Предел прочности древесины
Предел прочности древесины при растяжении вдоль волокон в стандартных образцах (влажность 15%) имеет высокое значение: для сосны и ели он в среднем равен 1 000 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 (табл. 1), что при размере сучков в 1/4 стороны элемента предел прочности составляет всего 0,27 от предела прочности древесины стандартных образцов. Отсюда видно, насколько важен правильный отбор древесины по размерам сучков для растянутых элементов конструкций.
Таблица 1. Результаты испытаний ЦНИПС на растяжение сосновых образцов натуральной величины
|
Расположение и размер сучков |
Предле прочности в кг/кв.см. |
Отношение предела прочности крупных образцов к пределу прочности стандартных |
|
| средний | колебания | ||
|
На пласти при размере приблизительно: 1/4 b 1/3 b |
329 270 |
400-220 310-250 |
0.35 0.29 |
|
На пласти вблизи кромкипри размере приблизительно: 1/4 b 1/3 b 1/3 b |
254 216 167 |
400-180 280-170 325-160 |
0.27 0.23 0.17 |
| С выходом на кромку и ребро (до 1/3 b) | 203 | 310-115 | 0,217 |
| Мутовочные сучки на ребре с выходом на пласть (до 1/3 b) | - | 100-70 | 0,107-0,076 |
Примечание. Размеры сечения 3х12 и 5х20 см; b - ширина пласти; влажность 12-23%.
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 древесины 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 совпадает с направлением волокон. Чем больше косослой, тем больше составляющая усилия, перпендикулярная волокнам, и тем меньше прочность элемента (рис. 1).
Рис.1. Влияние косослоя на прочность древесины
Косослой является вторым по значимости пороком, величина которого в растянутых элементах должна строго ограничиваться.
Диаграмма работы сосны на растяжение (рис. 2, кривая а), в которой по оси абсцисс откладывается относительная деформация ε %0, а по оси ординат относительное напряжение φ, выраженное в долях от предела прочности древесины (так называемая приведенная диаграмма), при значениях φ <0,5 имеет незначительную кривизну и в расчетах может приниматься прямолинейной. Величина φ=0,5 рассматривается при этом как предел пропорциональности.
Разрушение при растяжении происходит от разрыва стенок трахеид поперек, иногда под углом к оси клетки. Сдвига клеток относительно друг друга не наблюдается, также не наблюдается и освобождения («вытаскивания») конца клеток, разъединения их по срединному слою. Областью наименьшего сопротивления являются вторичные слои стенок клеток, а не срединная пластинка: связь между волокнами прочнее стенок клеток. Если же растворить лагнин и тем самым ослабить серединный слой, характер разрушения меняется: при разрыве в первую очередь наблюдается освобождение кончиков трахеид.
Рис.2. Диаграмма работы древесины сосны
(а - при растяжении, б - при сжатии)