Сортамент и кач-во пиломат. Пороки и дефекты.

 Пильная рама совершая поступательные движения, распиливает бревно.

Чаще всего для стр. конструкций используют пиломатериалы обрезные:

Доски – t=16…100 мм, b≥ 2t (75…275 мм)Бруски – t=50…100 мм, b≤ 2t

Брусья – t>100 мм (≤250 мм), b≤ 1,5t (≤250 мм)

Если t=b – все пласти.

Длина 1…6,5 м с градацией 0,25 м.

Кач-во опред-ся2 факторами:

- степень однородности древесины

- качество древесного вещества

Степень однородности древесины опред. наличие допустимых пороков и дефектов.Пороки(естественные):гниль, наклон волокон, мягкая сердцевина, червоточиныДефекты(приобретенные после сушки, транспортировки, обработки):усушечные трещины, вырывы, вмятины.

Пороки и дефекты м.б.2 видов:

Недопустимые – гниль, усушечные трещины в зоне скалывания

Допустимые с ограничением – все остальные.

В завис-ти от допустимых пороков (кол-ва, размеров, местоположения) опред.кач-во древесины – ее сорт. Для пиломатериалов: 0, 1, 2, 3 или 4 сорт (0 – отборный, в стр конструкциях обычно 0 и 4 не применяют).Кач-во древесного вещества: плотность древесины. Поздняя древесина у сосны 10-30%, для стр. конструкций должно быть поздней древесины ≥20%. Ширина годичных колец ≤5 мм.

9. Строительная фанера: строение, марки, сорта. Основные свойства, области применения.Фанера. Наиболее распространённый в стр-ве конструкционный мат., применяемый в несущих констр-ях(стенки двутав­ровых и коробчатых балок, фасонки в стержневых констр-х и т.д.), в ограждающих констр-х (обшивки), констр-х полов, перегоро­док.

Фанера–это  листовой мат. толщ. до 15 мм, по­лучаемый путем склеивания 3 и более слоев шпона толщ. 1,1 - 1,5 мм с взаимно перпендикулярны расположением волокон смежных слоев. Фанера толщ.более 15 мм называется фанерными плитами.

Пакет слоев шпона склеивается в прессах методом горячего или холод­ного прессования. По выбору клея назначается марка фанеры. В силу различной ориентации волокон слоев шпона фанера обладает меньшей анизотрапией свойств, чем древесина, имеет высокие харак-ки на скалывание, что позволяет использовать ее в качестве стенок балок, которые воспринимают сдвигающие усилия. Из-за ма­лой толщ.отдельных слоев шпона и различного направлениям волокон, фанера незначительно подвержена явлениям разбухания и усушки, и внут­ренние напряжения от этих факторов невелики. Для фанерных плит изготавливают шпон толщ.от 2 до 4 мм. По оте­чественным стандартам толщ.плит доходит до 78 мм. В завис-ти от назнач.плит, смежные слои шпона могут иметь взаимноперпендикулярноеи параллельное направление волокон. Наружные слои шпона преимущественно изготавливаются из берёзы, а средние слои из др. мягких лиственных пород.

Технологические кач-ва шпона (малая толщина, пластичность) позволяют изготавливать, гофрированную фанеру, профильные погонажные элементы: трубы, уголки, швеллера.

10. ДСП, ДВП Основные свойства, области применения.

Конструктивная защита от гниения сост. из ряда мероприятий, направленных на обеспечение просыхания древесины и поддержание ее воздушно-сухого сост. в констр-х.

Конструктивными мерами защиты предусматриваются:

1)предохранение древесины от непосредственного увлажнения ат­мосферными осадками, грунтовыми или производственными водами;

2)достаточная термоизоляция (с холодной стороны), а в необхо­димых случаях - и пароизоляция (с теплой стороны) стен, покрытий и др.огражд-х частей отапливаемых зданий для предупреждения их промерзания и конденсационного увлажнения;

3)систематическая просушка древесины и заполнителей путем соз­дания осушающего температурно-влажностного режима.

Несущие деревянные констр-ии следует проектировать открыты­ми, хорошо проветриваемыми, доступными для осмотра. Они должны быть расположены целиком либо в пределах отапливаемого помещения, либо вне его, поскольку конденсат образуется в элементах с перемен­ной температурой по толщине или по их длине. Не допускается заделка опорных узлов, поясов, концов элементов решетки несущих конструкций в толщу стен, бесчердачных покрытий или чердач­ных перекрытий.

