Основи на статичното изчисление
Дървото е естествено творение и поради своята анатомична структура е нехомогенен строителен материал. Може да се сравни със сноп от тръби, индивидуално разположени успоредно и пръстеновидно около сърцевината на дървото - годишни пръстени или пръстени - които навсякъде имат различно напречно сечение и дебелина на стените, т.е. ранна и късна дървесина.
Здравството на дървесината зависи от условията, при които е расла дървесината, и до голяма степен те се влияят от дървесни дефекти, нередности в развитието, възрастта на дървесината по време на рязане и употреба и особено нейната влажност.
Средната стойност на якост е не само различна за отделните дървета от един и същи регион, но също така за едно и също дърво тя намалява от най-дебелия до най-тънкия край. В напречно сечение най-младите годишни пръстени под кората представляват най-добрата и твърда дървесина. Експертът по горско стопанство може да повлияе на свойствата на дървесината само в ограничена степен, докато потребителят трудно може да промени якостните свойства с прости средства.
Якост на натиск
Налягане по посока на влакната
При изследване на тестовите образци, които са предимно с квадратно напречно сечение, неуспехът се дължи на факта, че клетъчните стени на влакната са усукани в кухини, където не могат да бъдат определени предварително ясно изразени напречни разширения. Началото на това изкълчване възниква на места с малки структурни неравности, които в повечето случаи дори не могат да бъдат забелязани отвън, или започва от горната или долната пресована повърхност.
Допустимото налягане на иглолистната дървесина — независимо дали е смърч, бор или ела — е определено на 8,5 MPa, а за дървесината от лиственица на 9 MPa. За твърда дървесина, дъб или бук е 10 MPa.
По принцип действителната средна якост на натиск, поне за дъба, не е по-висока от тази за иглолистните дървета, но тази стойност все пак е оправдана, тъй като твърдата дървесина практически се използва само на малки парчета в конструкции, така че дървесината с по-големи чепове или дървесината с неравномерно развитие може да бъде избегната. Дъбовата дървесина е надценена. Младият дъб, на възраст до 30 години, изглежда значително по-твърд и по-здрав от дървесината на по-старите дървета.
Качествен клас I позволява здравина на иглолистна дървесина до 11 MPa, за лиственица 11,5 MPa, а за дъб и бук 12 MPa. При клас на качество III са определени стойностите 6 MPa за иглолистна дървесина и 7 MPa за дъбова и букова дървесина.
Налягане, перпендикулярно на посоката на влакното
В посока, перпендикулярна на влакната, явленията при повреда са различни от явленията, причинени от натиск в посоката на влакната. Якостта при напречен натиск зависи главно от якостта, показана от неуплътненото количество ранна дървесина в годишния пръстен. Късната дървесина, от която зависи стойността на якостта при аксиален натиск, при напречен натиск има ролята на разпределение на натоварването.
При изследване на ръката, която показва големината на силата, тя постоянно поддържа най-високата си заета позиция. В случай на пълно натоварено сечение, якостта при натиск перпендикулярно на влакната за иглолистни дървета е от 1/7 до 1/10 стойности на якост по посока на влакната, а за твърда дървесина от 1/3 до 1/5 стойности на якост в посока на влакното.
Якост на опън
Якостта на опън е тествана в много по-малка степен от якостта на натиск. Това отчасти може да се дължи на факта, че производството и тестването на подходящи тестови образци отнемат много време и са скъпи.
Неравномерността в структурата на дървото се проявява ясно в якостта на опън. Аналогично на якостта при натиск, в допълнение към ширината на трупите, делът на късната дървесина е от решаващо значение. Разрушаването на ранната дървесина настъпва преди разрушаването на късната дървесина, така че силните страни на ранната и късната дървесина не могат да се добавят. Влиянието на възлите и нередностите в развитието е по-силно изразено, отколкото в якостта на натиск. Всяко огъване или вълна, причинени от близостта на чепове, които не е задължително да са разположени върху пръчката, са достатъчни, за да намалят якостта на скъсване до една четвърт от стойността на якост на опън на дърво без дефекти.
Най-слабите места на опънатите елементи са възлите на конструкцията, където отслабването поради прорезите за мозъка е най-голямо. Тук, особено в бузите, т.е. жартиерите, има напрежения поради огъване, които изчислението не включва.
Допустимите напрежения за иглолистна дървесина от клас на качество I са 10,5 MPa, а за дъбова и букова дървесина 11 MPa. За напрегнати елементи е изключено използването на материал от клас на качество III.
Апарат за изпитване якостта на опън на дърво.
