Вплив сучків та тріщин на межу міцності круглих сортиментів у разі статичного поперечного згину

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вплив сучків та тріщин на межу міцності круглих сортиментів у разі статичного поперечного згину

міцність деревина згин балка

Межу міцності деревини за статичного згину визначали під час випробувань балок будівельних розмірів з круглим поперечним перерізом за відстані між опорами машини 100 см та прикладанні згинаючого зусилля на середині довжини зразка. Випробування проводилися на чотирьох партіях балок довжиною від 3,5 до 4 м із середнім діаметром стовбурів 11-14 см. Дослідні балки мали як ділянки з сучками різних розмірів, так і контрольні ділянки без сучків (табл. 1). Середній діаметр сучків становив 40-84 мм. Відстань між мутовками у балках в середньому дорівнювала 40 см (рис. 4.10, а). У кожній балці одна або дві ділянки з великою відстанню між мутовками була контрольною. Вологість частини зразків була вищою за межу насичення клітинних стінок ]Ґ>30 %, а частина зразків була висушена до вологості ]Ґ = 15-18 %.

Таблиця 1. Характеристика балок з сучками

Випробування проводили на випробувальній машині (рис. 1, б)

Рис. 1. Випробування круглих сортиментів на статичний поперечний згин: а) зразки для випробування; б) зразок круглого сортименту під час випробування

При випробуваннях найбільші сучки у мутовках розташовували у двох варіантах: у партіях № 1 і № 2 у стиснутій, в партіях № 3 та № 4 - в розтягнутій зонах балки. У разі такого розташування самих великих сучків, у першому варіанті, дрібні сучки зустрічалися в розтягнутій зоні, а в другому варіанті - у стиснутій зоні балки. В зв'язку з цими умовами з'явилася можливість встановити переважний вплив на межу міцності деревини найбільшого сучка у мутовці.

За розташування найбільших сучків у стиснутій зоні, зразків з вологістю більше межі насичення клітинних стінок спостерігається деяке підвищення межі міцності у порівнянні з контрольними зразками. Так, за середніх діаметрів сучків 42-52 мм, розташованих у стиснутій зоні, спостерігається підвищення межі міцності на 2-3 %, а сучків з середнім діаметром 59-85 мм відповідно на 6-8 % [178-180].

При розміщенні великих сучків у розтягнутій зоні вологих зразків спостерігається протилежна залежність - зменшення межі міцності, і чим більшим є сучок, тим більшим є зменшення межі міцності у порівнянні з контрольними зразками. Так, за середніх діаметрів сучків 40-19 мм межа міцності зменшується відповідно на 6-9 %. У разі збільшення діаметрів сучків до 64-81 мм спостерігається зменшення на 10-16 %. Результати випробувань та статистичних обрахунків наведені у табл. 2-3.

Дослідження міцності на згин зразків із вологістю меншою за межу насичення клітинних стінок показали, що відсутність вільної води підвищило межу міцності у середньому на 5-10 %. За розташування сучків із середніми діаметрами 38-45 мм у стиснутій зоні межа міцності підвищувалася на 10-15 %, а сучки з середніми діаметрами 75-84 мм підвищували межу міцності відповідно на 16-19 %.

Таблиця 2. Визначення межі міцності за статичного поперечного згину у разі розташування сучків у стиснутій та розтягнутій зонах (Рівненська область)

У разі розташування сучків у розтягнутій зоні підсушених зразків спостерігалася аналогічна залежність, як і під час випробування мокрої деревини, тобто сучки із середніми діаметрами 40-42 мм знижують межу міцності деревини на 12-15 %, а сучки із середніми діаметрами 76-81 мм на 18-23 %.

Таблиця 3. Визначення межі міцності за статичного поперечного згину у разі розташування сучків у стиснутій та розтягнутій зонах (Житомирська область)

Руйнування зразків у стиснутій зоні починалося з утворення складки. Якщо навантаження припадало на сучок, то спостерігався зсув деревини присучкової зони у бік сучка. У розтягнутій зоні виникає тріщина на межі переходу річного шару в сучок з того боку зразка, що має менший діаметр, або у вигляді розриву волокон. Руйнування сучків у розтягнутій та стиснутій зонах не спостерігалося, що можна пояснити більшою щільністю деревини сучків.

