القوة والضغوط المسموح بها للخشب

أساسيات الحساب الثابت

الخشب هو خلق طبيعي، ونظرًا لبنيته التشريحية، فهو مادة بناء غير متجانسة. يمكن مقارنتها بمجموعة من الأنابيب، مرتبة بشكل فردي متوازية وحلقية حول قلب الشجرة - حلقات أو حلقات سنوية - والتي تحتوي في كل مكان على مقاطع عرضية وسماكات جدران مختلفة، أي الخشب المبكر والمتأخر.

تعتمد قوة الخشب على الظروف التي ينمو فيها الخشب، وتتأثر إلى حد كبير بـ عيوب الخشب، وعدم انتظام النمو، وعمر الخشب وقت القطع والاستخدام وخاصة رطوبته.

لا يختلف متوسط قيمة القوة بالنسبة للأشجار الفردية من نفس المنطقة فحسب، بل أيضًا بالنسبة لنفس الشجرة، فهي تنخفض من الطرف الأكثر سمكًا إلى الطرف الأنحف. في المقطع العرضي، تمثل الحلقات السنوية الأصغر تحت اللحاء أفضل وأصلب الأخشاب. يمكن لخبير الغابات التأثير على خصائص الخشب فقط إلى حد محدود، في حين أن المستخدم لا يستطيع تغيير خصائص القوة بوسائل بسيطة.

قوة الضغط

الضغط في اتجاه الألياف

عند فحص عينات الاختبار، والتي تكون في الغالب ذات مقطع عرضي مربع، يحدث الفشل بسبب حقيقة أن جدران الخلايا للألياف تلتف إلى تجاويف، حيث لا يمكن تحديد التوسعات العرضية التي تم التعبير عنها بوضوح مسبقًا. تحدث بداية هذا التواء في أماكن بها مخالفات هيكلية صغيرة، والتي في معظم الحالات لا يمكن ملاحظتها من الخارج، أو تبدأ من السطح المضغوط العلوي أو السفلي.

يتم ضبط الضغط المسموح به للخشب الصنوبري - بغض النظر عما إذا كان من خشب التنوب أو الصنوبر أو التنوب - على 8,5 MPa، ولخشب الصنوبر على 9 MPa. بالنسبة للخشب الصلب أو البلوط أو الزان، فهو 10 MPa.

بشكل عام، متوسط قوة الضغط الفعلية، على الأقل بالنسبة للبلوط، ليس أعلى من ذلك بالنسبة للصنوبريات، ولكن هذه القيمة لا تزال مبررة لأن الخشب الصلب يستخدم عمليا فقط في القطع الصغيرة في الإنشاءات، لذلك يمكن تجنب الخشب ذو العقد الأكبر أو الخشب ذو التطور غير المنتظم. خشب البلوط مبالغ فيه. يبدو أن خشب البلوط الصغير، الذي يصل عمره إلى 30 سنة، أكثر صلابة وأقوى من خشب الأشجار الأكبر سنًا.

فئة الجودة I تسمح بقوة خشب الصنوبر حتى 11 MPa، وللصنوبر 11,5 MPa، وللبلوط والزان 12 MPa. مع فئة الجودة III، تم تحديد قيم 6 MPa للخشب الصنوبري، و7 MPa لخشب البلوط والزان.

الضغط عمودي على اتجاه الألياف

في الاتجاه العمودي على الألياف، تختلف ظواهر الفشل عن الظواهر الناجمة عن الضغط في اتجاه الألياف. تعتمد القوة تحت الضغط العرضي بشكل أساسي على القوة التي تظهرها الكمية غير المضغوطة من الخشب المبكر في الحلقة السنوية. الخشب المتأخر، الذي تعتمد عليه قيمة القوة تحت الضغط المحوري، تحت الضغط العرضي له دور توزيع الحمل.