Пустотные деревянные конструкции в покрытиях с кровлями из па­ронепроницаемого материала необходимо выполнять с воздушной прослойкой толщиной не менее 3 см между утеплителем и настилом кровли. Прослойка должна сообщаться с наружным воздухом через осу­шающие продухи — входные в нижней части и выходные в верхней части прослойки. Размеры отверстий осушающих продухов назначают из рас­чета не менее 30 см2 на 1 м2 поверхности крыши; отверстия защищают от попадания искр стальными сетками или крупнозернистым шлаком, а от попадания атмосферной влаги — сливными фартуками.

В беспустотныхбесчердачных деревянных покрытиях над сухими пом. с кровлей из рулонных воздухонепроницаемых мат-в не следует применять пароизоляционных слоев с внутренней (теплой) стороны ограждения.

Не следует применять бесчердачные деревянные покрытия над по­мещениями с относительной влажностью воздуха более 70%, а также деревянные перекрытия в санитарных узлах и других влажных помеще­ниях каменных зданий. В междуэтажных перекрытиях деревянных зда­ний в этих случаях следует делать водонепроницаемые полы по дощато­му настилу, укладываемому по открытым снизу балкам.

Деревянные перекрытия над подпольем (цокольные) необходимо защищать от гниения путем вентилирования подполья через отверстия размером не менее 15X38 см, расположенные не далее 5 м один от другого; высота подполья должна быть не менее 40 см.

Деревянные части следует отделять от каменной кладки или мас­сивных металлических частей конструкций гидроизоляционными про­кладками из двух слоев толя, пергамина или рубероида с обработкой со стороны каменной кладки или металла горячим битумом.

Концы деревянных балок перекрытий или бесчердачных покрытий отапливаемых зд., укладываемых на каменные стены, следуетзаделывать наглухо с обработкой антисептической экстракто­вой пастой марки 200 на протяжении 75 см от торца со всех сторон, включая скошенный торец, с покрытием сверху пасты битумом за исклю­чением торца; торец балки должен отстоять от задней стенки гнезда не менее чем на 3 см; под конец балки подкладывают гидроизоляцию из 2 слоев толя.

Запрещ-ся применять в деревянных покрытиях внутренние водо­стоки, деревянные ендовы и фонари с наклонным остеклением, созда­ющие опасность загнивания покрытий.

Антисептики – это хим. вещества и составы, применяемые для предохранения древесины от гниения и повреждения дереворазрушающими грибами и насекомыми. Инсектициды – токсичные для насекомых, фунгициды – вещ-ва, токсичные для дереворазрушающих грибов.

Все применяемые антисептики подразделяют на 3 группы: неорганические (водорастворимые в виде солей, сухих смесей, паст), органические (маслянистые) и комбинированные. Также для защиты от влаги применяется покрытие лакокрасочными составами.

13. Состав и св-ва пластмасс. Соед. элементов из пластмасс.

Основы пластмасс – синтетические полимеры. Их получают путем синтеза из простых органических веществ. Сырьем служат: природный газ, нефтяной газ, каменноугольные смолы

1).Пластмассы из одного элемента полимер (полиэтилен)

2).Полимер+технологические добавки (наполнитель, пластификатор, краситель,порообразователь, антистатики, стабилизаторы, антипирены и др.)

Наполнители – инертные вещества, пластификаторы – предают эластичность,антистатики – диэлектрики.

По поведению при нагревании:

1.термопластичные(полимер размегчается, при охлаждении твердеет, многократное повторение) – полиэтилен, оргстекло, поликарбонат и др.

2.Термореактивные (реактопласты)– формуются 1 раз в присутствии отвердителя.

Основные свойства: хим. стойкость (к кисл. Щелочам, растворителям), водонепроницаемость, теплопроводность(особенно низкая у чистых полимеров , наименьшая - пенопласт), температурное расширение (больше стали), раб. Темп-раэкспл.: термопласты – 180⁰С – горючие, реактопласты – 200⁰С – практич. Негорючие, низкая звукопроницаемость, светопрозрачные(оргстекло), старение, плотность менее 1000кг/м³, поливинилхлорид, стеклопластик 1900кг/м³.

Соединения:

1.клеевые (только термораскаленной пластмассой) – внахлест, впритык с накладкой, на ус, на зубчатый шип.

2.На механических связях (болты, заклепки, винты)

3.сварные (воздушно-газовый и термоконтактный)

12 Горючесть древесины.Меры защиты древесины от возгорания.

