![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Свойства древесины
Плотность. Древесина относится к классу'легких конструктивных материалов. Ее малая плотность определяется трубчатопо-ристым строением и зависит от относительного объема отверстий, пор и содержания в них влаги. Стандартная плотность древесины должна определяться при влажности 12%. Она колеблется в пределах одной породы и одного ствола. Свежесрубленная хвойная древесина имеет плотность 850 кг/м3. Расчетная плотность древесины большинства хвойных пород в составе конструкций, эксплуатируемых в помещениях с нормальной влажностью воздуха, принимается равной 500 кг/м3, а в помещениях с влажностью воздуха более 75% и на открытом воздухе — 600 кг/м3. Прочность. По прочности древесина относится к среднепроч-ным конструктивным материалам, однако ее относительная прочность с учетом малой плотности позволяет сравнивать ее со сталью. Прочность древесины определяется ее трубчатоволокнис-тым, анизотропным и неоднородным строением и характеризуется значительными колебаниями в зависимости от породы, расположения в составе ствола и процентного содержания поздней древесины. Прочность и плотность древесины связаны прямой пропорциональностью. Прочность древесины очень зависит от направления действия усилий по отношению к направлению волокон. При действии усилий вдоль волокон, оболочки клеток работают в самых благоприятных условиях и древесина показывает наибольшую прочность. Например, средний предел прочности древесины сосны без пороков составляет при растяжении 100 МПа, при изгибе—75 МПа и при сжатии — 40 МПа. При действии же усилий поперек волокон они легко сплющи-ваются или расслаиваются, поэтому прочность древесины при растяжении, сжатии и скалывании в этом случае не превосходит 6, 5 МПа. Неоднородность строения, наличие пороков значительно {примерно на 30%) снижают прочность древесины при сжатии и изгибе и особенно (примерно «а 70%) при растяжении. Длительность действия нагрузки существенно влияет на прочность древесины. При неограниченно длительном нагружении ее прочность, характеризуемая пределом длительного сопротивления, составляет только 0, 5 от предела прочности при стандартном кратковременном нагружении. Наибольшую прочность, в 1, 5 раза превышающую кратковременную, древесина показывает при кратчайших ударных и взрывных нагрузках. Вибрационные нагрузки, вызывающие в древесине переменные по знаку напряжения, тоже снижают ее прочность. Предел выносливости, при котором древесина может выдерживать неограниченное количество циклов таких нагрузок, составляет 0, 2 от предела прочности. Жесткость и твердость древесины относительно невелики ввиду ее трубчатоволокнистого строения. Жесткость — степень деформа-тивности древесины при действии нагрузок — существенно зависит от направления их по отношению к волокнам, их длительности и влажности древесины. Деформации древесины состоят из упругих (от кратковременных нагрузок), эластичных и остаточных (от длительных нагрузок). Упругие деформации исчезают вскоре после разгружения, эластичные тоже исчезают через некоторый период времени, а остаточные остаются навсегда. Например, балки, прогнувшиеся во время длительной эксплуатации, не могут быть выпрямлены полностью при разгружении. Жесткость древесины определяется модулем упругости Е. Его величина колеблется в значительных пределах и у лабораторных образцов древесины хвойных пород вдоль волокон достигает 15 000 МПа. Модуль упругости реальной древесины любой породы 26 в 1, 5 раза ниже и принимается для конструкций, эксплуатируемых в нормальных температурно-влажностных условиях, равным 10 000 МПа. При повышенной влажности и на открытом воздухе он снижается коэффициентами от 0, 9 до 0, 75 в соответствии с табл. 10 СНиП П-В.4—71. Жесткость древесины при действии нагрузок поперек и под углом к волокнам в 50 раз ниже. Соответственно мала и твердость древесины. Она выражается в ньютонах нагрузки, требуемой для вдавливания стальной полусферы радиусом 5, 64 мм. Для древесины сосны поперек годичных слоев она равна только 1000 Н. Это свойство облегчает обработку древесины, но делает ее поверхность легко повреждаемой. Малая