Якост на огъване
Предположенията, на които се основава формулярът за изчисление на огъване Navier, се прилагат за дърво с добро приближение, но само при ниски натоварвания. При по-голямо натоварване се получават такива премествания, че действителното напрежение на ръба от натиск е по-ниско от изчисленото, докато за напрежението от опън се получава обратната картина. Действителната нулева линия се премества към тясната страна.
Снимки 1 и 2 — Счупване на елемент и разпределение на напрежението по време на огъване.
Изчислената якост на огъване при разрушаване е 1,4 до 2 пъти якостта на натиск и, с малки изключения, е по-малка от якостта на опън. Ако се появят възли и неравности в близост до максималните моменти и максималните ръбови напрежения, настъпват намаления до 50%.
Трябва да се подчертае, че якостта на огъване при продължително статично натоварване е приблизително половината от якостта на огъване, която се определя по обичайния начин. Ако натоварването изцяло или частично се повтаря често, товароносимостта ще продължи да намалява в зависимост от степента, до която движещият се товар допринася за общия товар.
Допустимото напрежение на огъване за иглолистна дървесина от клас на качество III е 7 MPa, а за класове на качество II и I се определя съответно 10 MPa и 13 MPa. За непрекъснати опори без фуги от последните два класа се осигуряват напрежения от 11 MPa и 14 MPa, тъй като такива опори показват по-голяма безопасност.
При оразмеряване на греди, изложени на огъване, в много случаи напрежението на огъване не е стандартът, а допустимата деформация. За греди на междуетажни конструкции, деформацията, дължаща се на постоянно или полезно натоварване, не трябва да надвишава диапазона 1/300. За свободно поддържана греда, натоварена с равномерно разпределено натоварване, съотношението между обхвата и височината трябва да бъде максимум 16, с допустимо напрежение на огъване 10 MPa.
За къси, силно натоварени греди и сложни напречни сечения напрежението на срязване е от решаващо значение. Модулът на еластичност е важен за деформацията, както и за якостта на изкълчване и изчисляването на статически неопределими конструкции. Размерът на модула на еластичност, в зависимост от качеството на материала, варира в широки граници. Модулът на еластичност на иглолистните дървета е 10.000 MPa, а перпендикулярно на влакната тази стойност е 300 MPa за иглолистна дървесина и 600 MPa за дъбова и букова дървесина.
Апарат за тестване на якостта на огъване на дърво.
Якост на срязване
Дървото показва ниска якост при срязване. Стойностите на якост на срязване могат да варират значително поради напукване на дърво.
Горната граница на 0,9 MPa е установена за иглолистна дървесина и от трите класа на качество. За дъбова и букова дървесина с качество II и III максималната стойност е 1 MPa, съответно 1,2 MPa за клас I.
Ако се получат твърде къси надвеси за тези напрежения, се препоръчва напреженията да не се използват. Когато крайните надвеси са къси, съществува голяма опасност от образуване на пукнатини от свиване в равнината на срязване, което може да доведе до пълна загуба на носеща способност.
Апарат за тестване на якост на срязване на дърво.
Якост на изкълчване
Ако прътите са изложени на натиск, е необходимо да се провери огъването чрез изчисление. От особено значение е правилният избор на дължина на огъване. Пръчките трябва да бъдат закрепени със съединители срещу странични отклонения. Ако това не може да бъде извършено в достатъчна степен, в изчислението трябва да се въведе по-голяма дължина на изкълчване.
Фигури 3 и 4 — Пълни и съставни напречни сечения с материални и нематериални оси.
За сложни пресовани пръти, изчислението се извършва по отношение на оста на материала, оста x на снимки 4a и 4b, същото като за плътни секции, където ширината на целия прът се приема като сбор от широчините d на отделните елементи.
За изкълчване по отношение на нематериалната ос, y-оста в снимки 4a, 4b и 4c и x-оста в картина 4c, не може да се разчита на перфектна композиция от отделни напречни сечения, тъй като напречните връзките на дървените пръти се поддават. За напречното сечение от две части съгласно изображението 4a се прилагат следните отношения:
Оригинални формули за изчисляване на напречно сечение от две части.
Съединените пресовани пръти обикновено се използват само когато връзките го изискват, т.е. когато не могат да бъдат получени елементи с пълно сечение в необходимите размери. За да се доближите възможно най-близо до пълни секции, винаги се препоръчват непрекъснати надлъжни връзки.
Свързани теми: носещи дървени конструкции, междуетажни конструкции, дървесни дефекти, влага на дърво и дървен материал.