Конструкції з дерева - Розрахункові опори деревини
Розрахункові опори та пружні характеристики деревини та деревних матеріалів
На відміну від традиційних будівельних матеріалів, отриманих в результаті багатоетапної переробки корисних копалин і дозволяють отримати матеріали із заданими, мало мінливими властивостями міцності, механічні властивості деревини, яка є природним полімерним матеріалом, мають значну мінливість характеристик. Це зумовлено безліччю чинників, як-от будова, пороки, район і умови проростання тощо. Тому отримання достовірних розрахункових характеристик на малих зразках чистої деревини спричиняє значну складність.
Багаторічні дослідження та накопичений банк даних за значний період дозволили в останні роки провести аналіз сортового складу матеріалів із встановленням для них мінімально допустимих меж міцності (тимчасових опорів). Нижче (табл. 3) наведено нормативні та тимчасові опори R H і Л у р для трьох сортів пиломатеріалу порівняно з чистою деревиною, наведеною до вологості 12%, для основних видів напруженого стану. З метою більшої достовірності тимчасові опори отримані шляхом проведення стандартних випробувань на великих зразках з наявністю вад, що дозволяє уникнути впливу масштабного фактора при нормуванні.
Нормативний опір визначається за такою формулою:
де RBp – середнє значення тимчасового опору при стандартних випробуваннях зразків; h - коефіцієнт, що дорівнює 1,65, для забезпеченості 0,95 при нормальному розподілі прийнятої для нормування нормативних опорів; п - коефіцієнт варіації, що залежить від виду напруженого стану та сорту деревини. Його величина коливається від 0,15 до 0,25.
Розрахунковий опір R, як видно з попереднього параграфа, призначається шляхом поділу R H на коефіцієнт надійності за матеріалом ут, що враховує відхилення у бік менших значень міцності матеріалу з більш високою забезпеченістю по відношенню до нормативного опору,
де г) = 2,33 – для забезпеченості 0,99 при нормальному розподілі, прийнятому для нормування розрахункових опорів.
Але деревина, як було сказано, змінює свої властивості міцності при навантаженні протягом часу. Тому для отримання базового розрахункового опору вводиться множник тт, що враховує вплив тривалості навантаження з переходом від міцності деревини при короткочасних стандартних випробуваннях до її міцності в умовах тривалих постійних і тимчасових навантажень за весь термін служби конструкцій.
де тт = 0,66 прийнято за базову та враховує спільну дію постійного та короткочасного навантажень.
Базові розрахункові опори сосни та ялини, що відповідають нормальним температурно-вологісним умовам експлуатації (при температурі
Зниження коефіцієнта тпб зі збільшенням висоти перерізу клеєного пакета обумовлено нижчим базовим розрахунковим опором при розтягуванні порівняно з розрахунковим опором при згинанні. У високих згинальних елементах крайні нижні дошки більшою мірою є розтягнутими, ніж згинаються.
Зміна коефіцієнта тсл в залежності від товщини дощок пояснюється більшою розосередженістю сучків та меншою ймовірністю наявності сучків в одному перерізі у зв'язку з великою кількістю тонких дощок.
У гнутоклеєних дерев'яних конструкцій міцність матеріалу залежить від товщини дощок, в яких мають місце початкові напруги, отримані в процесі запресування. Цеявище враховується коефіцієнтом умови роботи ТГН (табл. 6).
Міцність деревини знижується також під дією деяких хімічних препаратів від біопоразки, які впроваджені під тиском в автоклавах на значну глибину. І тут коефіцієнт умови роботи та = 0,9.
Вплив концентрації напруг у розрахункових перерізах розтягнутих елементів, ослаблених отворами, а також у елементах, що згинаються, з круглих лісоматеріалів з підрізанням у розрахунковому перерізі відображає коефіцієнт умови роботи т0 = 0,8.
Деформативність деревини при розрахунку дерев'яних конструкцій по другій групі граничних станів враховується базовим модулем пружності Е, який при напрямку зусилля вздовж волокон деревини прийнято 10000 МПа, а поперек волокон 400 МПа. При розрахунку стійкість модуль пружності прийнятий 4500 МПа.
Базовий модуль зсуву деревини (6) в обох напрямках дорівнює 500 МПа. Коефіцієнт Пуассона деревини поперек волокон при напругах, спрямованих уздовж волокон, приймається рівним пдо о = 0,5, а вздовж волокон при напругах, спрямованих поперек волокон, п900 = 0,02.
Пружні характеристики деревини, крім коефіцієнта Пуассона для конструкцій, що експлуатуються в різних умовах експлуатації, коригується коефіцієнтом ТБ шляхом множення їх на Е або G.
Оскільки тривалість і рівень навантаження впливає не тільки на міцність, але і на деформаційні властивості деревини, величина модуля пружності та модуля зсуву множиться на коефіцієнт тй = 0,8 при розрахунку конструкцій, в яких напруги в елементах, що виникають від постійних та тимчасових тривалих навантажень, перевищують 80% сумарної напруги від усіх навантажень.
При розрахунку металодерев'яних конструкцій пружні характеристики тарозрахункові опори сталі та з'єднань сталевих елементів, а також арматури приймаються по главах СНиП з проектування сталевих та залізобетонних конструкцій.
З усіх листових конструкційних матеріалів з використанням деревної сировини тільки фанеру рекомендується використовувати як елементи несучих конструкцій, базові розрахункові опори яких наведені в табл.10 СНиП П-25-80. За відповідних умов роботи клеєфанерних конструкцій розрахунком за першою групою граничних станів передбачається множення базових розрахункових опорів фанери на коефіцієнти умов роботи тв, md, тн та тл. При розрахунку по другій групі граничних станів пружні характеристики фанери в площині листа приймаються за табл.11 СНиП-25-80. Модуль пружності та модуль зсуву для конструкцій, що знаходяться в різних умовах експлуатації, а також піддаються спільному впливу постійного та тимчасового тривалих навантажень, слід помножити на відповідні коефіцієнти умов роботи, прийнятих для деревин