Горение-реакция соединения горючих компонентов древесины с кислородом воздуха, сопровожд-ся выделением тепла и дыма, появлением пламени и тления. Возгорание при кратковременном нагреве до 250С или длительном при более низкихt.

Различают две фазы горения:

1. пламенная - сгорание газообразных продуктов в воздухе

2. тление угля ,который при t=200 C не обладает свойством летучести и окисляется только с притоком кислорода воздуха. Клееные или массивные элементы из цельной древесины.

Огнестойкость- способность строит-х элементов и конструкций сохранять несущую способность, а также сопротивляться образованию сквозных отверстий прогреву до критических температур и распространению огня.

Предел огнестойкостиопред-ся временем от начала огневого стандартного испытания образцов до возникновения одного из предельных состояний.

Строит.материалы по возгораемости делятся на: несгораемые, трудносгораемые, сгораемые.

Конструктивные меры защиты:

-не рекомендуется применять констр-ии из неклеенной древесины в условиях длительного нагрева, если t окружающего воздуха превышает 50С и для конструкций из клееной древесины 35С

-деревянные конструкции должны быть разделены на части противопожарными преградами из несгораемых материалов (в поперечном направлении здания противопожарные диафрагмы устанавливаются вдоль несущих конструкций с шагом не более 6м.

-дерев.конструкции не должны иметь сообщающихся полостей с тягой воздуха по которым может распространяться пламя, недоступное для тушения

-предпочтительнее дерев.конструкции массивного прямоугольного сечения с закруглениями, имеющие большие пределы огнестойкости, чем дощатые и клеефанерные

-опасны металлические накладки, болты и др. детали соединительных и опорных узлов дерев.конструкций, т.к являясь проводниками тепла снижают предел огнестойкости; необходимо защищать огнезащитными покрытиями.

Химические меры защиты

-применение пропитки огнезащитными составами или нанесение огнезащитных красок. Защитные ср-ва - антипиренами.

Огнезащитные ср-ва представляют собой вещества, способные при нагревании разлагаться с выделением большого количества негорючих газов, либо увеличиваясь в объёме, создавать защитный слой, препятствующий возгоранию древесины и распространению по ней огня.

Наилучший эффект даст глубокая пропитка древесины с применением вакуума и давления в 10—20ат в автоклавах при расходе 80—100 кг сухой смеси огнезащитных солей на 1 м³ древесины.

Хорошие результаты также дает и пропитка древесины в горячих и холодных ваннах

Более простым, но менее эффективным средством огнезащиты деревянных элементов является поверхностная их пропитка путем погружения на 2—3 часа в водный pacтвop солей. При этом раствор проникает на глубину 1 — 1,5 мм

Наконец, еще одним и также простым средством является окраска поверхностей деревянных элементов специальными огнезащитными силикатными и другими красками или обмазка огнезащитным составом (суперфосфатом и др.)

14. Термопластичные пластмассы и обл. их прим.

Термопластичные смолы используют для изготовления листовых материалов (органическое стекло, винипласт), клеев для их скле­ивания, пенопластов, пленок. Из термопластичных пластмасс широкое применение находят полистирол, полиэтилен, фторопласт, органическое стекло, полиамиды (капрон, нейлон), винипласт и др. Все они в основном состоят из чистых смол и обладают высокой пластичностью при повышенных температурах. Термопластичные пластмассы часто называют литьевыми, так как они перерабатываются в детали (изделия) преимущественно методом литья под давлением или экструзией. Термопластичные пластмассы также прим. для изгот. деталей разл. приборов общего назнач., в электро- и радиотехнике и т. д. Для большинства термопластичных пластмасс характерен низкий предел t⁰ (60—80° С), при кот.деталь (изделие), находясь под нагрузкой, сохраняет свою форму. Наряду с этим термопластичные пластмассы отличаются значительной ползучестью (хладотекучестью) под влиянием постоянно действующей нагрузки. Ползучесть повышается с увелич. нагрузки и повышением t⁰. К отриц. свойствам термопластичных пластмасс относится резкое изменение механических свойств с изменением t⁰ даже в интервале t⁰, лежащих ниже температурного предела теплостойкости.

