Grunnleggende om statisk beregning
Tre er en naturlig skapelse og er på grunn av sin anatomiske struktur et inhomogent byggemateriale. Det kan sammenlignes med en bunt med rør, individuelt anordnet parallelt og ringformet rundt treets kjerne — årringer eller ringer — som overalt har forskjellig tverrsnitt og veggtykkelse, dvs. tidlig og sen ved.
Styrken til treet avhenger av forholdene som treet vokste under, og i stor grad påvirkes de av trefeil, uregelmessigheter i utviklingen, alderen til treverket på tidspunktet for kapping og bruk og spesielt fuktigheten.
Den gjennomsnittlige styrkeverdien er ikke bare forskjellig for individuelle trær fra samme område, men også for samme tre avtar den fra den tykkeste til den tynneste enden. I tverrsnitt representerer de yngste årringene under barken det beste og hardeste treverket. En skogbruksekspert kan kun påvirke egenskapene til trevirke i begrenset grad, mens brukeren neppe kan endre styrkeegenskapene med enkle midler.
Styrke under press
Trykk i retning av fibrene
Ved undersøkelse av testprøvene, som for det meste er kvadratiske i tverrsnitt, oppstår svikt på grunn av at celleveggene i fibrene vrir seg inn i hulrom, hvor tidligere tydelig uttrykte tverrutvidelser ikke kan bestemmes. Begynnelsen av denne knekkingen skjer på steder med små strukturelle uregelmessigheter, som i de fleste tilfeller ikke engang kan merkes fra utsiden, eller starter fra den øvre eller nedre pressede overflaten.
Det tillatte trykket for bartre – uansett om det er gran, furu eller gran – er satt til 8,5 MPa, og for lerkeved til 9 MPa. For løvtre, eik eller bøk er det 10 MPa.
Generelt er den reelle gjennomsnittlige trykkfastheten, i hvert fall for eik, ikke høyere enn for bartrær, men denne verdien er likevel berettiget fordi løvtre praktisk talt kun brukes i små biter i konstruksjoner, slik at tre med større kvist eller tre med uregelmessig utvikling kan unngås. Eiketre er overvurdert. Ung eik, opptil 30 år gammel, ser ut til å være betydelig tøffere og sterkere enn treet til eldre trær.
Kvalitetsklasse I tillater bartrestyrke opp til 11 MPa, for lerk 11,5 MPa, og for eik og bøk 12 MPa. Verdiene for 6 MPa for bartre, og 7 MPa for eik og bøk ble etablert for kvalitetsklasse III.
Trykk vinkelrett på fiberretningen
I retningen vinkelrett på fibrene er fenomenene ved svikt forskjellige fra fenomenene forårsaket av trykk i fibrenes retning. Styrken under tverrtrykk avhenger hovedsakelig av styrken som vises av den ukomprimerte mengden tidlig ved i årringen. Sentre, som styrkeverdien under aksialtrykk avhenger av, under tverrtrykk har rollen som lastfordeling.
Ved testing opprettholder hånden som viser kraftens størrelse konstant sin høyeste okkuperte posisjon. Ved fullastet seksjon utgjør styrken under trykk vinkelrett på fibrene for bartrær til1/7til1/10styrkeverdier i retning av fibrene, og for løvtre fra1/3til1/5styrkeverdier i fiberretningen.
Strekkstyrke
Strekkfasthet ble testet i mye mindre grad enn trykkfasthet. Dette kan delvis skyldes at produksjon og testing av egnede prøveeksemplarer er tidkrevende og kostbart.
Uregelmessighet i strukturen til tre er påfallende manifestert i strekkstyrke. Analogt med styrke under trykk, i tillegg til stokkens bredde, er andelen senved av avgjørende betydning. Svikt i tidlig ved skjer før svikt i sent tre, så styrken til tidlig og sent tre kan ikke legges til. Påvirkningen av knuter og utviklingsuregelmessigheter er mer uttalt enn ved trykkstyrke. Enhver bøyning eller bølge forårsaket av nærheten av knuter, som ikke trenger å være på pinnen, er nok til å redusere bruddstyrken til en fjerdedel av strekkfastheten til tre uten defekter.
De svakeste punktene til de oppspente elementene er nodene i strukturen, hvor svekkelsen på grunn av hakkene for hjernen er størst. Her, spesielt i kinnene, dvs. strømpebånd, er det påkjenninger på grunn av bøyning som beregningen ikke inkluderer.
Tillatte påkjenninger for bartre fra kvalitetsklasse I er:10,5 MVel, hva med eik og bøketre11 MGodt. For oppspente elementer er bruk av materiale fra kvalitetsklasse III utelukket.
Apparat for å teste treets strekkfasthet.
