Прочность древесины при сжатии и на изгиб

Прочность древесины при сжатии

При испытаниях стандартных образцов  на сжатие вдоль волокон  предел прочности  получается примерно в 2—2,5 раза меньше, чем при растяжении. При влажности 15% предел прочности  на сжатие древесины сосны и ели в среднем равен 400кг/см²,  модуль упругости при этом примерно такой же, как при растяжении. Влияние пороков -  сучков -  меньше, чем при растяжении, и при допустимом по нашим нормам для сжатых элементов размере сучков в 1/3 стороны элемента прочность древесины при сжатии составляет 0,6—0,7 от прочности  элемента тех же размеров, но без сучков.  Обычно  размеры сжатых элементов вычисляются,  при пониженном напряжении не из расчета на прочность, а из расчета на изгиб. При таких свойствах работа сжатых элементов в конструкциях более надежна, чем растянутых. Благодаря этому металлодеревянные конструкции получили такое широкое применение, их  основные растянутые элементы сделаны  из стали, а сжатые и сжато-изогнутые из дерева.

Рассмотрим  диаграмму сжатия (рис. 1, б),  при φ >0,5 она  более криволинейна, чем при растяжении. При меньших же  значениях φ ее  криволинейность  незначительна ,  поэтому  ее можно принять прямолинейной до условного предела пропорциональности, который  равен 0,5.

Рис.1. Диаграмма работы древесины сосны

(а - при растяжении, б - при сжатии)

Прочность древесины 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 жестких 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.

Прочность древесины на изгиб

При разрушении появляется характерная складка (рис. 45),она  образуется местным изломом волокон. Величина предела прочности  древесины на изгиб занимает промежуточное положение между прочностью на сжатие и на растяжение. При влажности 15% предел прочности при изгибе  для стандартных элементов  из сосны и ели в среднем составляет  750 кг/см². Модуль упругости приблизительно  такой же, как при сжатии или при растяжении.  При изгибе появляется растянутая зона, поэтому  влияние сучков и косослоя довольно таки значительное. При размере сучков в 1/3 стороны сечения элемента (что допускается по действующим нормам как максимум для изгибаемых элементов) предел прочности древесины на изгиб будет составлять 0,5—0,45 от прочности  образцов без сучков.  Это отношение в брусьях и особенно в бревнах будет больше  и может достигать  0,6—0,8. Влияние пороков в бревнах при работе на изгиб наблюдается меньше, чем в пиломатериалах, это объясняется тем, что в бревнах отсутствует выход на кромку перерезанных при распиловке волокон и отщепление их в присучковом косослое при изгибе элемента, который наблюдается в пиломатериалах.  Краевое напряжение при изгибе определяется по обычной формуле  σ=  М/W  и соответствует линейному распределению напряжений по высоте сечения и действует лишь  в пределах небольших напряжений (рис. 46, а). Если нагрузка будет расти  и увеличиваться  кривизна, характер эпюры сжимающих напряжений, в соответствии с диаграммой работы на сжатие (рис. 1,кривая б), будет криволинейным (рис.46, б, в); в то же время нейтральная ось сместиться в сторону растянутой кромки сечения. При этом фактическое краевое напряжение сжатия меньше, а краевое напряжение растяжения больше, чем те, что вычисленны по формуле.

Определение предела прочности древесины по формуле σ=  М/W удобно для сравнительной оценки прочности различной древесины.

Стадия разрушения происходит следующим образом:

1. в сжатой зоне происходит образовании складки,
2. затем в растянутой зоне  разрываются наружные волокона.

Разрушение клеток в растянутой и сжатой зонах происходят аналогично разрушению при осевом растяжении и сжатии. Теоритические исследования и  опыты на практике показали, что на  условный предел прочности древесины на изгиб влияет форма поперечного сечения.  При одинаковых моментах сопротивления,  у прямоугольного  сечения  он  ниже, чем у круглого, и выше, чем у двутаврового. 

Предел прочности уменьшиться, если увеличить высоту сечения.  Все эти факторы учитываются в расчетах, для этого вводят соответствующие коэффициенты в расчетное сопротивление (например, при расчете двутавровых клееных балок).