15.Термореактивные пластмассы и область их примененияОснову термореактивных пластмасс (реактопластов) составляет связующее вещество - химически затвердевающая термореактивная смола. Кроме того, в состав реактопластов входят наполнители, пластификаторы, отвердители, ускорители или замедлители, растворители. Наполнителями, определяющими структурную основу пластмасс, могут быть порошковые, волокнистые и гибкие листовые материалы. Наиболее известными являются слоистые пластики, представляющие собой композиции из чередующихся слоев связующей смолы и листового наполнителя. В зависимости от вида наполнителя слоистые пластики получают свое наименование: гетинакс(наполнитель — бумага), текстолит (наполнитель — хлопчатобумажная ткань), асботекстолит(наполнитель — асбестовая ткань), стеклотекстолит(наполнитель — стеклянная ткань), древеснослоистые пластики — ДСП (наполнитель — древесный шпон).Слоистые наполнители пропитывают смолой, сушат и режут по размеру. Из готовых листов в этажных прессах горячим способом прессуют плиты, а в пресс-формах — иные заготовки или детали.
Гетинакс применяют в электро и радиотехнике в листах и плитах для изготовления панелей, печатных плат, электроизоляторов, изолирующих шайб, прокладок, а также в виде труб и цилиндров в трансформаторах.
Текстолит применяется для изготовления зубчатых колес, вкладышей подшипников и, так же как гетинакс, для изготовления электроизоляторов и печатных плат. В сравнении с гетинаксом он прочнее и устойчив при нагревании до 130°С.
Асботекстолит отличается теплостойкостью и хорошими фрикционными свойствами. Его применяют для изготовления трущихся деталей дисков сцепления и тормозных колодок.
Стеклотекстолит исключительно прочен и отличный электроизолятор.
При изготовлении порои пенопластов добавляют газообразователи — вещества, которые при нагреве разлагаются и выделяют большое количество газов, вспенивающих смолу.

16. Принцип расч.пластмассовых и дерев. констр-й по предельным сост. 1 и 2 гр. Расчетные сопротивления древесины и пластмасс. Коэфф. условий работы.

Предельное состояние— это такое сост., при достижении кот.констр-ия перестает удовлетворять заданным требо­ваниям, предъявляемым к ней в эксплуатац-ыхусл. или при возведении.

1 гр предельных сост. хар-ся потерей нес"ущей способности и полной непригодностью к дальней­шей эксплуатации и является наиболее ответственной. В конструк­циях из дерева и пластмасс могут возникнуть следующие предель­ные состояния первой группы: разрушение, потеря устойчивости, опрокидывание, недопустимая ползучесть.

Эти предельные состояния не наступают при условиях: σ<=R; τ<=R_ck, т. е. когда нормальные напряжения σ или скалывающие напряже­ния τ не превышают некоторой предельной величины R, называе­мой расчетным сопротивлением.

Центрально растянутые вдоль волокон элементы следует рассчитывать по формуле

Центрально сжатые эл-ты постоянного поперечного сечения следует рассчитывать по формулам:

на прочность

на уст-ть   где — расчетноесопротивл. древесины сжатию вдоль волокон;

2 гр предельных сост. характеризуется такими признаками, при которых эксплуатация конструкции илисооружения хотя и затруднена, но полностью не исключается, т. е. конструкция становится непригодной лишь к нормальной эксплуатации.

Для деревянных конструкций и конструкций с применением пластмасс пригодность к нормальной эксплуатации обычно опре­деляется по прогибам:

Цель расчета — не допустить на­ступления ни одного из возможных предельных состояний .

Прогибы изгибаемых элементов следует определять по моменту инерции поперечного сечения брутто. Для составных сечений момент инерции следует умножать на коэффициент k_i, учитывающий сдвиг податливых соединений.

Наибольший прогиб шарнирно-опертых и консольных изгибаемых элементов постоянного и переменного сечений следует определять по формуле

,    где — прогиб балки при постоянной высоте поперечного сечения без учета деформаций сдвига;

h                 — наибольшая высота поперечного сечения; l           — пролет балки;      — коэфф, учитывающий влияние переменности высоты сечения,  при постоянной высоте поперечного сечения элемента;                  — коэфф, учитывающий влияние деформации сдвига от поперечной силы.

Значения коэффициентов  и  для основных расчетных схем балок приведены в таблице .

Прогиб сжато-изгибаемых шарнирно-опертых симметрично нагруженных элементов и консольных элементов следует определять по формуле

Коэфф. условий работы учитывает продолжит-ть действия нагрузок и условия эксплуатации.

Если сочетание нагрузок состоит из нагрузок, принадлежащих разным видам, то значение коэффициента  следует принимать для нагрузки с более короткой продолжительностью действия. Если в сочетании нагрузок доля постоянной и длительной нагрузок превышает 80 % суммарного значения всех нагрузок, то  следует принимать как для длительной нагрузки, если указанная доля превышает 90 %, то  следует принимать как для постоянной нагрузки.