عند فحص اليد التي تظهر حجم القوة، فإنها تحافظ باستمرار على أعلى موضع لها. في حالة القسم المحمل بالكامل، تكون القوة تحت الضغط المتعامدة مع ألياف الصنوبريات من 1/7 إلى 1/10 قيم القوة في اتجاه الألياف، وبالنسبة للأخشاب الصلبة من 1/3 إلى 1/5 قيم القوة في اتجاه الألياف.

قوة الشد

تم اختبار قوة الشد بدرجة أقل بكثير من قوة الضغط. قد يرجع هذا جزئيًا إلى حقيقة أن إنتاج واختبار عينات الاختبار المناسبة يستغرق وقتًا طويلاً ومكلفًا.

يتجلى عدم انتظام هيكل الخشب بشكل واضح في قوة الشد. على غرار القوة تحت الضغط، بالإضافة إلى عرض جذوع الأشجار، فإن نسبة الخشب المتأخر لها أهمية حاسمة. يحدث فشل الخشب المبكر قبل فشل الخشب المتأخر، لذلك لا يمكن إضافة نقاط القوة للخشب المبكر والمتأخر. يكون تأثير العقد واضطرابات النمو أكثر وضوحًا منه في قوة الضغط. أي انحناء أو موجة ناتجة عن قرب العقد، والتي لا يجب أن تكون موجودة على العصا، تكفي لتقليل قوة الكسر إلى ربع قوة شد الخشب دون عيوب.

أضعف مواضع العناصر المشدودة هي عقد البناء حيث يكون الضعف بسبب الشقوق للمخ أعظم. هنا، وخاصة في الخدين، أي الأربطة، هناك ضغوط بسبب الانحناء لا يشملها الحساب.

الضغوط المسموح بها للخشب الصنوبري من فئة الجودة I هي 10,5 MPa، ولخشب البلوط والزان 11 MPa. بالنسبة للعناصر المشدودة، يتم استبعاد استخدام المواد من فئة الجودة III.

جهاز اختبار قوة الشد للخشب.

قوة الانحناء

تنطبق الافتراضات التي يعتمد عليها نموذج حساب الانحناء الخاص بـ _Navier بتقريب جيد على الخشب أيضًا، ولكن فقط عند الأحمال المنخفضة. عند حمل أعلى، تحدث مثل هذه الإزاحات حيث يكون إجهاد الحافة الفعلي الناتج عن الضغط أقل من المحسوب، في حين يتم الحصول على الصورة المعاكسة للإجهاد الناتج عن التوتر. يتحرك خط الصفر الفعلي إلى الجانب الضيق.

الصور 1 و 2 — كسر العناصر وتوزيع الإجهاد أثناء الانحناء.

قوة الانثناء المحسوبة عند الفشل هي 1,4 إلى 2 أضعاف قوة الضغط، ومع استثناءات قليلة، تكون أقل من قوة الشد. إذا حدثت العقد والمخالفات بالقرب من الحد الأقصى للحظات والحد الأقصى لضغوط الحافة، فستحدث تخفيضات تصل إلى 50%.

يجب التأكيد على أن قوة الانحناء تحت التحميل الساكن طويل المدى تساوي تقريبًا نصف قوة الانحناء التي يتم تحديدها بالطريقة المعتادة. إذا تم تكرار الحمل كليًا أو جزئيًا بشكل متكرر، فستستمر سعة الحمولة في الانخفاض اعتمادًا على مدى مساهمة الحمل المتحرك في إجمالي الحمولة.

إجهاد الانحناء المسموح به للخشب اللين من فئة الجودة III هو 7 MPa، وبالنسبة لفئتي الجودة II وI يتم تحديده 10 MPa و13 MPa، على التوالي. للحصول على دعامات مستمرة بدون مفاصل من الفئتين الأخيرتين، يتم توفير ضغوط 11 MPa و14 MPa، لأن هذه الدعامات تظهر أمانًا أكبر.

