ความแข็งแรงและความเค้นที่อนุญาตของไม้

พื้นฐานของการคำนวณคงที่

ไม้เป็นการสร้างสรรค์ตามธรรมชาติ และเนื่องจากโครงสร้างทางกายวิภาค จึงเป็นวัสดุก่อสร้างที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน สามารถเปรียบเทียบได้กับมัดท่อที่จัดเรียงแยกกันแบบขนานและเป็นวงแหวนรอบแกนกลางของต้นไม้ — วงแหวนหรือวงแหวนประจำปี — ซึ่งทุกแห่งมีหน้าตัดและความหนาของผนังที่แตกต่างกัน เช่น ไม้ต้นและไม้ปลาย

ความแข็งแรงของไม้ขึ้นอยู่กับสภาพที่ไม้เติบโต และส่วนใหญ่ได้รับอิทธิพลจาก ข้อบกพร่องของไม้ ความผิดปกติในการพัฒนา อายุของไม้ ณ เวลาที่ตัดและใช้งาน และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความชื้นของไม้.

ค่าความแข็งแรงโดยเฉลี่ยไม่เพียงแตกต่างกันสำหรับต้นไม้แต่ละต้นจากพื้นที่เดียวกันเท่านั้น แต่ยังลดลงสำหรับต้นไม้ต้นเดียวกันจากปลายที่หนาที่สุดไปยังปลายที่บางที่สุดด้วย ในส่วนของหน้าตัด วงแหวนประจำปีที่อายุน้อยที่สุดใต้เปลือกไม้แสดงถึงไม้ที่ดีที่สุดและแข็งที่สุด ผู้เชี่ยวชาญด้านป่าไม้สามารถมีอิทธิพลต่อคุณสมบัติของไม้ได้ในระดับที่จำกัด ในขณะที่ผู้ใช้แทบจะไม่สามารถเปลี่ยนคุณสมบัติด้านความแข็งแรงด้วยวิธีง่ายๆ

กำลังอัด

แรงกดในทิศทางของเส้นใย

เมื่อตรวจสอบชิ้นงานทดสอบ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นหน้าตัดสี่เหลี่ยมจัตุรัส ความล้มเหลวเกิดขึ้นเนื่องจากผนังเซลล์ของเส้นใยบิดตัวเป็นโพรง ซึ่งก่อนหน้านี้ไม่สามารถระบุการขยายตัวตามขวางที่แสดงไว้อย่างชัดเจนก่อนหน้านี้ได้ จุดเริ่มต้นของการโก่งงอนี้เกิดขึ้นในสถานที่ที่มีความผิดปกติของโครงสร้างเล็กน้อย ซึ่งโดยส่วนใหญ่แล้วไม่สามารถสังเกตเห็นได้จากภายนอกด้วยซ้ำ หรือเริ่มจากพื้นผิวกดด้านบนหรือด้านล่าง

ความดันที่อนุญาตของไม้สน — ไม่ว่าจะเป็นไม้สปรูซ ไม้สน หรือเฟอร์ — ตั้งค่าไว้ที่ 8,5 MPa และสำหรับไม้ลาร์ชที่ 9 MPa สำหรับไม้เนื้อแข็ง ไม้โอ๊ค หรือบีช จะเป็น 10 MPa.

โดยทั่วไป กำลังรับแรงอัดเฉลี่ยตามจริงอย่างน้อยสำหรับไม้โอ๊คก็ไม่ได้สูงกว่าค่านั้นสำหรับต้นสน แต่ค่านี้ยังคงสมเหตุสมผล เนื่องจากไม้เนื้อแข็งนั้นนำไปใช้จริงเป็นชิ้นเล็กๆ ในการก่อสร้างเท่านั้น ดังนั้นจึงสามารถหลีกเลี่ยงไม้ที่มีปมขนาดใหญ่กว่าหรือไม้ที่มีการพัฒนาผิดปกติได้ ไม้โอ๊คถูกประเมินเกินจริง ต้นโอ๊กอ่อนที่มีอายุไม่เกิน 30 ปี ดูเหมือนจะแข็งแกร่งและแข็งแกร่งกว่าไม้ของต้นไม้ที่มีอายุมากอย่างเห็นได้ชัด