Bøyestyrke
Forutsetningene som ligger til grunn for Naviers bøyningsberegningsformel gjelder med god tilnærming til tre også, men kun ved lav belastning. Ved høyere belastning oppstår slike forskyvninger at den faktiske kantspenningen på grunn av trykk er lavere enn beregnet, mens man får det motsatte bildet for spenningen på grunn av strekk. Den faktiske nulllinjen flyttes til den stramme siden.
Bilder1og2— Brudd på elementet og spenningsfordeling under bøyning.
Den beregnede bøyestyrken ved brudd er større enn1,4til2ganger trykkfastheten og er, med få unntak, mindre enn strekkfastheten. Dersom det oppstår knuter og ujevnheter nær maksimumsmomenter og maksimale kantspenninger, oppstår reduksjoner opp til50%.
Det skal presiseres at bøyestyrken ved langvarig statisk belastning er omtrent halvparten av bøyestyrken som bestemmes på vanlig måte. Dersom belastningen helt eller delvis gjentas hyppig, vil belastningskapasiteten fortsette å avta avhengig av i hvilken grad den bevegelige belastningen bidrar til den totale belastningen.
Tillatt bøyespenning for bartre av kvalitetsklasse III er 7 MPa, og for kvalitetsklasse II og I er det bestemt henholdsvis 10 MPa og 13 MPa. For kontinuerlige støtter uten skjøter fra de to siste klassene er det gitt spenninger på 11 MPa og 14 MPa, fordi slike støtter viser større sikkerhet.
Ved dimensjonering av bjelker utsatt for bøyning er det i mange tilfeller ikke bøyespenningen som brukes, men tillatt nedbøyning. For bjelker av mesaninkonstruksjoner må nedbøyning på grunn av permanent eller nyttig belastning ikke overskride området 1/300. For en fritt støttet bjelke belastet med likt fordelt last, må forholdet mellom spennvidden og høyden være maksimalt 16, med en tillatt bøyespenning på 10 MPa.
For korte, tungt belastede bjelker og komplekse tverrsnitt er skjærspenning av avgjørende betydning. Elastisitetsmodulen er viktig for nedbøyning, samt for knekkfasthet og beregning av statisk ubestemte konstruksjoner. Størrelsen på elastisitetsmodulen, avhengig av kvaliteten på materialet, varierer mye. Elastisitetsmodulen til bartrær er 10.000 MPa, og vinkelrett på fibrene er denne verdien 300 MPa for bartre og 600 MPa for eik og bøk.
Apparat for å teste bøyestyrken til tre.
Skjærstyrke
Ved klipping viser treverket liten styrke. Skjærstyrkeverdier kan variere mye på grunn av treets kornighet.
Den øvre grensen på0,9 MVel, for bartre, alle tre kvalitetsklassene. For eik og bøk av kvalitet II og III er maksverdien1 MVel, altså1,2 MSå for klasse I.
Dersom det oppnås for korte overheng for disse spenningene, anbefales det at spenningene ikke brukes. Når endeoverhengene er korte er det stor fare for at det oppstår krympesprekker i skjærplanet som kan føre til fullstendig tap av bæreevne.
Apparat for testing av treskjærstyrke.
Knekkestyrke
Hvis stengene utsettes for trykk, er det nødvendig å kontrollere nedbøyningen ved beregning. Av spesiell betydning er riktig valg av bøyelengden. Stengene skal sikres med koblinger mot sideveis nedbøyninger. Dersom dette ikke kan gjennomføres i tilstrekkelig omfang, bør en større knekklengde legges inn i beregningen.
Bilder3og4— Fulle og komplekse tverrsnitt med materielle og immaterielle akser.
For komplekse pressede stenger gjøres beregningen i forhold til materialaksen, x-aksen på bildene4og jeg4b, det samme som for hele seksjoner, hvorved hele stavens bredde tas som summen av breddene d av de enkelte elementene.
For knekking i forhold til den immaterielle aksen, y-aksen i bildene4og,4b i4c og x-aksen i figuren4c, du kan ikke regne med en perfekt kombinasjon av individuelle tverrsnitt, fordi tverrforbindelsene til trepinnene gir etter. For et todelt tverrsnitt i henhold til bildet4og følgende forhold gjelder:
Originale formler for beregning av det todelte tverrsnittet.
Sammensatte pressede stenger brukes vanligvis bare der forbindelsene krever det, dvs. når fullseksjonselementer i de nødvendige dimensjonene ikke kan oppnås. For å komme så nær hele snitt som mulig anbefales alltid kontinuerlige langsgående forbindelser.
Relaterte emner: støttende trekonstruksjoner, konstruksjoner mellom etasjer, trefeil, trefuktighet og bygning.