Grondbeginsels van statiese berekening
Hout is ’n natuurlike skepping en is, as gevolg van sy anatomiese struktuur, ’n onhomogene boumateriaal. Dit kan vergelyk word met ’n bondel buise, individueel parallel en ringvormig om die kern van die boom gerangskik - jaarringe of ringe - wat oral verskillende deursnee en wanddiktes het, dit wil sê vroeë en laat hout.
Die sterkte van hout hang af van die toestande waaronder die hout gegroei het, en hulle word tot ’n groot mate deur houtfoute, onreëlmatighede in ontwikkeling, die ouderdom van die hout ten tye van sny en gebruik en veral die humiditeit daarvan.
Die gemiddelde sterktewaarde verskil nie net vir individuele bome uit dieselfde area nie, maar ook vir dieselfde boom neem dit af van die dikste na die dunste punt. In deursnee verteenwoordig die jongste jaarringe onder die bas die beste en hardste hout. ’n Bosboukundige kan die eienskappe van hout slegs in ’n beperkte mate beïnvloed, terwyl die gebruiker beswaarlik die sterkte-eienskappe op eenvoudige maniere kan verander.
Krag onder druk
Druk in die rigting van die vesels
Wanneer die toetsmonsters, wat meestal vierkantig in deursnee is, ondersoek word, vind mislukking plaas as gevolg van die feit dat die selwande van die vesels in holtes draai, waar voorheen duidelik uitgedrukte dwarsuitsettings nie bepaal kan word nie. Die begin van hierdie knik kom voor op plekke met klein strukturele onreëlmatighede, wat in die meeste gevalle nie eers van buite opgemerk kan word nie, of begin vanaf die boonste of onderste gedrukte oppervlak.
Die toelaatbare druk van naaldhout – ongeag of dit spar, denne of denne is – word gestel op 8,5 MPa, en vir larikshout op 9 MPa. Vir hardehout, eikehout of beuk is dit 10 MPa.
Oor die algemeen is die werklike gemiddelde druksterkte, ten minste vir eikebome, nie hoër as dié vir konifere nie, maar hierdie waarde is steeds geregverdig omdat hardehouthout feitlik net in klein stukkies in konstruksies gebruik word, dus kan hout met groter knope of hout met onreëlmatige ontwikkeling vermy word. Eikehout is oorskat. Jong eikebome, tot 30 jaar oud, blyk aansienlik taaier en sterker te wees as die hout van ouer bome.
Kwaliteitklas I maak voorsiening vir konifeerhoutsterkte tot 11 MPa, vir lariks 11,5 MPa, en vir eikehout en beuk 12 MPa. Die waardes van 6 MPa vir naaldhout, en 7 MPa vir eikehout en beuk is vasgestel vir kwaliteitklas III.
Druk loodreg op die veselrigting
In die rigting loodreg op die vesels, verskil die verskynsels by mislukking van die verskynsels wat veroorsaak word deur druk in die rigting van die vesels. Die sterkte onder dwarsdruk hang hoofsaaklik af van die sterkte wat deur die onverpakte hoeveelheid vroeë hout in die jaarring getoon word. Laat hout, waarvan die sterktewaarde onder aksiale druk afhang, onder dwarsdruk het die rol van lasverdeling.
Wanneer dit getoets word, behou die hand wat die grootte van die krag wys voortdurend sy hoogste besette posisie. In die geval van ’n volgelaaide gedeelte, beloop die sterkte onder druk loodreg op die vesels vir konifere1/7aan1/10sterkte waardes in die rigting van die vesels, en vir hardehout uit1/3aan1/5sterktewaardes in die veselrigting.
Treksterkte
Treksterkte is tot ’n baie mindere mate as druksterkte getoets. Dit kan deels te wyte wees aan die feit dat die vervaardiging en toetsing van geskikte toetsmonsters tydrowend en duur is.
Onreëlmatigheid in die struktuur van hout word opvallend gemanifesteer in treksterkte. Analoog aan sterkte onder druk, benewens die breedte van die stompe, is die verhouding laathout van deurslaggewende belang. Mislukking van vroeë hout vind plaas voor mislukking van laat hout, dus kan die sterkpunte van vroeë en laat hout nie bygevoeg word nie. Die invloed van knope en ontwikkelingsonreëlmatighede is meer uitgesproke as in druksterkte. Enige buiging of golf wat veroorsaak word deur die nabyheid van knope, wat nie op die stok hoef te wees nie, is genoeg om die breeksterkte tot ’n kwart van die treksterkte van hout sonder gebreke te verminder.
Die swakste punte van die gespanne elemente is die nodusse van die struktuur, waar die verswakking as gevolg van die kepe vir die brein die grootste is. Hier, veral in die wange, dit wil sê kousbande, is daar spanning as gevolg van buiging wat die berekening nie insluit nie.
Toelaatbare spannings vir sagtehout uit kwaliteit klas I is:10,5 MWel, wat van eike- en beukehout11 MWel. Vir gespanne elemente is die gebruik van materiaal van kwaliteit klas III uitgesluit.
