Предел прочности древесины при
растяжении вдоль волокон в стандартных образцах (влажность 15%) имеет высокое
значение: для сосны и ели он в среднем равен 1 ООО кг/см2. Величина модуля
упругости 110 000—140 000 кг/см2. Наличие сучков и присучкового косослоя
значительно снижает сопротивление растяжению. Особенно опасны сучки на
кромках с выходом на ребро. Опыты показывают ( 2), что при размере сучков в
V4 стороны элемента предел прочности составляет всег® 0,27 от предела
прочности стандартных образцов. Отсюда видно, насколько важен правильный отбор
древесины по размерам сучков для растянутых элементов конструкций.
При ослаблении сечений отверстиями и врезками происходит
большее снижение прочности, чем дает расчет по площади нетто. Здесь
сказывается отрицательное влияние концентрации напряжений у мест ослаблений.
Опыты показывают также, что прочность при растяжении зависит
от масштаба: прочность крупных образцов благодаря большей неоднородности их
строения меньше, чем стандартных.
При разрыве поперек волокон вследствие анизотропности
строения древесины предел прочности в 20—25 раз меньше, чем при растяжении
вдоль волокон. Следствием этого является большое влияние косослоя, при
котором направление усилия не сов
падает с направлением волокон. Чем больше косослой, тем
больше составляющая усилия, перпендикулярная волокнам, и тем меньше прочность
элемента ( 43).
Испытания стандартных образцов на сжатие вдоль волэкфн
дают величину предела прочности в 2—2,5 раза меньшую, чем при растяжении. Для
сосны и ели при влажности 15% предел прочности на сжатие в среднем равен 400
кг1см2, а модуль упругости примерно такой же, как при растяжении. Влияние
поро ков — сучков — меньше, чем при растяжении, и при допустимом по нашим
нормам для сжатых элементов размере сучков в Va стороны элемента прочность
при сжатии составляет 0,6—0,7 от прочности бессучкового элемента тех же
размеров. Кроме того, в деревянных конструкциях размеры сжатых элементов
обычно назначаются из расчета на продольный изгиб, т. е. при пониженном
напряжении, а не из расчета на прочность. Благодаря указанным особенностям
работа сжатых элементов в конструкциях более надежна, чем растянутых. .Этим
объясняется широкое применение металлодеревянных конструкций, имеющих
основные растянутые элементы из стали, а сжатые и сжато-изогнутые из дерева.
Приведенная диаграмма сжатия ( 44, б) при <р>0,5
более криволинейна, чем при растяжении. При меньших значениях <р
криволинейность ее невелика, и она может приниматься прямолинейной до
условного предела пропорциональности, равного 0,5.
Прочность при сжатии вдоль волокон зависит от толщины
стенок поздних трахеид хвойных пород и либриформа лиственных: с увеличением
толщины стенок она увеличивается.
Разрушение начинается с продольного изгиба наиболее прочных
и жесгких слоев поздней древесины, отклоняющихся в сторону более мягких слоев
ранней древесины. Механическому разрушению предшествует появление «линий
скольжения» во вторичных слоях оболочек, свидетельствующее о начале
разрушения. Затем происходит концентрация линий скольжения в определенных
местах и излом изогнутых трахеид.
Разрушение сопровождается появлением характерной складки (
45), образуемой местным изломом волокон. При поперечном изгибе величина
предела прочности занимает промежуточное положение между прочностью на сжатие
и на растяжение. Для стандартных образцов из сосны и ели при влажности 15%
предел прочности при изгибе в среднем равен 750 кг!см. Модуль упругости примерно такой же, как при сжатии и растяжении. Поскольку при изгибе
имеется растянутая зона, влияние сучков и косослоя значительно. При размере
сучков в 1/з стороны сечения элемента (что допускается по действующим нормам
как максимум для изгибаемых элементов) предел прочности составляет 0,5—0,45
от прочности бессучковых образцов. В брусьях и особенно в бревнах это
отношение выше и доходит до 0f6_Q,8. Влияние пороков в бревнах при работе на
изгиб вообще меньше, чем в пиломатериалах, так как в бревнах отсутствует
наблюдаемый в пиломатериалах выход на кромку перерезанных при распиловке
волокон и отщепление их в присучковом косослое при изгибе элемента.
Определение краевого напряжения при изгибе
по обычной формуле а= соответствует линейному
распределению напряжений по высоте сечения и действительно в пределах
небольших напряжений ( 46, а). При дальнейшем росте нагрузки и увеличении
кривизны эпюра сжимающих напряжений, в соответствии с диаграммой работы на
сжатие ( 44, кривая б), принимает криволинейный характер (46, б, в);
одновременно нейтральная ось сдвигается в сторону растянутой кромки сечения.
При этом фактическое краевое напряжение сжатия меньше, а растяжения больше
вычисленных по формуле.
Опыты и теоретические исследования показывают, что
условный предел прочности при изгибе зависит от формы поперечного сечения.
При одном и том же мо!менте сопротивления он у круглого сечения больше, чем у
прямоугольного, а у двутаврового сечения меньше, чем у прямоугольного [12].
С увеличением высоты сечения предел прочности снижается.
Все эти факторы учитываются в расчете введением соответствующих коэффициентов
в расчетное сопротивление ('например, при расчете двутавровых клееных балок;
см. ниже § 72).
|