ระดับคุณภาพ I ช่วยให้ไม้สนมีความแข็งแรงได้ถึง 11 MPa สำหรับต้นสนชนิดหนึ่ง 11,5 MPa และสำหรับไม้โอ๊คและบีช 12 MPa ด้วยคุณภาพระดับ III ค่า 6 MPa สำหรับไม้สน และ 7 MPa สำหรับไม้โอ๊คและไม้บีช

แรงกดตั้งฉากกับทิศทางของไฟเบอร์

ในทิศทางตั้งฉากกับเส้นใย ปรากฏการณ์ที่เกิดการชำรุดจะแตกต่างจากปรากฏการณ์ที่เกิดจากแรงกดในทิศทางของเส้นใย ความแข็งแรงภายใต้แรงกดดันตามขวางนั้นขึ้นอยู่กับความแข็งแกร่งที่แสดงโดยจำนวนไม้ต้นที่ไม่มีการอัดแน่นในวงแหวนประจำปี ไม้ท่อนปลายซึ่งขึ้นอยู่กับค่าความแข็งแรงภายใต้แรงกดตามแนวแกน ภายใต้แรงกดตามขวางจะมีบทบาทในการกระจายน้ำหนัก

เมื่อตรวจสอบมือที่แสดงขนาดของแรง มันจะรักษาตำแหน่งครอบครองสูงสุดไว้อย่างต่อเนื่อง ในกรณีของส่วนที่รับน้ำหนักเต็มที่ ความแข็งแรงภายใต้แรงกดตั้งฉากกับเส้นใยของต้นสนคือตั้งแต่ 1/7 ถึง 1/10 ค่าความแข็งแรงในทิศทางของเส้นใย และสำหรับไม้เนื้อแข็งตั้งแต่ 1/3 ถึง 1/5 ค่าความแข็งแรงในทิศทางของไฟเบอร์

ความต้านทานแรงดึง

มีการทดสอบความต้านทานแรงดึงในระดับที่น้อยกว่ากำลังรับแรงอัดมาก ส่วนหนึ่งอาจเป็นเพราะการผลิตและการทดสอบชิ้นงานทดสอบที่เหมาะสมนั้นใช้เวลานานและมีราคาแพง

ความผิดปกติในโครงสร้างของไม้ปรากฏให้เห็นอย่างชัดเจนในค่าความต้านทานแรงดึง นอกเหนือจากความกว้างของท่อนไม้แล้ว สัดส่วนของไม้ท่อนก็มีความสำคัญเช่นเดียวกันกับความแข็งแกร่งภายใต้ความกดดัน ไม้ต้นที่ชำรุดเกิดขึ้นก่อนไม้ปลายล้มเหลว จึงไม่สามารถเพิ่มความแข็งแรงของไม้ต้นและไม้ปลายได้ อิทธิพลของปมและความผิดปกติของการพัฒนานั้นเด่นชัดมากกว่ากำลังรับแรงอัด การโค้งงอหรือคลื่นใด ๆ ที่เกิดจากปมที่อยู่ใกล้เคียงซึ่งไม่จำเป็นต้องตั้งอยู่บนแท่งไม้ ก็เพียงพอที่จะลดความต้านทานการแตกหักลงเหลือหนึ่งในสี่ของความต้านทานแรงดึงของไม้โดยไม่มีข้อบกพร่อง

จุดที่อ่อนแอที่สุดขององค์ประกอบที่ได้รับแรงตึงคือโหนดของการก่อสร้าง ซึ่งการอ่อนตัวลงเนื่องจากรอยบากของสมองนั้นยิ่งใหญ่ที่สุด โดยเฉพาะบริเวณแก้ม เช่น สายรัดถุงเท้ายาว มีการตึงเนื่องจากการโค้งงอซึ่งไม่รวมการคำนวณ

ความเค้นที่อนุญาตสำหรับไม้สนในระดับคุณภาพ I คือ 10,5 MPa และสำหรับไม้โอ๊คและไม้บีช 11 MPa สำหรับองค์ประกอบที่ได้รับแรงตึง ไม่รวมการใช้วัสดุจากคุณภาพระดับ III

เครื่องมือสำหรับทดสอบความต้านทานแรงดึงของไม้.

