Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Определение прогибов, обусловленных деформацией сдвига

 

Прогиб fq, обусловленный деформацией сдвига, определяется по формуле сопротивления материалов:

fq = ,

где - поперечная сила в сечении х от действия по направлению искомого перемещения единичной силы F=1, приложенной в сечении , где находится прогиб;

- деформация сдвига, определяемая с учетом нормальных и наклонных трещин ( если они образуются на рассматриваемом участке элемента)

Угол деформации сдвига определяется по формуле :

,

где Qx – поперечная сила в сечении х от действия внешней нагрузки;

- коэффициент, учитывающий влияние ползучести бетона и принимаемый равным: при продолжительном действии нагрузок =1+ , при непродолжительном действии нагрузок =1,0

- коэффициент, учитывающий влияние трещин на деформации сдвига и принимаемый равным:

- на участках по длине элемента, где отсутствуют нормальные и наклонные к продольной оси элемента трещины, - =1,0;

- на участках, где имеются только наклонные трещины, - =4,0;

- на участках, где имеются только нормальные или нормальные и наклонные трещины, коэффициент определяется по формуле :

,

где Mx и ( )x – соответственно момент и кривизна от внешней нагрузки при непродолжительном ее действии;

Ired – момент инерции полного приведенного сечения при коэффициенте приведения арматуры к бетону

Образование наклонных трещин соответствует выполнению условия: Q > 0,5Rbt,serbho

 

 