عند تحديد أبعاد الكمرات المعرضة للانحناء، في كثير من الحالات لا يتم استخدام إجهاد الانحناء، ولكن الانحراف المسموح به. بالنسبة لعوارض هياكل الميزانين، يجب ألا يتجاوز الانحراف الناتج عن الحمل الدائم أو المفيد نطاق 1/300. بالنسبة للعارضة المدعومة بحرية والمحملة بحمل موزع بالتساوي، يجب أن تكون النسبة بين الامتداد والارتفاع بحد أقصى 16، مع ضغط انحناء مسموح به يبلغ 10 MPa.

بالنسبة للكمرات القصيرة ذات التحميل الثقيل والمقاطع العرضية المعقدة، فإن إجهاد القص له أهمية حاسمة. معامل المرونة مهم للانحراف، وكذلك لقوة الانبعاج وحساب الإنشاءات غير المحددة بشكل ثابت. يختلف حجم معامل المرونة بشكل كبير اعتمادًا على جودة المادة. معامل مرونة الصنوبريات هو 10.000 MPa، وعمودي على الألياف هذه القيمة هي 300 MPa للخشب الصنوبري و 600 MPa لخشب البلوط والزان.

جهاز اختبار قوة ثني الخشب.

قوة القص

عند القص، يظهر الخشب قوة منخفضة. يمكن أن تختلف قيم قوة القص بشكل كبير بسبب تشقق الخشب.

تم تحديد الحد الأعلى لـ 0,9 MPa للصنوبريات من جميع فئات الجودة الثلاثة. بالنسبة لخشب البلوط والزان من النوعية II وIII، فإن القيمة القصوى هي 1 MPa، على التوالي 1,2 MPa للفئة I.

إذا تم الحصول على فترات متدلية قصيرة جدًا لهذه الفولتية، فمن المستحسن عدم استخدام الفولتية. عندما تكون النهايات المتدلية قصيرة، هناك خطر كبير من تشكل شقوق الانكماش في مستوى القص، مما قد يؤدي إلى فقدان كامل لقدرة الحمل.

جهاز لاختبار قوة قص الخشب.

قوة الإبزيم

إذا تعرضت القضبان للضغط فمن الضروري التحقق من الانحناء عن طريق الحساب. أهمية خاصة هو الاختيار الصحيح لطول الانحناء. يجب تأمين القضبان بوصلات ضد الانحرافات الجانبية. إذا لم يكن من الممكن تنفيذ ذلك إلى حد كاف، فيجب إدخال طول انحناء أكبر في الحساب.

الأشكال 3 و4 — مقاطع عرضية كاملة ومركبة بمحاور مادية وغير مادية.

بالنسبة للقضبان المضغوطة المعقدة، يتم إجراء الحساب فيما يتعلق بمحور المادة، المحور x في الصور 4a و4b، كما هو الحال بالنسبة للمقاطع الصلبة، حيث يتم أخذ عرض القضيب بالكامل كمجموع عرض d للعناصر الفردية.

بالنسبة للانبعاج بالنسبة للمحور غير المادي، المحور y في الصور 4a، 4b و4c والمحور x في الصورة 4c، لا يمكن الاعتماد على التركيب المثالي للمقاطع العرضية الفردية، لأن الوصلات العرضية للقضبان الخشبية تستسلم. بالنسبة للمقطع العرضي المكون من جزأين حسب الصورة 4a، تنطبق العلاقات التالية:

الصيغ الأصلية لحساب المقطع العرضي من جزأين.

تستخدم القضبان المضغوطة المركبة بشكل عام فقط عندما تتطلب التوصيلات ذلك، أي عندما لا يمكن الحصول على عناصر القسم الكامل بالأبعاد المطلوبة. للاقتراب قدر الإمكان من الأقسام الكاملة، يوصى دائمًا بالاتصالات الطولية المستمرة.

موضوعات ذات صلة: الهياكل الخشبية الحاملة، الهياكل البينية، عيوب الخشب، رطوبة الخشب والخشب.