В констр-х, наход-ся в эксплуатации более 50 лет, значения расчетных сопротивлений древесины следует снижать путем их умножения на коэффициент k_g

Расчетное сопротивл. древ. (сжатию — ; растяжению — ; изгибу - ; скалыванию — ; смятию - ) Сопротивление древесины, принимаемое при расчете конструкций по I и II группам предельных состояний, получаемое путем деления нормативного знач. сопротивления на коэфф. надежности древесины g_m и умножения на базисныйкоэфф. длительности k_q.

17. Рас.эл. из цельной древесины на центральное растяжение.

Центрально растянутые вдоль волокон эл-ы следует рассчитывать по формуле где                 — расчетная продольная сила;   — площадь поперечного сечения элемента нетто;     — расчетное сопротивление древесины растяжению вдоль волокон.

При определении , ослабления, расположенные на участке длиной до 0,2 м, следует принимать совмещенными в одном сечении.

В сечениях эл-в с равномерным растяжением поперек волокон должны соблюдаться след.условия:

— для цельной древесины;                    — для клееной древесины

где k₁ = 0,8 — коэфф, учит-й снижение прочности клеевого шва при растяжении поперек волокон;

— расчетная продольная сила;

— расч. площадь поперечного сеч.

Прочность древесины вдоль волокон выше, чем поперек волокон. Н-р:

Древесина работает на растяжение почти как упругий материал и показывает высокую прочность. Разрушение растянутых элементов происходит хрупко, в виде почти мгновенного разрыва наиболее слабых волокон по пилообразной поверхности.

Растянутые элементы должны иметь высшую, I категорию по качеству древесины. Прочность растянутых элементов в тех местах, где они ослаблены отверстиями или врезками, снижается дополнительно в результате концентрации напряжений у их краев. Это учитывается снижающим коэффициентом условий работы k₁ = 0,8. При этом расчетное сопротивление растяжению получается равным = 8 МПа. При наличии ослаблений в пределах длины 20 см в разных зонах сечений поверхность разрыва всегда проходит через них. Поэтому при определении ослабленной площади сечения  все ослабления на этой длине суммируются, как бы совмещаются в одном сечении.

 Применительно к рис. 2.1 по этому требованию при S> 200 мм ,

а при S< 200мм

18, 19 Расчет эл-в из цельной древесины на центральное сжатие. Работа древесины при сжатии.

Расчет на прочность необходим главным образом для коротких стержней, для которых условно длина l≤7δ, где δ – меньший из размеров поперечного сечения деревянных эл-в. Более длинные элементы, не закрепленные в поперечном направлении связями, следует рассчитывать на продольный изгиб, который состоит в потере гибким центрально сжатым прямым стержнем своей прямолинейной формой, что называется потерей устойчивости. Она сопровождается искривлением оси стержня при напряжениях, меньших предела прочности.

Центрально сжатые элементы постоянного поперечного сечения следует рассчитывать по формулам:

на прочность                       

на устойчивость               

где fc,0,d  — расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон;

Ad              — расчетная площадь поперечного сечения, принимаемая равной:

— площади сечения брутто Asup, если ослабления не выходят на кромки и площадь ослабления не превышает 25 % площади брутто;

— площади сечения нетто Ainf с коэффициентом 4/3, если ослабления не выходят на кромки и площадь ослабления превышает 25 % площади брутто;

— площади сечения нетто Ainf, если ослабления выходят на кромки;

При расчете центрально сжатых элементов на устойчивость следует учитывать упругую и упругопластическую работу древесины. Критические напряжения в указанных областях разделяются граничной гибкостью, которая в расчетах принята равной  = 70.

Коэффициент продольного изгиба следует определять по формуле или, в зависи­мости от гибкости элемента:

при                    

при                       

где с = 0,8 для древесины и с = 1 для фанеры;

С = 3000 для древесины иС = 2500 для фанеры.

Гибкость элементов цельного, постоянного по длине сечения определяется по формуле ,                    

где     — расчетная длина элемента;i              — радиус инерции сечения элемента в направлении соответствующей оси.

Расчетную длину элемента  следует определять по формуле

где           — коэффициент

l                  — свободная длина элемента.

