11.Пороки древесины.
К основным порокам древесины относят сучки и косослои.
Сучки являются показателем отбора леса. Наличие в древесных элементах оказывает особое влияние на прочность при растяжении элементов.
Из-за наличия сучков в растянутых элементах теряется некоторая площадь сечения элемента, т.е. расчет на прочность ведут с площадью сечения НЕТТО с учётом ослаблений сечений. Так же в пиломатериалах из-за наличия присучкового косослоя часть волокон оказывается перерезанными. Норма регламентирует размеры сучков. В растянутых элементах допустимые сучки d ≤1/4 b(h) [размеры поперечного сечения]. Сучок с размером d = 1/4 b(h) может снижать прочность до 25-27%. В сжатых элементах влияние сучков на прочность значительно меньше.
В сжатых элементах влияние сучков меньше, это связано с тем, что при таком состоянии сучок оказывается обжатым соседней древесиной. Если сучок не выходит на кромку, а расположен в середине, то он влияет на прочность значительно меньше. Вследствие этого при проектировании деревянных конструкций следует придерживаться принципа концентрации материала. В массивных элементах влияние сучков меньше.
Косослой – наклонное расположение волокон (слоёв) древесины. Косослой может быть естественный (при росте дерева) и искусственный (при неправильной распиловки), так же как для сучков косослой в большей мере влияет на прочность растянутых элементов.
Из-за наличия в растянутых деревянных элементах возникает опасное скалывающее напряжение (τ) и раскалывающее напряжение (δ90р). Влияние косослоя на прочность древесины уже заметно при его угле 30. Допускают следующие косослои: tg α =0,1……0,07, где α – угол косослоя.
Именно из-за косослоя при конструировании и расчёте лобовых врубок длину площадок скалывания ограничивают.
Опорный узел на лобовых врубках.
12.Работа древесины на растяжение, сжатие и поперечный изгиб.
Предел прочности древесины при растяжении вдоль волокон в стандартных чистых образцах высок для сосны и ели, он в среднем равен 100 МПа. Модуль упругости Е0=110000-120000 кг/см2. Наличие сучков и косослоев значительно снижает сопротивление древесины растяжению. При разрыве поперёк волокон предел прочности в 12 – 17 раз меньше, чем вдоль волокон. Это связано с анизотропностью древесины. Испытание стандартных образцов на смятие вдоль волокон дают значение предела прочности в 2-2.5 раза меньше, чем при растяжении. Для сосны и ели при влажности 12% - предел придел прочности на сжатие в среднем составляет 40МПа, а модуль упругости вдоль волокон примерно такой же, как при растяжении. На работу древесины при сжатии пороки оказывают значительно меньшее влияние, чем при растяжении. Работа сжатых элементов конструкции более надёжна, чем растянутых. Поэтому широкое применение получили металлодеревянные конструкции, имеющие растянутые элементы из стали (нижние пояса ферм, растянутые раскосы) и сжатые, сжатые изгибаемые элементы из древесины. Предел прочности древесины при поперечном изгибе занимает промежуточное положение между прочностью нам растяжение и сжатие, в среднем он составляет 75Мпа (при влажности 12%). Что касается модуля упругости, то он примерно такой же, как при сжатии, так и при растяжении. Здесь влияние сучков и косослоев значительно, поскольку при изгибе имеется растянутая зона. Влияние пороков в брёвнах при работе на изгиб меньше, чем в пиломатериалах, поскольку в брёвнах отсутствует выход на кромку перерезанных при распиловке волокон, а так же нет отщеплений волокон в их присучковом косослое. Можно выделить 3 стадии работы древесного элемента при поперечном изгибе:
h1=h2, δ-<δ+ - здесь определение краевого напряжения древесины при изгибе по формуле Навье δ=M/W соответствует линейному распределению напряжений по высоте сечения и это действительно в пределах небольших напряжений.
h1>h2, δ+>δ- - на второй стадии при дальнейшем росте нагрузки и увеличении кривизны эпюры, эпюра сжимающих напряжений примет криволинейный характер, а нейтральная ось сдвинется в сторону растянутой кромки сечения, при этом фактическое краевое напряжение сжатия меньше, а напряжение растяжений больше величины по формуле.
h1>>h2, δ+>>δ- В третьей стадии проходит разрушение деревянного элемента. В стадии разрушения сначала в сжатой зоне происходит разрыв наружных волокон. Волокна древесины сжатой зоны теряют устойчивость.