Лекция № 9. Строение и свойства древесины. Строительные материалы из древесины. Общие сведения Древесину издавна широко применяют в строительстве благодаря сочета- нию замечательных свойств: высокой прочности и небольшой плотности, малой теплопроводности, легкости обработки, простоте скрепления отдельных эле- ментов, высокой морозо- и химической стойкости и декоративности. Наряду с этим у древесины много недостатков: наличие пороков, гигроскопичность, и связанные с ней набухание и усушка изделий из древесины, приводящие к ко- роблению и растрескиванию; особенно серьезным недостатком является ее под- верженность горению и гниению. Специфическая особенность древесины - ани- зотропность, т.е. различие свойств в разных направлениях, обусловленное ее волокнистым строением. На долю России приходится более 20% мировой площади лесов. Но при этом доля деловой древесины составляет менее половины лесных богатств. Сроки роста деревьев деловых пород (сосна, ель, лиственница и др.) до дости- жения товарной ценности в нашей климатической зоне составляют 40…60 лет. Поэтому рубка леса должна вестись строго с учетом возраста древесины и со- провождаться новыми посадками. Только в этом случае можно говорить, что 31 древесина относится к возобновляемому сырью, в отличие, например, от горю- чих ископаемых. Общеизвестно, что древесина экологически чистый материал. При этом подразумевается, что она как строительный материал безвредна для человека. Это верно, но понятие экологической чистоты древесины значительно шире. Человек получает древесину как материал в готовом виде, не используя энергию для ее производства, т.е. в этом случае исключается загрязнение окружающей среды промышленными выбросами. Отслужившая древесина самоуничтожает- ся, естественно входя в круговорот природы. Однако, экологичность древесины реализуется лишь в том случае, когда вырубка и посадка новых деревьев идут как единый процесс, не нарушая биологического равновесия в природе. При заготовке и распиловке древесины образуется большое количество (до 50…60%) отходов: горбыль, стружки, опилки и т.п.. Эти отходы и недело- вую древесину подвергают более глубокой переработке с целью получения пол- ноценных материалов. В зависимости от степени переработки древесины различают: - лесные материалы, получаемые только механической обработкой ство- лов дерева (бревна, пиломатериалы); в этом случае сохраняются все присущие древесине положительные и отрицательные свойства; - деревянные изделия и конструкции, изготовляемые в заводских условиях (дверные и оконные блоки, клееные конструкции, фанера и др.); свойства древе- сины в этом случае используются более рационально; -материалы и изделия, получаемые технологической переработкой древе- сины: а) материалы и изделия из отходов и неделовой древесины с использова- нием вяжущих веществ (древесно-стружечные плиты, арболит, фибролит); б) материалы, получаемые физико-химической обработкой древесного сырья (древесно-волокнистые плиты, картон, бумага); в) материалы, получаемые химической переработкой древесины. 32 Строение и состав древесины Макроструктура древесины - строение древесины, видимое невооружен- ным глазом. Рассматриваются три основных разреза ствола: поперечный - тор- цовый; и два продольных - радиальный, проходящий через ось ствола, и тан- гентальный, не проходящий через ось, т.е. сделанный по касательной к годовым кольцам. В поперечном разрезе древесина ствола состоит из ряда концентрических годовых колец, располагающихся вокруг сердцевины. Каждое годовое кольцо имеет два слоя: ранней (весенней) и поздней (летней) древесины. Ранняя древе- сина светлая и состоит из крупных тонкостенных клеток; поздняя древесина бо- лее темного цвета, состоит из мелких клеток с толстыми стенками, поэтому ме- нее пориста и обладает большей прочностью, чем весенняя. В процессе роста дерева стенки клеток древесины внутренней части ство- ла, примыкающей к сердцевине, постепенно изменяют свой состав, одеревене- вают и пропитываются у хвойных пород смолой, а у лиственных пород – ду- бильными веществами. Движение влаги в древесине этой части ствола прекра- щается, и она становится более прочной, твердой и менее способной к загнива- нию. Эту часть ствола у разных пород называют ядром или спелой древесиной. Микростроение древесины. Изучая строение древесины под микроско- пом, можно увидеть, что основную массу древесины составляют клетки меха- нической ткани, имеющие веретенообразную форму, вытянутые вдоль ствола. Срубленная древесина состоит из отмерших клеток, т.е. только из клеточных оболочек. Оболочки клеток сложены из нескольких слоев очень тонких волоко- нец, называемых микрофибриллами, которые компактно уложены и направлены по спирали в каждом слое под разным углом к оси клетки (подобно отдельным прядям в канате). Микрофибрилла состоит из длинных нитевидных молекул целлюлозы – природного полимера состава (С6Н10О5)n , где n = 2500…3000. Его в древесине 35…45 %. В клеточной оболочке содержатся и другие органические (лигнин – 20…30 % и гемицеллюлозы – около 20 %) и неорганические вещест- ва, которые образуют золу при сжигании древесины (0,17…0.27 %). 33 Плотность. В составе всех древесных пород преобладает одно и то же вещество – целлюлоза, поэтому истинная плотность древесины примерно оди- накова и составляет 1,54 г/ см3 . Средняя плотность древесины разных пород и даже одной и той же по- роды зависит от многих факторов, связанных с условиями роста дерева. У большинства древесных пород плотность сухой древесины меньше 1000 кг/м 3 , т.е. меньше плотности воды. С изменением влажности средняя плотность древе- сины меняется, поэтому принято сравнивать плотность древесины при одной и той же стандартной влажности, равной 12 %. Прочность при сжатии вдоль волокон достаточно высока и составляет в среднем 40…60 МПа, т.