Таблиця 4. Визначення межі міцності за статичного поперечного згину у разі розташування сучків у стиснутій та розтягнутій зонах (Київська область)

Вплив сучків за різного їх розташування відносно згинаючого зусилля був досліджений Н. Н. Бураковим [2], Н. Л. Леонтьєвим та А. Л. Михайличенко [5], В. П. Левченко [181, 182]. Заданими Н. Н. Буракова зниження межі міцності за тангенціального згину за наявності сучків в небезпечному перерізі досягало 37 %, за радіального згину - 33 %. За дослідженнями Н. Л. Леонтьева та А. А. Михайличенка зниження межі міцності під впливом сучків з відносними розмірами 0,42 за тангенціального згину дорівнювало 35 %, за радіального згину сучки з відносними розмірами 0,41 знизили міцність на 16 %.

Як відомо, руйнування дерев'яних балок за статичного поперечного згині відбувається спочатку в стиснутій зоні небезпечного перерізу з утворенням складки, а потім в розтягнутій зоні, що пояснюється різною міцністю деревини за стиску та розтягу вздовж волокон. Це справедливо для деревини без сучків незалежно від форми поперечного перерізу, якщо його перетин за довжиною балки постійний.

У балках з круглим поперечним перерізом за відсутності сучків складка руйнування в стиснутій зоні дещо зміщується у бік опори, що викликано природнім зменшенням поперечного перерізу в результаті наявності збігу. В розтягнутій зоні руйнування має защепистий вигляд.

Розміри зміщення складки руйнування у бік опори в балках з мутовчастим розташуванням сучків в небезпечному перерізі збільшуються, оскільки у них площа поперечного перерізу до мутовки та після неї відрізняються.

Бокові тріщини всихання можуть бути односторонні та двосторонні радіально спрямовані, мати різну глибину та довжину. Дослідження їх впливу на межу міцності за статичного згину проводили на зразках, які мали вологість вищу за межу насичення клітинних стінок та були висушені до 1618 %. Тріщини у зразках мокрої деревини утворювали штучно. Загалом було досліджено по 10 зразків діаметром від 10 до 15,2 см з тріщинами глибиною до анатомічного центру, з тріщинами по всій довжині зразка, з тріщинами до 1/2 довжини зразка та контрольні зразки без тріщин (рис. 2).

Рис. 2. Зразок з тріщиною під час випробування

Довжина зразків коливалася в межах 1200-1500 мм, відстань між мутовками - 60-70 см. З метою прискорення виникнення тріщин всихання зразки були висушені жорстким режимом. Для утворення тріщин глибиною до 1/2 діаметра застосовували штучний метод.

Зразок навантажували посередині між мутовками. Площину тріщин орієнтували паралельно та перпендикулярно згинаючого зусилля. Результати випробувань для зразків, відібраних у Рівненській області наведено в табл. 5. - для мокрої деревини, та у табл. 6 - для підсушеної деревини.

Видно, що у лісоматеріалах з круглим поперечним перерізом поодинокі бокові тріщини глибиною до анатомічного центру при дії згинаючого зусилля паралельно та перпендикулярно відносно їх площини сприяють незначному зниженню міцності - на 3-4 %, як у вологих, так і підсушених зразках.

Таблиця 5. Межа міцності зразків з тріщинами при статичному поперечному згині за вологості W>30%

У разі випробувань, відмічено підвищення міцності підсушених зразків порівняно з вологими в середньому на 29 % (табл. 6).

За даними Л. М. Перелигина [23] , зниження міцності деревини дощок та брусу під впливом тріщин, площина яких співпадає з напрямком згинаючого зусилля є незначним, а у випадках, коли площина тріщини розташована перпендикулярно до напрямку згинаючого зусилля, зниження межі міцності досягає 43 %.

Таблиця 6. Межа міцності зразків з тріщинами за статичного поперечного згину за вологості W = 16-18 %

Аналогічні залежності отримані В.П. Левченко [128] для зразків відібраних в Київській області, який відмічав, що вплив однобічних бокових тріщин глибиною до 1/2 діаметра торця на межу міцності за статичного згину круглих балок незалежно від напрямку згинаючого зусилля відносно їх площини не мають значного впливу.

Размещено на Allbest.ru