Asas pengiraan statik
Kayu ialah ciptaan semula jadi dan, disebabkan struktur anatominya, merupakan bahan binaan yang tidak homogen. Ia boleh dibandingkan dengan sekumpulan tiub, yang disusun secara individu selari dan berbentuk cincin di sekeliling teras pokok — gelang atau gelang tahunan — yang di mana-mana mempunyai keratan rentas dan ketebalan dinding yang berbeza, iaitu kayu awal dan lewat.
Kekuatan kayu bergantung pada keadaan di mana kayu itu tumbuh, dan sebahagian besarnya dipengaruhi oleh kecacatan kayu, penyelewengan dalam pembangunan, umur kayu pada masa pemotongan dan penggunaan dan terutamanya kelembapannya.
Nilai kekuatan purata bukan sahaja berbeza untuk pokok individu dari kawasan yang sama, tetapi juga untuk pokok yang sama ia berkurangan daripada yang paling tebal kepada hujung yang paling nipis. Dalam keratan rentas, cincin tahunan termuda di bawah kulit kayu mewakili kayu terbaik dan paling keras. Pakar perhutanan boleh mempengaruhi sifat kayu hanya pada tahap yang terhad, manakala pengguna hampir tidak dapat mengubah sifat kekuatan dengan cara yang mudah.
Kekuatan di bawah tekanan
Tekanan ke arah gentian
Apabila memeriksa spesimen ujian, yang kebanyakannya persegi dalam keratan rentas, kegagalan berlaku disebabkan oleh fakta bahawa dinding sel gentian berpusing ke dalam rongga, di mana pengembangan melintang yang dinyatakan sebelum ini tidak dapat ditentukan. Permulaan lekuk ini berlaku di tempat-tempat yang mempunyai penyelewengan struktur kecil, yang dalam kebanyakan kes tidak dapat dilihat dari luar, atau bermula dari permukaan yang ditekan atas atau bawah.
Tekanan yang dibenarkan bagi kayu konifer — tidak kira sama ada ia cemara, pain atau cemara — ditetapkan pada 8,5 MPa, dan untuk kayu larch pada 9 MPa. Untuk kayu keras, oak atau beech, ia adalah 10 MPa.
Secara umum, kekuatan mampatan min sebenar, sekurang-kurangnya untuk oak, tidak lebih tinggi daripada konifer, tetapi nilai ini masih wajar kerana kayu kayu keras secara praktikalnya hanya digunakan dalam kepingan kecil dalam pembinaan, jadi kayu dengan simpulan yang lebih besar atau kayu dengan perkembangan yang tidak teratur boleh dielakkan. Kayu oak terlalu tinggi. Kayu oak muda, sehingga 30 tahun, nampaknya jauh lebih keras dan lebih kuat daripada kayu pokok yang lebih tua.
Kelas kualiti I membenarkan kekuatan kayu konifer sehingga 11 MPa, untuk larch 11,5 MPa, dan untuk oak dan bic 12 MPa. Nilai 6 MPa untuk kayu konifer, dan 7 MPa untuk oak dan bic telah ditetapkan untuk kelas kualiti III.
Tekanan berserenjang dengan arah gentian
Dalam arah berserenjang dengan gentian, fenomena pada kegagalan adalah berbeza daripada fenomena yang disebabkan oleh tekanan ke arah gentian. Kekuatan di bawah tekanan melintang bergantung terutamanya pada kekuatan yang ditunjukkan oleh jumlah kayu awal yang tidak dipadatkan dalam cincin tahunan. Kayu lewat, di mana nilai kekuatan di bawah tekanan paksi bergantung, di bawah tekanan melintang mempunyai peranan pengagihan beban.
Apabila menguji, tangan yang menunjukkan magnitud daya sentiasa mengekalkan kedudukan tertingginya. Dalam kes bahagian yang dimuatkan sepenuhnya, kekuatan di bawah tekanan berserenjang dengan gentian untuk konifer berjumlah1/7kepada1/10nilai kekuatan ke arah gentian, dan untuk kayu keras dari1/3kepada1/5nilai kekuatan dalam arah gentian.
Kekuatan tegangan
Kekuatan tegangan diuji pada tahap yang lebih rendah daripada kekuatan mampatan. Ini mungkin sebahagiannya disebabkan oleh fakta bahawa pengeluaran dan ujian spesimen ujian yang sesuai memakan masa dan mahal.
Ketidakteraturan dalam struktur kayu ditunjukkan dengan ketara dalam kekuatan tegangan. Analogi dengan kekuatan di bawah tekanan, sebagai tambahan kepada lebar kayu balak, bahagian kayu lewat adalah sangat penting. Kegagalan kayu awal berlaku sebelum kegagalan kayu lewat, jadi kekuatan kayu awal dan akhir tidak boleh ditambah. Pengaruh simpulan dan ketidakteraturan perkembangan lebih ketara daripada kekuatan mampatan. Sebarang bengkok atau gelombang yang disebabkan oleh kedekatan simpulan, yang tidak perlu berada pada kayu, sudah cukup untuk mengurangkan kekuatan pecah kepada satu perempat daripada kekuatan tegangan kayu tanpa kecacatan.
Titik paling lemah unsur-unsur yang ditegangkan ialah nod struktur, di mana kelemahan disebabkan oleh takuk untuk otak adalah yang paling besar. Di sini, terutamanya di pipi, iaitu garter, terdapat tekanan akibat lenturan yang tidak termasuk dalam pengiraan.
Tegasan yang dibenarkan untuk kayu lembut daripada kelas kualiti I ialah:10,5 MNah, bagaimana pula dengan kayu oak dan beech11 MBaiklah. Untuk elemen yang ditegangkan, penggunaan bahan daripada kelas kualiti III dikecualikan.
