Модуль упругости сосны 2 сорта

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 19.09.2024

1. Основы расчета деревянных конструкций по методу предельных состояний.

2. Нормирование расчетных сопротивлений древесины.

3. Центрально-растянутые элементы.

4. Центрально-сжатые элементы.

5. Изгибаемые элементы

6. Сжатие и смятие древесины поперек волокон.

7. Скалывание древесины.

8. Рекомендации по компоновке сечений деревянных элементов.

Учебная литература.

1. Конструкции из дерева и пластмасс. Под ред. Г.Г. Карлсена, Москва, Стройиздат, - 1975 г.

2. Конструкции из дерева и пластмасс: учеб. /М.М. Гаппоев и др. – М.; Издательство АСВ, 2004 г.;

3. Деревянные конструкции. Примеры расчета и конструирования: учебное пособие / под ред. Д.К. Арленинова. – М.; Издательство АСВ, 2006 г.;

4. Деревянные конструкции. Учебное пособие / А.В. Калугин. – М.; Издательство АСВ, 2012 г.

Основы расчета деревянных конструкций по методу предельных состояний

Деревянные конструкции, как и другие виды строительных конструкций, рассчитываются по методу предельных состояний. Предельным называется такое состояние конструкций, при котором их дальнейшая эксплуатация становится невозможной по причине: потери несущей способности (прочности, устойчивости)первое предельное состояние; возникновения недопустимых деформаций (прогибов, перемещений)- второе предельное состояние.

Конструкции рассчитываются на наиболее неблагоприятное сочетание нагрузок (собственный вес, снеговая, ветровая, технологические и другие нагрузки). Вероятность одновременного воздействия нескольких нагрузок на конструкции учитывается коэффициентами сочетаний (см. пп. 1.10-1.13 Свода правил [1]).

Нормирование расчетных сопротивлений древесины и фанеры

Основными нормируемыми характеристиками прочности древесины и фанеры являются нормативные и расчетные сопротивления, которые устанавливаются на основании результатов многочисленных испытаний малых стандартных образцов или крупных образцов из пиломатериалов и круглого леса.

В современных нормах расчетные характеристики древесины получены в результате испытаний крупных образцов, однако этот подход неприменим при определении прочностных характеристик древесины в реальных конструкциях, когда невозможно выпилить крупные образцы.

Расчетные сопротивления древесины сосны и ели 2-го сорта

Напряженное состояние и характеристика элементов	Обозначения в формулах	Расчетные сопротивления, МПа
Изгиб, сжатие и смятие вдоль волокон элементов прямоугольного сечения высотой до 50 см	R_и, R_с, R_см	13
Растяжение вдоль волокон:	R_р
а) неклееные элементы	7
б) клееные элементы	9
Сжатие и смятие по всей площади поперек волокон	Rс.₉₀,R_см.90	1,8
Сжатие и смятие поперек волокон местное:	R_см.90
а) в опорных частях конструкций, в лобовых врубках	3
б) под шайбами при углах смятия от 90 до 60°	4
Скалывание вдоль волокон:	R_ск
а) при изгибе неклееных элементов	1,6
б) при изгибе клееных элементов	1,5
в) в лобовых врубках	2,1
Растяжение поперек волокон в клееных деревянных элементах	R_р.90	0,3

Модуль упругости древесины принят: вдоль волоконЕ = 10 4 МПа; поперек волокон Е_0.90 = 400 МПа. Модуль сдвига древесины относительно осей, направленных вдоль и поперек волокон, G_0.90 = 500 МПа. Модули упругости и сдвига древесины и фанеры для конструкций, находящихся в условиях эксплуатации, отличающихся от нормальных, необходимо умножать на соответствующие коэффициенты условий работы, приведенные выше для расчетных сопротивлений.

Физико-механические свойства различных пород древесины (по ГОСТ 4631-49), Таблица. Объемный вес. Предел прочности. Модуль упругости. Таблица прочности древесины.

