Styrke og tilladte belastninger af træ

Grundlæggende om statisk beregning

Træ er en naturlig skabelse og er på grund af sin anatomiske struktur et inhomogent byggemateriale. Det kan sammenlignes med et bundt rør, individuelt anbragt parallelt og ringformet omkring træets kerne - årringe eller ringe - som overalt har forskellige tværsnit og vægtykkelser, dvs. tidligt og sent træ.

Træets styrke afhænger af de forhold, som træet voksede under, og de er i høj grad påvirket af træfejl, uregelmæssigheder i udviklingen, træets alder på tidspunktet for skæring og brug og især dets fugtighed.

Den gennemsnitlige styrkeværdi er ikke kun forskellig for individuelle træer fra samme område, men også for det samme træ falder den fra den tykkeste til den tyndeste ende. I tværsnit repræsenterer de yngste årringe under barken det bedste og hårdeste træ. En skovekspert kan kun påvirke træets egenskaber i begrænset omfang, mens brugeren næppe er i stand til at ændre styrkeegenskaberne med simple midler.

Styrke under pres

Tryk i retning af fibrene

Ved undersøgelse af prøveemnerne, som for det meste er kvadratiske i tværsnit, opstår der svigt på grund af, at fibrenes cellevægge snoer sig ind i hulrum, hvor tidligere tydeligt udtrykte tværudvidelser ikke kan bestemmes. Begyndelsen af ​​denne knæk opstår på steder med små strukturelle uregelmæssigheder, som i de fleste tilfælde ikke engang kan bemærkes udefra, eller starter fra den øvre eller nedre pressede overflade.

Det tilladte tryk for nåletræ - uanset om det er gran, fyr eller gran - er sat til 8,5 MPa og for lærketræ til 9 MPa. Til hårdttræ, eg eller bøg er det 10 MPa.

Generelt er den reelle middeltrykstyrke, i hvert fald for eg, ikke højere end for nåletræer, men denne værdi er stadig berettiget, fordi hårdttræ praktisk talt kun anvendes i små stykker i konstruktioner, så træ med større knaster eller træ med uregelmæssig udvikling kan undgås. Egetræ er overvurderet. Ung eg, op til 30 år gammel, ser ud til at være betydeligt sejere og stærkere end træet på ældre træer.

Kvalitetsklasse I giver mulighed for nåletræsstyrke op til 11 MPa, for lærk 11,5 MPa og for eg og bøg 12 MPa. Værdierne for 6 MPa for nåletræ og 7 MPa for eg og bøg blev fastsat for kvalitetsklasse III.

Tryk vinkelret på fiberretningen

I retningen vinkelret på fibrene er fænomenerne ved svigt forskellige fra fænomenerne forårsaget af tryk i fibrenes retning. Styrken under tværgående tryk afhænger hovedsageligt af styrken, som den ukomprimerede mængde tidligt træ i årringen viser. Sen træ, som styrkeværdien under aksialt tryk afhænger af, under tværgående tryk har rollen som lastfordeling.

Ved test bevarer den hånd, der viser kraftens størrelse, konstant sin højeste besatte position. Ved en fuldt belastet sektion udgør styrken under tryk vinkelret på fibrene for nåletræer1/7til1/10styrkeværdier i retning af fibrene, og for hårdttræ fra1/3til1/5styrkeværdier i fiberretningen.

Trækstyrke

Trækstyrke blev testet i meget mindre grad end trykstyrke. Dette kan til dels skyldes, at produktion og afprøvning af passende prøveemner er tidskrævende og dyr.

Uregelmæssighed i træets struktur er iøjnefaldende manifesteret i trækstyrke. Analogt med styrke under tryk er, udover stokkenes bredde, andelen af ​​sent træ af afgørende betydning. Svigt af tidligt træ sker før svigt af sent træ, så styrkerne af tidligt og sent træ kan ikke tilføjes. Påvirkningen af ​​knuder og udviklingsuregelmæssigheder er mere udtalt end ved trykstyrke. Enhver bøjning eller bølge forårsaget af nærheden af ​​knaster, som ikke behøver at være på pinden, er nok til at reducere brudstyrken til en fjerdedel af træets trækstyrke uden defekter.

De svageste punkter på de spændte elementer er strukturens noder, hvor svækkelsen på grund af indhakkene til hjernerne er størst. Her, især i kinderne, altså strømpebånd, er der spændinger på grund af bøjning, som beregningen ikke medtager.

Tilladte spændinger for nåletræ fra kvalitetsklasse I er:10,5 MNå, hvad med eg og bøgetræ11 MGodt. For spændte elementer er brug af materiale fra kvalitetsklasse III udelukket.

Apparat til test af træs trækstyrke.