е. сопоставима с прочностью бетона. Это объясняется тем, что пустотелые волокна работают как жесткие пространственные элемен- ты. Прочность при сжатии поперек волокон составляет примерно 0,1…0,3 от предела прочности вдоль волокон. Это объясняется тем, что при сжатии по- перек волокон в действительности происходит смятие волокон древесины без явного разрушения стенок. Поэтому за прочность в этом случае принимают ус- ловный предел прочности, равный наибольшему напряжению, при котором еще сохраняется линейная зависимость между напряжением и деформацией. Прочность при растяжении вдоль волокон в 2..3 раза больше прочно- сти при сжатии в этом направлении и составляет 100…120 МПа. Прочность при растяжении сильно зависит от наличия некоторых пороков (сучки, косослой и др.), но мало изменяется от влажности. Прочность при изгибе в 1,5…2 раза превышает прочность при сжатии вдоль волокон, но несколько меньше прочности при растяжении, и составляет в среднем 60…110 МПа. Прочность при изгибе у древесины значительно выше, чем у большинства строительных материалов (бетон, керамика и т.д.). и сопос- тавима с прочностью металлов. Основные древесные породы, применяемые в строительстве 34 Древесные породы по ряду биологических признаков принято разде- лять на хвойные и лиственные. Такое же деление принято и в строительстве. Хвойные породы в средней полосе составляют основные запасы дело- вой древесины. В строительстве в основном применяется древесина хвой- ных пород, отличающаяся правильным (с меньшим количеством пороков) строением ствола и большей устойчивостью к загниванию, которая связана со смолистостью хвойной древесины. Из хвойных пород чаще всего приме- няют сосну, лиственницу, ель, пихту, кедр (их физико-механические свойства приведены в таблице 1). Таблица 1 Средние показатели физико-механических свойств древесины хвойных и лист- венных пород при 12 %-ой влажности Предел прочности, МПа Порода Средняя плот- ность-ρm, кг/см3 Порис- тость, % Rсж Rизг Rр Лиственница Сосна Ель Кедр Дуб Бук Береза Осина 680 500 450 440 700 670 630 490 56 68 72 71 46 56 59 68 65 50 45 35 60 55 55 45 110 85 80 65 107 110 110 80 125 105 103 80 125 125 160 120 Сосна – наиболее распространенная хвойная порода. Древесина сосны светло-золотистого цвета обладает повышенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами и хорошо поддается обработке. Из сосны изготовляют несущие деревянные конструкции, различные столярные из- делия, фанеру и др. Древесина лиственницы по внешнему виду напоминает древесину со- сны, но обладает большей плотностью и прочностью. Цвет ее более тем- ный, чем у сосны. Древесина лиственницы характеризуется повышенной стойкостью против загнивания в условиях переменной влажности благода- ря высокой смолистости. Поэтому ее применяют для гидротехнических и подземных сооружений, а также для изготовления шпал. Ель - распространенная хвойная порода, древесина которой отличает- ся малой смолистостью при относительно высоких прочностных показате- лях. Однако при использовании в сырых местах быстро загнивает. Из ели изготавливают строительные конструкции, эксплуатируемые в сухих усло- виях. Древесина пихты белого цвета, по внешнему виду напоминает древе- сину ели. Физико-механические свойства ее древесины близки к свойствам 35 ели, однако она еще менее стойка к загниванию. В строительстве исполь- зуют для тех же целей, что и древесину ели. Кедр имеет легкую прочную и хорошо обрабатывающуюся древесину. Его применяют в столярном и мебельном производстве. Лиственные породы в строительстве используют значительно реже, чем хвойные. Среди многообразия лиственных пород наибольшее приме- нение в строительстве нашли дуб, ясень, бук, береза, осина. Дуб обладает тяжелой, плотной, твердой и очень прочной древесиной желтоватого цвета с красивой текстурой; она хорошо сохраняется как на воздухе, так и под водой. Из дуба делают высококачественный паркет, фа- неру, мебель. Ясень имеет тяжелую, твердую и прочную древесину, по виду и строе- нию напоминающую древесину дуба, но более светлой окраски. Бук также имеет плотную: твердую и прочную древесину белого цве- та с красноватым оттенком. Бук применяют для изготовления паркета, фанеры, высококачественных столярных изделий и мебели. Береза – самая распространенная в наших лесах лиственная порода. Древесина ее прочная, средней твердости, но недолговечная в условиях по- переменного увлажнения и высушивания. Береза - основное сырье для из- готовления фанеры, столярных изделий и мебели. Осина имеет мягкую и легкую древесину белого цвета с зеленоватым оттенком; во влажном состоянии она быстро загнивает. Осина легко рас- калывается вдоль волокон, поэтому применяется для изготовления фане- ры, кровельных материалов (щепы, гонта, лемеха) и тары. Стали поступать на строительный рынок России экзотические поро- ды. Они отличаются разнообразной окраской и высокими физико- механическими показателями. Пороки древесины Пороками называют недостатки древесины, появляющиеся во время роста дерева и хранения пиломатериалов на складе. Степень влияния по- роков на пригодность древесины в строительстве зависит от их вида, мес- та расположения, размеров, а так же назначения древесной продукции. Один и тот же порок в некоторых видах лесопродукции делает древесину непригодной, а в других понижает ее сортность или не имеет существенно- го значения. Поэтому в стандартах на конкретные виды лесопродукции имеются указания о допустимых пороках. Пороки древесины можно разделить на несколько групп: пороки формы ствола, пороки строения древесины, сучки, трещины, химические окраски и грибковые поражения. Ниже рассмотрены основные виды пороков. 