РАЗДЕЛ 2
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ДРЕВЕСИНЫ И ВЫСОКОМОДУЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
2.1. Древесина, как основной материал армированных
деревянных конструкций
Для несущих конструкций применяется преимущественно древесина хвойных пород,
обладающая достаточно высокими и стабильными механическими свойствами, стойкая
к эксплуатационным воздействиям.
Для обеспечения необходимых технологических параметров и долговечности при
эксплуатации влажность древесины армированных конструкций не должна превышать
15% при нормальном значении 10ч2%. Для указанных конструкций допускается
применять древесину 2-го и 3-го сорта по ГОСТ 8486-86* для цельных и клееных
элементов.
Реологические свойства древесины учитываются при назначении расчетных
сопротивлений. Под действием постоянной нагрузки (непосредственно после ее
приложения) в древесине появляются упругие деформации, а с течением времени
развиваются эластические, пластические и остаточные деформации.
Для обоснованного назначения размера элементов деревянных конструкций
необходимо знать прочность древесины при различных силовых воздействий, которая
зависит от размера пороков, в основном сучков, ослабляющих сечение.
Благодаря особенностям строения древесина является анизотропным материалом, ее
механические свойства различны в различных направлениях и зависят от угла между
направлением действующего усилия и направлением волокон. При совпадении
направления силы и волокон прочность древесины достигает максимального
значения, в то же время она будет в несколько раз меньше, если сила действует
под большим углом к волокнам.
Для обоснованного расчета элементов деревянных конструкций необходимо знать
прочность древесины при различных видах напряженного состояния и при
разнообразном их сочетании (при сложном напряжении). До настоящего времени
основой для определения несущей способности конструктивных элементов служит
временный предел прочности древесины, определяемый испытанием стандартных
образцов, выполняемых из чистой, без всяких пороков древесины. Однако,
результаты испытаний некоторых из этих образцов не дают однозначного ответа на
вопрос о величине предела прочности. Так, например, стандартный образец на
скалывание вдоль волокон не работает на чистый сдвиг. По плоскости разрушения в
нем возникают неравномерные напряжения сдвига в сочетании с неравномерными
нормальными напряжениями сжатия и растяжения поперек волокон.
Испытания показывают значительный разброс показателей прочности даже для одной
и той же породы древесины. Это объясняется неоднородностью древесины, связанной
с особенностями ее анатомического строения. Так, у хвойных пород,
преимущественно применяемых в строительстве, прочность поздней древесины в 3-5
раз выше прочности ранней древесины. Чем толще стенки трахеид и чем больше
процент поздней древесины, тем выше плотность древесины и ее прочность. Опытами
установлена прямая пропорциональность между пределом прочности и плотностью
древесины. На прочность древесины (благодаря ее реологическим свойствам)
значительно влияет скорость приложения нагрузки или продолжительность ее
действия. Если серию одинаковых деревянных образцов загрузить, например на
изгиб, различной по значению постоянной нагрузкой, то разрушение их произойдет
через разные промежутки времени – чем больше нагрузка (напряжение), тем скорее
разрушится образец. При этом может оказаться, что часть образцов вообще не
разрушится, как бы долго нагрузка ни действовала.
Представив результаты таких испытаний графически в координатах "предел
прочности – время до разрушения" (рис.2.1), получим асимптотическую кривую, по
которой можно определить, сколько времени пройдет от начала нагружения до
разрушения образца, находящегося под тем или иным напряжением. Асимптотический
характер кривой показывает, что предел прочности с увеличением длительности
приложения нагрузки хотя и падает, но не безгранично – он стремится к
некоторому постоянному значению , равному ординате асимптоты кривой. Кривая на
рис.2.1 называется кривой длительного сопротивления древесины, а ордината –
пределом длительного сопротивления древесины; характеризуется то предельное
(максимальное) значение напряжения (или нагрузки), под действием которого
образец не разрушится при любой продолжительности действия нагрузки.
Асимптота на кривой длительного сопротивления делит весь диапазон изменения
нагрузки на две области – область ниже асимптоты с , в которой разрушение
образца не произойдет, независимо от продолжительности нагрузки, и область выше
асимптоты с , где разрушение с течением времени неизбежно и где оно произойдет
тем скорее, чем больше превышает . Асимптотический характер кривой длительного
сопротивления справедлив и для напряженного состояния древесины других видов.
Рис.2.1. Кривая длительного сопротивления древесины.
Рис.2.2. Кривые деформации во времени
а – при ; б – при ;
Две области кривой, указанные на рис.2.2, различаются также по характеру
зависимости деформации от времени при заданном значении действующей нагрузки
(напряжения). Так, при напряжении деформации с течением времени затухают,
стремясь к некоторому пределу (пунктир на рис.2.3,а), а при после некоторого
уменьшения скорости деформаций на участке в-г (рис.2.2,б) наступает развитие
деформаций с постоянной скоростью на участке г-д. Далее, в момент времени
начинается ускоренный рост деформаций, приводящий к разрушению материала.
Как видно из (рис.2.2), древесина обладает свойством последействия
(ползучести), т.е. роста деформаций в течении некоторого времени после
приложения нагрузки. Примером последействия на практике может служить
провисание ба
- Киев+380960830922