静的計算の基礎
木材は自然の産物であり、その解剖学的構造により不均質な建築材料です。これは、木の芯（年輪または年輪）の周りに個別に平行かつ環状に配置された管の束に例えることができます。これらの管は、どこでも異なる断面と壁の厚さを持っています。つまり、早生材と晩生材です。
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強度の平均値は、同じ地域の個々の木によって異なるだけでなく、同じ木でも最も太い端から最も細い端に向かって減少します。断面を見ると、樹皮の下にある最も若い年輪が最高で最も硬い木材を表します。林業専門家が木材の特性に影響を与えることができるのは限られた範囲だけですが、ユーザーが単純な手段で強度特性を変更することはほとんどできません。
圧縮強度
繊維方向の圧力
断面がほとんど正方形である試験片を検査すると、繊維のセル壁がねじれて空洞になり、事前に明確に表現されていた横方向の膨張が測定できないため、破損が発生します。この座屈の始まりは、ほとんどの場合、外側からは気付かないほど構造上の小さな凹凸がある場所、または上下のプレス面から始まります。
トウヒ、マツ、モミのいずれであっても針葉樹の許容圧力は8,5 MPa、カラマツ材の場合は9 MPaに設定されています。広葉樹、オーク材、ブナ材の場合は、10 MPa.
一般に、実際の平均圧縮強度は、少なくともオーク材の場合は針葉樹のそれよりも高くありませんが、広葉樹材は実際には建築物で小片でのみ使用されるため、この値は依然として正当化され、そのため、より大きな節のある木材や不規則な発達のある木材は避けることができます。オーク材は過大評価されています。 30 年までの若いオークは、古い木の木材よりもかなり丈夫で強いようです。
品質クラス I では、針葉樹の強度は最大11 MPa、カラマツの場合は11,5 MPa、オークとブナの場合は12 MPaまでとなります。品質クラスIIIでは、針葉樹の場合は6 MPa、オーク材とブナ材の場合は7 MPaの値が決定されました。
繊維方向に垂直な圧力
繊維に垂直な方向では破壊時の現象が繊維方向の圧力による現象とは異なります。横方向の圧力下での強度は、主に年輪内の圧縮されていない初期木材の量によって示される強度に依存します。軸方向の圧力下での強度値が左右される後期材は、横方向の圧力下で荷重を分散する役割を果たします。
力の大きさを示す手を調べると、常に最も高い位置を維持します。完全に荷重がかかった部分の場合、針葉樹の繊維に垂直な圧力下での強度は、繊維方向の強度の値が1/7から1/10、広葉樹の場合は1/3⟧から1/10⟧です。 1/5 繊維方向の強度値。
引張強さ
引張強度は圧縮強度よりもはるかに低い程度でテストされました。これは、適切な試験片の製造と試験に時間がかかり、費用がかかることが部分的に原因である可能性があります。
木材の組織の不規則性が引張強度に顕著に現れます。圧力下での強度と同様に、丸太の幅に加えて、後期木材の割合も非常に重要です。早材の破壊は晩材の破壊よりも前に発生するため、早材と晩材の長所を加えることができません。節や発達の不規則性の影響は、圧縮強度よりも顕著です。棒上にある必要のない節の近くによって生じる曲がりや波は、欠陥のない木材の引張強さの 4 分の 1 に破壊強度を低下させるのに十分です。
張力がかかる要素の最も弱い場所は構造の節点であり、脳のノッチによる弱さが最も大きくなります。ここで、特に頬、つまりガーターには、計算に含まれない曲げによる応力が存在します。
品質クラス I の針葉樹の許容応力は 10,5 MPa、オーク材とブナ材の許容応力は 11 MPa です。張力要素の場合、品質クラス III の材料の使用は除外されます。
木材の引張強さを試験する装置
曲げ強度
