정적 계산의 기초
목재는 자연의 창조물이며 해부학적 구조로 인해 불균일한 건축자재입니다. 이는 나무 중심부(연륜 또는 연륜) 주위에 개별적으로 평행하고 환형으로 배열된 튜브 묶음과 비교할 수 있습니다. 이 튜브는 어디에서나 단면적과 벽 두께가 다릅니다(예: 초기 및 후기 목재).
목재의 강도는 나무가 자란 조건에 따라 달라지며, 목재 결함, 발달의 불규칙성, 절단 및 사용 당시의 목재 연령, 특히 습도에 의해 크게 영향을 받습니다.
평균 강도 값은 동일한 지역의 개별 나무마다 다를 뿐만 아니라 동일한 나무의 경우 가장 두꺼운 끝에서 가장 얇은 끝으로 감소합니다. 횡단면에서 나무껍질 아래의 가장 어린 연륜은 가장 좋고 가장 단단한 나무를 나타냅니다. 임업 전문가는 목재의 특성에 제한된 범위에서만 영향을 미칠 수 있지만 사용자는 간단한 방법으로 강도 특성을 거의 변경할 수 없습니다.
압축강도
섬유 방향의 압력
대부분 정사각형 단면을 갖는 시험편을 검사할 때 섬유의 세포벽이 공동으로 비틀어져 이전에 명확하게 표현된 가로 팽창을 확인할 수 없기 때문에 실패가 발생합니다. 이러한 좌굴의 시작은 작은 구조적 요철이 있는 곳에서 발생하는데, 대부분의 경우 외부에서는 눈에 띄지 않거나 압착된 상부 또는 하부 표면에서 시작됩니다.
가문비나무, 소나무, 전나무 등 침엽수재의 허용 압력은 8,5 MPa로 설정되고 낙엽송재의 허용 압력은 9 MPa로 설정됩니다. 견목, 참나무, 너도밤나무의 경우 10 MPa.
일반적으로, 적어도 참나무의 경우 실제 평균 압축강도는 침엽수보다 높지 않지만 견목재는 실제로 건축물의 작은 조각에만 사용되므로 옹이가 큰 목재나 불규칙한 발달이 있는 목재는 피할 수 있기 때문에 이 값은 여전히 타당합니다. 참나무는 과대평가되었습니다. 최대 30년된 어린 참나무는 오래된 나무의 목재보다 훨씬 질기고 강한 것으로 보입니다.
품질 등급 I은 침엽수 목재의 강도를 최대 11 MPa, 낙엽송의 경우 11,5 MPa, 참나무 및 너도밤나무의 경우 12 MPa까지 허용합니다. 품질 등급 III에서는 침엽수 목재의 경우 6 MPa, 참나무 및 너도밤나무의 경우 7 MPa 값이 결정되었습니다.
섬유 방향에 수직인 압력
섬유에 수직인 방향의 파손 현상은 섬유 방향의 압력에 의한 현상과 다릅니다. 횡압력 하에서의 강도는 주로 연륜의 압축되지 않은 초기 목재 양에 의해 나타나는 강도에 따라 달라집니다. 축압하에서 강도값이 좌우되는 후기목재는 횡압하에서 하중분배 역할을 합니다.
힘의 크기를 나타내는 손을 살펴보면, 항상 가장 높은 위치를 유지하고 있습니다. 완전 하중 단면의 경우, 침엽수의 경우 섬유에 수직인 압력 하에서 강도는 1/7 ~ 1/10이며 경목의 경우 1/3 ~ 1/10입니다. 1/5 섬유 방향의 강도 값.
인장강도
인장강도는 압축강도보다 훨씬 낮은 수준으로 테스트되었습니다. 이는 부분적으로 적절한 테스트 표본을 생산하고 테스트하는 데 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 들기 때문일 수 있습니다.
목재 구조의 불규칙성은 인장강도에서 두드러지게 나타납니다. 압력을 받는 강도와 유사하게 통나무의 너비 외에도 후기 목재의 비율이 매우 중요합니다. 초기 목재의 파손은 후기 목재의 파손보다 먼저 발생하므로 초기 목재와 후기 목재의 강도를 추가할 수 없습니다. 매듭과 발달 불규칙성의 영향은 압축 강도보다 더 두드러집니다. 막대에 위치할 필요가 없는 매듭의 근접으로 인해 발생하는 구부러짐이나 물결은 파손 강도를 결함 없이 목재 인장 강도의 4분의 1로 줄이는 데 충분합니다.
장력 요소 중 가장 약한 곳은 구조물의 노드로, 뇌의 노치로 인한 약화가 가장 큽니다. 여기, 특히 뺨, 즉 가터 부분에는 굽힘으로 인한 응력이 계산에 포함되지 않습니다.
품질 등급 I의 침엽수 목재에 대한 허용 응력은 10,5 MPa이고 참나무 및 너도밤나무에 대한 허용 응력은 11 MPa입니다. 인장 요소의 경우 품질 등급 III의 재료 사용이 제외됩니다.
