Деформативність круглих сортиментів під час статичного поперечного згину у разі дії повторного навантаження

Размещено на http://www.allbest.ru/

Деформативність круглих сортиментів під час статичного поперечного згину у разі дії повторного навантаження

Дерев'яні елементи конструкцій досить часто піддаються дії повторних статичних навантажень, тому закономірності деформування їх мають велике практичне значення. Для вивчення деформацій, в даному випадку прогинів лісоматеріалів, як і в попередніх випробуваннях, використані лісоматеріали з круглим поперечним перерізом, довжиною до трьох метрів із здоровими зрослими з деревиною сучками. Було випробувано три партії балок з діаметрами у межах від 10,3 до 14,8 см. У кожній партії випробувано по шість ділянок без сучків та шість з сучками <Ґ% = 37 - 41мм, ^ = 1,20.

Вологість зразків перевищувала межу насичення клітинних стінок Ґ>30 %. Для виявлення впливу вологості на прогин деревини за статичного поперечного згину, також були досліджені зразки з вологістю, яка становила Ґ=17±3 %. Діаметр висушених зразків коливався у межах від 9,9 до 14,3 см. Сучки у всіх партіях були приблизно однакових розмірів. Оскільки наведені вище дослідження дозволили визначити небезпечне розташування сучків в розтягнутій зоні, то випробування на деформативність були проведені саме на розтяг. При цьому великі сучки в мутовці розташовували у розтягнутій зоні посередині проліту між опорами. Відстань між якими прийнято 1000 мм, ділянки балок піддавали 30-ти циклам навантаження. Прогин визначали за першого, другого, п'ятого, 10-го, 20-го, 30-го циклах на початку навантаження, до досягнення верхньої межі та після знаття навантаження. Балки після випробувань знаходилися протягом 12 годин у вільному стані. При цьому реєстрували повернення деформацій. В кожній партії балок по три ділянки випробувалися за верхньої межі напруження 20 МПа, що дорівнювало 0,75 умовній межі пропорційності та по три, з верхньою межею у 25 МПа - вище умовної межі пропорційності на 25 %. Для всіх контрольних ділянок балок прогин при напруженні у 20 МПа декілька збільшувався і після 30-ти циклів навантаження його можна вважати практично незмінним. Прогин після зняття навантаження зі збільшенням кількості циклів поступово зростав і в кінці випробувань досягав 0,011-0,021 (табл. 4.10).

Таблиця 4.10. Прогин деревини за статичного поперечного згину в разі дії повторного статичного навантаження (оум = 0,75)

Процес деформування балок з сучками відбувався аналогічно, але прогин за першого циклу був більшим, за контрольний на 1,8-3,6 % при 30-му циклі - на 1,3-2,6 % [183, 184].

При випробуванні балок з вологістю ]Ґ=17 % спостерігається така ж тенденція, але прогин був меншим у порівнянні з вологими зразками на 20-30 %, залежно від походження зразків.

При випробуванні балок з верхньою межею напруження у 25 МПа, яка вище умовної межі пропорційності на 25 %, прогин контрольних ділянок балок за першого циклу навантаження був в межах 1,25-1,28. Він почав помітно збільшуватися після третього циклу і в кінці випробувань збільшився майже у 3 рази для зразків з усіх областей. Прогин ділянок балок з сучками був більшим за контрольні ділянки у першому циклі на 14,918,8 %, в останньому циклі на 2 % для Рівненської області та 3,3 % та 8,5 % відповідно для Київської та Житомирської областей. (табл. 4.11).

Після висушування зразків до вологості менше насичення клітинних стінок, прогин зразків на початку навантаження як контрольних, так і з сучками зменшився на 20 % для Київської та Житомирської областей та на 30% для Рівненської у порівнянні з вологими зразками.

Після зняття навантаження у 20 МПа, прогин на контрольних ділянках та ділянках з сучками, для деревини з вологістю ]Ґ>30 % практично однаковий і після 60-ти хвилин спокою повністю відновився (рис. 4,12, криві 1, 2). Для деревини з вологістю Ґ=17 % після 12 годин відновлення прогину припинилося і залишковий прогин спостерігався, як у контрольних зразків так і у зразків з сучками (рис. 4.12, криві 3.4).

