Размещено на http://www.allbest.ru/

Вплив сучків та тріщин на межу міцності та деформативність круглих сортиментів

Вплив сучків та тріщин всихання на величину межі міцності за стиску вздовж волокон визначали експериментальним шляхом. За раніше прийнятою методикою були проведені випробування лісоматеріалів будівельних розмірів з круглим поперечним перерізом із здоровими, зрослими сучками, природними тріщинами, які виникли в результаті всихання деревини, та тріщинами, які були зроблені штучно (рис. 4.1, 4.6).

Рис. 4.1. Випробування зразків з сучками на межу міцності за стиску вздовж волокон: а) обладнання для вимірювання та реєстрації зусиль та деформацій; б) зразок встановлений на випробувальній машині УММ-200

Проведені випробування зразків з Рівненської області показали, що контрольні зразки деревини з 1Ґ>30 % мали меншу міцність порівняно з контрольними зразками, висушеними до ИИ=17 % майже у два рази [172]. Загалом можна сказати, що на величину міцності більший вплив має вологість, ніж діаметр колоди та наявність і відносні розміри сучків (рис. 4.2).

Для деревини з вологістю ИИ=17 % спостерігається інша закономірність. Для колод із середніми діаметрами 8,6-8,8 см та відносними розмірами сучків 0,45 та 1,45 зниження міцності, порівняно з контролем, становило відповідно 8,2 та 15,6 %, для колод із середніми діаметрами 16,416,6 см та відносними розмірами сучків 0,65, 0,91, 1,96 - 13,1, 16,9 та 22,1 %, для колод із великими діаметрами 22,9-22,2 см та відносними розмірами сучків 0,71 та 1,52, зниження міцності становило відповідно 2,2 та 4,9 %. Великі здорові сучки, зрослі з деревиною, колод великих діаметрів, знижують межу міцності на незначну величину.

Рис. 4.2. Гістограма залежності міцності на стиск вздовж волокон від вологості, середнього діаметру колоди та відносних розмірів сучків (за даними Рівненської області)

На відміну від круглих сортиментів, у пиляних зразках з прямокутним поперечним перерізом зниження межі міцності за стиску вздовж волокон за відносних розмірах сучків 0,5-0,75 досягає 29 % [2].

Для круглих зразків з вадами, відібраних у Житомирській та Київській областях спостерігається аналогічні залежності (рис. 4.3, 4.4).

Рис. 4.3. Гістограма залежності міцності на стиск вздовж волокон від вологості, середнього діаметру колоди та відносних розмірів сучків (за даними Житомирської області)

Необхідно відмітити, що загалом міцність зразків з Житомирської та Київської областей за вологості 17 % на 7-10 % нижча за міцність зразків, відібраних у Рівненській області (рис. 4.5). Це можна пояснити меншою щільністю деревини сосни з цих місцевостей.

тріщина сортимент деревина сучок

Рис. 4.4. Гістограма залежності міцності на стиск вздовж волокон від вологості, середнього діаметру колоди та відносних розмірів сучків (за даними Київської області)

Рис. 4.5. Порівняльна характеристика міцності зразків на стиск з різних областей України за вологості W=17 %

Для виявлення впливу іншої найпоширенішої вади деревини - тріщин, були проведені дослідження трьох партій зразків з круглим поперечним перерізом від 8 до 13 см. Висота зразків була прийнята рівною двом їх діаметрам. Дослідження проводилися на зразках з вологістю вище межі насичення клітинних стінок ]Ґ>30 % та на зразках після сушіння з вологістю Ґ=17 %, при цьому мінливість вологості складала У№=0,6 %. Показники міцності були доведені до нормалізованої вологості 12 % за допомогою поправкового коефіцієнту - 0,035 [152]. За наведеною в раніше методикою були випробувані зразки з двома тріщинами, які утворилися в результаті розколювання, та з однією штучно утвореною тріщиною (рис.4.6, 4.7). Випробування проводилися на розривній машині УММ-200. Зразки навантажували поступово, до їх руйнування. Для контролю використані зразки з тією ж вологістю. Дослідження показали, що міцність цілих зразків та зразків з тріщинами була практично однаковою (табл. 4.1).

Рис. 4.6. Випробування зразків з тріщинами на стиск вздовж волокон: а) зразок для випробування з двома тріщинами; б) зразок з двома тріщинами під час випробування на випробувальній машині УММ-200

Таблиця 4.1. Межа міцності деревини за стиску вздовж волокон з двома тріщинами (W>30%)

Зниження міцності деревини було незначним і становило біля 2--1 %. Отже, тріщини у круглому лісоматеріалі суттєво не впливають на міцність за стиску, на відміну від зразків стандартних розмірів з квадратним поперечним перерізом. За даними Л. М. Перелигина [23] такі тріщини викликали зниження міцності за стискання брусу вздовж волокон в середньому на 8 %. Це пояснюється низьким модулем пружності деревини за висосої вологості, тому наявність тріщин суттєво не впливає на її міцність. Незважаючи на це, наявність тріщин погіршує сортність сировини та сприяє ураженню комахами. Отже, розроблена технологія сушіння круглих лісоматеріалів з врахуванням їх напруженного стану, наведена в раніше, є доцільною.

