Условия эксплуатации деревянных конструкций. Плотность Д.  

В соответствии с ТКП табл.6.1: внутри отапливаемого помещения: три класса

Класс усл.экспл.		Характеристика условий эксплуатации конструкций	Макс. влажность конструкций
			из клееной	из неклееной
1 2 3	Внутри отапливаемых помещений при температуре до 35 °С, относительной влажности воздуха, %: до 60 включ. св. 60 до 75   св. 75   до 95		9 12 15	20 20 20
2 3	Внутри неотапливаемых помещений при относительной влажности воздуха, %: до 75 включ. св. 75		12 15	20 25
4	На открытом воздухе		12	25
4	В частях зданий и сооружений, соприкасающихся  с грунтом		—	25
5	Постоянно увлажняемых		—	Не огр.
5	Находящихся в воде		—	Не огр.
Примечания 1 Применение клееных деревянных конструкций в условиях эксплуатации класса 1 при относительной влажности воздуха ниже 45 % не допускается. 2 В неклееных конструкциях, эксплуатируемых в условиях класса 4, когда усушка Д не вызывает расстройства или увеличения податливости соединений, доп. применять Д с влажностью до 40 % при условии ее защиты от гниения.

Удельная прочность f_cod/ρ=0,026, для стали R_y/ρ=0,027. Удельная жесткость Еp/ρ = 850, для стали 981.

Порода древесины	Плотность r, кг/м^3, в ДК для классов усл. эксплуатации
	1, 2	3, 4, 5
Хвойные: сосна, ель, кедр, пихта лиственница	500 650	600 800
Твердые лиственные: дуб, бер., бук, ясень, клен, граб, акация, вяз, ильм	700	800
Мягкие лиственные: осина, тополь, ольха, липа	500	600

Плотность свежесрубленной Д  хвойных и мягких лиственных пород следует принимать равной 850 кг/м³, твердых лиственных пород — 1000 кг/м³.

Плотность клееной Д следует принимать равной плотности цельной древесины.

Плотность фанеры следует принимать равной плотности древесины шпонов, а бакелизированной — 1000 кг/м³.

9. Учет теплопроводности, температурного расширения, хим.стойкости Д при проектировании. Температурное расширение. Линейное расширение при нагревании, характеризуемое коэффициентом линейного расширения, в древесине различно вдоль и под углами к волокнам. Коэффициент линейного расширения α вдоль волокон составляет (3 ÷ 5) ・ 10-6, что позволяет строить деревянные здания без температурных швов. Поперек волокон древесины этот коэффициент меньше в 7 – 10 раз. Теплопроводность Д благодаря ее трубчатому строению очень мала, особенно поперек волокон. Коэффициент теплопроводности сухой Д поперек волокон λ ≈ 0,14Вт/м・ºС. Брус толщиной 15 см эквивалентен по теплопроводности кирпичной стене толщиной в 2,5 кирпича (51 см). Теплоемкость Д значительна, коэффициент теплоемкости сухой Д составляет С = 1,6КДЖ/кг・ºС.

Еще одним свойством Д является ее стойкость ко многим хим. и биологическим агрессивным среда. Она является хим. более стойким материалом, чем металл и ЖБ. При обычной температуре плавиковая, фосфорная и соляная (низкой концентрации) кислоты не разрушают Д. Большинство органических кислот при обычной температуре не ослабляют Д, поэтому она часто используется в условиях химически агрессивных сред.

10. Акустические и радиационные свойства Д. Звукоизоляция Д ψ=2δ (дельта – логарифмический элемент затухания). Говоря о звукопроводности древесины в поперечном и продольном, то в продольном в 16 раз выше звукопроводности воздуха, а в поперечном – в 3-4 раза выше звукопроводности воздуха.

Радиационные свойства. Определяется в беккерелях – для дерева 1,1 Бк/кг. Радий и литорий. Для природного гипса эта характеристика – 29 Бк/кг, песок и гравий – 34 Бк/кг, цемент – 45 Бк/кг, кирпич – 126 Бк/кг, гранит – 170 Бк/кг, зольная пыль – 341 Бк/кг, глинозем – 496 Бк/кг, фосфогипс – 574 Бк/кг, силикатный шлак – 2140 Бк/кг, отходы урановых предприятий – 4165 Бк/кг.

11. Анизотропия Д. Удельная прочность и жесткость. Д относится к анизотропным материалам – в разных направлениях разная сопротивляемость. Сопротивляемость древесины связана с ее сортом, есть три сорта древесины: 1, 2, 3. Вдоль волокон расчетное сопротивление древесины f_cd = 13 МПа, поперек волокон расчетное сопротивление древесины f_c90d = 1,8 МПа. Также прочностные характеристики зависят от породы древесины K_х.

