Прочность древесины при растяжении и изгибе

Древесина характеризуется высокой прочностью при растяжении вдоль волокон, в 2-3 раза превышающей прочность при сжатии вдоль волокон, и очень низкой прочностью при растяжении поперек волокон; у хвойных пород она составляет всего лишь 2-5 % прочности при растяжении вдоль волокон вследствие слабого сцепления древесных волокон в поперечном направлении. Прочность древесины при растяжении мало зависит от влажности, но весьма существенно изменяется у одной и той же породы в зависимости от строения, особенно от наличия некоторых пороков (сучки, косослой и др.).

Прочность древесины при статическом изгибе определяют на образцах-балочках поперечным сечением 20´20 мм и длиной 300 мм. Возможные схемы испытаний приведены на рис. 11.8.

Предел прочности древесины при действии сосредоточенной силы в середине пролета вычисляют по формуле:

(11.10)

а при действии двух сосредоточенных симметрично расположенных сил – по формуле:

(11.11)

где R_W – предел прочности при изгибе при влажности W, МПа;

Р_макс – максимальная (разрушающая) нагрузка, Н;

ℓ – расстояние между центрами опор, м;

b и h – ширина и высота сечения образца, м.

Прочность древесины при статическом изгибе определяется теми же факторами, что и прочность при сжатии и растяжении вдоль волокон; она больше прочности при сжатии вдоль волокон в среднем в 1,5-2 раза.

По прочности на сжатие древесина соответствует наиболее высоким классам бетона, а по прочности на растяжение и изгиб – намного превосходит его. Однако на практике использовать высокую прочность древесины на растяжение очень трудно из-за сложности закрепления рабочих концов изделий, в которых возникают скалывающие напряжения и происходит смятие древесины. Сопротивляемость древесины скалыванию и смятию весьма невелика, и разрушение при растяжении происходит не в виде разрыва, а в виде скалывания или смятия в местах закрепления изделия. Поэтому древесину в основном используют в изгибаемых и сжимаемых конструкциях (балках, стойках), реже – в растягиваемых элементах (затяжках стропильных ферм).

Твердость имеет большое значение при обработке древесины режущим инструментом. Наибольшей твердостью обладает торцовая поверхность. По степени твердости все древесные породы разделяют на три группы:

мягкие (торцовая твердость – менее 38,5 МПа при 12 %-й влажности) – сосна, ель, кедр, пихта, липа, тополь, ольха;

твердые (торцовая твердость –38,5…82,5 МПа) – лиственница, береза, бук, вяз, дуб, ясень, клен;

очень твердые (более 82,5 МПа) – акация белая, береза железная, граб, тисс, кизил, самшит.

Способность удерживать металлические крепления – своеобразное свойство древесины, обусловленное упругостью ее волокон. Гвоздь, вбиваемый в древесину, раздвигает волокна, которые оказывают на его боковую поверхность значительное давление. Возникающие при этом силы трения прочно удерживают гвоздь. Способность удерживать металлические крепления оценивают по сопротивлению выдергиванию гвоздей или шурупов. Сопротивление выдергиванию соответствует усилию, необходимому для выдергивания из древесины гвоздя или шурупа стандартных размеров.

Наибольшее сопротивление выдергиванию оказывает древесина в радиальном и тангенциальном направлениях. Усилие выдергивания гвоздя, вбитого в торец, т.е. вдоль волокон древесины, почти на 50 % меньше. Вот почему для получения прочного соединения деревянных деталей не следует вбивать гвозди или ввинчивать шурупы вдоль волокон древесины. Сопротивление древесины выдергиванию шурупов примерно в 4…5 раз больше, чем гвоздей.