Сопротивление сжатию вдоль волокон - одна из наиболее устойчивых мех.характеристик древесины, сравнительно мало зависящая от различных факторов, в частности пороков древесины. Сучки отклоняют волокна от осевого направления действующей в сжатом элементе силы, ослабление сопротивления волокон при наклонном их положении приводит к уменьшению прочности древесины на сжатие, хоть и не так значительно как при растяжении. Влияние сучков равносильно ослаблению сечения отверстиями диаметром, равным диаметру сучка.

При сжатии древесины поперек волокон вначале происходит постепенное уплотнение образца, сопровождаемое значительным уменьшением его высоты; затем наступает разрушение в форме растрескивания образца и отслаивания боковых частей.

Условный предел прочности при сжатии поперек волокон для всех пород в среднем примерно в 10 раз меньше предела прочности при сжатии вдоль волокон. Эта разница объясняется тем, что при сжатии поперек волокон возникает дополнительное сопротивление волокон древесины, тогда как при продольном сжатии сопротивление ограничивается силами упругости годичных слоев древесины. Иными словами, деформативность древесины при сжатии поперек волокон выше, чем при сжатии вдоль волокон.

20, 21Расчет эл-в из цельной древесины на поперечный изгиб (прямой и косой). Работа при изгибе.

Расчет изгибаемых элементов на прочность по нормальным напряжениям следует производить по формуле

,         

где — расчетный изгибающий момент;

        — расчетное сопротивление изгибу;

        — расчетный момент сопротивления поперечного сечения элемента.

Для элементов из цельной древесины .

При определении ослабления сечений, расположенные на участке длиной до 200 мм, следует принимать совмещенными в одном расчетном сечении.

Для составных элементов на податливых связях  значения коэффициента  для элементов из одинаковых слоев.

Косым называется изгиб, при котором направление действия усилия не совпадает с направлением одной из главных осей поперечного сечения элемента. В этом случае усилие раскладывают по направлению главных осей сечения, затем находят изгибающие моменты, действующие в этих плоскостях.

На рисунке показан изгиб, при котором направление действия усилия не совпадает с направлением одной из главных осей поперечного сечения элемента.

Расчет элементов цельного сечения на прочность при косом изгибе следует производить по формуле

где  и         — составляющие расчетного изгибающего момента для главных осей сечения Х иУ;

и                   — расчетные моменты сопротивления поперечного сечения относительно главных осей Х и У.

Работа древесины при изгибе.

При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои древесины испытывают напряжение сжатия, а нижние — растяжения вдоль волокон. Примерно посередине высоты элемента проходит плоскость, в которой нет ни напряжения сжатия, ни напряжения растяжения. Эту плоскость называют нейтральной; в ней возникают максимальные касательные напряжения. Предел прочности при сжатии меньше, чем при растяжении, поэтому разрушение начинается в сжатой зоне. Видимое разрушение начинается в растянутой зоне и выражается в разрыве крайних волокон. Предел прочности древесины зависит от породы и влажности. В среднем для всех пород прочность при изгибе составляет 1000 кгс/см2, то есть в 2 раза больше предела прочности при сжатии вдоль волокон.

24-25.Расчет составных элементов на податливых связях на центральное сжатие и на поперечный изгиб. Определение количества связей (при поперечном изгибе)

Из плоскости рамы—какцельнобрусчатый, в плоскости рамы—с учетом податливости связей

A_inf- сечение нетто (отверстие отнимается)

W_d=W_inf*k_w

K_w- учитывает уменьшение на податливость связей

Отн у - гибкость цельного эл-та -гибкость ветви отн. Собственной оси при расчете на длину l₁ (расстояние между болтами)

 учитывает податливость связей

Количество связей

22, 23 Расчет элементов из цельной древесины на сжатие с изгибом и растяжение с изгибом

Сжато-изгибаемыми элементами называются такие, на которые действует изгибающий момент и центрально приложенное продольное сжимающее усилие. Изги­бающий момент может создаваться: а) внецентренно приложенной сжимающей силой и тогда элеиент назы­вают внецентренно сжатым или б) поперечной нагрузкой.

Расчет сжато-изгибаемых элеменов:

Расчет на прочность по нормальным напряжениям сжато-изгибаемых и внецентренно сжатых элементов следует производить по формуле

,

где — изгибающий момент от действия поперечной нагрузки;

     — расчетное сопротивление древесины сжатию;

        — расчетный момент сопротивления поперечного сечения (Таблица 6.4 ТКП);

       — площадь расчетного сечения нетто;

      — коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вслед­ствие прогиба элемента.

