Cơ bản về tính toán tĩnh
Gỗ là một sự sáng tạo tự nhiên và do cấu trúc giải phẫu của nó, nó là vật liệu xây dựng không đồng nhất. Nó có thể được so sánh với một bó ống, được sắp xếp riêng lẻ song song và hình khuyên xung quanh lõi của cây - các vòng hoặc vòng hàng năm - ở mọi nơi đều có mặt cắt ngang và độ dày thành khác nhau, tức là gỗ sớm và gỗ muộn.
Độ bền của gỗ phụ thuộc vào điều kiện gỗ phát triển và ở mức độ lớn, chúng bị ảnh hưởng bởi khuyết tật của gỗ, sự phát triển không đồng đều, độ tuổi của gỗ tại thời điểm cắt và sử dụng và đặc biệt là độ ẩm của gỗ.
Giá trị độ bền trung bình không chỉ khác nhau đối với từng cây trong cùng một khu vực mà đối với cùng một cây, nó giảm dần từ đầu dày nhất đến đầu mỏng nhất. Theo mặt cắt ngang, các vòng gỗ hàng năm trẻ nhất dưới vỏ tượng trưng cho loại gỗ tốt nhất và cứng nhất. Một chuyên gia lâm nghiệp chỉ có thể tác động đến các đặc tính của gỗ ở một mức độ hạn chế, trong khi người dùng khó có thể thay đổi các đặc tính độ bền bằng những phương pháp đơn giản.
Cường độ nén
Áp lực theo hướng của sợi
Khi kiểm tra các mẫu thử, hầu hết có mặt cắt ngang hình vuông, lỗi xảy ra do thành tế bào của sợi xoắn vào các hốc, nơi không thể xác định được độ giãn nở theo chiều ngang được biểu hiện rõ ràng trước đó. Sự bắt đầu của hiện tượng mất ổn định này xảy ra ở những nơi có cấu trúc không đều nhỏ, trong hầu hết các trường hợp thậm chí không thể nhận thấy được từ bên ngoài, hoặc bắt đầu từ bề mặt ép trên hoặc dưới.
Áp lực cho phép của gỗ lá kim - bất kể là gỗ vân sam, thông hay linh sam - được đặt ở 8,5 MPa và đối với gỗ thông là 9 MPa. Đối với gỗ cứng, gỗ sồi hoặc sồi, đó là 10 MPa.
Nhìn chung, cường độ nén trung bình thực tế, ít nhất là đối với gỗ sồi, không cao hơn so với cây lá kim, nhưng giá trị này vẫn hợp lý vì gỗ cứng thực tế chỉ được sử dụng ở những mảnh nhỏ trong các công trình xây dựng nên có thể tránh được gỗ có mắt gỗ lớn hơn hoặc gỗ có sự phát triển không đều. Gỗ sồi được đánh giá cao. Gỗ sồi non, có tuổi đời lên đến 30 tuổi, có vẻ cứng và chắc hơn đáng kể so với gỗ của những cây già.
Loại chất lượng I cho phép độ bền của gỗ lá kim lên đến 11 MPa, đối với gỗ thông 11,5 MPa, và đối với gỗ sồi và sồi 12 MPa. Với chất lượng loại III, các giá trị 6 MPa đối với gỗ lá kim và 7 MPa đối với gỗ sồi và gỗ sồi đã được xác định.
Áp suất vuông góc với hướng của sợi
Theo hướng vuông góc với sợi, hiện tượng đứt khác với hiện tượng gây ra bởi áp suất theo hướng của sợi. Độ bền dưới áp lực ngang phụ thuộc chủ yếu vào độ bền thể hiện qua lượng gỗ sớm chưa được đầm trong vòng năm. Gỗ muộn phụ thuộc vào giá trị cường độ chịu áp lực dọc trục, dưới áp lực ngang có vai trò phân bố tải trọng.