твердость и волокнистое строение дают возможность относительно легко забивать гвозди в древесину, которые прочно удерживаются там окружающими волокнами, раздвинутыми острием гвоздей. Влияние влажности. Влажность древесины w — это процентное содержание свободной воды в полостях и гигроскопической воды в порах древесины. Наибольшую влажность (до 200%), набранную в период пребывания в воде, имеет сплавная древесина. Влажность до 100% имеет свежесрубленная древесина. В процессе хранения на складах, естественной и искусственной сушки влажность древесины снижается до нормативных значений — 40, 25, 20 и 15%. Степень влажности значительно влияет на свойства древесины и деревянных конструкций и строго ограничивается в зависимости от условий их изготовления и эксплуатации. Из древесины неограниченно высокой влажности можно изготовлять только конструкции, постоянно соприкасающиеся с водой. Из древесины влажностью до 40% можно изготовлять конструкции, эксплуатируемые на открытом воздухе, не зависящие от усушки, из древесины влажностью до 25% — конструкции, эксплуатируемые в помещениях с повышенной влажностью и соприкасающиеся с грунтом. Из древесины влажностью до 20% можно изготовлять также неклееные конструкции, эксплуатируемые в любых условиях, из древесины влажностью до 12% —любые конструкции, в том числе клееные. В процессе уменьшения или увеличения влажности до 30% за счет гигроскопической влаги в оболочках клеток размеры деревянных 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 ,
/ — усушка; 2 — растрескивание: 3 — поперечное коробление; 4 — то же, продольное
растяжения в наружных и сжатия во внутренних частях элемента поперек волокон и в результате к короблению и растрескиванию древесины (рис. 2.4). 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 древесины происходит в том случае, когда внутренние напряжения превосходят невысокий предел прочности на растяжение поперек волокон и появляются наружные и внутренние трещины, имеющие обычно радиальное направление. Изменение влажности в пределах от 0 до 30% существенно влияет на прочность и жесткость древесины. При увеличении влажности в этих пределах прочность древесины снижается до 30% от максимальной. Дальнейшее увеличение влажности не приводит к снижению прочности древесины. Для сравнения показателей прочности и жесткости древесины независимо от ее влажности установлено значение стандартной влажности, равное 12% (ранее было 15%). При испытании образцов древесины, имеющих нестандартную.влажность w в пределах от 8—23%, предел их прочности или другой показатель Bw должен быть приведен к значению его при стандартной влажности В12 с учетом коэффициента а, равного для сжатия и изгиба 0, 04, по формуле Влияние температуры, и теплопроводность. Изменение температуры также влияет на прочность и жесткость древесины. При повышении температуры предел прочности и модуль упругости снижаются и повышается хрупкость древесины. Так, например, предел прочности при сжатии древесины срсны, нагретой от 20 до 50° С, уменьшается в среднем до 70%, а при нагревании до 100° — до 30% от начального. Предел прочности древесины а* при температуре t в пределах от 10 до 50° С можно определить, исходя из ее начальной прочности gso при температуре 20° С с учетом поправочного коэффициента р, равного, например, для сосновой древесины при сжатии 3, 5 МПа, по формуле «, ='2о-Р(*-20). 28 При отрицательных температурах влага в древесине превращается в лед и прочность ее при сжатии возрастает, например, до 25%, но она становится более хрупкой и в ней развиваются трещины. Температурные.деформации древесины определяются коэффи«циентом 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 древесины этот коэффициент больше в 7—10 раз. Теплопроводность древесины благодаря ее трубчатопористому строению очень мала, особенно поперек волокон. Коэффициент теплопроводности сухой древесины поперек волокон равен в среднем Я=0, 14 Вт/(м-град). Малая теплопроводность делает древесину эффективным материалом для легких ограждающих конструкций зданий. Теплоемкость древесины значительна, и ее коэффициент для сухой древесины составляет в среднем /
|