Apparaat om die treksterkte van hout te toets.
Buigkrag
Die aannames onderliggend aan Navier se buigberekeningsformule is met goeie benadering ook op hout van toepassing, maar slegs by lae vragte. By ’n hoër las vind sulke verplasings plaas dat die werklike randspanning as gevolg van druk laer is as wat bereken is, terwyl die teenoorgestelde prentjie vir die spanning as gevolg van spanning verkry word. Die werklike nullyn beweeg na die stywe kant.
Prente1en2— Fraktuur van die element en spanningsverspreiding tydens buiging.
Die berekende buigsterkte by breek is groter as1,4aan2keer die druksterkte en is, met min uitsonderings, minder as die treksterkte. Indien knope en onreëlmatighede naby die maksimum momente en maksimum randspannings voorkom, vind verlagings plaas tot50%.
Dit moet beklemtoon word dat die buigsterkte onder langtermyn statiese belading ongeveer die helfte is van die buigsterkte wat op die gewone manier bepaal word. Indien die las in die geheel of gedeeltelik gereeld herhaal word, sal die vragkapasiteit aanhou afneem na gelang van die mate waarin die bewegende vrag bydra tot die totale vrag.
Die toelaatbare buigspanning vir sagtehout van kwaliteitklas III is 7 MPa, en vir kwaliteitklasse II en I word dit onderskeidelik 10 MPa en 13 MPa bepaal. Vir aaneenlopende stutte sonder gewrigte van die laaste twee klasse word spannings van 11 MPa en 14 MPa voorsien, omdat sulke stutte groter veiligheid toon.
Wanneer balke wat aan buiging blootgestel word gedimensioneer word, is dit in baie gevalle nie die buigspanning wat gebruik word nie, maar die toelaatbare defleksie. Vir balke van mezzanine-strukture, moet defleksie as gevolg van permanente of nuttige las nie 1/300-reeks oorskry nie. Vir ’n vry ondersteunde balk gelaai met ’n eweredig verspreide las, moet die verhouding tussen die span en die hoogte ’n maksimum van 16 wees, met ’n toelaatbare buigspanning van 10 MPa.
Vir kort, swaar belaaide balke en komplekse deursnee is skuifspanning van deurslaggewende belang. Die elastisiteitsmodulus is belangrik vir defleksie, sowel as vir kniksterkte en die berekening van staties onbepaalde konstruksies. Die grootte van die elastisiteitsmodulus, afhangende van die kwaliteit van die materiaal, verskil baie. Die elastisiteitsmodulus van konifere is 10.000 MPa, en loodreg op die vesels is hierdie waarde 300 MPa vir naaldhout en 600 MPa vir eike- en beukehout.
Apparaat om die buigsterkte van hout te toets.
Skuifkrag
Wanneer dit geskeer word, toon die hout min sterkte. Skuifsterktewaardes kan baie verskil as gevolg van die korreligheid van die hout.
Die boonste limiet van0,9 MWel, vir sagtehout, al drie kwaliteitklasse. Vir eike- en beukehout van kwaliteit II en III is die maksimum waarde1 MWel, dit is1,2 MSo vir klas I.
Indien te kort oorhange vir hierdie spannings verkry word, word dit aanbeveel dat die spannings nie gebruik word nie. Wanneer die eindoorhange kort is, is daar ’n groot gevaar dat krimpkrake in die skuifvlak vorm, wat tot ’n algehele verlies aan dravermoë kan lei.
Apparaat vir die toets van hout skuifsterkte.
Buigkrag
As die stawe aan druk blootgestel word, is dit nodig om die defleksie deur berekening na te gaan. Van besondere belang is die korrekte keuse van die buiglengte. Die stawe moet met koppelings vasgemaak word teen laterale defleksies. Indien dit nie in voldoende mate uitgevoer kan word nie, moet ’n groter kniklengte by die berekening ingevoer word.
Prente3en4— Volle en komplekse deursnee met materiële en immateriële asse.
Vir komplekse gedrukte stawe word die berekening gedoen in verhouding tot die materiaal-as, x-as in die prente4en ek4b, dieselfde as vir volle seksies, waardeur die breedte van die hele staaf geneem word as die som van die wydtes d van die individuele elemente.
Vir knik relatief tot die immateriële as, die y-as in die beelde4en,4b ek4c en x-as in die figuur4c, jy kan nie staatmaak op ’n perfekte kombinasie van individuele dwarssnitte nie, want die dwarsverbindings van die houtstokke gee mee. Vir ’n tweedelige deursnit volgens die prentjie4en die volgende verwantskappe is van toepassing:
Oorspronklike formules vir die berekening van die tweedelige deursnit.
Saamgestelde geperste stawe word oor die algemeen slegs gebruik waar die verbindings dit vereis, dit wil sê wanneer volsnit-elemente in die vereiste afmetings nie verkry kan word nie. Om so na as moontlik aan volle seksies te kom, word deurlopende longitudinale verbindings altyd aanbeveel.
Verwante onderwerpe: ondersteunende houtstrukture, tussenverdieping konstruksies, houtfoute, houtvog en gebou.