Khi kiểm tra bàn tay cho thấy độ lớn của lực, nó liên tục duy trì vị trí chiếm giữ cao nhất. Trong trường hợp phần chịu tải đầy đủ, độ bền chịu áp lực vuông góc với sợi đối với cây lá kim là từ 1/7 đến 1/10 giá trị độ bền theo hướng của sợi và đối với gỗ cứng từ 1/3 đến 1/5 giá trị cường độ theo hướng sợi.
Độ bền kéo
Độ bền kéo đã được kiểm tra ở mức độ thấp hơn nhiều so với cường độ nén. Điều này một phần có thể là do việc sản xuất và thử nghiệm các mẫu thử thích hợp tốn nhiều thời gian và tốn kém.
Sự không đồng đều trong cấu trúc của gỗ thể hiện rõ nhất ở độ bền kéo. Tương tự như độ bền dưới áp lực, ngoài chiều rộng của khúc gỗ, tỷ lệ gỗ muộn có tầm quan trọng quyết định. Sự hư hỏng của gỗ sớm xảy ra trước sự hư hỏng của gỗ muộn nên sức mạnh của gỗ sớm và gỗ muộn không thể cộng thêm được. Ảnh hưởng của các nút thắt và sự phát triển không đều rõ rệt hơn so với cường độ nén. Bất kỳ sự uốn cong hoặc sóng nào gây ra bởi các nút thắt gần nhau, không nhất thiết phải nằm trên thanh, cũng đủ để giảm độ bền đứt xuống còn 1/4 độ bền kéo của gỗ mà không có khuyết tật.
Nơi yếu nhất của các phần tử chịu lực căng chính là các nút của công trình, nơi mà sự suy yếu do các vết khía đối với phần não là lớn nhất. Ở đây, đặc biệt là ở má, tức là vùng cổ, có những ứng suất do uốn cong mà tính toán không bao gồm.
Ứng suất cho phép đối với gỗ lá kim loại chất lượng I là 10,5 MPa, và đối với gỗ sồi và gỗ sồi 11 MPa. Đối với các phần tử chịu kéo, không bao gồm việc sử dụng vật liệu có chất lượng loại III.
Thiết bị kiểm tra độ bền kéo của gỗ.
Độ bền uốn
Các giả định làm cơ sở cho biểu mẫu tính toán uốn của Navier cũng áp dụng gần đúng với gỗ, nhưng chỉ ở mức tải thấp. Ở mức tải cao hơn, những chuyển vị như vậy xảy ra khiến cho ứng suất thực tế của cạnh do áp suất thấp hơn so với tính toán, trong khi đó lại thu được hình ảnh ngược lại đối với ứng suất do lực căng. Đường số 0 thực tế di chuyển về phía chặt chẽ.
Hình ảnh 1 và 2 — Vết nứt của phần tử và phân bố ứng suất trong quá trình uốn.
Cường độ uốn tính toán khi đứt là 1,4 đến 2 lần cường độ nén và, với một số ngoại lệ, nhỏ hơn cường độ kéo. Nếu các nút thắt và sự bất thường xảy ra gần thời điểm tối đa và ứng suất cạnh tối đa, thì mức giảm lên tới 50%.
Cần nhấn mạnh rằng cường độ uốn dưới tải trọng tĩnh dài hạn xấp xỉ một nửa cường độ uốn được xác định theo cách thông thường. Nếu toàn bộ hoặc một phần tải được lặp lại thường xuyên, khả năng chịu tải sẽ tiếp tục giảm tùy thuộc vào mức độ đóng góp của tải di chuyển vào tổng tải.
Ứng suất uốn cho phép đối với gỗ mềm có chất lượng loại III là 7 MPa, đối với chất lượng loại II và I được xác định lần lượt là 10 MPa và 13 MPa. Đối với các giá đỡ liên tục không có khớp nối thuộc hai loại cuối cùng, sẽ cung cấp ứng suất 11 MPa và 14 MPa vì các giá đỡ như vậy cho thấy độ an toàn cao hơn.