ナビエの曲げ計算式の基礎となる仮定は、木材にも適切に近似して適用されますが、それは低荷重の場合に限られます。より高い荷重では、圧力による実際のエッジ応力が計算値よりも低くなるような変位が発生しますが、張力による応力では逆の状況が得られます。実際のゼロラインはタイト側に移動します。
写真1そして2— 曲げ時の要素の破壊と応力分布。
計算された破断時の曲げ強度は次の値よりも大きくなります1,4に2圧縮強さの 2 倍であり、いくつかの例外を除いて、引張強さよりも小さくなります。最大モーメントおよび最大エッジ応力付近で節や不規則性が発生した場合、最大で減少が発生します。50%。
長期静荷重下での曲げ強度は、通常の方法で測定される曲げ強度の約半分であることを強調しておく必要があります。荷重の全体または一部が頻繁に繰り返される場合、移動荷重が総荷重に占める割合に応じて耐荷重は減少し続けます。
品質クラスIIIの針葉樹の許容曲げ応力は7 MPaで、品質クラスIIとIの場合はそれぞれ10 MPaと13 MPaと決定されます。最後の 2 つのクラスのジョイントのない連続サポートの場合、11 MPa および 14 MPa の応力が提供されます。これは、そのようなサポートがより高い安全性を示すためです。
曲げにさらされる梁の寸法を決定する場合、多くの場合、使用されるのは曲げ応力ではなく、許容されるたわみです。中二階構造の梁の場合、永久荷重または有効荷重によるたわみは、1/300 の範囲を超えてはなりません。均等に分布した荷重がかかる自由支持ビームの場合、スパンと高さの比は最大16、許容曲げ応力は10 MPa.
短くて重荷重のかかる梁や複雑な断面の場合、せん断応力は非常に重要です。弾性率は、たわみだけでなく、座屈強度や静的に不定な構造の計算にも重要です。弾性率のサイズは、材料の品質に応じて大きく異なります。針葉樹の弾性率は10.000 MPaで、繊維に垂直なこの値は、針葉樹では300 MPa、オーク材とブナ材では600 MPaです。
木材の曲げ強度を試験する装置
せん断強度
木材をせん断すると強度が低くなります。せん断強度の値は、木材のひび割れにより大きく異なる場合があります。
0,9 MPa の上限は、3 つの品質クラスすべての針葉樹に対して設定されました。品質 II および III のオーク材とブナ材の場合、クラス I の最大値はそれぞれ1 MPa 1,2 MPa です。
これらの電圧で得られるオーバーハングが短すぎる場合は、その電圧を使用しないことをお勧めします。端部の張り出しが短い場合、せん断面に収縮亀裂が形成される危険性が高く、耐荷重能力が完全に失われる可能性があります。
木材のせん断強度を試験する装置
座屈強度
ロッドに圧力がかかる場合は、計算により曲がりを確認する必要があります。特に重要なのは、曲げの長さを正しく選択することです。ロッドは横方向のたわみを防止するためにカップリングで固定する必要があります。これを十分に実行できない場合は、より大きな曲げ長さを計算に入力する必要があります。
図 3 および 4 — 物質軸と非物質軸を備えた完全な複合断面。
複雑なプレスロッドの場合、計算は材料軸 (写真の x 軸) に関連して行われます。4そして私4b、完全なセクションの場合と同じで、ロッド全体の幅は個々の要素の幅 d の合計と見なされます。
非物質的な軸、画像の y 軸に対する座屈の場合4そして、4b 私4図の c 軸と x 軸4c、木の棒の相互接続が変形するため、個々の断面の完璧な組み合わせを期待することはできません。写真に従って 2 つの部分からなる断面の場合4そして次の関係が適用されます。
2 つの部分の断面を計算するためのオリジナルの公式。
複合プレスロッドは通常、接続に必要な場合、つまり、必要な寸法の完全な断面要素が得られない場合にのみ使用されます。可能な限り完全なセクションに近づけるために、連続的な縦方向の接続が常に推奨されます。
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