Рис. 4.7. Зразок для випробування з односторонньою бічною тріщиною

В результаті випробувань зразків з односторонньою бічною тріщиною усихання було встановлено, що вони не викликають зниження межі міцності деревини при стисканні вздовж волокон (табл. 4.2).

Таблиця 4.2. Межа міцності деревини з односторонніми тріщинами усихання за стиску вздовж волокон (W=17 %)

Аналізуючи табл. 4.2, можна сказати, що загалом тріщини зменшують міцність деревини на незначну величину - 1-3 %. В той же час, проведені дослідження виявили, що на межу міцності за стиску за наявності тріщин, більший вплив чинить підвищена вологість деревини, знижуючи її для Рівненської області на 51,2 %, для Житомирської та Київської відповідно на 40,5 % та 39,3 % [173].

Вплив сучків на деформативність сортиментів у разі стиску вздовж волокон за дії повторного статичного навантаження

Будівельні конструкції та їх елементи за час використання періодично, а іноді і постійно, піддаються дії повторного статичного навантаження. Дослідження впливу повторних навантажень на деформативність викликана необхідністю розрахунку елементів дерев'яних конструкцій. Вперше детальні дослідження були проведені Ю. М. Івановим [174, 175, 176] за різних механічних станах деревини, коли деформації пропорційні напруженням та за межами пружної роботи деревини, тобто за появи необоротних змін та залишкових деформацій. Випробування проводилися на деревині сосни за стиску вздовж волокон у зразках більших за стандартні. При цьому було встановлено закономірності у розвитку еластичних та залишкових деформацій.

Дослідженням деформативності деревини сосни круглого поперечного перерізу будівельних розмірів, з урахуванням вад, майже не приділяли уваги. Лише [177] наведено результати досліджень, проведених на зразках деревини, заготовлених у Київській області. Для встановлення закономірностей розвитку деформацій для більш широкого ареалу зростання сосни, були проведені аналогічні дослідження на зразках, заготовлених у Житомирській та Рівненській областях. Згідно методики навантаження зразків відбувалося повільно з рівномірною швидкістю, і при досягненні прийнятої верхньої межі навантаження припиняли, а потім плавно знімали. До зразків було застосовано 30-ти кратне прикладання навантаження (рис. 4.8). Деформацію при навантаженні та розвантаженні реєстрували за першого, другого, п'ятого, 10-го, 20-го та 30-го циклах навантаження через рівні інтервали навантаження. Кожний наступний цикл навантаження відбувався після розвантаження зразка та відпочинку його протягом 5 хв.

Рис. 4.8. Випробування зразка на деформування в разі стиску вздовж волокон під час дії повторного статичного навантаження

Навантаження за верхньої межі прийнято рівним 16,5 МПа, що відповідає у середньому 0,68 від умовної межі пропорційності та 0,55 від межі міцності.

За першого циклу навантаження контрольних зразків обох партій з вологістю вище межі насичення клітинних стінок деформації мали меншу зменшувалися (табл. 4.3). Для зразків з Рівненської області деформації контрольних зразків зменшилися з першого по 30-й цикл на 8,1 %, для Житомирської відповідно - 8,5 %.

Таблиця 4.3. Деформація деревини за стиску вздовж волокон за дії повторного статичного навантаження. W>30 %

Деформації зразків, які походили з Житомирської області з сучками сітр= 40 мм за першого циклу навантаження були більше контрольних на 7,1 % в кінці випробувань зменшилась на 6,1 %; деформація зразків з сучками 0^ = 69 мм була більшою у порівнянні з контрольними зразками на 8,7 % і до кінця випробувань зменшилась на 6,3 %.

Деформації зразків з Рівненської області, що мали сучки 0^ = 39 мм деформувалися за першого циклу навантаження більше за контрольні на 6,3 % в кінці випробувань зменшилась на 5,8 %. Деформація зразків з сучками 0^р= 70 мм була більшою у порівнянні з контрольними зразками на 10,9 % і в кінці випробувань зменшилась на 6,6 %.

У першому циклі, після зняття навантаження мали місце пружні деформації контрольних зразків, які у наступних циклах навантаження поступово зменшувалися, а після 20-го циклу зникали. У зразках з сучками зі збільшенням розмірів сучків деформація також зростала і була більшою за деформацію контрольних зразків, майже у 1,5 рази. У наступних циклах, деформація після зняття навантаження мала місце і величина її при кожному циклі була приблизно однаковою.