Дополнительная информация от Инженерного cправочника DPVA, а именно - другие подразделы данного раздела:

Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста.
Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.

К механическим свойствам древесины относятся: прочность, твёрдость, жёсткость, ударная вязкость и другие.

Прочность — способность древесины сопротивляться разрушению от механических усилий, характеризующихся пределом прочности. Прочность древесины зависит от направления действия нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков.

Существенное влияние на прочность древесины оказывает только связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках. При увеличении количества связанной влаги прочность древесины уменьшается (особенно при влажности 20-25%). Дальнейшее повышение влажности за предел гигроскопичности (30%) не оказывает влияния на показатели прочности древесины. Показатели пределов прочности можно сравнивать только при одинаковой влажности древесины. Кроме влажности на показатели механических свойств древесины оказывает влияние и продолжительность действия нагрузок.

Вертикальные статические нагрузки — это постоянные или медленно возрастающие. Динамические нагрузки, наоборот, действуют кратковременно. Нагрузку, разрушающую структуру древесины, называют разрушительной. Прочность, граничащую с разрушением, называют пределом прочности древесины, её определяют и измеряют образцами древесины. Прочность древесины измеряют в Па/см2 (кгс на 1 см2) поперечного сечения образца в месте разрушения, (Па/см2 (кг с/см2).

Сопротивление древесины определяют как вдоль волокон, так и в радиальном и тангенциальном направлении. Различают основные виды действий сил: растяжение, сжатие, изгиб, скалывание. Прочность зависит от направления действия сил, породы дерева, плотности древесины, влажности и наличия пороков. Механические свойства древесины приведены в таблицах.

Чаще всего древесина работает на сжатие, например, стойки и опоры. Сжатие вдоль волокон действует в радиальном и тангенциальном направлении (рис. 1).

Предел прочности на растяжение. Средняя величина предела прочности при растяжении вдоль волокон для всех пород составляет 1300 кгс/см2. На прочность при растяжении вдоль волокон оказывает большое влияние строение древесины. Даже небольшое отклонение от правильного расположения волокон вызывает снижение прочности.

Прочность древесины при растяжении поперёк волокон очень мала и в среднем составляет 1/20 часть от предела прочности при растяжении вдоль волокон, то есть 65 кгс/см2. Поэтому древесина почти не применяется в деталях, работающих на растяжение поперёк волокон. Прочность древесины на растяжение поперёк волокон имеет значение при разработке режимов резания и режимов сушки древесины.

Рис. 1. Испытание механических свойств древесины на сжатие: а — вдоль волокон; б — поперек волокон — радиально; в — поперек волокон — тангенциально.

Предел прочности при сжатии. Различают сжатие вдоль и поперёк волокон. При сжатии вдоль волокон деформация выражается в небольшом укорочении образца. Разрушение при сжатии начинается с продольного изгиба отдельных волокон, которое во влажных образцах из мягких и вязких пород проявляется как смятие торцов и выпучивание боков, а в сухих образцах и в твёрдой древесине вызывает сдвиг одной части образца относительно другой.

Средняя величина предела прочности при сжатии вдоль волокон для всех пород составляет 500 кгс/см2.

Прочность древесины при сжатии поперёк волокон ниже, чем вдоль волокон примерно в 8 раз. При сжатии поперёк волокон не всегда можно точно установить момент разрушения древесины и определить величину разрушающего груза.

Древесину испытывают на сжатие поперёк волокон в радиальном и тангенциальном направлениях. У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами (дуб, бук, граб) прочность при радиальном сжатии выше в полтора раза, чем при тангенциальном; у хвойных — наоборот, прочность выше при тангенциальном сжатии.

Рис. 2. Испытание механических свойств древесины на изгиб.