36 Пороки формы ствола легко определяются на растущем дереве. Поэто- му стволы таких деревьев могут быть отбракованы на лесосеке. К этой группе пороков относятся сбежистость, закомелистость и кривизна ствола. Сбежистость значительное уменьшение диаметра бревен. Нормальным сбегом считается уменьшение диаметра на 1 см на 1 м длины ствола. Этот по- рок уменьшает выход обрезных пиломатериалов. Кроме того, в материале ока- зывается много перерезанных волокон, что снижает его прочность. Закомелистость – резкое увеличение диаметра комлевой (нижней) час- ти ствола. Закомелистость бывает круглой и ребристой. В любом случае она увеличивает количество отходов и искусственно вызывает косослой в готовой продукции. Кривизна – искривление ствола дерева в одном или нескольких местах. Сильная кривизна переводит древесину в разряд не пригодной для строитель- ных целей. Пороки строения древесины представляют собой отклонения от нор- мального расположения волокон в стволе дерева: наклон волокон, свилева- тость, крень, двойная сердцевина и др. Наклон волокон (косослой) – непараллельность волокон древесины про- дольной оси пиломатериала. Это явление (особенно при больших углах накло- на волокон) вызывает резкое снижение прочности древесины и затрудняет ее обработку. Пиломатериал, имеющий косослой, обладает повышенной склонно- стью к короблению при изменении влажности. Свилеватость – крайнее проявление косослоя, когда волокна древесины расположены в виде волн или завитков. Свилеватость в некоторых породах (орех, карельская береза) придает красивую текстуру древесине; такие породы используются в отделочных работах. Крень – изменение строения древесины, когда годовые кольца имеют разную толщину и плотность по разные стороны от сердцевины. Крень нару- шает однородность древесины. 37 Сучки – самый распространенный и неизбежный порок древесины, представляющий собой основания ветвей, заключенные в древесине. Они на- рушают однородность строения древесины, вызывают искривление волокон (свилеватость). Сучки уменьшают рабочее сечение пиломатериалов, снижая их прочность в 1,5…2 раза (а в тонких досках и брусках и более). По степени срастания древесины сучков с древесиной ствола различают сучки сросшиеся, частично сросшиеся и несросшиеся (выпадающие). Особенно неприятны сучки разветвленные (лапчатые). Здоровые сучки имеют древесину твердую и плотную без признаков гни- ли. Часто сучки загнивают вплоть до превращения в рыхлую порошкообраз- ную массу – это так называемые табачные сучки. Для изготовления несущих деревянных конструкций используется древе- сина, имеющая только здоровые сросшиеся сучки. Количество и размещение сучков определяют сортность материала. Трещины могут появляться как на растущем дереве, так и при высыха- нии срубленного дерева и пиломатериалов. Они нарушают целостность лесо- материалов, уменьшают выход высокосортной продукции, снижают прочность, и даже делают их непригодным для строительных целей. Кроме того, трещины способствуют развитию гниения древесины. Различают следующие типы трещин: метик, морозобоина и отлуп, обра- зующиеся на растущем дереве, и трещины усушки, образующиеся на срублен- ной древесине. Метик – внутренние трещины, идущие вдоль ствола от центра к перифе- рии; трещин может быть несколько, как расположенных в одной плоскости, так и крестообразно. Морозобоина – наружная открытая продольная трещина, сужающаяся к центру. Такие трещины возникают при замерзании влаги в стволе во время сильных морозов. 38 Отлуп – полное или частичное отделение центральной части ствола от периферийной в результате усушки первой. Такие трещины располагаются по годовым кольцам. Трещины усушки – встречаются очень часто в древесине всех пород; возникают в результате напряжений, вызванных неравномерной усадкой при быстрой сушке древесины на воздухе. Эти трещины направлены от периферии к центру вдоль волокон древесины. Грибковые поражения вызываются простейшими живыми организмами – грибами, развивающимися из спор и использующими древесину в качестве питательной среды. Для развития грибов необходима также кислород воздуха, определенная влажность и температура (10…40) о С. Различают грибы, пора- жающие растущие в лесу деревья и свежесрубленную древесину, и грибы, раз- вивающиеся на деревянных конструкциях. На растущих деревьях могут развиваться деревоокрашивающие грибы. Они питаются содержимым клеток, не затрагивая их стенки. Поэтому проч- ность такой древесины изменяется незначительно, но на древесине появляются цветные пятна и полосы. Значительно более опасны дереворазрушающие грибы. Они питаются целлюлозой, разлагая ее при помощи ферментов до глюкозы: (С6Н10О5)n + n Н2О → С6Н12О6 Это возможно только при достаточной влажности древесины. Глю коза в теле гриба используется в процессе его жизнедеятельности и, в кон- це концов, превращается в углекислый газ и воду. Известно большое число дереворазрушающих грибов. Среди них наибо- лее часто встречаются так называемые домовые грибы. При поражении такими грибами древесина делается трухлявой и легкой, а на ее поверхности появляет- ся налет плесени в виде мягких подушечек. Домовый гриб может разрушить древесину очень быстро (в течение нескольких месяцев). Процесс гниения прекращается при снижении влажности древесины до 18…20 % (сухая древесина не гниет), снижении температуры ниже 0 о С или исключении поступления кислорода. 39 Повреждения насекомыми (червоточины) представляют собой ходы и отверстия, проделанные в древесине насекомыми (жуками короедами, точиль- щиками). Они живут в древесине и ею же и питаются. Жуки точильщики могут развиваться в сухой древесине, и даже в мебели. Поверхностные червоточины не влияют на механические свойства древе- сины, так как при распиловке уходят в горбыль. Глубокие червоточины нару- шают целостность древесины и снижают ее прочность.

Лекция 10

Последнее изменение этой страницы: 2016-06-08

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...