ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ ПРИ ИЗГИБЕ

Цель работы:изучить метод определения предела прочности древесины при статическом изгибе по ГОСТу 16483.3-84 (Ст. СЭВ 390-76).

Основные понятия:древесина характеризуется весьма высокой прочности при растяжении вдоль волокон и в то же время низким сопротивлением растягивающим усилиям в поперечном направлении. Предел прочности древесины при статическом изгибе для разных пород в среднем равен приблизительно 70,0-90,0 МПа.

Техника и методика эксперимента

Определение производится на образцах 20х20х300 мм. Длина должна совпадать с направлением волокон. Две параллельные стороны торца должны иметь тангентальное направление.

Отклонение от размеров поперечного сечения не должно превышать 0,5 мм, а длина - ±1 мм.

Порядок выполнения работы

1. Образец для испытания устанавливают таким образом, чтобы изгибающее усилие было направлено по касательной к годовым слоям (тангентальный изгиб).

2. Неподвижные опоры и ножи установки для испытания должны иметь закругления радиусом 15 мм. Расстояние между опорами должно быть 240 мм, а между центрами ножей – 80 мм (при нагружении в двух точках).

3. Нагружение производят равномерно со скоростью 5000±1000 Н/мин на весь образец до полного его излома.

4. После испытания определяют влажность образца.

Вычисляют предел прочности при статическом изгибе при влажности образца в момент испытания w с округлением до 1 МПа по формулам.

при нагружении в двух точках

при нагружении в одной точке

где Р – разрушающая нагрузка, Н;

- расстояние между центрами опор, мм;

в – ширина образца, мм;

h – высота образца, мм.

Предел прочности образцов с влажностью от 11 до 13% пересчитывают на влажность 12% по формуле: [1+α(w-12)].

где α – поправочный коэффициент на влажность, равный 0,04 для всех пород;

w – влажность образца в момент испытания, %.

Предел прочности образцов с влажностью равной или большей предела гигроскопичности, пересчитывают на влажность 12% по формуле.

где – коэффициент пересчета, определенный по табл. 1 при известной плотности древесины. Если определение плотности не проводилось, допускается принимать коэффициент пересчета равный средней величине исследуемой породы по таблице 1 См. приложения.

Вычисление производят с округлением до 1 МПа.

Вопросы для самопроверки

1. Какова схема нагрузки усилия на образец?

2. Почему древесина обладает высоким пределом прочности на изгиб?

3. Чем объяснить пересчет прочности на 12% влажности?

Литература:

1. ГОСТ 16483.3-73 (Ст. СЭВ 390-76). Метод определения прочности при статическом изгибе.

2. Строительные материалы./Под ред. А.Г.Горчакова. М.: Высшая школа, 1982

ПОРОКИ ДРЕВЕСИНЫ

Древесина как материал неоднородна. Она может иметь отклонения от нормального строения и повреждения. Различные отклонения от нормального строения древесины (неправильности строения, повреждения и заболевания), влияющие на ее технические свойства, называются пороками древесины.

Сортность древесины в отличие от других строительных материалов, устанавливают с учетом имеющихся в ней пороков. Пороки оказывают различное влияние на технические качества древесины. Одни из них могут сделать древесину непригодной для строительных целей, другие снижают ее сорт.

Повышение качества деревянных конструкций связано с необходимостью уметь распознавать пороки, тщательно учитывать их влияние на сортность и качество древесины и принимать меры по ее нейтрализации.

1. Сучки

Сучки – части ветвей, заключенные в древесине. Они нарушают однородность строения древесины, ухудшают внешний вид. Вызывают искривление волокон годичных слоев и затрудняют механическую обработку.

По состоянию древесины сучки различают здоровые, светлые, темные, здоровые с трещинами, загнившие, гнилые, табачные.

По степени срастания: сросшиеся, частично сросшиеся, несросшиеся, выпадающие.

По взаимному расположению: разбросанные, групповые, разветвленные.

По форме разреза на поверхности сортимента: круглый, овальный, продолговатый. По положению в сортименте: пластевый, кромочный, ребровый, торцовый, сшивной. По выходу на поверхность односторонний и сквозной.

На качестве лесоматериалов сказываются отрицательно размеры сучков, их формы, положение в сортименте, взаимное расположение, степень срастания с окружающей древесиной и т.д. При поперечном сжатии и продольном скалывании сучки повышают прочность древесины. Табачные сучки указывают на наличие в древесине ядровой гнили.

2. Трещины

Трещины представляют собой разрывы древесины вдоль волокон, которые образуются не только при высыхании дерева, но и при жизни его от различных причин.

