استحکام و تنش های مجاز چوب

مبانی محاسبه استاتیک

چوب یک مخلوق طبیعی است و به دلیل ساختار آناتومیکی خود، یک مصالح ساختمانی ناهمگن است. می توان آن را با یک دسته لوله مقایسه کرد که به صورت جداگانه به صورت موازی و حلقوی در اطراف هسته درخت چیده شده اند - حلقه ها یا حلقه های سالانه - که در همه جا دارای سطح مقطع و ضخامت دیواره متفاوت هستند، یعنی چوب اولیه و دیررس.

اطلاعات مرتبط: عیوب چوب · رطوبت چوب: چرا درک آن مهم است؟

مقدار مقاومت متوسط نه تنها برای درختان منفرد از یک منطقه متفاوت است، بلکه برای همان درخت نیز از ضخیم‌ترین به نازک‌ترین انتهای آن کاهش می‌یابد. در مقطع، جوان ترین حلقه های سالانه زیر پوست نشان دهنده بهترین و سخت ترین چوب است. یک متخصص جنگل‌داری می‌تواند خواص چوب را به میزان محدودی تحت تأثیر قرار دهد، در حالی که کاربر به سختی می‌تواند ویژگی‌های استحکام را با وسایل ساده تغییر دهد.

مقاومت فشاری

فشار در جهت الیاف

هنگام بررسی نمونه‌های آزمایشی، که عمدتاً دارای مقطع مربعی هستند، به دلیل این واقعیت است که دیواره‌های سلولی الیاف به داخل حفره‌ها پیچیده شده‌اند، جایی که نمی‌توان انبساط عرضی را که قبلاً به وضوح بیان شده بود، تعیین کرد. شروع این کمانش در مکان هایی با بی نظمی های ساختاری کوچک اتفاق می افتد که در بیشتر موارد حتی از بیرون قابل مشاهده نیست و یا از سطح فشرده بالا یا پایین شروع می شود.

فشار مجاز چوب مخروطیان - صرف نظر از اینکه صنوبر، کاج یا صنوبر باشد - روی 8,5 MPa و برای چوب کاج اروپایی 9 MPa تنظیم شده است. برای چوب سخت، بلوط یا راش، 10 MPa است.

به طور کلی، میانگین مقاومت فشاری واقعی، حداقل برای بلوط، بالاتر از مخروط‌ها نیست، اما این مقدار هنوز هم قابل توجیه است زیرا چوب سخت در عملاً فقط در قطعات کوچک در ساختمان‌ها استفاده می‌شود، بنابراین از چوب با گره‌های بزرگتر یا چوب با رشد نامنظم می‌توان اجتناب کرد. چوب بلوط بیش از حد ارزش گذاری شده است. بلوط جوان، تا 30 سال، به نظر می رسد به طور قابل توجهی سخت تر و قوی تر از چوب درختان مسن تر است.

کلاس کیفیت I برای استحکام چوب مخروطیان تا 11 MPa، برای کاج اروپایی 11,5 MPa، و برای بلوط و راش 12 MPa است. با کلاس کیفیت III، مقادیر 6 MPa برای چوب مخروطیان و 7 MPa برای چوب بلوط و راش تعیین شد.

فشار عمود بر جهت الیاف

در جهت عمود بر الیاف، پدیده های هنگام شکست با پدیده های ناشی از فشار در جهت الیاف متفاوت است. استحکام تحت فشار عرضی عمدتاً به استحکام نشان داده شده توسط مقدار متراکم نشده چوب اولیه در حلقه سالانه بستگی دارد. چوب دیررس که مقدار مقاومت تحت فشار محوری به آن بستگی دارد، تحت فشار عرضی نقش توزیع بار را دارد.

هنگام بررسی عقربه ای که بزرگی نیرو را نشان می دهد، دائماً بالاترین موقعیت اشغال شده خود را حفظ می کند. در مورد یک بخش کاملاً بارگذاری شده، استحکام تحت فشار عمود بر الیاف برای درختان مخروطی برابر است با1/7به1/10مقادیر استحکام در جهت الیاف و برای چوب سخت از1/3به1/5مقادیر قدرت در جهت فیبر

استحکام کششی

استحکام کششی به میزان بسیار کمتری نسبت به مقاومت فشاری آزمایش شد. این ممکن است تا حدی به دلیل این واقعیت باشد که تولید و آزمایش نمونه‌های آزمایشی مناسب زمان‌بر و پرهزینه است.

بی نظمی در ساختار چوب به وضوح در استحکام کششی آشکار می شود. مشابه با استحکام تحت فشار، علاوه بر عرض کنده ها، نسبت چوب دیرهنگام نیز از اهمیت حیاتی برخوردار است. شکست چوب زودرس قبل از شکست چوب دیر رخ می دهد، بنابراین نمی توان نقاط قوت چوب اولیه و دیررس را اضافه کرد. تأثیر گره ها و بی نظمی های توسعه بیشتر از مقاومت فشاری است. هر گونه خمیدگی یا موج ناشی از مجاورت گره ها، که لزوماً روی چوب قرار نگرفته اند، برای کاهش استحکام شکست به یک چهارم مقدار مقاومت کششی چوب بدون نقص کافی است.

ضعیف ترین مکان های المان های تنیده گره های سازه هستند که در آنها ضعیف شدن ناشی از بریدگی های مغز بیشترین میزان را دارد. در اینجا مخصوصاً در گونه ها، یعنی جوراب ها، تنش های ناشی از خم شدن وجود دارد که محاسبات شامل آن نمی شود.

تنش های مجاز برای چوب های سوزنی برگ از کلاس کیفیت I 10,5 MPa و برای چوب بلوط و راش 11 MPa است. برای عناصر کششی، استفاده از مواد با کیفیت III ممنوع است.