แรงดัดงอ

สมมติฐานที่ใช้แบบฟอร์มการคำนวณการดัดงอของ Navier นั้นใช้กับการประมาณค่าที่ดีกับไม้เช่นกัน แต่เฉพาะที่การรับน้ำหนักต่ำเท่านั้น ที่โหลดที่สูงกว่า การกระจัดดังกล่าวจะเกิดขึ้นที่ความเค้นที่ขอบตามจริงเนื่องจากความดันต่ำกว่าที่คำนวณไว้ ในขณะที่ได้ภาพตรงกันข้ามสำหรับความเค้นเนื่องจากแรงดึง เส้นศูนย์จริงเคลื่อนไปด้านที่แน่น

Pictures 1 และ 2 — องค์ประกอบการแตกหักและการกระจายความเค้นระหว่างการดัดงอ

กำลังรับแรงดัดงอที่คำนวณได้เมื่อเกิดความล้มเหลวคือ 1,4 ถึง 2 คูณด้วยกำลังรับแรงอัด และมีข้อยกเว้นบางประการ น้อยกว่าค่าความต้านทานแรงดึง หากปมและความผิดปกติเกิดขึ้นใกล้กับช่วงเวลาสูงสุดและความเค้นขอบสูงสุด การลดลงสูงสุด 50%.

ควรเน้นย้ำว่ากำลังรับแรงดัดงอภายใต้แรงคงที่ในระยะยาวจะอยู่ที่ประมาณครึ่งหนึ่งของค่าแรงดัดงอที่กำหนดในลักษณะปกติ หากมีการบรรทุกซ้ำทั้งหมดหรือบางส่วนบ่อยครั้ง ความสามารถในการรับน้ำหนักจะลดลงต่อไป ขึ้นอยู่กับขอบเขตที่การเคลื่อนย้ายมีส่วนทำให้เกิดภาระทั้งหมด

ความเค้นดัดงอที่อนุญาตสำหรับไม้เนื้ออ่อนคุณภาพคลาส III คือ 7 MPa และสำหรับคลาสคุณภาพ II และ I จะถูกกำหนด 10 MPa และ 13 MPa ตามลำดับ สำหรับการรองรับอย่างต่อเนื่องโดยไม่มีข้อต่อจากสองคลาสสุดท้าย จะมีการจัดเตรียมแรงเค้น 11 MPa และ 14 MPa เนื่องจากการรองรับดังกล่าวแสดงความปลอดภัยที่มากขึ้น

เมื่อกำหนดขนาดคานที่สัมผัสกับการดัดงอ ในหลายกรณี ไม่ได้ใช้แรงเค้นดัดงอ แต่เป็นการโก่งตัวที่อนุญาต สำหรับคานของโครงสร้างชั้นลอย การโก่งตัวเนื่องจากการรับน้ำหนักถาวรหรือมีประโยชน์จะต้องไม่เกินช่วง 1/300 สำหรับลำแสงที่รองรับอย่างอิสระซึ่งโหลดโดยมีการกระจายน้ำหนักเท่ากัน อัตราส่วนระหว่างช่วงและความสูงจะต้องมีค่าสูงสุด 16 โดยมีแรงเค้นดัดงอที่อนุญาตที่ 10 MPa.

