Особенности работы растянуто-изгибаемых элементов

Схема работы, эпюры изгибающих моментов и напряжений в сечениях растянуто-изгибаемых элементов показаны на рис. 3.6. Растянуто-изги­баемые (внецентренно-растянутые) элементы работают одновременно на растяжение и изгиб. Такое сложное напряженное состояние возникает, на­пример, в нижнем поясе деревянных ферм при внеузловой нагрузке от ве­са подвесного потолка. Так же работают элементы с внецентренным при­ложением растягивающего усилия (например, при несимметричных ос­лаблениях, выходящих на кромки).

В нижних волокнах за счет суммирования напряжений от продольной силы и изгибающего момента возникают максимальные напряжения рас­тяжения. При проектировании деревянных конструкций необходимо из­бегать появления такого сложного напряженного состояния.

 

 

        Рис. 3.6. Растянуто-изгибаемые элементы:

              а — схема работы элемента; б — эпюры изгибающих моментов; в — эпюры напряжений

 

                                   Расчет элементов

Расчет растянуто-изгибаемых элементов производится по формуле:

 

              σ _р = N _р / F _расч. + M R _р / W _расч. R _и ≤ R _р ,

В расчет вводится отношение расчетных сопротивлений растяжению и изгибу (R _р / R), позволяющее привести напряжения от изгиба к общему значению, что необходимо для сравнения его с расчетным сопротивлени­ем древесины на растяжение.

Разгружающий момент обратного знака от действия продольной силы в расчете не учитывается в запас прочности.

  Сжатие и смятие древесины поперек волокон

  Особенности работы древесины на сжатие и смятие поперек волокон

Малый стандартный образец для испытаний древесины на сжатие и смятие поперек волокон, а также диаграмма работы древесины показа­ны на рис. 3.7.

На сжатие и смятие поперек волокон по всей поверхности древесина ра­ботает значительно хуже, чем на сжатие и смятие вдоль волокон. При сжатии и смятии поперек волокон под углом 90° стенки клеток работают в неблаго­приятных условиях, они сплющиваются за счет внутренних пустот, что при­водит к значительным деформациям.

На диаграмме (рис. 3.7, б) хорошо видны три стадии: I — упругая ста­дия работы древесины в начале загружения до наступления предела пла­стического течения; II — стадия ускоренного роста деформаций за счет смятия оболочек клеток ранней зоны годичных слоев; III — стадия уплот­нения древесины, на этой стадии рост деформаций замедляется, происхо­дит смятие клеток поздней зоны годичных слоев.

 

 

 

Л'

- 1,8МПа

 

 

 

 

Рис. 3.7. Сжатие и смятие поперек волокон древесины:

а — малый стандартный образец для испытаний древесины на сжатие и смятие поперек волокон;

б — диаграмма работы древесины на сжатие и смятие поперек волокон;

в - виды сжатия и смятия древесины поперек волокон

Средний временный предел прочности древесины при сжатии и смя­тии поперек волокон значительно ниже, чем вдоль волокон. При работе древесины на сжатие и смятие поперек волокон за счет пластических де­формаций происходит выравнивание напряжений и фактического разру­шения образца не происходит.

Влияние пороков на прочность древесины на сжатие и смятие поперек во­локон незначительное. Расчетное сопротивление древесины сжатию и смя­тию поперек волокон установлено исходя из предельных деформаций обмя­тая в соединениях элементов деревянных конструкций (см. подразд. 4.1) и составляет всего 1,8 МПа при сжатии и смятии по всей поверхности.

В деревянных конструкциях сжатие и смятие поперек волокон древе­сины может быть трех видов (рис. 3.7, в):1 — по всей поверхности; 2 — на части длины (в опорных подушках); 3 — на части длины и ширины (под шайбами болтов).

Чем меньше сминаемая часть по отношению ко всей площади, тем выше сопротивление древесины сжатию и смятию. Это объясняется поддерживаю­щим влиянием волокон нснагруженной части сминаемого элемента.

Расчетное сопротивление древесины местному сжатию и смятию по­перек волокон на части длины R _см.90 (при длине ненагруженных участков не менее длины площадки смятия и толщины элемента), за исключением случаев, приведенных в табл. 3.1, определяется по формуле:

 

   R _см.90 = R _с.90 (1 + 8 /(l _см + 1,2)  (3.26)

где R _см.90 — расчетное сопротивление древесины сжатию и смятию по всей

поверхности поперек волокон, R _с.90 = 1,8 МПа;

  l _см — длина площадки смятия вдоль волокон древесины, см.

