Строительная фанера как конструктивный материал.

Влияние влажности на прочность древесины.

При повышении влажности от 0 до точки насыщения волокон (до 30%) её прочность уменьшается, деформативность увеличивается, а модуль упругости снижается. На ударную прочность древесины и на прочность при растяжении вдоль волокон влажность влияет меньше. В других случаях влияние влажности велико: при её уменьшении на 1% прочность меняется на 3-5%. Повышение влажности свыше точки насыщения волокон не приводит к дальнейшему снижению прочности.

Для сравнения прочности древесины все показатели прочности приводят к одной стандартной влажности 12%. Приведение к стандартной влажности производят по следующей формуле:

R₁₂=R_W×(1+k×(W-12))

R_W – предел прочности при влажности в момент испытания;

R₁₂ – стандартная влажность;

W - влажность в момент испытания;

k – коэффициент, зависящий от вида деформирования (изгиб, скалывание).

При сжатии k=0,05;

При изгибе k=0,04;

При скалывании k=0,03.

Эта формула действительна в пределах изменения влажности от 8 до 23 %.

Влажность определяется взвешиванием образцов до и после высушивания или с помощью электромера. Модуль упругости так же необходимо приводить к стандартной влажности.

E₁₂=E_W×(1+0,02×(W-12%))

СНиП рекомендует уменьшать расчётное сопротивление и модуль упругости при увлажнении древесины при кратковременном и длительном.

E×m_в при кратковременном m_в=0,85;

E×m_в при длительном m_в= 0,75.

В зависимости от влажности древесины лес делят на сырой W>25%, полусырой 18%≤W≤25%, и воздушный 12%≤W≤18%.

g=600кг/м³, g=555кг/м³.

 

15.Влияние температуры на прочность древесины.

С повышение температуры прочность древесины уменьшается, с понижением увеличивается, что касается модуля упругости, то он понижается при повышении температуры, что в свою очередь увеличивает деформативность деревянных конструкций. Предел прочности при текущей температуре приводят к стандартной температуре равной 20^о С по формуле:

R₂₀=R_T + β×(T-20), где

R_T - прочность при данной температуре (⁰С);

R₂₀ - искомая прочность при температуре = 20⁰ С;

β – поправочное число на температуру, в зависимости от вида напряжённого состояния.

β = 3,5 – при сжатии;

β = 4,0 – при растяжении;

β = 4,5 – при изгибе.

Эта формула приведений действительна в пределах от 10 -50⁰С.

Примечание: пересчёт температуры на 20⁰ С должен производится после перерасчёта к влажности 12%.

 

Строительную фанеру получают на основе древесины. Это слоёный листовой материал, состоящий из нечётного числа слоёв (может быть 3,5,7). Эти слои называют шпонами. Эти шпоны получают лущением прямолинейных отрезков ствола дерева.

Смежные шпоны фермы имеют взаимоперпендикулярное расположение волокон и склеиваются между собой горячим холодным прессованием.

Наружные шпоны фанеры называются рубашками. Фанеру толщиной 15 мм называют фанерной плитой. Из-за перекрёстной структуры фанера обладает меньшей анизотропностью свойств, чем природная древесина. Явление усушки и разбухания фанеры соответствует таковым у древесины вдоль волокон. Т.е. этими явлениями пренебрегают. Фанера имеет высокие прочностные свойства, малую массу (в 4 раза меньше алюминия), низкую тепло и звукопроводность. Повышенную химическую стойкость и водостойкость (когда фанера изготовлена на водостойких клеях), низкий коэффициент линейного расширения. Фанера используется в качестве элементов несущей конструкции, а так же в качестве отделочных материалов.

 

Влагосодержание фанеры колеблется в пределах от 5 до 10%, а у фанерных плит не превышает 12%. Для изготовления клейфанерных конструкций рекомендуют использовать фанеру марки ФСФ (фанера на смоляном фенолформальдегидном клее), эта фанера обладает повышенной водостойкостью. Для конструкций используемых внутри помещения допускается применять фанеру ФК (фанера карбонильном клее), фанера средней водостойкости. По породе древесины иногда используют фанеру хвойных пород, лиственных пород (березовая фанера [очень дорогая]) и комбинированная фанера. В строительстве так же используют бакелизпрованну (или что-то такое) фанеру (модифицированную), которая выпускается толщиной от 5 до 18 мм, длиной от 1,5 до 7,7 м, шириной от 1,2 до 1,5 м. Эта фанера обладает высокой прочностью и водостойкостью, её часто используют для изготовления многоразовой опалубки.

17.Временное, нормативное и расчётное сопротивление древесины.

Расчётное сопротивление является предельным напряжением в материале реальных элементов отличающихся от стандартных образцов размерами и наличием неизбежных пороков и дефектов в пределах допустимого их содержания. Кроме этого в расчётном сопротивлении отражено влияние длительно действующих нагрузок при условии эксплуатации. Лабораторные испытания большого числа стандартных образцов материала дают значение величин временных сопротивлений. R_вр – предел прочности.

