יסודות החישוב הסטטי
עץ הוא יצירה טבעית, ובשל המבנה האנטומי שלו, הוא חומר בנייה לא הומוגני. ניתן להשוות אותו לצרור צינורות, מסודרים בנפרד מקבילים וטבעתיים סביב ליבת העץ - טבעות שנתיות או טבעות - שבכל מקום יש להם חתכים ועובי דופן שונים, כלומר עץ מוקדם ומאוחר.
חוזק העץ תלוי בתנאים שבהם העץ גדל, ובמידה רבה הם מושפעים מפגמי עץ, אי סדרים בהתפתחות, גיל העץ בזמן החיתוך והשימוש ובעיקר הלחות שלו.
ערך החוזק הממוצע שונה לא רק עבור עצים בודדים מאותו אזור, אלא גם עבור אותו עץ הוא יורד מהקצה העבה לדק ביותר. בחתך, הטבעות השנתיות הצעירות ביותר מתחת לקליפה מייצגות את העץ הטוב והקשה ביותר. מומחה ייעור יכול להשפיע על תכונות העץ רק במידה מוגבלת, בעוד שהמשתמש בקושי מסוגל לשנות את תכונות החוזק באמצעים פשוטים.
כוח תחת לחץ
לחץ לכיוון הסיבים
כאשר בוחנים את דגימות הבדיקה, שהן ברובן מרובעות בחתך הרוחב, מתרחשת כשל בשל העובדה שדפנות התא של הסיבים מתפתלות לחללים, שבהם לא ניתן לקבוע הרחבות רוחביות שהתבטאו בעבר בבירור. תחילתה של התכווצות זו מתרחשת במקומות עם אי סדרים מבניים קטנים, שברוב המקרים לא ניתן להבחין בהם אפילו מבחוץ, או מתחילה מהמשטח הנלחץ העליון או התחתון.
הלחץ המותר של עץ מחטני - ללא קשר אם זה אשוח, אורן או אשוח - נקבע על 8,5 MPa, ועבור עץ לגש על 9 MPa. עבור עץ קשה, אלון או בוק, זה 10 MPa.
באופן כללי, חוזק הלחיצה הממוצע האמיתי, לפחות עבור אלון, אינו גבוה מזה של עצי מחט, אך ערך זה עדיין מוצדק מכיוון שעץ הפרקט משמש למעשה רק בחלקים קטנים בקונסטרוקציות, כך שניתן להימנע מעץ עם קשרים גדולים יותר או עץ עם התפתחות לא סדירה. עץ אלון מוערך יתר על המידה. אלון צעיר, עד גיל 30 שנים, נראה קשיח וחזק בהרבה מהעץ של עצים מבוגרים.
דרגת איכות I מאפשרת חוזק עץ מחטני עד 11 MPa, עבור לגש 11,5 MPa, ולעץ אלון ואשור 12 MPa. ערכי 6 MPa לעץ מחטניים, ו7 MPa לעץ אלון ואשור נקבעו לדרגת איכות III.
לחץ מאונך לכיוון הסיבים
בכיוון הניצב לסיבים, התופעות בכשל שונות מהתופעות הנגרמות מלחץ בכיוון הסיבים. החוזק בלחץ רוחבי תלוי בעיקר בחוזק שמציגה כמות העץ המוקדמת הלא דחוסה בטבעת השנתית. עץ מאוחר, שבו תלוי ערך החוזק בלחץ צירי, בלחץ רוחבי יש תפקיד של חלוקת עומס.
בעת הבדיקה, המחוג שמראה את גודל הכוח שומרת כל הזמן על העמדה התפוסה הגבוהה ביותר שלה. במקרה של קטע טעון מלא, החוזק בלחץ בניצב לסיבים עבור עצי מחט מסתכם ב1/7אֶל1/10ערכי חוזק בכיוון הסיבים, ולפרקט מ1/3אֶל1/5ערכי חוזק בכיוון הסיבים.
חוזק מתיחה
חוזק מתיחה נבדק במידה הרבה פחות מחוזק לחיצה. ייתכן שהדבר נובע בחלקו מהעובדה שהייצור והבדיקה של דגימות בדיקה מתאימות גוזלים זמן ויקרים.
אי סדירות במבנה העץ מתבטאת באופן בולט בחוזק מתיחה. בדומה לחוזק בלחץ, בנוסף לרוחב העץ, יש חשיבות מכרעת לשיעור העץ המאוחר. כשל של עץ מוקדם מתרחש לפני כשל של עץ מאוחר, ולכן לא ניתן להוסיף את החוזקות של עץ מוקדם ומאוחר. ההשפעה של קשרים ואי-סדירות בהתפתחות בולטת יותר מאשר בחוזק לחיצה. כל עיקול או גל הנגרמים מקרבת קשרים, שאינם חייבים להיות על המקל, מספיקים כדי להפחית את חוזק השבירה לרבע מחוזק המתיחה של עץ ללא פגמים.
הנקודות החלשות ביותר של האלמנטים המתוחים הם הצמתים של המבנה, כאשר ההיחלשות עקב החריצים למוח היא הגדולה ביותר. כאן, במיוחד בלחיים, כלומר ביריות, יש מתחים עקב כיפוף שהחישוב לא כולל.
הלחצים המותרים לעץ רך מדרגת איכות I הם:10,5 Mובכן, מה לגבי עץ אלון ואשור11 Mטוֹב. עבור אלמנטים מתוחים, השימוש בחומר מדרג איכות III אינו נכלל.
