|
|
Для правильного назначения
размеров элементов деревянных конструкций необходимо знать прочность досок,
брусьев и бревен при различных силовых воздействиях. Прочность их зависит от
прочности древесины и размера пороков, в основном сучков, ослабляющих
сечение.
Благодаря особенностям своего строения древесина является
анизотропным материалом, ее механические свойства различны в разных
направлениях и зависят от угла между направлением действующего усилия и
направлением волокон. При совпадении направления силы и волокон древесины
прочность достигает максимального значения; она в несколько раз меньше, если
сила действует под большим углом к волокнам ( 43). Определение предела
прочности производится путем испытания на машинах стандартных образцов,
выполняемых из чистой, без всяких пороков, древесины ( 40). Испытания
показывают значительный разброс показателей прочности даже в, пределах одной
и той же породы. Это объясняется неоднородностью древесины, связанной с
особенностями анатомического строения. Так, например, у хвойных пород,
наиболее широко применяемых в строительстве, прочность поздней древесины в
2—3 раза выше прочности ранней древесины. Содержание же поздней древесины и
толщина стенок ее трахеид различны. Чем толще стенки трахеид и чем больше
процент поздней древесины, тем больше объемный вес древеси.ны и тем выше ее
прочность.
Опыты устанавливают прямую пропорциональность между
пределом прочности и объемным весом древесины. Абсолютная величина ширины
годовых слоев также влияет на прочность: как слишком узкие, так и слишком
широкие годовые слои характеризуют пониженную прочность древесины.
Кроме того, древесина принадлежит к тем материалам, на
прочность которых большое влияние оказывает скорость приложения нагрузки или
продолжительность ее действия. При быстром приложении нагрузки предел
прочности выше. Опыты показывают, что если серию одинаковых деревянных
образцов загрузить (например, на изгиб) различной по величине постоянной
нагрузкой, то разрушение их произойдет через разные промежутки времени: чем
больше нагрузка (напряжение), тем скорее разрушится образец; при этом может
оказаться, что часть образцов вообще не разрушится, как бы долго ни
действовала
нагрузка. Если результаты таких испытаний изобразить
графически в координатах предел прочности — время до разрушения ( 41),
получим асимптотическую кривую, по которой можно определить, сколько времени
пройдет от начала нагружения до разрушения образца, находящегося под тем или
иным напряжением.
Длительное сопротивление является показателем
действительной прочности древесины в отличие от предела прочности,
определяемого путем быстрых испытаний на машине стандартных образцов ( 40).
Переход от предела прочности к величине длительного сопротивления
производится умножением предела прочности на коэффициент длительности, равный
отношению предела длительного сопротивления к пределу прочности. В настоящее
время, по опытным данным, коэффициент длительности может быть принят равным
0,5—0,6. С другой стороны, опыты показывают, что при очень быстром приложении
нагрузки, соответствующем, например, удару, предел прочности повышается по
отношению к величине длительного сопротивления в среднем в 3 раза. Таким
образом, относительная прочность древесины при ее испытании с различной
скоростью изменяется в пределах от 1 до 3.
Фактически деревянные конструкции находятся под совместным
воздействием длительных (например, собственный вес), ограниченно длительных
(например, снег) и кратковременных нагрузок. Опыты показывают, что в этом
случае предел прочности зависит от соотношения этих нагрузок и изменяется от
предела длительного сопротивления (при наличии только постоянной нагрузки) до
предела "прочности, определяемого при стандартной скорости загружения —
при действии основных кратковременных нагрузок.
Случай преимущественного влияния постоянной нагрузки
специально учитывается в расчете (см. 10).
В СССР первые систематические работы по исследованию
влияния продолжительности действия нагрузки на прочность древесины были
проведены Ф. П. Белянкиным, опубликовавшим их в 1931 и 1934 гг. В этих
работах впервые даны пределы длительного сопротивления для ряда древесных
пород, произрастающих в СССР. Согласно Ф. П. Белянкину работа древесины под
непрерывно действующей нагрузкой, превышающей длительную, может быть
разделена на четыре периода деформирования ( 42, б): в первом периоде (О—в)
деформация нарастает почти мгновенно, во втором (в—г) рост деформаций
постепенно замедляется, в третьем (г—д) устанавливается постоянная скорость
деформаций, в четвертом (за точкой (?) происходит быстрое возрастание
скорости деформаций и разрушение элемента, Деформации, нарастающие с
постоянной скоростью на участке г^-д, названы Ф. П. Белянкиным пластическими
деформациями древесины.
Длительное сопротивление древесины .определяется опытным
путем, как это было описано выше при построении кривой длительного
сопротивления, и требует, следовательно, для получения достоверных данных
большой продолжительности испытаний.
Для сокращения времени испытаний разрабатываются ускоренные
методы определения предела длительного сопротивления, доводящие
продолжительность испытаний до нескольких дней или часов .
|