Statinio skaičiavimo pagrindai
Mediena yra natūralus kūrinys ir dėl savo anatominės struktūros yra nevienalytė statybinė medžiaga. Jį galima palyginti su vamzdžių ryšuliu, atskirai išdėstytu lygiagrečiai ir žiediškai aplink medžio šerdį – metinius žiedus arba žiedus – kurių skerspjūvis ir sienelių storis visur skiriasi, t. y. ankstyvoji ir vėlyvoji mediena.
Medienos stiprumas priklauso nuo sąlygų, kuriomis mediena augo, ir didžiąja dalimi joms įtakos turi medienos trūkumai, vystymosi nelygumai, medienos amžius pjovimo ir naudojimo metu ir ypač jos drėgmė.
Vidutinė stiprumo vertė skiriasi ne tik atskiriems medžiams iš to paties ploto, bet ir to paties medžio mažėja nuo storiausio iki ploniausio galo. Skerspjūviu jauniausi vienmečiai žiedai po žieve reprezentuoja geriausią ir kiečiausią medieną. Miškininkystės ekspertas gali tik ribotai paveikti medienos savybes, o vartotojas vargu ar gali paprastomis priemonėmis pakeisti stiprumo savybes.
Gniuždymo jėga
Spaudimas pluoštų kryptimi
Tiriant bandinius, kurie dažniausiai yra kvadratinio skerspjūvio, gedimas atsiranda dėl to, kad skaidulų ląstelių sienelės susisuka į ertmes, kuriose anksčiau aiškiai išreikštų skersinių išsiplėtimų nustatyti nepavyksta. Šio sulinkimo pradžia atsiranda tose vietose, kuriose yra nedideli struktūriniai nelygumai, kurių daugeliu atvejų net nepastebi iš išorės, arba prasideda nuo viršutinio ar apatinio presuoto paviršiaus.
Leistinas spygliuočių medienos slėgis – nesvarbu, ar tai eglė, pušis ar eglė – nustatytas 8,5 MPa, o maumedžio medienai – 9 MPa. Kietmedžiui, ąžuolui ar bukui tai yra 10 MPa.
Apskritai, realus vidutinis gniuždymo stipris, bent jau ąžuolo, nėra didesnis nei spygliuočių, tačiau ši vertė vis tiek pateisinama, nes kietmedžio mediena praktiškai naudojama tik smulkiais gabalais konstrukcijose, todėl galima išvengti medienos su didesniais mazgais ar netaisyklingos raidos medienos. Ąžuolo mediena yra pervertinta. Jaunas ąžuolas, iki 30 metų, atrodo gerokai kietesnis ir tvirtesnis nei senesnių medžių mediena.
I kokybės klasė leidžia spygliuočių medienos stiprumui iki 11 MPa, maumedžiui 11,5 MPa, o ąžuolui ir bukui 12 MPa. III kokybės klasei nustatytos 6 MPa vertės spygliuočių medienai, o 7 MPa ąžuolui ir bukui.
Slėgis statmenai pluošto krypčiai
Skaiduloms statmena kryptimi trūkimo reiškiniai skiriasi nuo reiškinių, kuriuos sukelia spaudimas pluoštų kryptimi. Stiprumas veikiant skersiniam slėgiui daugiausia priklauso nuo stiprumo, kurį parodo nesuspaustas ankstyvos medienos kiekis metiniame žiede. Vėlyvoji mediena, nuo kurios priklauso stiprumo vertė esant ašiniam slėgiui, esant skersiniam slėgiui, atlieka apkrovos pasiskirstymo vaidmenį.
Bandymo metu jėgos dydį rodanti ranka nuolat išlaiko aukščiausią užimtą padėtį. Jei sekcija yra visiškai apkrauta, spygliuočių stiprumas slėgyje, statmenai pluoštui, yra1/7į1/10stiprumo vertės pluošto kryptimi, o kietmedžiui nuo1/3į1/5stiprumo vertės pluošto kryptimi.
Tempimo stipris
Tempimo stipris buvo išbandytas daug mažesniu mastu nei atsparumas gniuždymui. Iš dalies taip gali būti dėl to, kad tinkamų bandinių gamyba ir bandymas yra daug laiko ir brangu.
Medienos struktūros nelygumai akivaizdžiai pasireiškia tempimo stipriu. Analogiškai stiprumui esant slėgiui, be rąstų pločio, itin svarbią reikšmę turi vėlyvosios medienos dalis. Ankstyvosios medienos gedimas atsiranda prieš vėlyvosios medienos gedimą, todėl negalima pridėti ankstyvos ir vėlyvos medienos stipriųjų pusių. Mazgų ir vystymosi nelygumų įtaka yra ryškesnė nei gniuždymo stiprumo. Pakanka bet kokio posūkio ar bangavimo, kurį sukelia mazgų artumas, kurie nebūtinai turi būti ant pagaliuko, kad be defektų trūkio stiprumas sumažėtų iki ketvirtadalio medienos tempimo stiprio.
Silpniausios įtemptų elementų vietos yra konstrukcijos mazgai, kur susilpnėjimas dėl įpjovų smegenims yra didžiausias. Čia, ypač skruostuose, t. y. keliaraiščiuose, atsiranda įtempių dėl lenkimo, kurių skaičiuojant nėra.
I kokybės klasės spygliuočių medienos leistini įtempiai yra šie:10,5 MNa, o ąžuolo ir buko mediena11 MNa. Įtemptiems elementams negalima naudoti III kokybės klasės medžiagų.