สำหรับคานสั้นที่รับน้ำหนักมาก และหน้าตัดที่ซับซ้อน ความเค้นเฉือนถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง โมดูลัสความยืดหยุ่นมีความสำคัญต่อการโก่งตัว เช่นเดียวกับความแข็งแรงของการโก่งงอ และการคำนวณโครงสร้างที่ไม่แน่นอนทางสถิต ขนาดของโมดูลัสความยืดหยุ่น ขึ้นอยู่กับคุณภาพของวัสดุ แตกต่างกันไปมาก โมดูลัสความยืดหยุ่นของต้นสนคือ 10.000 MPa และตั้งฉากกับเส้นใยค่านี้คือ 300 MPa สำหรับไม้สนและ 600 MPa สำหรับไม้โอ๊คและไม้บีช

เครื่องมือสำหรับทดสอบความต้านทานการดัดงอของไม้

แรงเฉือน

เมื่อตัดเฉือน ไม้จะมีความแข็งแรงต่ำ ค่าแรงเฉือนอาจแตกต่างกันอย่างมากเนื่องจากการแตกร้าวของไม้

ขีดจำกัดบนของ 0,9 MPa ถูกกำหนดไว้สำหรับต้นสนที่มีคุณภาพทั้งสามประเภท สำหรับไม้โอ๊คและไม้บีชคุณภาพ II และ III ค่าสูงสุดคือ 1 MPa ตามลำดับ 1,2 MPa สำหรับคลาส I.

หากได้รับระยะยื่นสั้นเกินไปสำหรับแรงดันไฟฟ้าเหล่านี้ ขอแนะนำว่าอย่าใช้แรงดันไฟฟ้า เมื่อระยะยื่นส่วนปลายสั้น อาจเกิดอันตรายอย่างยิ่งต่อการเกิดรอยแตกร้าวจากการหดตัวที่เกิดขึ้นในระนาบเฉือน ซึ่งอาจส่งผลให้สูญเสียความสามารถในการรับน้ำหนักโดยสิ้นเชิง

เครื่องมือสำหรับทดสอบกำลังรับแรงเฉือนของไม้

แรงโก่ง

หากแท่งสัมผัสถูกแรงดัน จำเป็นต้องตรวจสอบการโค้งงอโดยการคำนวณ สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการเลือกความยาวการดัดที่ถูกต้อง แท่งจะต้องยึดด้วยข้อต่อป้องกันการโก่งตัวด้านข้าง หากไม่สามารถดำเนินการได้ในระดับที่เพียงพอ ควรป้อนความยาวการโค้งงอที่มากขึ้นในการคำนวณ

Figures 3 และ 4 — หน้าตัดแบบเต็มและประกอบด้วยวัสดุและแกนที่ไม่มีสาระสำคัญ

สำหรับแท่งกดที่ซับซ้อน การคำนวณจะดำเนินการสัมพันธ์กับแกนวัสดุ แกน x ในรูปภาพ 4a และ 4b เช่นเดียวกับส่วนทึบ โดยที่ความกว้างของแท่งทั้งหมดนำมาเป็นผลรวมของความกว้าง d ของแต่ละองค์ประกอบ

สำหรับการโก่งสัมพันธ์กับแกนที่ไม่มีสาระสำคัญ แกน y ในรูปภาพ 4a, 4b และ 4c และแกน x ในภาพ 4c ไม่มีใครสามารถนับองค์ประกอบที่สมบูรณ์แบบของหน้าตัดแต่ละส่วนได้ เนื่องจากการเชื่อมต่อตามขวางของแท่งไม้นั้น ยอมจำนน สำหรับหน้าตัดสองส่วนตามรูปภาพ 4a จะต้องใช้ความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

สูตรดั้งเดิมสำหรับการคำนวณหน้าตัดสองส่วน

โดยทั่วไปจะใช้แท่งอัดแบบผสมเฉพาะในกรณีที่จำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อเท่านั้น เช่น เมื่อไม่สามารถรับองค์ประกอบแบบเต็มส่วนในขนาดที่ต้องการได้ เพื่อให้เข้าใกล้ส่วนต่างๆ มากที่สุด แนะนำให้ใช้การเชื่อมต่อตามยาวอย่างต่อเนื่อง

หัวข้อที่เกี่ยวข้อง: โครงสร้างไม้รับน้ำหนัก, โครงสร้างระหว่างกัน, ข้อบกพร่องของไม้, ความชื้นของไม้ และ ไม้.