Породы древесины	Значения коэффициента kх для расчетных сопротивлений
	растяжению, изгибу, сжатию и смятию вдоль волокон ft ,0, d , fm , d , fc ,0, d , fcm ,0, d	сжатию и смятию поперек вол. fc ,90, d , fcm ,90, d	скалыванию, растяж. fv ,0, d, ft ,90, d
Хвойные
1 Лиственница, кроме европейской и японской	1,20	1,20	1,00
2 Кедр сибирский, кроме Красноярского края	0,90	0,90	0,90
3 Кедр Красноярского края, сосна веймутовая	0,65	0,65	0,65
4 Пихта	0,80	0,80	0,80
Твердые лиственные
5 Дуб	1,3	2,0	1,3
6 Ясень, клен, граб	1,3	2,0	1,6
7 Акация	1,5	2,2	1,8
8 Береза, бук	1,1	1,6	1,3
9 Вяз, ильм	1,0	1,6	1,0
Мягкие лиственные
10 Ольха, липа, осина, тополь	0,8	1,0	0,8

Удельная прочность f_cod/ρ=0,026, для стали R_y/ρ=0,027. Удельная жесткость Еp/ρ = 850, для стали 981.

12. Длительное сопротивление Д. Кривые деформации. В начале величина напряжения в конструкции составляет σ_врем, затем напряжение уменьшается до какого-то уровня. При определении образец доводят до разрушения. По мере эксплуатации образца величина усилия N уменьшается, и становится 0,9 σ_врем, затем 0,8; 0,7; 0,6; 0,5 и т.д. Вводится понятия коээфициент К_мод = 1,53-1,35. При том для разных пород древесины условия должны быть одни и те же, температура не выше 35 ^οС, влажность φ<75%.

Кривая длительного сопротивления Д делит диапазон изменения нагрузки на два промежутка, нижний где не произойдет разрушений как не увеличивай время действия нагрузки и верхний где разрушение произойдет. Когда большая нагрузка прикладывается небольшой промежуток времени с большой скоростью, соответствующей удару, предел прочности повышается по отношению к длительному сопротивлению древесины в 3 раза. Длительное сопротивление Д оказывается действительным показателем ее прочности.

При строительстве следует учитывать, что фактически действуют несколько видов нагрузки: длительная нагрузка (собственный вес деревянных элементов); ограниченно длительные нагрузки (снег); кратковременные нагрузки (ветер).

Под воздействием приложенной остающейся неизмен­ной по величине нагрузки наблюдается рост деформаций, который со вре­менем прекращается — затухает, если нагрузка не превышает определен­ного предела. При снятии нагрузки в этом случае часть деформации исче­зает сразу, а другая —постепенно. Такое явление называется упругим последействием. Рис. 3.3. а — кривая длительного сопротивления древесины сосны; б — деформации во времени:

Предельное напряжение, превыш. которого приводит к тому, что протекающие во времени деформации уже не затухают, и в конце концов происходит разрушение Д, называется пределом длит. сопротивления Д. Экспериментальные исследования Н. JI. Леонтьева показали, что сосновые образ­цы при поперечном изгибе разрушались через 11 дней под нагрузкой, составляющей 70% от разрушающей при обычных механических испы­таниях, и через 280 дней — под нагрузкой 60% от обыч­ной разрушающей нагрузки, соотв. пределу прочности. Деформации, происходящие при постоянно действующей нагрузке на участке графика АВ, называются деформ. последействия. После некоторого промежутка времени деформации начинают возрастать все с большей интенсивностью, и про­исходит разрушение. Установившийся процесс нарастания деформаций с постоянной ско­ростью назван Ю. М. Ивановым пластическим течением, а сами деформа­ции — деформациями пластического течения. С увеличением действующего напряжения длина прямолинейного уча­стка уменьшается, а угол наклона увеличивается.

13. Влияние влажности, температуры и естественных пороков. Влажность Д w — это процентное содержание свободной воды в полостях и гигроскопической воды в порах. Наибольшую влажность (до 200%), набран­ную в период пребывания в воде, имеет сплавная Д. Влаж­ность до 100% имеет свежесрубленная Д. В процессе хра­нения на складах, ест. и иск. сушки влажность снижается до нормативных значений — 40, 25, 20 и 15%. Степень влажности влияет на свойства Д и ДК и строго ограничивается.

Из Д неограниченно высокой влажности можно изго­товлять только конструкции, постоянно соприкасающиеся с водой. Из Д влажностью до 40% можно изготовлять конструк­ции, эксплуатируемые на открытом воздухе, не зависящие от усушки, до 25% — конструкции, эксплуа­тируемые в помещениях с повышенной влажностью и соприкасаю­щиеся с грунтом, до 20%- неклееные конструкции, эксплуатируемые в любых условиях, до 12% —любые конструкции.