Aparatas medienos atsparumui tempimui tikrinti.
Lenkimo jėga
Prielaidos, kuriomis grindžiama Navier lenkimo skaičiavimo formulė, taip pat tinka medienai, bet tik esant mažoms apkrovoms. Esant didesnei apkrovai, atsiranda tokie poslinkiai, kad tikrasis krašto įtempis dėl slėgio yra mažesnis nei apskaičiuotas, o įtempimo dėl įtempimo gaunamas priešingas vaizdas. Tikroji nulinė linija pereina į siaurąją pusę.
_Paveikslėliai1ir2— Elemento lūžimas ir įtempių pasiskirstymas lenkimo metu.
Apskaičiuotasis lenkimo stipris lūžio metu yra didesnis nei1,4į2kartų didesnis gniuždymo stipris ir, išskyrus kelias išimtis, yra mažesnis už tempimo stipris. Jei mazgai ir nelygumai atsiranda netoli didžiausių momentų ir didžiausių briaunų įtempių, sumažėja iki50%.
Reikia pabrėžti, kad stipris lenkiant, esant ilgalaikei statinei apkrovai, yra maždaug pusė stiprio lenkimo, kuris nustatomas įprastu būdu. Jei visa ar dalis apkrova kartojama dažnai, keliamoji galia ir toliau mažės, priklausomai nuo to, kiek judantis krovinys prisideda prie bendros apkrovos.
Spygliuočių III kokybės klasės spygliuočių medienos leistinas lenkimo įtempis yra 7 MPa, o II ir I kokybės klasėms nustatomas atitinkamai 10 MPa ir 13 MPa. Ištisinėms atramoms be sujungimų iš paskutinių dviejų klasių numatyti 11 MPa ir 14 MPa įtempiai, nes tokios atramos užtikrina didesnį saugumą.
Kai nustatomos lenkimo veikiamos sijos, daugeliu atvejų naudojamas ne lenkimo įtempis, o leistina deformacija. Tarpinių konstrukcijų sijų deformacija dėl nuolatinės ar naudingosios apkrovos neturi viršyti 1/300 diapazono. Laisvai remiamai sijai, apkrautai vienodai paskirstyta apkrova, tarpatramio ir aukščio santykis turi būti ne didesnis kaip 16, o leistinas lenkimo įtempis yra 10 MPa.
Trumpoms, stipriai apkrautoms sijoms ir sudėtingiems skerspjūviams šlyties įtempis yra labai svarbus. Tamprumo modulis svarbus įlinkiui, taip pat lenkimo stipriui ir statiškai neapibrėžtų konstrukcijų skaičiavimui. Tamprumo modulio dydis, priklausomai nuo medžiagos kokybės, labai skiriasi. Spygliuočių tamprumo modulis yra 10.000 MPa, o statmenai pluoštui ši vertė yra 300 MPa spygliuočių medienai ir 600 MPa ąžuolo ir buko medienai.
Aparatas medienos stiprumui lenkti tikrinti.
Šlyties stiprumas
Kerpant mediena pasižymi mažu stiprumu. Šlyties stiprio vertės gali labai skirtis dėl medienos įtrūkimų.
Viršutinė 0,9 MPa riba nustatyta visų trijų kokybės klasių spygliuočiams. II ir III kokybės ąžuolo ir buko medienos didžiausia vertė yra 1 MPa, atitinkamai 1,2 MPa I klasei.
Jei šioms įtampoms gaunamos per trumpos iškyšos, rekomenduojama įtampų nenaudoti. Kai galinės iškyšos trumpos, kyla didelis pavojus, kad šlyties plokštumoje susidarys susitraukimo įtrūkimai, dėl kurių gali visiškai prarasti laikomoji galia.
Aparatas medienos šlyties stiprumui tikrinti.
Sulenkimo stiprumas
Jei strypai yra veikiami slėgio, lenkimą būtina patikrinti skaičiavimo būdu. Ypač svarbu teisingai pasirinkti lenkimo ilgį. Strypai turi būti apsaugoti movomis nuo šoninių deformacijų. Jei to neįmanoma atlikti pakankamai, į skaičiavimą reikia įtraukti didesnį lenkimo ilgį.
Paveikslai 3 ir 4 – pilni ir sudėtiniai skerspjūviai su medžiaginėmis ir nematerialiomis ašimis.
Sudėtingiems presuotiems strypams skaičiavimas atliekamas atsižvelgiant į medžiagos ašį, x ašį paveikslėliuose4ir aš4b, tas pats kaip ir pilnoms sekcijoms, kai viso strypo plotis imamas kaip atskirų elementų pločių d suma.
Išlinkimui nematerialios ašies atžvilgiu y ašis vaizduose4ir,4b i4c ir x ašis paveiksle4c, negalima tikėtis tobulo atskirų skerspjūvių derinio, nes medinių pagaliukų skersiniai sujungimai pasiduoda. Dviejų dalių skerspjūviui pagal paveikslėlį4ir galioja šie santykiai:
Originalinės dviejų dalių skerspjūvio skaičiavimo formulės.
Kombinuoti presuoti strypai paprastai naudojami tik ten, kur to reikalauja jungtys, t. y. kai negalima gauti reikiamų matmenų pilno profilio elementų. Norint pasiekti kuo arčiau pilnų atkarpų, visada rekomenduojamos ištisinės išilginės jungtys.
Susijusios temos: laikančios medines konstrukcijas, tarpaukštinės konstrukcijos, medienos trūkumai, medienos drėgmė ir pastatas.