Для шарнирно-опертых элементов при симметричных эпюрах изгибающих моментов синусоидального, параболического, полигонального и близкого к ним очертания, а также консольных элементов коэфф. ,

где  — коэф. продольного изгиба.

Расчет на устойчивость плоской формы деформирования сжато-изгибаемых элементов сплошного сечения следует производить по формуле

где — площадь брутто с максимальными размерами сечения элемента на участке l_m;

W_sup           — максимальный момент сопротивления брутто на участке l_m;

f_m,d              — расчетное сопротивление древесины изгибу;

n = 2           — для элементов без закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования
на участке l_m и n = 1 — для элементов, имеющих такие закрепления;

k_с                — коэф продольного изгиба

k_m,c                               — коэф, определяемый по формуле (7.22 ТКП);

k_inst             — коэффициент, определяемый по формуле (7.19 ТКП).

В растянуто-изгибаемых элементах кроме изгибающего момента действует центрально-приложенное усилие, которое растягивает стержень, т.е. направлено в обратную сторону по сравнению со сжато-изгибаемым элементом. Поэтому после прогиба стержня, вызванного изгибающим моментом, нормальное усилие будет создавать дополнительный момент противоположного знака и таким образом уменьшать основной момент.

Так как на деревянные элементы при растяжении сильно влияют пороки древесины, снижая их прочность, то растянуто-изгибаемые элементы рассчитывают в запас прочности без учета дополнительного момента от продольных сил при деформации стержня по формуле

где   — расчетное сопротивление древесины растяжению;

       — расчетное сопротивление древесины изгибу;

        — расчетный момент сопротивления поперечного сечения;

       — площадь расчетного сечения нетто.

26. Расчет составных элементов на податливых связях на сжатие с изгибом. Определение количества связей.

В составных сжато-изгибаемых элементах следует проверять устойчивость наиболее напряженной ветви, если расчетная длина ее превышает 7 толщин ветви по формуле где    — коэфф. продольного изгиба для отдельной ветви, определенный по ее расчетной длине l₁ по 7.3.6; — площадь и момент сопротивления брутто поперечного сечения элемента.

Устойчивость сжато-изгибаемого составного элемента из плоскости изгиба следует проверять по формуле без учета изгибающего момента. где                    — расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон;

       — расчетная площадь поперечного сечения, принимаемая равной:— площади сечения брутто , если ослабления не выходят на кромки и площадь ослабления не превышает 25 % площади брутто;

— площади сечения нетто  с коэффициентом 4/3, если ослабления не выходят на кромки и площадь ослабления превышает 25 % площади брутто;

— площади сечения нетто , если ослабления выходят на кромки;

— коэфф. продольного изгиба Количество срезов связей , равномерно расставленных в каждом шве сжато-изгибаемого составного элемента на участке с однозначной эпюрой поперечных сил при приложении сжимающей силы по всему сечению, должно удовлетворять условию                  

где — статический момент брутто сдвигаемой части поперечного сечения относительно нейтральной оси; — момент инерции брутто поперечного сечения элемента; — расчетная несущая способность одной связи в одном шве;            — коэфф., учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие изгиба,

27. Осн. гр. соединений эл-в дерев.конструкций и требования

Соединения дерев-х эл-в для увеличения попереч.сеч.конструкции называют сплачиванием, а для увеличения их продольной длины – сращиванием. также деревянные элементы могут соединятся в узлах конструкций под различными углами.

Необходимость правильного решения соединений отдельных деревянных элементов для работы конструкций в целом объясняется еще и тем, что анизотропное строение древесины проявляет свои отрицательные качества в большей степени в местах соединений.

Соединения эл-ов деревянных констр-й по способу передачи усилий: 1) соединения на механических связях (нагели, болты, глухари, гвозди, шпонки, шайбы, шурупы, нагельные пластинки и металлич. зубчатые пластинки)2) соед-я с использованием клея 3) контактные соединения (лобовые упоры, лобовая врубка, лобовая врубка на упор).

Несущая способность и деформативность дерев.констр-й зависит от применяемых соединений. Их следует конструировать так, чтобы компенсировать природную хрупкость древесины соединяемых эл-тов при растяжении и скалывании, вязкой работой их соед-ний.