Таблиця 4.11. Прогин деревини за статичного поперечного згину в разі дії повторного статичного навантаження (оум = 1,25)

Після зняття навантаження у 25 МПа, що є вище умовної межі пропорційності та 12 годин спокою, відновлення деформацій припинилося і залишковий прогин спостерігався як у контрольних зразках так і зразках з сучками. Причому, для деревини з вологістю Ґ>30 % для балок з сучками у порівнянні з контрольними він був більшим на 60-64 %, для висушеної деревини у порівнянні з контрольними на 30-54 %. (рис. 4.13)

Рис. 4.12. Редеформація після знаття навантаження о = 0,75 см. на прикладі Рівненської області

Рис. 4.13. Редеформація після знаття навантаження о = 1,25 см на прикладі Рівненської області

В результаті випробувань встановлено, що за поперечного згину під в разі дії повторного статичного навантаження сучки, які знаходяться в розтягнутій зоні, сприяють деякому збільшенню деформації.

Ефективність використання круглого лісу в будівельних конструкціях

Деревні конструкції (СНиП 11-25-80) [185] виконуються з лісоматеріалів хвойних та листяних порід, що можуть бути у вигляді круглих лісоматеріалів діаметрами від 11 см та пиляних товщиною від 16 мм. Ширина річних шарів в деревині має бути не більше 5 мм, а вміст в них пізньої деревини - не менше 20 %.

Робота деревини залежить від виду навантаження (розтяг, стиск, вигин, сколювання, зминання), напряму дії зусиль відносно волокон деревини тощо. Відомо [2, 8, 10, 23] що наявність вад деревини (сучків, тріщин) суттєво впливає на її міцність. Стверджується, що сучки значно послаблюють робочий поперечний перетин елементів, особливо за умов розташування їх у розтягнутій зоні (рис. 4.14, а), в стиснутій зоні (рис. 4.14, б) такий вплив значно менший.

Рис. 4.14. Схема навантаження на згин з врахуванням розташування сучків: а) в зоні розтягу; б) в зоні стиску

Однак, наведені вище експериментальні та теоретичні результати досліджень відносяться лише до наявності сучків у пиломатеріалах. Вплив сучків на несучу спроможність колод мало досліджено, що дає можливість передбачати кращі характеристики, оскільки волокна деревини у місцях присучкового нахилу волокон не перерізаються.

В якості головного міцнісного показника матеріалу прийнято вважати його опір, який може приймати нормативні та розрахункові значення. За визначеними значеннями опору матеріалів згідно [185] розраховують граничні стани конструкцій, за умов яких вони перестають задовольняти заданим експлуатаційним вимогам щодо довговічності та капітальності. Нормативний опір визначається за виразом [185]:

де V- коефіцієнт варіації показників міцності за даними випробувань.

Rep - тимчасова величина міцності матеріалу (середнє значення розподілу), МПа (табл.4.12-4.14).

1,65 - квантиль у передбачуваній статистичній функції розподілу із забезпеченістю 0,95, для якої визначається нормативний опір. Розрахункові опори Rp визначають за формулою:

де Кн - нормативний опір, МПа; ттр - коефіцієнт тривалої міцності; у„ - коефіцієнт надійності; ут - коефіцієнт надійності за матеріалом.

Таблиця 4.12. Результати розрахунків опорів у разі розташування сучків в стиснутій зоні балок

Таблиця 4.13. Результати розрахунків опорів у разі розташування сучків в розтягнутій зоні балок

деревина прогин навантаження балка

Таблиця 4.14. Результати розрахунків опорів у балках з тріщинами

За умов забезпечення 0,99 з врахуванням коефіцієнта надійності за матеріалом ут, який визначається з умови переходу від забезпеченості 0,95 дляКн до забезпеченості 0,99 дляКр (2,33) за виразом:

де т)„ , гр - квантилі для забезпеченості 0,95 для Яя (1,65) і забезпеченості 0,99 для Кр (2,33).

В розрахунках опору на згин дослідних зразків враховано температурно-вологісні умови експлуатації конструкцій згідно [185] за режимами навантаження (в лабораторних умовах) з коефіцієнтом тривалої міцності 1,0 відповідно до ІІ-го та Ш-го класів відповідності, що характеризуються коефіцієнтами надійності 1,1 та 1,0.

На рис. 4.15 та 4.16 наведені результати розрахунків величин розрахункових опорів на згин в балках з вадами та без та нормовані значення для деревини.