Предел прочности при статическом изгибе. При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои древесины испытывают напряжение сжатия, а нижние — растяжения вдоль волокон. Примерно посередине высоты элемента проходит плоскость, в которой нет ни напряжения сжатия, ни напряжения растяжения. Эту плоскость называют нейтральной; в ней возникают максимальные касательные напряжения. Предел прочности при сжатии меньше, чем при растяжении, поэтому разрушение начинается в сжатой зоне. Видимое разрушение начинается в растянутой зоне и выражается в разрыве крайних волокон. Предел прочности древесины зависит от породы и влажности. В среднем для всех пород прочность при изгибе составляет 1000 кгс/см2, то есть в 2 раза больше предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Рис. 3. Сдвиг древесины: а — вдоль волокон; б — перпендикулярно волокнам.

Рис. 4. Сдвиг деталей: а — обыкновенный; б — двойной.

Прочность древесины при сдвиге. Внешние силы, вызывающие перемещение одной части детали по отношению к другой, называют сдвигом. Различают три случая сдвига: скалывание вдоль волокон, поперёк волокон и перерезание.

Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1/5 часть от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), прочность на скалывание по тангенциальной плоскости на 10-30% выше, чем по радиальной.

Предел прочности при скалывании поперёк волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперёк волокон в четыре раза выше прочности при скалывании.

Рис. 5. Направление сил в деревянной конструкции, находящейся под нагрузкой: 1 — сдвиг на скалывание; 2 — сжатие; 3 — растяжение; 4 — изгиб; 5 — сжатие.

Твёрдость - это свойство древесины сопротивляться внедрению тела определённой формы. Твёрдость торцовой поверхности выше твёрдости боковой поверхности (тангенциальной и радиальной) на 30% у лиственных пород и на 40% у хвойных. По степени твёрдости все древесные породы можно разделить на три группы: 1) мягкие — торцовая твёрдость 40 МПа и менее (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан); 2) твёрдые — торцовая твёрдость 40,1-80 МПа (лиственница, сибирская берёза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач, платан, рябина, клён, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень); 3) очень твёрдые — торцовая твёрдость более 80 МПа (акация белая, берёза железная, граб, кизил, самшит, фисташки, тис).

Твёрдость древесины имеет существенное значение при обработке её режущими инструментами: фрезеровании, пилении, лущении, а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию при устройстве полов, лестниц перил.

Руслан

Древесина сосны — востребованный строительный материал. Его используют при строительстве домов, бань, нашел он свое применение в мебельном производстве и кораблестроении. В природе существует несколько разновидностей этого дерева, каждая обладает своими отличительными эксплуатационными характеристиками. В России распространена сосна обыкновенная.

Характеристики и свойства

Сосна — высокое хвойное дерево с прямостоячим стволом, достигающим в высоту 30–50 м и в диаметре 70–100 см, некоторые деревья вырастают до 70 м. Ежегодный прирост составляет 1 м. Живет сосна 300–400 лет. Цвет древесины варьируется от светло-желтого до буро-оранжевого, заболонь светлее ядра. Влажность в ядре соответствует 33%, в заболони — 100–120%. Древесина сосны имеет смоляные ходы.

Благодаря высокой влагопроницаемости сосновое дерево легко поддается обработке антисептиками, антипиренами и другими защитными пропитками. Важной характеристикой древесины является ее устойчивость к растрескиванию и короблению в процессе эксплуатации. Основные технико-эксплуатационные характеристики сосны — модуль упругости, удельный вес 1 куб. м, уровень естественной влажности, объемная масса, прочность и плотность – зависят от породы дерева и места ее произрастания.

Состав и строение

Породы сосны, выращенные на севере, несколько отличаются от своих южных собратьев — именно их древесина получила распространение при строительстве. Описание физических и механических характеристик сырья соответствуют всем основным требованиям, предъявляемым к стройматериалам: они обладают высокой прочностью и стойкостью к действию насекомых-вредителей.