Radas untuk menguji kekuatan tegangan kayu.
Kekuatan lenturan
Andaian yang mendasari formula pengiraan lenturan Navier’s digunakan dengan anggaran yang baik untuk kayu juga, tetapi hanya pada beban rendah. Pada beban yang lebih tinggi, anjakan sedemikian berlaku sehingga tegasan tepi sebenar akibat tekanan adalah lebih rendah daripada yang dikira, manakala gambar yang bertentangan diperolehi untuk tegasan akibat ketegangan. Garis sifar sebenar bergerak ke bahagian yang ketat.
Gambar1dan2— Patah unsur dan taburan tegasan semasa lenturan.
Kekuatan lentur yang dikira semasa putus adalah lebih besar daripada1,4kepada2kali kekuatan mampatan dan, dengan beberapa pengecualian, adalah kurang daripada kekuatan tegangan. Jika simpulan dan penyelewengan berlaku berhampiran momen maksimum dan tegasan tepi maksimum, pengurangan berlaku sehingga50%.
Perlu ditekankan bahawa kekuatan lentur di bawah beban statik jangka panjang adalah kira-kira separuh daripada kekuatan lentur yang ditentukan dengan cara biasa. Jika beban keseluruhan atau sebahagiannya kerap diulang, kapasiti beban akan terus berkurang bergantung pada sejauh mana beban bergerak menyumbang kepada jumlah beban.
Tegasan lentur yang dibenarkan untuk kayu lembut kelas kualiti III ialah 7 MPa, dan untuk kelas kualiti II dan I ditentukan 10 MPa dan 13 MPa, masing-masing. Untuk sokongan berterusan tanpa sambungan daripada dua kelas terakhir, tegasan 11 MPa dan 14 MPa disediakan, kerana sokongan sedemikian menunjukkan keselamatan yang lebih tinggi.
Apabila rasuk pendimensian terdedah kepada lenturan, dalam banyak kes, bukan tegasan lentur yang digunakan, tetapi pesongan yang dibenarkan. Untuk rasuk struktur mezanin, pesongan akibat beban kekal atau berguna tidak boleh melebihi julat 1/300. Untuk rasuk yang disokong bebas yang dimuatkan dengan beban teragih sama rata, nisbah antara rentang dan ketinggian mestilah maksimum 16, dengan tegasan lentur yang dibenarkan 10 MPa.
Untuk rasuk pendek, beban berat dan keratan rentas kompleks, tegasan ricih adalah amat penting. Modulus keanjalan adalah penting untuk pesongan, serta untuk kekuatan lengkok dan pengiraan pembinaan tak tentu statik. Saiz modulus keanjalan, bergantung kepada kualiti bahan, berbeza-beza secara meluas. Modulus keanjalan konifer ialah 10.000 MPa, dan berserenjang dengan gentian nilai ini ialah 300 MPa untuk kayu konifer dan 600 MPa untuk kayu oak dan bic.
Radas untuk menguji kekuatan lenturan kayu.
Kekuatan ricih
Apabila menggunting, kayu menunjukkan kekuatan yang sedikit. Nilai kekuatan ricih boleh sangat berbeza disebabkan oleh butiran kayu.
Had atas0,9 MNah, untuk kayu lembut, ketiga-tiga kelas kualiti. Untuk kayu oak dan beech kualiti II dan III, nilai maksimum ialah1 MNah, begitulah1,2 MJadi untuk kelas I.
Jika overhang terlalu pendek diperolehi untuk voltan ini, adalah disyorkan supaya voltan tidak digunakan. Apabila hujung tidak terjual pendek, terdapat bahaya besar retak pengecutan terbentuk dalam satah ricih, yang boleh menyebabkan kehilangan sepenuhnya kapasiti galas beban.
Radas untuk menguji kekuatan ricih kayu.
Kekuatan lekuk
Jika rod terdedah kepada tekanan, adalah perlu untuk memeriksa pesongan dengan pengiraan. Yang paling penting ialah pilihan panjang lentur yang betul. Batang mesti diikat dengan gandingan terhadap pesongan sisi. Jika ini tidak dapat dijalankan pada tahap yang mencukupi, panjang lekuk yang lebih besar harus dimasukkan ke dalam pengiraan.
Gambar3dan4— Keratan rentas penuh dan kompleks dengan paksi bahan dan bukan material.
Untuk rod tekan kompleks, pengiraan dilakukan berhubung dengan paksi bahan, x-paksi dalam gambar4dan i4b, sama seperti untuk bahagian penuh, di mana lebar keseluruhan rod diambil sebagai jumlah lebar d elemen individu.
Untuk lengkokan relatif kepada paksi bukan material, paksi y dalam imej4dan,4b i4c dan x-paksi dalam rajah4c, anda tidak boleh mengharapkan gabungan sempurna keratan rentas individu, kerana sambungan silang kayu kayu itu menghasilkan. Untuk keratan rentas dua bahagian mengikut gambar4dan perhubungan berikut dikenakan:
Rumus asal untuk pengiraan keratan rentas dua bahagian.
Rod tekan kompaun biasanya digunakan hanya apabila sambungan memerlukannya, iaitu apabila elemen keratan penuh dalam dimensi yang diperlukan tidak dapat diperolehi. Untuk mendapatkan sedekat mungkin dengan bahagian penuh, sambungan membujur berterusan sentiasa disyorkan.
Topik berkaitan: menyokong struktur kayu, binaan antara tingkat, cacat kayu, kelembapan kayu dan bangunan.