목재의 인장강도 시험장치
굽힘강도
Navier의 굽힘 계산 형식의 기반이 되는 가정은 목재에도 잘 적용되지만 낮은 하중에서만 적용됩니다. 더 높은 하중에서는 압력으로 인한 실제 모서리 응력이 계산된 것보다 낮은 변위가 발생하는 반면, 장력으로 인한 응력에 대해서는 반대 그림이 얻어집니다. 실제 영점선은 타이트한 쪽으로 이동합니다.
사진 1 및 2 — 굽힘 중 요소 파손 및 응력 분포.
파단 시 계산된 굴곡 강도는 압축 강도의 1,4~2배이며, 몇 가지 예외를 제외하고 인장 강도보다 작습니다. 최대 모멘트와 최대 모서리 응력 근처에서 매듭과 불규칙성이 발생하면 최대 50%.
장기 정하중 하에서의 굽힘 강도는 일반적인 방법으로 결정되는 굽힘 강도의 약 절반이라는 점을 강조해야 합니다. 전체 또는 일부 하중이 자주 반복되는 경우 전체 하중에서 이동 하중이 차지하는 정도에 따라 하중 용량이 계속 감소합니다.
품질 등급 III의 침엽수에 대한 허용 굽힘 응력은 7 MPa이고, 품질 등급 II 및 I의 경우 각각 10 MPa 및 13 MPa로 결정됩니다. 마지막 두 등급의 접합부가 없는 연속 지지의 경우 11 MPa 및 14 MPa의 응력이 제공됩니다. 이러한 지지가 더 큰 안전성을 나타내기 때문입니다.
굽힘에 노출된 빔의 치수를 측정할 때 많은 경우 굽힘 응력이 사용되는 것이 아니라 허용 가능한 편향이 사용됩니다. 메자닌 구조의 빔의 경우 영구 또는 유효 하중으로 인한 처짐이 1/300 범위를 초과해서는 안 됩니다. 균등하게 분포된 하중을 받는 자유 지지 빔의 경우, 스팬과 높이 사이의 비율은 최대 16이어야 하며, 허용 굽힘 응력은 10 MPa.
짧고 하중이 큰 빔과 복잡한 단면의 경우 전단 응력이 매우 중요합니다. 탄성 계수는 처짐뿐만 아니라 좌굴 강도 및 정적으로 부정확한 구조의 계산에도 중요합니다. 재료의 품질에 따라 탄성률의 크기가 크게 다릅니다. 침엽수의 탄성 계수는 10.000 MPa이고, 섬유에 수직인 이 값은 침엽수 목재의 경우 300 MPa, 참나무 및 너도밤나무의 경우 600 MPa입니다.
목재의 굽힘강도 시험장치
전단강도
나무를 자르면 강도가 약해집니다. 전단 강도 값은 목재 균열로 인해 크게 달라질 수 있습니다.
3등급 침엽수 모두에 대해 0,9 MPa의 상한치가 설정되었습니다. 품질 II 및 III의 참나무 및 너도밤나무의 경우 최대값은 각각 1 MPa이고 클래스 I의 경우 최대값은 각각 1,2 MPa입니다.
이러한 전압에 대해 오버행이 너무 짧은 경우 해당 전압을 사용하지 않는 것이 좋습니다. 단부 오버행이 짧을 경우 전단면에 수축균열이 발생하여 지지력이 완전히 상실될 위험이 큽니다.
목재 전단강도 시험장치.
좌굴강도
로드가 압력에 노출되면 계산을 통해 휘어짐을 확인해야 합니다. 특히 중요한 것은 굽힘 길이를 올바르게 선택하는 것입니다. 로드는 측면 편향을 방지하기 위해 커플링으로 고정되어야 합니다. 이를 충분히 수행할 수 없는 경우 더 큰 굽힘 길이를 계산에 입력해야 합니다.
그림 3 및 4 — 물질 축과 비물질 축이 있는 전체 및 복합 단면.
복잡한 프레스 로드의 경우 재료 축, 그림 4a 및 4b의 _x_축을 기준으로 계산이 수행됩니다. 이는 솔리드 단면의 경우와 동일하며 전체 로드의 너비는 개별 요소의 너비 _d_의 합으로 간주됩니다.
그림의 _y_축(그림 4a, 4b 및 4c)과 그림 4c의 _x_축인 비물질 축과 관련된 좌굴의 경우 나무 막대의 가로 연결이 항복하기 때문에 개별 단면의 완벽한 구성을 기대할 수 없습니다. 그림 4a에 따른 두 부분 단면의 경우 다음 관계가 적용됩니다.
두 부분 단면 계산을 위한 원래 공식.
컴파운드 프레스 로드는 일반적으로 연결이 필요한 경우, 즉 필요한 치수의 전체 단면 요소를 얻을 수 없는 경우에만 사용됩니다. 전체 단면에 최대한 가깝게 만들려면 항상 연속 세로 연결을 권장합니다.