В середине ствола находится тонкая сердцевина, на срезе она выглядит как круг неправильной формы. Этот слой состоит из клеток паренхимы с одревесневшими стенками. Древесина состоит из ровных волокон, в нее входят трахеиды, смоляные ходы и сердцевинные лучи. Весь ствол по вертикали пронизан тонкими трахеидами, они обеспечивают доставку воды от корней к кроне. Толстостенных сосудов сосновая древесина лишена.

Ядро свежесрубленного дерева имеет меньший параметр влажности, нежели заболонь. Его функция, в основном, механическая — оно отвечает за устойчивость ствола. На срезе хорошо различимы годовые кольца, при этом более поздние слои темнее молодых.

Сорта

В зависимости от качества древесины выделяют несколько основных сортов.

Отборная сосна — материал высокой категории. В нем нет ссохшихся и гнилых сучков, признаков поражения грибком и плесенью, коробления и видимой непараллельности граней. Допускается присутствие здоровых сросшихся сучков.
Первый сорт — древесина правильной геометрической формы. В сравнении с отборным сортом чуть увеличено допустимое присутствие здоровых сучков, возможно наличие незначительного числа торцевых трещин и крена в пределах 20% от всей площади материала.
Второй сорт — довольно дешевый материал, который отличается большим наклоном волокна, чем материал первого сорта, и присутствием единичных смоляных кармашков. Возможно наличие небольших синеватых пятен и легкое изменение окраски вследствие поражения грибком. Такую доску используют при изготовлении строительных лесов, обрешетки и опалубки.
Третий сорт. Возможен незначительный крен, допускается двойная сердцевина, а число смоляных кармашков увеличено до 4 единиц на погонный метр. Допускается наличие червоточин и некоторого количества загнивших табачных сучков — их объем не должен превышать 50% от количества здоровых. Могут присутствовать сквозные и пластевые трещины. Это древесина низкого качества, она имеет ограниченное использование: для изготовления тары, поддонов и временных навесов.
Четвертый сорт. Число червоточин увеличивается до 6 единиц на погонный метр, доля гнили — до 10%. Допускается острый и тупой обзол, а также покоробленность по кромке.
Пятый сорт — древесина самого низкого качества с большим количеством дефектов. Используется преимущественно на топливо.

Плотность

Сосну относят к среднетвердым и среднеплотным сортам древесины, при этом она отличается высокой прочностью — при сжатии материала вдоль линии волокон максимальный предел прочности соответствует 440 г/см 2. Материал практически не поддается изгибу, обладает низкой сопротивляемостью раскалыванию.

Плотность древесины сосны невысока, при уровне естественной влажности до 12% она варьируется в диапазоне от 500 до 520 кг/м3. Предел плотности соответствует 350–800 кг/м3. Условная плотность материала, рассчитанная по специальным формулам, прямо зависит от места произрастания дерева. Так, максимальный параметр рассчитан для сосны, растущей в болотистой местности в составе одиночных посадок.

Материал отличается высокими показателями водо- и воздухопроницаемости. У сосны разных пород эти показатели различаются. Самыми лучшими характеристиками обладает северное дерево. Его годовые кольца располагаются на расстоянии не более 2 мм друг от друга, древесина менее рыхлая и более плотная, ее усадка минимальна.

Что касается теплопроводности, то по этому показателю сосна во многом опережает металлы, в том числе алюминий, и приближается к поливинилхлориду. Именно поэтому окна, выполненные из древесины сосны, по способности удерживать тепло в помещении существенно превосходят блоки, выполненные из металлопрофиля.

Масса одного кубометра сырой сосны составляет примерно 890 кг, сухой — 470 кг. Этот параметр прямо зависит от уровня естественной влажности. Следует иметь в виду, что в разное время заготовки древесины этот показатель может различаться: в утренние часы он на 20–30% выше среднего, а в дневные приближается к минимальной отметке.

