Staatilise arvutuse alused
Puit on looduslik looming ja oma anatoomilise struktuuri tõttu ebahomogeenne ehitusmaterjal. Seda võib võrrelda torukimbuga, mis on eraldi paigutatud paralleelselt ja rõngakujuliselt ümber puu südamiku – aastarõngad või rõngad –, millel on igal pool erinev ristlõige ja seinapaksus, st varase ja hilise puiduga.
Puidu tugevus sõltub puidu kasvamise tingimustest ja suurel määral mõjutavad neid puidu vead, arengu ebakorrapärasused, puidu vanus lõikamise ja kasutamise ajal ning eriti selle niiskus.
Keskmine tugevusväärtus ei erine mitte ainult samast piirkonnast pärit üksikute puude puhul, vaid ka sama puu puhul väheneb see jämedamast otsast peenema otsani. Läbilõikes esindavad kõige nooremad aastarõngad koore all parimat ja kõvemat puitu. Metsandusekspert saab puidu omadusi mõjutada vaid piiratud ulatuses, samas kui kasutajal on vaevalt võimalik tugevusomadusi lihtsate vahenditega muuta.
Survetugevus
Surve kiudude suunas
Valdavalt ruudukujuliste ristlõikega katsekehade uurimisel ilmneb rike, kuna kiudude rakuseinad väänavad õõnsustesse, kus varem selgelt väljendunud põikpaisumisi pole võimalik määrata. Selle paindumise algus tekib väikeste ehituslike ebatasasustega kohtades, mida enamikul juhtudel ei olegi väljastpoolt märgata, või algab ülemisest või alumisest pressitud pinnast.
Okaspuidu – olenemata sellest, kas tegemist on kuuse, männi või kuuse – lubatud rõhuks on seatud 8,5 MPa ja lehise puidu puhul 9 MPa. Lehtpuidu, tamme või pöögi puhul on see 10 MPa.
Üldjuhul ei ole reaalne keskmine survetugevus, vähemalt tamme puhul, suurem kui okaspuudel, kuid see väärtus on siiski õigustatud, sest lehtpuitu kasutatakse konstruktsioonides praktiliselt vaid väikeste tükkidena, mistõttu saab vältida suuremate sõlmedega puitu või ebakorrapärase arenguga puitu. Tammepuit on ülehinnatud. Noor tamm, kuni 30 aastat vana, näib olevat tunduvalt sitkem ja tugevam kui vanemate puude puit.
I kvaliteediklass lubab okaspuidu tugevust kuni 11 MPa, lehise 11,5 MPa ning tamme ja pöögi tugevust 12 MPa. III kvaliteediklassi jaoks määrati väärtused 6 MPa okaspuidu puhul ning 7 MPa tamme ja pöögi puhul.
Kiu suunaga risti olev rõhk
Kiududega risti olevas suunas on tõrkenähtused erinevad kiudude suunalisest rõhust põhjustatud nähtustest. Tugevus põiksurve all sõltub peamiselt tugevusest, mida näitab aastarõngas oleva varase puidu tihendamata kogus. Hilispuidul, millest sõltub tugevusväärtus telgsurve all, on põiksurve all koormuse jaotamise roll.
Uurides kätt, mis näitab jõu suurust, säilitab see pidevalt oma kõrgeima hõivatud asendi. Täiskoormatud sektsiooni puhul on okaspuude jaoks kiududega risti asetsev tugevus rõhu all1/7juurde1/10tugevusväärtused kiudude suunas ja lehtpuidu puhul alates1/3juurde1/5tugevusväärtused kiu suunas.
Tõmbetugevus
Tõmbetugevust testiti palju vähemal määral kui survetugevust. Osaliselt võib see olla tingitud sellest, et sobivate katsekehade tootmine ja testimine on aeganõudev ja kulukas.
Puidu struktuuri ebakorrapärasus väljendub silmatorkavalt tõmbetugevuses. Analoogselt tugevusele surve all, on lisaks palkide laiusele ülioluline hilise puidu osakaal. Varase puidu purunemine toimub enne hilise puidu purunemist, seega ei saa lisada varajase ja hilise puidu tugevusi. Sõlmede ja arengu ebatasasuste mõju on tugevam kui survetugevusel. Igasugune painde või lainetus, mis on põhjustatud sõlmede lähedusest, mis ei pea olema pulga peal, on piisav, et vähendada purunemistugevust neljandikuni puidu tõmbetugevusest ilma defektideta.
Pingestatud elementide nõrgimad kohad on konstruktsiooni sõlmed, kus ajudele mõeldud sälkudest tingitud nõrgenemine on suurim. Siin on eriti põskedes ehk sukapaeltes paindumisest tingitud pinged, mida arvutus ei sisalda.
I kvaliteediklassi okaspuidu lubatud pinged on:10,5 MNo aga tamme ja pöögi puit11 MNoh. Pingestatud elementide puhul on III kvaliteediklassi materjali kasutamine välistatud.
Seade puidu tõmbetugevuse testimiseks.