מכשיר לבדיקת חוזק המתיחה של עץ.
כוח כיפוף
ההנחות שבבסיס נוסחת חישוב הכיפוף של Navier חלות בקירוב טוב גם לעץ, אך רק בעומסים נמוכים. בעומס גבוה יותר מתרחשות תזוזות כאלה שמתח הקצוות בפועל כתוצאה מלחץ נמוך מהמחושב, בעוד שמתקבלת תמונה הפוכה עבור המתח עקב מתח. קו האפס בפועל נע לצד ההדוק.
תמונות1ו2- שבר של האלמנט וחלוקת מתח במהלך כיפוף.
חוזק הכיפוף המחושב בהפסקה גדול מ1,4אֶל2פעמים חוזק הלחיצה, ולמעט יוצאים מן הכלל, קטן מחוזק המתיחה. אם מתרחשים קשרים ואי-סדירות בסמוך לרגעים המקסימליים ולמתחי הקצוות המרביים, מתרחשות הפחתות עד50%.
יש להדגיש כי חוזק הכיפוף בעומס סטטי ארוך טווח הוא כמחצית מחוזק הכיפוף שנקבע בדרך הרגילה. אם העומס כולו או חלקו חוזר על עצמו תדיר, כושר העומס ימשיך לרדת בהתאם למידת התרומה של העומס הנעים לעומס הכולל.
מתח הכיפוף המותר עבור עץ רך בדרגת איכות III הוא 7 MPa, ולדרגות איכות II ו-I הוא נקבע 10 MPa ו-13 MPa, בהתאמה. עבור תמיכות רציפות ללא מפרקים משתי הקבוצות האחרונות, ניתנים מתחים של 11 MPa ו-14 MPa, מכיוון שתומכים כאלה מפגינים בטיחות רבה יותר.
בממדים קורות חשופות לכיפוף, במקרים רבים לא משתמשים במתח הכיפוף, אלא בסטייה המותרת. עבור קורות של מבני ביניים, סטייה עקב עומס קבוע או שימושי לא תחרוג מטווח 1/300. עבור קורה נתמכת בחופשיות הטעונה בעומס מפוזר שווה בשווה, היחס בין המרווח לגובה חייב להיות מקסימום 16, עם מתח כיפוף מותר של 10 MPa.
עבור קורות קצרות, עמוסות בכבדות וחתכים מורכבים, למתח הגזירה יש חשיבות מכרעת. מודול האלסטיות חשוב עבור סטיה, כמו גם עבור חוזק פיתול וחישוב של קונסטרוקציות בלתי מוגדרות. גודל מודול האלסטיות, בהתאם לאיכות החומר, משתנה מאוד. מודול האלסטיות של עצי מחט הוא 10.000 MPa, ובמאונך לסיבים ערך זה הוא 300 MPa לעץ מחטני ו600 MPa לעץ אלון ואשור.
מכשיר לבדיקת חוזק הכיפוף של עץ.
חוזק גזירה
בעת גזירה, העץ מראה מעט חוזק. ערכי חוזק הגזירה יכולים להשתנות מאוד בגלל גרעיני העץ.
הגבול העליון של0,9 Mובכן, עבור עץ רך, כל שלושת מחלקות האיכות. עבור עץ אלון ואשור באיכות II ו-III, הערך המרבי הוא1 Mובכן, כלומר1,2 Mאז לכיתה א’.
אם מתקבלות נקודות יתר קצרות מדי עבור מתחים אלו, מומלץ לא להשתמש במתחים. כאשר תלי הקצה קצרים, קיימת סכנה גדולה להיווצרות סדקי התכווצות במישור הגזירה, העלולים להוביל לאובדן מוחלט של כושר נשיאת העומס.
מכשיר לבדיקת חוזק גזירה של עץ.
כוח חפיפה
אם המוטות חשופים ללחץ, יש צורך לבדוק את הסטייה בחישוב. חשיבות מיוחדת היא הבחירה הנכונה של אורך הכיפוף. המוטות חייבים להיות מאובטחים באמצעות צימודים נגד סטיות לרוחב. אם לא ניתן לבצע זאת במידה מספקת, יש להכניס לחישוב אורך פיתול גדול יותר.
תמונות3ו4- חתכים מלאים ומורכבים עם צירים חומריים ולא חומריים.
עבור מוטות לחוץ מורכבים, החישוב נעשה ביחס לציר החומר, ציר x בתמונות4ואני4ב, זהה למקטעים מלאים, לפיו רוחב המוט כולו נלקח כסכום הרוחב d של האלמנטים הבודדים.
עבור פיתול ביחס לציר הבלתי מהותי, ציר ה_y_ בתמונות4ו,4ב אני4ציר c ו-x באיור4ג, אתה לא יכול לסמוך על שילוב מושלם של חתכים בודדים, כי החיבורים הצולבים של מקלות העץ מניבים. לחתך שני חלקים לפי התמונה4והקשרים הבאים חלים:
נוסחאות מקוריות לחישוב החתך הדו-חלקי.
מוטות לחוץ משולב משמשים בדרך כלל רק כאשר החיבורים דורשים זאת, כלומר כאשר לא ניתן להשיג אלמנטים של חתך מלא במידות הנדרשות. כדי להגיע כמה שיותר קרוב לקטעים מלאים, תמיד מומלץ חיבורי אורך רציפים.
נושאים קשורים: מבני עץ תומכים, קונסטרוקציות בין קומות, פגמי עץ, לחות עץ ו-בניין.