Текстура и цвет

Ядро свежеспиленной сосны имеет выраженный розовый отлив. Основной цвет зависит от породы сосны, места произрастания и возраста. Структура взрослого дерева однообразная, для нее характерна высокая прочность и низкая упругость. Волокна прямые. Специалисты относят сосну всех видов к средне-грубым породам дерева.

В процессе подсушивания пиломатериал приобретает красновато-коричневый оттенок, ядро становится темнее. Древесина взрослого дерева всегда темнее древесины молодого.

Обработка

Благодаря смолам древесина сосны не боится грибков, плесени и насекомых-вредителей. По смолистости выделяют материал 2 видов:

смолка — с повышенным содержанием смолы;
сухощепка (дубица) — с пониженным количеством смол.

Смолистые сосны не рекомендованы для применения в столярном деле, поскольку вязкая смола прилипает к инструменту и существенно затрудняет строгание и пиление. При обработке такую древесину нужно предварительно обессмолить, для этого используют спиртовые растворы, щелочные составы, бензин или ацетон.

Сухощепка, напротив, легко подвергается резке, распилу и строганию, ее можно красить. Для обработки такого материала используются механические и ручные инструменты: фуганок, рубанок и другие. Вдоль линии направления волокон такое дерево строгается легко, а вот поперек — с трудом, в этом случае лучше прибегнуть к распиливанию. Сухощепку можно шлифовать и склеивать, любые крепежи на ней держатся надежно.

Высокая смолистость делает материал склонным к горению, поэтому перед использованием в строительно-отделочных работах такую сосну нужно обрабатывать антипиренами.

При окрашивании на поверхности могут появиться пятна. Чтобы избежать этого эффекта, доску следует предварительно тщательно просушить, а для работы использовать краски и лаки самого высокого качества.

Сравнение с другими типами древесины

Древесина сосны похожа на еловую, но сучков в ней намного меньше. Кроме того, сосна отличается полосатой структурой, на месте спила четко видны годичные кольца, а сердцевинные лучи, напротив, почти незаметны. Сосновая древесина прочная и плотная, как лиственница, но при этом легкая и довольно мягкая. Высокая смолистость делает ее устойчивой к осадкам, действию паразитов и грибков.

Сосновая древесина легче, чем древесина других деревьев. Она проще поддается обработке, чем кедр.

Важным преимуществом сосны считается ее низкая стоимость. За счет того, что это дерево произрастает повсеместно, транспортные расходы сводятся к минимуму, и поэтому общая себестоимость строительных работ сокращается. К плюсам также можно отнести выраженный хвойный аромат, который оказывает благотворное воздействие на нервную, дыхательную и сердечно-сосудистую системы.

Сферы применения

Среди всех видов пиломатериалов сосна пользуется наибольшим спросом в народном хозяйстве. Причины такой популярности очевидны: надежность и низкая, в сравнении с лиственными породами, цена.

Как материал

Сосна является ценным материалом, который часто используется при строительстве жилых домов, хозяйственных построек и бань. Ее высокий прямой ствол с незначительным количеством сучков подходит для изготовления оцилиндрованных брусьев и бревен. Стойкость к гниению и действию паразитов выгодно отличает материал от елового. Однако для внутренней отделки предпочтение лучше отдать последней, ее смолистость ниже.

Плотность и прочность соснового дерева позволяет использовать ее для изготовления балок, стропил, свай, деревянных опор и других каркасных конструкций. Низкая теплопроводность сосны обеспечивает поддержание в помещении благоприятного температурного фона. Кроме того, в домах из этого материала отмечается высокий уровень звукоизоляции. Сосновый материал также используют для монтажа черновых полов и при внутренней облицовке жилых помещений.

Как топливо

Параметр теплового сгорания древесины соответствует 4,4 кВт•ч/кг или 1700 кВт•ч/м 3. Это делает возможным ее использование в качестве топлива — в виде дров для домашних печей и топливных брикетов. Отходы лесопроизводства при заготовке сосны широко используются на электро- и тепловых станциях, работающих на биоотходах для выработки энергии.

Читайте также: