На деформативность древесины

При длительном действии неизменной нагрузки деформации во времени существенно увеличиваются. Если задать древесине неизменную во времени деформацию, то напряжения с течением времени уменьшаются - релаксируют, а деформация не меняется.

Под действием постоянной нагрузки, непосредственно после её приложения, в древесине проявляются упругие деформации. С течением времени начинают развиваться эластические и остаточные деформации, которые носят затухающий характер, т.е. древесина обладает свойством ползучести, а ее полная деформация трехкомпонентна: . После снятия нагрузки упругие деформации исчезают сразу, эластические - со временем, а остаточные являются необратимой частью полной деформации.

Если нагрузка превысила определенный предел, то деформации в деревянном элементе возрастают до разрушения образца. Этот предел называется пределом длительного сопротивления древесины, он соответствует максимальному напряжению, которое не вызывает разрушения образца при любой длительности действия нагрузки.

Влияние угла между усилием и направлением

Волокон древесины на прочность и деформативность

Прочность и деформативность древесины зависит от направления действия усилий по отношению к направлению волокон. При действии усилий вдоль волокон оболочки клеток работают в благоприятных условиях, и древесина показывает наибольшую прочность и наименьшую деформативность.

При действии усилий поперек волокон они легко сплющиваются, поэтому прочность древесины минимальная, а деформативность максимальна.

Т.е. древесина обладает ярко выраженной анизотропией строения: при изменении угла между направлением действующего усилия и направлением волокон древесины от 0 до 90° расчетное сопротивление древесины на сжатие и смятие по всей поверхности уменьшается примерно в 7 раз: например, для древесины 2-го сорта – с 13 до 1,8 МПа.

Влияние влажности и температуры на прочность и деформативность

При увеличении влажности от 0 до 30% прочность древесины уменьшается, деформативность увеличивается, модуль упругости уменьшается. При изменении влажности на 1% прочность уменьшается на . При влажности больше 30% прочность не изменяется.

За стандартную влажность древесины принимается 12%. При проведении испытаний образцов с влажностью отличной от стандартной, необходимо, для сравнения результатов испытаний показатели прочности привести к стандартной влажности по формуле

,

где предел прочности при %; влажность при испытании; прочность при ; справочный коэффициент, зависящий от вида НДС.

Формула действительна при %.

При отрицательной температуре и любой влажности вода в древесине замерзает, прочность увеличивается при сжатии, поперечном изгибе, скалывании и раскалывании и уменьшается ударному изгибу из-за хрупкости. При увеличении температуры предел прочности снижается, модуль упругости уменьшается, т.е. увеличивается деформативность.

При определении прочности древесины необходимо учитывать не только ее влажность, но и температуру. Предел прочности, определенный при отличной от стандартной температуре, пересчитывается на предел прочности при стандартной температуре 20°С по формуле

,

где искомый предел прочности при стандартной температуре ; предел прочности в момент испытаний; поправочное число, зависящее от породы древесины и НДС; температура в момент испытаний.

Формула действительна при .

Пересчет к производится после пересчета к стандартной влажности.

Модуль упругости древесины

Модуль упругости древесины при сжатии является важной расчетной величиной. Однако нарушение строгой пропорциональности между напряжением и деформацией древесины почти с самого начала загружения даже незначительной нагрузкой создает значительные трудности в определении предела пропорциональности. Для использования общих расчетных формул сопротивления материалов величина модуля упругости принимается условно на том основании, что нарушение пропорциональности при сжатии при небольших нагрузках незначительны. Принимается МПа для всех видов древесины. Для нахождения расчетного модуля упругости Е умножается на коэффициенты:

,

где коэффициент, учитывающий влияние температуры; коэффициент, учитывающий влияние влажности; коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки; коэффициент, учитывающий степень ответственности строительного объекта.

На растяжение древесина работает упруго практически все время нагружения и модуль упругости колеблется от 11000 до 14000 МПа.