За отриманими даними були побудовані криві деформацій контрольних зразків та зразків з сучками за різної вологості (рис 4.8). Сумарна деформація після зняття навантаження після 30-кратного прикладання повторного статичного навантаження у контрольних зразків майже не відрізнялася від регіону походження деревини і в середньому становила 3,72. У зразків з сучками 0^р= 40 мм та 0^р= 39 мм - вона більше за контрольні у 2,4 та 3 рази, а у зразків з більшими сучками 0^р= 69 мм та оС= 70 мм відповідно ще більше тобто у 3,8 та 4 рази.

Показовим є постійна наявність деформацій після зняття навантаження у зразках з сучками. Після випробувань у період "відпочинку" деформація у зразках з сучками на протязі 40-60 хв повністю відновлювалася і зразки поверталися до попередніх розмірів. Це свідчить, що спостерігалися пружні деформації, які накопичувалися при багаторазовому прикладанні навантаження.

Для визначення впливу вологи на деформацію деревини за стиску вздовж волокон в разі дії повторного статичного навантаження були досліджені зразки деревини висушені до вологості 17 %. Було випробувано по 11 зразків з сучками з кожної області та по 6 контрольних (табл. 4.4). Зразки були розділені на 2 партії залежно від розмірів сучків. Випробування проводилися аналогічно до мокрої деревини.

Таблиця 4.4. Деформація деревини при стиску вздовж волокон за дії повторного статичного навантаження. W=17 %

Після висушування спостерігається зменшення деформації, як для контрольних зразків, так і для зразків з сучками, приблизно на 20 %. Відмічено незначний ріст деформацій із збільшенням розмірів сучків. За другого циклу навантаження відбувається інтенсивне зменшення деформацій, а потім воно відбувається поступово (рис. 4.8). Залишкова деформація за другого циклу зменшується майже у 2 рази і в наступних спостерігається поступове її зменшення.

Рис. 4.8. Деформація деревини з сучками 0^=39-42 мм при навантаженні за різної вологості на прикладі Рівненської області

Необхідно відмітити, що на відміну від контрольних зразків, з вологістю вище межі насичення клітинних стінок, суха деревина після 30-го циклу навантаження, має залишкові деформації. Загальна величина залишкових деформацій висушеної деревини, після першого циклу навантаження, вище ніж вологої для всіх контрольних майже у 2 рази, а для зразків з сучками 0^= 41-42 мм у 1,5 рази, та у зразках з сучками 0^р= 7173 мм більша на 18 % (рис. 4.9). Повні та залишкові деформації у зразках з сучками у порівнянні з контрольними зразками мають меншу величину.

Вочевидь, сучок, який має більшу щільність, виступає як клин, що зменшує деформативність деревини. Армуючу роль сучка для дощок відмічав і В. Н. Волинский [87]. Сучок та супутній йому завиток можуть принципово змінити всю картину напружень у зразку, що стискається, аж до збільшення міцності зразка по відношенню до прямолінійного зразка.

Рис. 4.9. Деформація деревини з сучками 0^=39-42 мм при знятті навантаження за різної вологості на прикладі Рівненської області

Сумарна деформація контрольних зразків з ]Ґ=17 % після зняття навантаження за 30-кратного прикладання повторного статичного навантаження була у 4 рази більшою за деформацію зразків з ]Ґ>30 %. Для зразків з сучками 0°Л = 41 мм та 0°Л = 42 мм вона була більшою за деформацію зразків з ]Ґ>30 % на 17-20 %. Для зразків з великими сучками 0^= 70 мм та 0°Л = 73 мм різниця між деформаціями вологих та підсушених зразків майже не відрізнялася.

Природно, що суха і волога деревина по різному сприймають повторне статичне навантаження. Анатомічні елементи сухої деревини знаходяться у склоподібному стані і при прикладанні навантаження у першому циклі, відбувається зминання всіх анатомічних елементів, скорочуються субмікроскопічні відстані між фібрілами, які носять незворотний характер. Це веде до появи деформацій за перших циклів навантаження і дуже незначної протидії пружних деформацій після його зняття.

Під час випробувань вологої деревини деформації з'являються одразу при прикладанні навантаження і при його знятті повернення деформацій іде швидше. Залишкові деформації є меншими за величиною, ніж у сухої деревини і у контрольних зразках після зняття навантаження і відпочинку зразків, спостерігалося їх повне відновлення. Це явище пояснюється наявністю у деревині гігроскопічної вологи, яка розташована у субмікропорах, і, яка при стисканні переміщується у більш великі внутрішні поверхні пор та у стінки клітин. При знятті навантаження волога повертається у субмікропори, що сприяє поверненню зразків у попередні розміри.

Размещено на Allbest.ru