонн, верхних поясов ферм, опорных раскосов и стоек λпр.= 120, для прочих элементов сквозных несущих конструкций λпр. = 150, для связей – 200.
Особенности определения коэффициента μ в деревянных конструкциях
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мет. констр. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
дер. констр. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
В деревянных конструкциях из-за усушки и обмятия древесины нельзя создать абсолютно жёсткой заделки.
РАСЧЁТ ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Стадии работы древесины на изгиб
образуются складки
разрыв волокон
|
упругая |
- |
разрушения |
|
пластическая |
||
е |
е |
|
|
|
|
||
Допущения к расчётам: |
1. модули упругости в сжатой и растянутой зонах равны; |
||
2. принимается прямолинейное распределение напряжений по высоте элемента
ПО ПРОЧНОСТИ |
|
|
|
σ |
М |
Ru /γn. |
|
Проверка нормальных напряжений |
|||||||
Wрасч |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
Расчётный момент сопротивления Wрасч определяется с учетом формы сечения и |
|||||||
имеющихся ослаблений. |
|
|
|
|
|
|
|
Для прямоугольного сечения |
W |
bh2 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
6 |
|
|
|
|
||
Разрушение изгибаемого элемента