В зависимости от времени появления и характера повреждения, в круглом лесе и пиленых материалах различают следующие виды трещин по типам: метиковая, простая метиковая, сложная метиковая, отлупная, морозная, трещины усушки.

Метиковая – радиально направленная трещина в ядре, отходящая от сердцевины и имеющая значительную протяженность по длине сортимента.

Отлупная – трещина, проходящая между годичными слоями, возникающая в ядре растущего дерева.

Морозная – радиально направленная трещина, проходящая из заболони в ядро и имеющая значительную протяженность по длине сортимента.

Трещины усушки – радиально направленная трещина, возникающая в срубленной древесине при сушке.

По положению в сортименте трещины могут быть боковые, пластевые, кромочные, торцовые. В зависимости от глубины различают трещины не глубокие (глубиной не более 1/10 диаметра торца) глубокие, сквозные (имеющие два выхода на поверхность).

Трещины могут быть сомкнутые (ширина не более 0,2 мм) и разошедшиеся – более 0,3 мм.

3. Пороки формы ствола.

К порокам формы ствола относятся: сбежистость, закомелистость, нарост и кривизна. Эти пороки затрудняют применение круглых лесоматериалов по назначению, увеличивают количество отходов при распиловке и лущении.

Сбежистость – постепенное уменьшение диаметра ствола от комля части к вершине. За норму сбега принимается уменьшение диаметра ствола на 1 см на 1 метр длины ствола. Сбежистость увеличивает количество отходов при распиловке, обуславливает появление радиального наклона волокон.

Закомелистость – значительное и резкое утолщение диаметра комлевой части ствола, когда диаметр комлевого торца не менее чем в 1,2 раза превышает диаметр, измеренный на расстоянии 1м от этого торца. Этот порок затрудняет использование древесины, увеличивает количество отходов ее.

Овальность ствола – форма сечения торца, у которого больший диаметр не менее чем в 1,5 раза превышает меньший. Увеличивает количество отходов при лущении, затрудняет использование круглых материалов.

Кривизна – отклонение продольной оси от прямой линии. Простая кривизна характеризуется только одним изгибом, сложная двумя и более. Увеличивает количество отходов при распиловке.

Нарост на стволе – резкое местное утолщение ствола различной формы и размеров. Встречается на всех породах, чаще на лиственных, осложняет переработку.

4. Пороки строения древесины

Наклон волокон – отклонение направления волокон от продольной оси лесоматериала (тангентальный и радиальный наклон волокон), затрудняет механическую обработку.

Крень – изменение строения древесины хвойных пород в сжатой зоне ствола и сучьев, проявляющееся, в виде кажущегося резкого утолщения поздней древесины годичных слоев. (Может быть местная и сплошная). Повышает твердость и прочность при сжатии, ухудшает внешний вид.

Свилеватость – извилистое или беспорядочное расположение волокон древесины, может быть волнистая или путанная. Встречается на всех древесных породах чаще на лиственных. Затрудняет стружку и теску древесины, снижает прочность.

Завиток – местное искривление годичных слоев, обусловленное влиянием сучков или проростей. Может быть односторонний, сквозной. Снижает прочность древесины.

Сердцевина – узкая центральная часть ствола, состоящая из рыхлой ткани, характеризующаяся бурым или более светлым цветом. Попадая в деревянные изделия, усиливает их растрескивание.

Двойная сердцевина – наличие двух и более сердцевин с самостоятельными системами годичных слоев, окруженных с периферии одной общей системой. Увеличивает отходы при обработке древесины, усиливает ее растрескивание.

Пасынок –отмершая или отставшая в росте вторая вершина, пронизывающая ствол под острым углом к ее продольной оси. Ухудшает однородность и механические свойства древесины.

Сухобокость – омертвевший в процессе роста дерева участок поверхности ствола, возникающий в результате повреждений (ушиб, заруб). Обычно лишена кора и сопровождается развитием грибных окрасок, пятен, гнили. Нарушает правильность формы и целостность древесины.

Прорость – зарастающая или заросшая рана, сопровождающаяся радиальной трещиной. Сопровождается развитием засмолка, ядровых пятен и гнили. Может быть открытая, односторонняя, сквозная, закрытая, сросшаяся, светлая и темная. Нарушает целостность древесины и искривляет годичные слои.

Рак – углубление или вздутие, возникающее на поверхности растущего дерева в результате деятельности грибов или бактерий. Различают открытые и закрытые. Затрудняет механическую обработку.

Засмолок – участок хвойных пород, обильно пропитанный смолой. Снижает ударную вязкость, затрудняет отделку – лакировку, окраску.