Рис. 4.15. Розрахунковий опір деревини на згин в балках із сучками

В чинних нормативних документах [185] на деревні конструкції відображено значення нормативного опору 57 МПа та розрахункового опору - 16 МПа (для сорту 2/К24 деревини) та 10 МПа - для сорту 3/К16 деревини, отриманих в результаті випробувань малих пиляних зразків. Однак, на сьогодні відомо, що існує суттєва залежність опору на згин від абсолютних розмірів елементів конструкцій, причинами якої може бути: неоднорідність будови деревини, співвідношення висоти до ширини зразка, відсутність серцевини у малих зразках тощо. Досліджено, що зниження опору елементів натурних будівельних розмірів по відношенню до опору малих стандартних зразків у середньому складає 15-20 %.

Враховуючи отримані результати можна рекомендувати внести зміни до [185] щодо нормативного та розрахункового опорів для круглих лісоматеріалів, які працюють на згин, а саме балок перекриття, прогонів,

Рис. 4.16. Розрахунковий опір деревини на згин в балках із тріщинами крокв, ферм тощо. Оскільки значення розрахункових опорів значно вищі за нормовані в [185], можна використовувати в конструкційних елементах споруд лісоматеріали меншого перетину за рахунок збереження цілісності деревних волокон.

Ефективність застосування сортиментів малих діаметрів підтверджується ресурсоощадним використанням сировини та зниженням трудовитрат. Сьогодні для міжповерхових перекриттів використовують балки розмірами по товщині і ширині від 10 см до 24 см, для виготовлення 1 м3 яких потрібно 1,8 м3 сировини середніх та грубих діаметрів, тобто більше 16 см. Наприклад, для виготовлення балок перекриття будинку площею 100 м2 необхідно 2,3 м3 балок перекриття перетином 12x6 см або 2,4 м3 круглих лісоматеріалів діаметром 13 см. Враховуючи відповідну різницю цін на сировину - 1800 грн/м3 та 500 грн/м3, вартість перекриття можна знизити майже в 2 рази.

Дані, отримані у результаті випробувань круглих лісоматеріалів із здоровими, зрослими з деревиною сучками та тріщинами всихання показали, що для всіх досліджуваних зразків, наявність вільної вологи знижує межу міцності на стиск уздовж волокон та на статичний згин майже у 2 рази. Встановлено, що круглі балки з сучками та з вологістю меншою за межу насичення Ш ? 30 % мали більшу межу міцності за статичного згину на 20-25 %.

Збільшення відносних розмірів сучків, за однакового діаметра зразка понижує межу міцності на стиск. Так, за діаметрів колод Б = 8,6-8,8 см і відносних розмірах сучків ^ = 0,85 та ^-=1,45, зниження міцності становило 6 та 19 % відповідно. Сучки з відносними діаметрами -- =0,71 та = 1,52 у колодах з Б = 22,2 см та Б = 21,9 см викликали зниження міцності відповідно на 2 та 5 %. Великі сучки викликають незначне зниження міцності, яке поступово зменшується зі збільшенням діаметра зразка.

Статистичні розрахунки проведених досліджень дали можливість зробити припущення, що найбільшу межу міцності уздовж волокон мають зразки деревини з Рівненської області. Це спостерігалося як для зразків з сучками, так і для контрольних зразків.

Бокові односторонні та двосторонні тріщини не викликають зниження міцності при стиску вздовж волокон.

Розташування найбільшого сучка по різному впливає на межу міцності за статичного згину і залежить від місця прикладання навантаження. Так, розташування найбільшого сучка у стиснутій зоні підвищує межу міцності для вологої деревини на 8 %, а для сухої на 19 %. При розташуванні найбільшого сучка у розтягнутій зоні спостерігається пониження межі міцності відповідно на 16 % та 23 % для вологої та сухої деревини.

Деформування при згині балок із сучками в розтягнутій зоні під час дії повторного статичного навантаження збільшується порівняно з контрольними.

Залишкові деформації підсушених балок із сучками після 12 год витримки були незначними, як після дії навантаження меншого, так і більшого за межу пропорційності і становили 0,07-0,09.

Зниження межі міцності деревини при стисканні вздовж волокон за впливу сучків у зразках з круглим поперечним перерізом значно менше, ніж у зразках з прямокутним поперечним перерізом, що доводить можливість застосування маломірного круглого лісу в будівельних конструкціях.

Визначені розрахункові опори на згин круглих лісоматеріалів з вадами та без них, які майже в 2 рази перебільшують нормовані, що свідчить про можливість використання круглого лісу малих діаметрів в будівельних конструкціях.

Размещено на Allbest.ru