Khi xác định kích thước dầm chịu uốn, trong nhiều trường hợp, người ta không sử dụng ứng suất uốn mà là độ võng cho phép. Đối với dầm kết cấu gác lửng, độ võng do tải trọng thường xuyên hoặc hữu ích không được vượt quá phạm vi 1/300. Đối với dầm được đỡ tự do chịu tải phân bố đều, tỷ lệ giữa nhịp và chiều cao phải tối đa là 16, với ứng suất uốn cho phép là 10 MPa.
Đối với dầm ngắn, chịu tải nặng và mặt cắt phức tạp, ứng suất cắt có tầm quan trọng đặc biệt. Mô đun đàn hồi rất quan trọng đối với độ võng cũng như độ bền uốn và tính toán các kết cấu không xác định tĩnh. Kích thước của mô đun đàn hồi, tùy thuộc vào chất lượng của vật liệu, rất khác nhau. Mô đun đàn hồi của cây lá kim là 10.000 MPa, và vuông góc với các sợi, giá trị này là 300 MPa đối với gỗ lá kim và 600 MPa đối với gỗ sồi và gỗ sồi.
Thiết bị kiểm tra độ bền uốn của gỗ.
Độ bền cắt
Khi bị cắt, gỗ có độ bền thấp. Giá trị độ bền cắt có thể thay đổi rất nhiều do nứt gỗ.
Giới hạn trên của 0,9 MPa được thiết lập cho cây lá kim thuộc cả ba loại chất lượng. Đối với gỗ sồi và gỗ sồi loại II và III, giá trị tối đa lần lượt là 1 MPa 1,2 MPa cho loại I.
Nếu các điện áp này có phần nhô ra quá ngắn thì không nên sử dụng các điện áp đó. Khi phần nhô ra ở cuối ngắn sẽ có nguy cơ lớn hình thành các vết nứt co ngót trong mặt phẳng cắt, có thể dẫn đến mất hoàn toàn khả năng chịu tải.
Thiết bị kiểm tra độ bền cắt của gỗ.
Độ bền uốn
Nếu thanh chịu áp lực cần kiểm tra độ uốn bằng tính toán. Đặc biệt quan trọng là việc lựa chọn đúng chiều dài uốn. Các thanh phải được cố định bằng các khớp nối để chống biến dạng ngang. Nếu điều này không thể được thực hiện ở mức độ vừa đủ thì chiều dài uốn lớn hơn sẽ được đưa vào tính toán.
Hình 3 và 4 — Mặt cắt đầy đủ và tổng hợp với các trục vật liệu và phi vật chất.
Đối với các thanh ép phức tạp, phép tính được thực hiện liên quan đến trục vật liệu, trục x trong ảnh 4a và 4b, giống như đối với các mặt cắt đặc, trong đó chiều rộng của toàn bộ thanh được lấy bằng tổng chiều rộng d của các phần tử riêng lẻ.
Đối với độ vênh liên quan đến trục phi vật chất, trục y trong hình 4a, 4b và 4c và trục x trong hình 4c, người ta không thể tin vào bố cục hoàn hảo của các mặt cắt riêng lẻ, bởi vì các kết nối ngang của các thanh gỗ đang bị chùng. Đối với mặt cắt ngang hai phần theo hình 4a, áp dụng các mối quan hệ sau:
Công thức gốc để tính mặt cắt ngang hai phần.
Các thanh ép hỗn hợp thường chỉ được sử dụng khi các kết nối yêu cầu, tức là khi không thể có được các phần tử đầy đủ ở các kích thước yêu cầu. Để có được càng gần các mặt cắt đầy đủ càng tốt, các kết nối dọc liên tục luôn được khuyến khích.
Các chủ đề liên quan: kết cấu gỗ chịu lực, kết cấu xen kẽ, khiếm khuyết gỗ, độ ẩm của gỗ và gỗ.