Прочность древесины на сжатие и смятие под углом а к направлению волокон занимает промежуточное положение между значениями прочно­сти древесины на смятие вдоль и поперек волокон (см. рис. 2.3, б) и опре­деляется по формуле:

 

R _см.α = R _см / 1 + (R _см / R _см.90 – 1) (3.27)

Расчет элементов

Расчет элементов на сжатие и смятие поперек волокон производится по формуле:

                 α _см.90 = N_см / F_см ≤ R _см.90

 

где N_см — расчетная сжимающая (сминающая) сила;

 F_см — расчетная площадь сжатия (смятия);

R _см.90 — расчетное сопротивление древесины сжатию и смятию попе­рек волокон, принимается в зависимости от вида смятия по табл. 3 СНиП [2] или определяется по формуле (3.26) с уче­том всех необходимых коэффициентов условий работы.

Скалывание древесины

      Особенности работы древесины на скалывание

Малый стандартный образец для испытаний и диаграмма работы дре­весины на скалывание показаны на рис. 3.8. Скалывание, наряду с растя­жением поперек волокон, является одним из наиболее слабых видов

 

 

 

О   123456 Деформации

Скалывание древесины:

а малым стандартный образец для испытаний древесины на скалывание вдоль волокон; 6 диаграмма работы древесины на скалывание вдоль и поперек волокон

сопротивления древесины. Характер разрушения древесины при скалыва­нии хрупкий. Наличие различных пороков резко снижает сопротивление древесины скалыванию (особенно опасен косослой).

Средний временный предел прочности при скалывании древесины вдоль волокон составляет всего 6...7 МПа, расчетное сопротивление скалыванию древесины вдоль волокон при изгибе неклееных элементов 1-го сорта равно 1,8 МПа, клееных— 1,6 МПа. Различают: скалывание вдоль волокон; скалы­ вание, поперек волокон; скалывание под углом к волокнам.

В деревянных конструкциях древесина чаще всего работает на скалы­вание вдоль волокон. Предел прочности на скалывание поперек волокон примерно в два раза меньше. Предел прочности на скалывание под утлом (х к волокнам занимает промежуточное положение, а расчетное сопротив­ление древесины скалыванию под углом и определяется по формуле:

       R _ск.α = R _ск / 1 + (R _ск / R _ск.90 – 1)

(3.29)

где R _ск — расчетное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон; 

R _ск.90 - расчетное сопротивление древесины скалыванию поперек во­локон

Расчет элементов

При расчете соединений элементов деревянных конструкций (напри­мер, в лобовых врубках) пользуются формулой

τ= N _ск / F _ск ≤ R _ск    (3.30)

где N _ск — расчетная скалывающая сила;

F _ск — площадь скалывания;

R _ск — расчетное среднее по длине площадки скалывания сопротивле­ние древесины скалыванию вдоль волокон.

Расчетное среднее по длине площадки скалывания сопротивление дре­весины определяется по формуле:           

                  R _ск = R _ск /1 +β l _ск / e (3.31)

R _ск — расчетное сопротивление древесины скалыванию вдоль во­локон при расчете по максимальному напряжению, R _ск = 2,1МПа;

β — коэффициент, зависящий от вида скалывания древесины в со­единениях: при одностороннем скалывании (в лобовых вруб­ках) β = 0,25; при двухстороннем (промежуточном) скалывании β = 0,125, если обеспечено обжатие по плоскостям скалывания (см. рис. 5 СНиП [2]);

l _ск — расчетная длина площадки скалывания, принимаемая не более 10 глубин врезки в элемент, отношение l _ск / e должно быть не ме­нее 3;

e — плечо сил скалывания, см; для элементов с несимметричной врезкой, например в лобовых врубках, е = 0,5h; при расчете симметрично загруженных элементов с симметричной врез­кой   е = 0,25h;

  h — полная высота поперечного сечения эле­мента.

Расчет на скалывание коротких клееных деревянных балок, нагружен­ных большими сосредоточенными силами вблизи опор, производится по формуле (3.15).

Краткие рекомендации