Ложное ядро – темное неравномерно окрашенное ядро, граница которого обычно не совпадает с годичными слоями. Снижает прочность древесины, портит внешний вид.

Водослой – участки ядра ненормальной темной окраски, возникающие в растущем дереве от резкого увеличения их влажности. Является причиной растрескивания и гниения древесины, снижает ударную вязкость при изгибе.

Кармашек – полость внутри годичных слоев или между ними, заполненная смолой или камедями. Препятствует лицевой отделке и склейке древесины.

Глазки – следы неразвившихся в побег “спящих” почек. Могут быть групповые и разбросанные, светлые и темные. Снижают прочность при статическом изгибе.

Некоторые пороки (например, пятнистость, внутренняя заболонь и др. ) не оказывают существенного влияния на механические свойства древесины.

5. Грибные поражения

Пороки древесины от действия грибов весьма многочисленны. Грибы могут поражать и растущее дерево и срубленное. Грибы развиваются при наличие кислорода, влаги и благоприятной температуре. Грибные поражения делятся на следующие виды:: грибные ядровые пятна и полосы: заболонная ткань, наружная трухлявая гниль.

Грибные ядровые пятна и полосы – участки ненормальной окраски ядра без понижения твердости древесины, возникающие в растущем дереве под действием дереворазрушающих грибов. Они наблюдаются на торцах в виде пятен бурого, красноватого, серого и серо-фиолетового цветов. На механические свойства древесины эти поражения существенного влияния не оказывают, но портят внешний вид.

Ядровая гниль – участки не нормальной окраски ядра с пониженной твердостью древесины, возникающие в растущем дереве под действием дереворазрушающих грибов. Ядровая гниль снижает сортность древесины.

Наружная трухлявая гниль – бурая трещиноватая гниль, возникающая при не правильном длительном хранении под воздействием дереворазрушающих грибов. Снижает механические свойства.

Плесень – пушистый налет серого, зеленого, розового, голубого и др. цветов на поверхности древесины. На технические свойства древесины плесень не влияет, но ухудшает внешний вид.

Заболонная грибная окраска – ненормальная окраска заболони без понижения ее твердости, возникающая в срубленной древесине под воздействием деревоокрашивающих грибов, не вызывающая образованием гнили. Этот порок не влияет на механические свойства древесины, но ухудшает ее внешний вид.

6. Химические окраски

Химическими называют ненормальные окраски, возникающие в срубленной древесине в результате развития химических и биологических процессов, в большинстве случаев связанных с окислением дубильных веществ. Химические окраски не влияют на физико-механические свойства древесины, но при интенсивной окраски портят ее внешний вид. При высыхании древесины они почти полностью выцветают.

Химическая окраска древесины – ненормально окрашенные, равномерные по цвету участки в срубленной древесине, возникающие в результате развития химических и биохимических процессов, в большинстве случаев связанные с окислением дубильных веществ.

Продубина – поверхностная коричневато-красная или синевато-бурая окраска.

Желтизна – светло-желтая окраска заболони сплавной древесины, возникающая при ее интенсивной сушке.

7. Биологические повреждения

Многочисленные вредители порождают как растущее, так и срубленное дерево. Насекомые образуют в древесине различные ходы и отверстия, снижающие прочность древесины. Из насекомых, поражающих древесину растущих пород, больший вред приносят короеды, древесинники, усачи и др.

Червоточина – ходы и отверстия, проделанные в древесине насекомыми.

Различают поверхностную червоточину, проникающую в глубину не более 3 мм, неглубокую – глубокую не более 15 мм в круглом лесе и до 55 мм в пиломатериалах и деталях и глубокую – глубиной 15 мм в круглых лесоматериалах и до 5 мм в пиломатериалах.

В зависимости от размера отверстия различают не крупную червоточину, с отверстиями не более 3 мм в диаметре, и крупную, с отверстиями более 3 мм.

Повреждения древесины паразитными растениями.

Отверстия в древесине пилопродукции или детали, возникшие в результате жизнедеятельности паразитных растений, снижают механические свойства.

Повреждение птицами – полость в круглых материалах, возникающая в результате жизнедеятельности птиц. Затрудняет использование материалов по назначению.

8. Инородные включения, механические повреждения и пороки обработки

Инородное включение – затрудняет обработку древесины, нередко является причиной аварий.

Обдир коры – снижает стойкость свежезаготовленных неокоренных круглых лесо материалов к грибным поражениям и растрескиванию.

Вмятина, царапина, ожог – ухудшают внешний вид деталей и изделий.

Отщеп, скол, задир, запил, заруб – нарушают целостность древесины, ухудшают внешний вид, уменьшают фактические размеры материала.