В процессе уменьшения или увеличения влажности до 30% за счет гигроскопической влаги в оболочках клеток размеры дер элементов уменьшаются или увеличиваются. Происходит усушка или разбухание, которые тем больше, чем больше плот­ность древесины. Наибольшая усушка и разбухание происходят поперек волокон, перпендикулярно годичным слоям, и достигают 10%, а в тангентальном направлении — параллельно годичным слоям и достигают 5%. Наименьшие усушка и разбухание, не пре­восходящие 0,3%, происходят вдоль волокон. При дальнейшем увеличении влажности сверх 30% за счет свободной влаги усушки и разбухания не происходит.

Высыхание деревянного элемента и развитие деформаций усушки происходят неравномерно от поверхности к центру. Этот факт, а также разница величин радиальной и тангентальной усушки приводят к возникновению значительных внутренних напряжений,                                                              растяжения в наружных и сжатия во внутренних частях элемента поперек волокон и в результате к короблению и растрескиванию древесины

Коробление бывает продольным и поперечным. Поперечное про­является в форме превращения квадратного сечения бруса в пря­моугольное или ромбическое, прямоугольного сечения доски в же­лобчатое, изогнутое в сторону наружных годичных колец. Продоль­ное коробление проявляется в форме выгиба досок по длине, а наличие наклона волокон в доске приводит к тому, что она принимает винтообразную форму.

Растрескивание Д - когда внутренние напряже­ния превосходят предел прочности на растя­жение поперек волокон и появляются наружные и внутренние трещины, имею­щие обычно радиальное напр. При увеличении влаж­ности в пределах 0-30% прочность Д снижается до 30% от макс. Дальнейшее увеличение не приводит к снижению прочности.

Для сравнения показателей прочности и жесткости древесины независимо от ее влажности установлено значение стандартной влажности, равное 12%. При испытании образ­цов древесины, имеющих нестандартную влажность w в пределах от 8—23%, предел их прочности или другой показатель B_w дол­жен быть приведен к значению его при стандартной влажности В₁₂ с учетом коэффициента а, равного для сжатия и изгиба 0,04.

При по­вышении температуры предел прочности и модуль упругости сни­жаются и повышается хрупкость Д. Предел прочности при сжатии сосны, нагретой от 20 до 50° С, уменьшается в среднем до 70%, а при нагревании до 100° — до 30% от начального. Предел прочности Д при температуре t в пределах от 10 до 50° С можно определить, из ее начальной прочно­сти gso при температуре 20° С с учетом поправочного коэф.  При отрицательных температурах влага в Д превра­щается в лед и прочность ее при сжатии возрастает до 25%,но она становится более хрупкой и в ней развиваются трещины.

Температурные деформации древесины определяются коэффициентом линейного расширения а. Вдоль волокон древесины этот коэффициент очень мал и не превосходит 5-10~⁶, что позволяет строить деревянные здания без температурных швов. Поперек во­локон Д этот коэффициент больше в 7—10 раз.

Основными недопу­стимыми пороками  являют­ся гниль, червоточина и трещины в зонах скалывания в соединениях. Сучки — заросшие остатки быв­ших ветвей дерева. Основные волокна древесины ствола, ранее образовав­шие сучок, затем обходят его, отклоня­ясь в этом месте от своего продольного направления и образуя завитод. Сучки являются допуска­емыми, но строго ограничиваемыми по­роками. Наклон волокон (прежний косо­слой) отн. оси элемента тоже является распространенным и допуска­емым с ограничениями пороком. Он образуется в результате природного винтообразного расположения волокон в стволе, а также при распиловке бре­вен в результате их сбега. Трещины, возникающие при высыхании Д, тоже отно­сятся к числу ограниченно допускаемых пороков. К порокам отно­сятся мягкая сердцевина, выпадающие сучки и др.

15. Сортамент пиломатериалов. Пиленые лесоматериалы,или пиломатериалы, получают в ре­зультате продольной распиловки бревен на лесопильных рамах или круглопильных станках. Они имеют прямоугольное или квадратное сечение. Более широкие стороны пиломатериалов называют пластями, а узкие — кромками. Пиломатериалы с поверхностями, опи­ленными по всей длине, называют обрезными. Если часть поверх­ности не опилена в результате сбега бревна, материал называют  обзольным. Если не опилены две поверхности пиломатериала при однократной распиловке бревна, его называют необрезным.

Пиломатериалы имеют стандартные длины от 1 до 6,5 м с гра­дацией размеров через каждые 0,25 м. Их разделяют на доски, бруски и брусья. Рекомендуемые для несущих конструкций доски имеют ширину от 10 до 250 мм и толщину — от 16 до 100 мм; бруски имеют ширину"от~ 100 до 180 мм, а толщину — от 50 до 100 мм. Брусья имеют ширину, не превышающую полуторной тол­щины. Их толщина и ширина равны от 130 до 250 мм.

Практически пиломатериалы шириной или толщиной более 150 мм являются дефицитными, и их применение следует ограничивать. Деревянные конструкции и строительные детали изготовляют, как правило, из пиломатериа­лов.