R_вр =n₁×R_вр1+ n₂×R_вр2,

n_1, n₂ -количество образцов;

R_вр1, R_{вр2 …} R_врN– предел прочности временного сопротивления соответствующего этим образцам. В законе больших чисел средний квадрат.

Положительное значение квадратного корня называется средним квадратическим отклонением материала от прочности или стандарт δ^I = - коэффициент изменчивости, тогда ; α - коэффициент на который следует уменьшать среднеарифметическое значение придела прочности, чтобы получить нормативное сопротивление с вероятностью достаточной до безопасной эксплуатации конструкции.

Опыт эксплуатации деревянных конструкций показывает, что нормативное сопротивление древесины достаточно определить для 95% от всех испытаний. Это требование меньше среднеарифметического с учётом коэффициента изменчивости α = 0,23 – для древесины, α = 2,5 – для древесных пластиков.

R_u –нормативное сопротивление обеспеченностью 95% (только 5% может разрушится при большом напряжении – min вероятное значение).

Нормативное длительное сопротивление это min вероятное значение длительного сопротивления определяется путём испытаний малых чистых (без пороков) стандартных образцов.

R_дл/R_вр=k_дл≈0,5-0,6 – для древесины

k_дл≈0,7 – для стеклопластика.

19.Расчёт элементов деревянных конструкций по предельным состояниям.

Предельное состояние – при котором конструкция не может больше использоваться, в результате действия внешних нагрузок и внутреннего напряжений, т.е. за пределами таких состояний дальнейшая эксплуатация конструкций невозможна. В конструкциях из дерева и пластмасс могут возникать 2 группы предельных состояний:

1.По несущей способности (по прочности и устойчивости, первое состояние наиболее опасно) оно определяется непригодность к эксплуатации, когда конструкция теряет несущую способность в результате разрушения или потери устойчивости. Этого не происходит пока максимальные нормальные напряжения δ или раскалывающие τ напряжения в её элементах не превосходят расчётных (минимальных) сопротивлений материалов из которых они изготовлены.

δ,τ≤R;

2.По деформациям (прогибы, перемещения) – определяются непригодность конструкций к нормальной эксплуатации, когда конструкция прогибается до недопустимой величины, этого не происходит пока максимальный относительный прогиб её не превышает предельно допустимых значений. f/l≤[f/l]/

Цель расчёта не допустить не 1 ни 2 предельных состояний в процессе перевозки, сборки и эксплуатации конструкций. Это выполняется на основании учёта нормативных и расчётных нагрузок и сопротивления материала. Расчёт по 1 предельному состоянию производится на расчётные нагрузки, а по 2 на нормативные нагрузки, т.е. без учёта коэффициента надёжности по нагрузке (коэффициент перегрузки).

Принцип инженерного расчёта состоит в том, что бы было соблюдено условие неразрушимости, т.е. наибольшая возможная или предельная нагрузка должна быть ≤ наименьшей несущей способности конструкции, вычисленной с учётом рассеивания показателей качества материала, нагрузок и условий работы конструкций, а так же с учётом фактора времени. При расчёте конструкции из дерева и пластмасс главным образом учитывается постоянная нагрузка от собственного веса конструкции, и др. элементов зданий и нагрузка от веса снега, давления (пневматические конструкции), ветра. Так же учитываются нагрузки от веса людей и оборудования. Каждая нагрузка имеет нормативное и расчётное значение. Нормативные нагрузки являются исходными значениями нагрузок. Временные нагрузки определяются в результате данных многолетних наблюдений и измерений. Постоянные нагрузки вычисляют по значению собственного веса и объёма конструкции и прочих элементов здания и оборудования. Расчётные нагрузки определяются на основании нормативных с учётом их возможной переменчивости, особенно в большую сторону. Для этого значения нормативных нагрузок умножают на коэффициент надёжности по нагрузкам, значение которого для различных нагрузок различны но все они больше 1.

Расчёт деревянных элементов конструкции удельного сечения.

Элементы деревянных конструкций служат: доски, брусья а так же сортамент пиленых и круглых пиломатериалов. Эти элементы могут быть самостоятельными конструкциями (балки, стойки), а так же стержнями более сложных конструкций (элементы ферм). Усилия действующие в элементах конструкции и их прогибы, определяются общими методами строительной механики. Деревянные элементы рассчитывают на растяжение, сжатие, изгиб, сжатие с изгибом, растяжение с изгибом, смятие и скалывание. В строгом соответствии со СНиП 2-25-80, в нём даны расчётные сопротивления древесины сосны, ели при той или иной работе, в зависимости от сорта. СНиП указывает 3 сорта древесины. Расчётные значения сопротивления древесных пород древесины определяются умножением основных расчётных сопротивлений (сосны, ели) на соответствующие коэффициенты. Условия работы конструкции учитывают расчётные сопротивления на соответствующие коэффициенты условия работы.