Закорина увеличивает количество отходов шпона, часто выпадает.

Скос пропила уменьшает фактическую длину сортимента, затрудняет использование по назначению.

Литература

1. ГОСТ 16483.1-16483-13. Отбор проб и методы испытаний, 1978.

2. ГОСТ 16483.7-71 (СТ СЭВ 387-76). Древесина. Методы определения влажности.

3. ГОСТ 16483.18-72. Древесина. Определения числа годичных слоев в 1 см и содержания поздней древесины в годичном слое.

4. ГОСТ 16483.1-73 (СТ СЭВ 388-76). Древесина. Методы определения плотности.

5. ГОСТ 16483.37.80 (СТ СЭВ 1139-78). Методы определения радиальной и тангентальной усушки.

6. ГОСТ 16483.37-80 (СТ СЭВ 1140-78). Древесина. Методы определения объемной усушки.

7. ГОСТ 16483.10-73. Древесина. Методы определения предельной прочности при сжатии вдоль волокон (ИУС 319-79) (СТ СЭВ 816-77).

8. ГОСТ 16483.2-70. Древесина. Методы определения условного предела прочности при местном сжатии поперек волокон (ИУС 219-78). (СТ СЭВ 389-76).

9. ГОСТ 16483.3-84. Метод определения прочности при статическом изгибе (ИУС 10-77) (СТ СЭВ 390-76).

10. Пороки древесины. ГОСТ 2140-81 (СТ СЭВ 2017-79, СТ СЭВ 2018-79, СТ СЭВ 2049-79, СТ СЭВ 321-76, СТ СЭВ 391-76 ).

11. Строительные материалы./Под редакцией д.т.н. профессора Г.К.Горчакова. М.: Высшая школа, 1982.

Приложение

Таблица 1

Таблица 2

Влажность	Коэффициент пересчета по плотности, кг/м
%	400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
	1,405 1,396 1,390 1,375 1,365 1,345 1,320 1,250 1,245 1,205 1,153 1,335 1,330 1,320 1,310 1,300 1,285 1,264 1,232 1,202 1,170 1,125 1,267 1,262 1,255 1,248 1,240 1,230 1,212 1,185 1,163 1,136 1,100 1,210 1,205 1,200 1,193 1,190 1,180 1,165 1,145 1,125 1,105 1,080 1,150 1,148 1,143 1,100 1,135 1,127 1,120 1,105 1,090 1,075 1,056 1,098 1,096 1,092 1,090 1,087 1,082 1,077 1,070 1,060 1,050 1,038 1,048 1,048 1,042 1,042 1,040 1,040 1,038 1,033 1,027 1,023 1,020 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,955 0,955 0,955 0,953 0,956 0,960 0,962 0,968 0,970 0,975 0,982 0,915 0,915 0,915 0,917 0,920 0,925 0,930 0,940 0,948 0,957 0,965 0,875 0,878 0,880 0,882 0,887 0,890 0,900 0,913 0,922 0,937 0,951 0,837 0,840 0,840 0,845 0,852 0,860 0,870 0,887 0,900 0,915 0,938 0,805 0,810 0,810 0,813 0,820 0,830 0,840 0,862 0,880 0,900 0,925 0,780 0,785 0,785 0,793 0,798 0,807 0,820 0,843 0,863 0,887 0,915 0,745 0,750 0,753 0,760 0,768 0,780 0,795 0,820 0,843 0,870 0,903 0,715 0,722 0,722 0,735 0,740 0,757 0,773 0,800 0,825 0,855 0,892 0,695 0,701 0,703 0,710 0,718 0,735 0,752 0,782 0,812 0,842 0,882 0,665 0,672 0,680 0,687 0,693 0,710 0,732 0,765 0,795 0,830 0,875 0,645 0,650 0,657 0,668 0,672 0,688 0,715 0,750 0,785 0,820 0,865 0,620 0,630 0,638 0,643 0,650 0,668 0,696 0,730 0,768 0,808 0,855 0,605 0,614 0,619 0,624 0,636 0,653 0,680 0,720 0,755 0,800 0,840 0,590 0,595 0,600 0,610 0,622 0,638 0,665 0,710 0,747 0,790 0,842 0,570 0,575 0,580 0,595 0,605 0,625 0,650 0,695 0,735 0,780 0,835 0,554 0,560 0,565 0,580 0,590 0,610 0,638 0,682 0,725 0,770 0,830 0,540 0,550 0,553 0,568 0,577 0,600 0,628 0,675 0,718 0,765 0,825 0,530 0,538 0,540 0,554 0,565 0,590 0,620 0,665 0,710 0,757 0,820

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: