Механические свойства дерева

Механическими свойствами дерева называется его способность сопротивляться внешним усилиям. Всякое сооружение находится под действием известных нагрузок; эти

нагрузки состоят из собственного веса, веса снега, толпы людей, веса машины и оборудования, давления от ветра и т. д.

Под действием нагрузок или внешних сил в частях сооружения появляются некоторые усилия. Эти усилия могут быть по своему характеру различны. Например, в стойке, поддерживающей крышу, междуэтажное перекрытие или стену, появляются усилия сжатия. Брус, лежащий на двух стенах, под нагрузкой изгибается. Затяжка висячих стропил растягивается.

Мауерлат или опорная подушка под весом стропил будет сминаться. Шпонки в составной балке скалываются. Растяжение, сжатие, изгиб, скалывание и смятие являются основными видами усилий в частях сооружений.

Весьма часто могут возникнуть одновременно растяжение и изгиб или сжатие и изгиб. Например, если к затяжке подвесить потолок, то под действием веса потолка к растяжению добавится изгиб. Стропильная нога в той же висячей ферме будет под действием веса кровли и снега изгибаться и кроме того сжиматься.

В зависимости от величины и характера усилий для каждого отдельного элемента конструкции подбираются соответствующие размеры. Кроме того, сообразуясь с усилием, следует подбирать и качество древесины. Поэтому строителя должно интересовать, какое можно допустить усилие на то или другое сечение. Для того, чтобы ответить на этот вопрос, надо, очевидно, знать, какую силу следует приложить к сечению, чтобы его разрушить. Это усилие называется разрушающим усилием или временным сопротивлением. Зная разрушающее усилие, можно, очевидно, определить и безопасное усилие, взяв его с известным запасом прочности. Безопасное усилие называется чаще допускаемым усилием. Если например стойка разрушается при грузе в 75 т, то, взяв запас -прочности равный пяти, получим, что допускаемая нагрузка равна 15 т.

Исследованием временных сопротивлений занимаются в специальных лабораториях, где на особых машинах определяют разрушающие нагрузки для различных случаев работы дерева.

При этом для упрощения относят величины временных и допускаемых усилий к единице площади сечения образца, т. е. к одному квадратному сантиметру. Если, например, при сжатии деревянный кубик сечением 2×2 см разрушается при 1200 кг, то считать что временное его сопротивление равно 1200:4 = 300 кг на 1 кв см.

В результате изучения сопротивляемости дерева оказалось, что прочность его в различных направлениях разная. Это объясняется волокнистым строением древесины. Мы уже говорили, что дерево можно представить себе в виде пучка мельчайших трубок, довольно слабо между собой связанных. Следовательно, образец, взятый для испытания, будет разно сопротивляться растяжению вдоль волокон и растяжению поперек волокон. Дадим некоторые, величины различных сопротивлений.

Временное сопротивление сжатию вдоль волокон в дереве равно около 300 — 400 кг на кв см. Это значит, что кубик размером 2×2х2 см можно разрушить силой 2×2х2×350 = 2800 кг.

Однако следует иметь в виду, что разрушающая сила будет значительно меньше при сжатии стойки. Это объясняется тем, что стойка при сжатии изгибается и ломается. Причем изгиб сжатой стойки наступит тем раньше, чем стойка длиннее. Безопасное или допускаемое усилие на 1 кв см при сжатии равно для хорошей сухой сосны около 100 кг на кв см. При длинных стойках оно быстро падает.

Поперек волокон дерево на сжатие работает значительно хуже, так как при этом получаются большие обмятия. Это происходит вследствие того, что пучок трубочек со сравнительно тонкими стенками быстро сминается.

На растяжение дерево работает лучше, чем на сжатие, примерно в два раза. Временное, сопротивление его равно около 600 — 900 кг на кв см.

Однако надо иметь в виду, что доски и бревна обыкновенно бывают с сучками, действие которых подобно действию отверстий. Растянутое сечение ослабляется при этом в зависимости от величины сучков. Очевидно, что это ослабление понижает способность сопротивляться растяжению. Поэтому допускаемое усилие должно назначаться с большим запасом прочности. Допускаемое усилие принимается для сухой хорошей сосны в 100 кг на 1 кв см.

Если попытаться растянуть дерево поперек волокон, то окажется, что в этом случае сопротивление растяжению почти отсутствует, в особенности при наличии трещин.

При изгибе бруса нижняя его часть растягивается, а верхняя сжимается. Поэтому временное сопротивление на изгиб является средней величиной между такими же сопротивлениями на сжатие и растяжение. Соответственно этому допускаемое усилие на единицу длины также равно допускаемому усилию при сжатии или растяжении. Сопротивление скалыванию является наиболее слабым местом и дереве. Как мы уже указывали, межклеточный клей обладает весьма слабыми склеивающими свойствами. Если два бруса склеить обыкновенным столярным клеем, то при раскалывании дерево будет колоться уже не по клееному шву, а рядом. Поэтому временное сопротивление образцов на скалывание вдоль волокон почти в 10 раз меньше, чем на сжатие. Еще хуже работает дерево на скалывание поперек волокон. Надо весьма внимательно относиться, поэтому ко всем частям, работающим на скалывание, выбирая для них лес без трещин, чтобы не создавать добавочных ослаблений.

Наконец, смятие дерева зависит также от того, как расположены волокна по отношению к сминающей нагрузке. В общем, сопротивление смятию немногим отличается от сопротивления сжатию. Следует иметь в виду, что величина смятия поперек подокон очень велика. Все механические сопротивления сильно зависят от породы дерева, влажности, наличия пороков и условий, в которых дерево росло. Наиболее прочным из хвойных пород является лиственница, затем идет сосна, ель, пихта. Увеличение влажности быстро уменьшает сопротивляемость дерева. Чем суше лес, тем он прочнее. Естественные пороки дерева, т. е. сучковатость, косослой, свилеватость различно влияют на различные сопротивления. Наиболее опасными они являются для растяжения и изгиба. Условия произрастания, т. е. климат, почва, затененность расположения дерева в лесонасаждении также отражаются на механической прочности. Наиболее прочным является мелкослойное дерево с большим количеством летней древесины, выросшее на сухой песчаной почве.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ:

Copyright © 2017 Современные технологии обработки древесины. All Rights Reserved.
При использовании материалов сайта гиперссылка на www.technologywood.ru обязательна.