Bøjningsstyrke

Forudsætningerne bag Naviers bøjningsberegningsformel gælder med god tilnærmelse også for træ, men kun ved lave belastninger. Ved en højere belastning opstår sådanne forskydninger, at den faktiske kantspænding på grund af tryk er lavere end beregnet, mens det modsatte billede opnås for spændingen på grund af træk. Den faktiske nullinje flytter til den stramme side.

Billeder1og2— Brud på elementet og spændingsfordeling under bøjning.

Den beregnede bøjningsstyrke ved brud er større end1,4til2gange trykstyrken og er med få undtagelser mindre end trækstyrken. Hvis der opstår knaster og uregelmæssigheder nær de maksimale momenter og maksimale kantspændinger, sker der reduktioner op til50%.

Det skal understreges, at bøjningsstyrken ved langvarig statisk belastning er cirka halvdelen af ​​den bøjningsstyrke, der bestemmes på sædvanlig vis. Hvis belastningen helt eller delvist gentages hyppigt, vil belastningsevnen fortsætte med at falde afhængigt af, i hvor høj grad den bevægelige belastning bidrager til den samlede belastning.

Den tilladte bøjningsspænding for nåletræ af kvalitetsklasse III er 7 MPa, og for kvalitetsklasse II og I er den bestemt henholdsvis 10 MPa og 13 MPa. For kontinuerlige understøtninger uden samlinger fra de sidste to klasser er spændinger på 11 MPa og 14 MPa, fordi sådanne understøtninger udviser større sikkerhed.

Ved dimensionering af bjælker udsat for bøjning er det i mange tilfælde ikke bøjningsspændingen, der anvendes, men den tilladte nedbøjning. For bjælker af mezzaninkonstruktioner må nedbøjning på grund af permanent eller nyttig belastning ikke overstige 1/300-området. For en frit understøttet bjælke belastet med en ligeligt fordelt belastning, må forholdet mellem spændvidden og højden maksimalt være 16, med en tilladt bøjningsspænding på 10 MPa.

For korte, tungt belastede bjælker og komplekse tværsnit er forskydningsspænding af afgørende betydning. Elasticitetsmodulet er vigtigt for nedbøjning, samt for knækstyrke og beregning af statisk ubestemte konstruktioner. Størrelsen af ​​elasticitetsmodulet, afhængigt af materialets kvalitet, varierer meget. Elasticitetsmodulet for nåletræer er 10.000 MPa, og vinkelret på fibrene er denne værdi 300 MPa for nåletræ og 600 MPa for ege- og bøgetræ.

Apparat til test af træs bøjningsstyrke.

Forskydningsstyrke

Ved klipning viser træet ringe styrke. Forskydningsstyrkeværdier kan variere meget på grund af træets kornighed.

Den øvre grænse på0,9 MNå, for nåletræ, alle tre kvalitetsklasser. For ege- og bøgetræ af kvalitet II og III er den maksimale værdi1 MNå, altså1,2 MSå for klasse I.

Hvis der opnås for korte udhæng for disse spændinger, anbefales det, at spændingerne ikke anvendes. Når endeudhængene er korte, er der stor fare for, at der opstår svindrevner i forskydningsplanet, hvilket kan medføre fuldstændigt tab af bæreevne.

Apparat til test af træs forskydningsstyrke.

Knækstyrke

Hvis stængerne udsættes for tryk, er det nødvendigt at kontrollere afbøjningen ved beregning. Af særlig betydning er det korrekte valg af bøjningslængden. Stængerne skal sikres med koblinger mod sideværts udbøjninger. Hvis dette ikke kan gennemføres i tilstrækkeligt omfang, bør der indregnes en større knæklængde i beregningen.

Billeder3og4— Fuldstændige og komplekse tværsnit med materielle og immaterielle akser.

For komplekse pressede stænger foretages beregningen i forhold til materialeaksen, x-aksen på billederne4og jeg4b, det samme som for hele snit, hvorved hele stangens bredde tages som summen af ​​de enkelte elementers bredder d.

Til knæk i forhold til den immaterielle akse, y-aksen i billederne4og,4b i4c og x-aksen i figuren4c, du kan ikke regne med en perfekt kombination af individuelle tværsnit, fordi krydsforbindelserne på træpindene giver efter. For et todelt tværsnit ifølge billedet4og følgende forhold gælder:

Originale formler til beregning af et todelt tværsnit.

Sammensatte pressede stænger anvendes generelt kun, hvor forbindelserne kræver det, dvs. når fuldsektionselementer i de nødvendige dimensioner ikke kan opnås. For at komme så tæt som muligt på hele sektioner anbefales altid kontinuerlige langsgående forbindelser.

Relaterede emner: understøttende trækonstruktioner, bygninger mellem etager, træfejl, træfugt og bygning.