دستگاه تست مقاومت کششی چوب.

استحکام خمشی

مفروضات زیربنایی فرمول محاسبه خمش Navier’s با تقریب خوب برای چوب نیز اعمال می شود، اما فقط در بارهای کم. در یک بار بیشتر، چنین جابجایی هایی رخ می دهد که تنش واقعی لبه ناشی از فشار کمتر از مقدار محاسبه شده است، در حالی که تصویر مخالف برای تنش ناشی از کشش به دست می آید. خط صفر واقعی به سمت تنگ حرکت می کند.

تصاویر1و2- شکست عنصر و توزیع تنش در حین خمش.

استحکام خمشی محاسبه شده در هنگام شکست بیشتر از1,4به2برابر استحکام فشاری و به استثنای چند مورد، کمتر از مقاومت کششی است. اگر گره ها و بی نظمی ها در نزدیکی حداکثر ممان ها و حداکثر تنش های لبه رخ دهند، کاهش تا50%.

باید تاکید کرد که مقاومت خمشی تحت بارگذاری استاتیکی طولانی مدت تقریباً نصف مقاومت خمشی است که به روش معمول تعیین می شود. اگر بار به طور کامل یا جزئی به طور مکرر تکرار شود، ظرفیت بار بسته به میزانی که بار متحرک به کل بار کمک می کند، به کاهش ادامه خواهد داد.

تنش خمشی مجاز برای چوب سوزنی برگ با کیفیت III 7 MPa و برای کلاس های کیفی II و I به ترتیب 10 MPa و 13 MPa تعیین می شود. برای تکیه گاه های پیوسته بدون اتصالات از دو کلاس آخر، تنش های 11 MPa و 14 MPa ارائه شده است، زیرا چنین پشتیبانی هایی ایمنی بیشتری را نشان می دهند.

هنگام اندازه گیری تیرهای در معرض خمش، در بسیاری از موارد تنش خمشی استاندارد نیست، بلکه انحراف مجاز است. برای تیرهای سازه های نیم طبقه، انحراف ناشی از بار دائمی یا مفید نباید از محدوده 1/300 تجاوز کند. برای یک تیر با تکیه گاه آزاد بارگذاری شده با باری که به طور مساوی توزیع شده است، نسبت بین دهانه و ارتفاع باید حداکثر 16، با تنش خمشی مجاز 10 MPa باشد.

برای تیرهای کوتاه و با بارهای سنگین و مقاطع پیچیده، تنش برشی از اهمیت حیاتی برخوردار است. مدول الاستیسیته برای انحراف و همچنین برای مقاومت کمانش و محاسبه ساختارهای استاتیکی نامعین مهم است. اندازه مدول الاستیسیته، بسته به کیفیت مواد، بسیار متفاوت است. مدول الاستیسیته مخروطیان 10.000 MPa است و عمود بر الیاف این مقدار برای چوب مخروطیان 300 MPa و برای چوب بلوط و راش 600 MPa است.

دستگاه تست مقاومت خمشی چوب.

استحکام برشی

چوب هنگام برش استحکام کمی نشان می دهد. مقادیر مقاومت برشی می تواند به دلیل ترک خوردگی چوب بسیار متفاوت باشد.

حد بالای 0,9 MPa برای چوب نرم هر سه کلاس کیفیت ایجاد شد. برای چوب بلوط و راش با کیفیت II و III، حداکثر مقدار 1 MPa، به ترتیب 1,2 MPa برای کلاس I است.

اگر برای این ولتاژها اورهنگ خیلی کوتاه به دست آمد، توصیه می شود از ولتاژها استفاده نشود. هنگامی که اورهانگ های انتهایی کوتاه هستند، خطر بزرگی برای ایجاد ترک های انقباضی در صفحه برشی وجود دارد که می تواند منجر به از دست دادن کامل ظرفیت باربری شود.

دستگاه تست مقاومت برشی چوب.

قدرت کمانش

اگر میله ها در معرض فشار قرار گیرند، باید خمش را با محاسبه بررسی کرد. انتخاب صحیح طول خمش از اهمیت ویژه ای برخوردار است. میله ها باید با کوپلینگ در برابر انحرافات جانبی محکم شوند. اگر نمی توان این کار را به میزان کافی انجام داد، باید طول کمانش بزرگتری در محاسبه وارد شود.

شکل های 3 و 4 — مقطع کامل و مرکب با محورهای مادی و غیر مادی.

برای میله های فشرده فشرده، محاسبه در رابطه با محور مواد، محور x در تصاویر انجام می شود.4و من4b، مانند مقاطع کامل، به موجب آن عرض کل میله به عنوان مجموع عرض d عناصر منفرد در نظر گرفته می شود.

برای کمانش نسبت به محور غیر مادی، محور y در تصاویر4و4b i4c و x-axis در شکل4ج، نمی توانید روی ترکیب کاملی از مقاطع عرضی حساب کنید، زیرا اتصالات عرضی چوب های چوبی در حال تسلیم شدن هستند. برای مقطع دو قسمتی مطابق تصویر4و روابط زیر اعمال می شود:

فرمول های اصلی برای محاسبه مقطع دو قسمتی.

میله‌های فشرده مرکب معمولاً فقط در مواردی استفاده می‌شوند که اتصالات به آن نیاز داشته باشند، یعنی زمانی که عناصر بخش کامل در ابعاد مورد نیاز را نمی‌توان بدست آورد. برای نزدیک شدن هرچه بیشتر به مقاطع کامل، اتصالات طولی پیوسته همیشه توصیه می شود.

موضوعات مرتبط: پشتیبانی سازه های چوبی، ساخت و سازهای بین طبقاتی، نقص چوب، رطوبت چوب و ساختمان.