Paindetugevus
Navieri paindearvutusvalemi aluseks olevad eeldused kehtivad hea lähendusega ka puidule, kuid ainult väikese koormuse korral. Suurema koormuse korral tekivad sellised nihked, et tegelik survest tingitud servapinge on arvutatust väiksem, samas kui pingest tuleneva pinge puhul saadakse vastupidine pilt. Tegelik nulljoon liigub kitsale poolele.
_Pildid1ja2— elemendi purunemine ja pingejaotus painde ajal.
Arvutatud paindetugevus katkemisel on suurem kui1,4juurde2korda suurem survetugevus ja väheste eranditega on väiksem kui tõmbetugevus. Kui sõlmed ja ebakorrapärasused tekivad maksimaalsete momentide ja maksimaalsete servapingete lähedal, toimub vähenemine kuni50%.
Tuleb rõhutada, et paindetugevus pikaajalisel staatilisel koormusel on ligikaudu pool paindetugevusest, mis määratakse tavapärasel viisil. Kui koormust tervikuna või osaliselt korratakse sageli, väheneb kandevõime jätkuvalt sõltuvalt sellest, kui suurel määral liikuv koormus kogukoormusele kaasa annab.
III kvaliteediklassi okaspuidu lubatav paindepinge on 7 MPa ning II ja I kvaliteediklassi puhul määratakse vastavalt 10 MPa ja 13 MPa. Kahe viimase klassi liigesteta pidevate tugede jaoks on pinged 11 MPa ja 14 MPa, kuna sellised toed näitavad suuremat ohutust.
Paindele avatud talade dimensioonimisel ei kasutata paljudel juhtudel mitte paindepinget, vaid lubatud läbipainet. Mezzanine konstruktsioonide talade puhul ei tohi püsivast või kasulikust koormusest tingitud läbipaine ületada vahemikku 1/300. Vabalt toestatud tala puhul, mis on koormatud võrdselt jaotatud koormusega, peab ulatuse ja kõrguse suhe olema maksimaalselt 16 ning lubatud paindepinge 10 MPa.
Lühikeste, tugevalt koormatud talade ja keerukate ristlõigete puhul on nihkepinge ülioluline. Elastsusmoodul on oluline läbipainde, aga ka paindetugevuse ja staatiliselt määramatute konstruktsioonide arvutamise jaoks. Elastsusmooduli suurus, olenevalt materjali kvaliteedist, on väga erinev. Okaspuude elastsusmoodul on 10.000 MPa ja risti kiududega on see väärtus 300 MPa okaspuidu puhul ning 600 MPa tamme ja pöögi puidu puhul.
Seade puidu paindetugevuse testimiseks.
Nihketugevus
Pügamisel näitab puit madalat tugevust. Nihketugevuse väärtused võivad puidu pragunemise tõttu suuresti erineda.
Ülmpiir 0,9 MPa kehtestati kõigi kolme kvaliteediklassi okaspuidu jaoks. II ja III kvaliteedi tamme ja pöögi puidu puhul on maksimaalne väärtus 1 MPa, I klassi puhul 1,2 MPa.
Kui nende pingete jaoks saadakse liiga lühikesed üleulatused, on soovitatav neid pingeid mitte kasutada. Kui otsa üleulatused on lühikesed, on suur oht, et nihketasandisse tekivad kokkutõmbumispraod, mis võivad viia kandevõime täieliku kaotuseni.
Seade puidu nihketugevuse testimiseks.
Paindetugevus
Kui vardad puutuvad kokku survega, on vaja painutust arvutuslikult kontrollida. Eriti oluline on paindepikkuse õige valik. Vardad tuleb kinnitada haakeseadistega külgsuunalise läbipainde vastu. Kui seda ei ole võimalik piisaval määral teostada, tuleks arvutusse sisestada suurem paindepikkus.
Joonised 3 ja 4 – täis- ja liitristlõiked koos materiaalsete ja mittemateriaalsete telgedega.
Keeruliste pressitud varraste puhul tehakse arvutus materjali telje suhtes, piltidel x-telg4ja i4b, sama mis täissektsioonide puhul, kusjuures kogu varda laius võetakse üksikute elementide laiuste d summana.
Mittemateriaalse telje suhtes kõverdumiseks piltidel y-telg4ja,4b i4c ja x-telg joonisel4c, ei saa loota üksikute ristlõigete täiuslikule kombinatsioonile, sest puitpulkade ristühendused annavad järele. Pildi järgi kaheosalise läbilõike jaoks4ja kehtivad järgmised seosed:
Kaheosalise ristlõike arvutamise algsed valemid.
Liitpressitud vardaid kasutatakse üldjuhul ainult seal, kus ühendused seda nõuavad, st kui ei ole võimalik saada vajalike mõõtmetega täisprofiilelemente. Täislõikudele võimalikult lähedale jõudmiseks on alati soovitatav pidevad pikisuunalised ühendused.
Seotud teemad: puitkonstruktsioonide toetamine, korrustevahelised ehitused, puidu vead, puidu niiskus ja hoone.