Осн.требования:а) Действующее на соединение усилие не должно превышать несущей способности соединения (условие прочности) б) для устранения возможности хрупкого разрушения связей соединение должно иметь вязкость, способствующую выравниванию усилий между связями которые соединяют элемент. в) Постановка связей должна обеспечить плотность соединения, способствующую более равномерной работе связей

29. Соедю элементов из древесины на лобовых врубка. Глубина врубки рекомендуется 2см <hвр<h/3. Длина площадки скалывания принимается не менее 1,5 h и не менее 10hвр. При констру-нии лобовых врубок усилия необходимо центрировать с опорной реакцией. Это требование обеспечивается опорной подушкой.

Для того, чтобы вертикальная составляющая  надежно прижимала сжатый эл-т в месте контакта к нижнему поясу, между ними оставляется зазор 2-3см. Для предотвращения взаимного смещения сопрягаемых эл-тов и повышения надежности от возможного скалывания устанавливаются аварийные связи.

Расчет зоны лобовой врубки производится из условия прочности на смятие и на скалывание

Расчет опорного узла фермы в виде врубки с одним зубом сводится к определению следующих величин:

- площади и размеров поперечного сечения нижнего пояса из условия прочности на растяжение

(с учетом величины глубины врубки - глубины врубки из условия прочности на смятие нижнего пояса Где К1 – коэфф., учитывающий концентрацию местных напряжений на проверяемом участке.- длины площадки скалывания из условия прочности на скалывание нижнего пояса

   где β – коэфф. , равный 0,25 без обжатия площадки скалывания; е – плечо сил скалывания, принимаемое равным 0,5h.

28. Соединение элементов древесины лобовым упором. Работа соединений и принцип расчета.

Лобовые упоры являются наиболее простыми и надежными соединениями и применяются в большинстве видов деревянных конструкций для крепления сжатых элементов. Они работают и рассчитываются на смятие, возникающее в них от действия продольных сжимающих усилий. На растяжение они работать не могут.

Продольный лобовой упор – это соединение обрезанного под прямым углом сжатого стержня с опорой или с диафрагмой опорного башмака или с таким же стержнем в сжатом стыке. В продольном лоб. Упоредре-на работает на смятие вдоль волокон и имеет наиболее высокое расчетное сопр-ние смятию, равное расчет. Сопр-нию сжатию Rc. Проверка прочности по формуле (2.15)

Поперечный лобовой упор – это соед-ние двух стержней под прямым углом, когда торец сжатого элемента упирается в пласть другого и закрепляется неработающими связями. Рассчитывается только по меньшей прочности древесины поперек волокон по формулам ниже

Наклонный лобовой упор представляет собой соединение концов двух сжатых эл-тов, оси которых расположены под углом α друг к другу. При этом торец одного эл-та может быть перпен-рным его оси или торцы обоих эл-тов наклонены к их осям. В этих соед-ях необходимо проверять прочность древ-ны при смятии торцы только распо-нных под углом к осям элементов.                     

30. Соединения деревянных элементов на шпонках.

Трудоемкое и устаревшее соединение на деревянных шпонках применяется в основном для увеличения высоты изгибаемых балок. Шпонки, препятствующие взаимному сдвигу соединяемых деревянных элементов, работают на сжатие и скалывание. Для нормальной работы шпонок, соединяемые элементы стягиваются болтами (рис. 1) или хомутами.

Рассчитывается несущая способность одной шпонки и подбирается их количество в зависимости от величины сдвигающего напряжения. Величина усилия Q распора в пределах одной шпонки определяется по формуле:

V = T×Ешп/lшп,где Т — расчетная величина сдвигающего усилия в шве сплачивания балки в рассматриваемом поперечном сечении; Ешп — расстояние по вертикали между осью шпонки на её концах; lшп — горизонтальная проекция длины шпонки.

Для не наклонных: V=3/2(tшп/lшп)Т - без учёта сил трения

V=(tшп/lшп)Т - с учётом сил трения

Для восприятия распора необходимо устанавливать рабочие связи -стяжные болты. Во избежание чрезмерной деформативности шпоночных соединений, а также для уменьшения количества стяжных болтов, длину шпонки по нормам принимают не менее lшп=5hвр. Глубину врезки шпонки в брусья следует принимать не менее 2 см и не более 1/5 высоты бруса, а бревна - не менее 3 см и более 1 /4 диаметра бревна. Болты в таком сопряжении деревянных элементов работают на растяжение, если их заставить работать на изгиб, то шпонки становятся не нужными и получается соединение со связями работающими на изгиб.

Расчет соединений на призматических шпонках подобно расчету со­единений на лобовых врубках сводится к проверке несущей способности по смятию древесины шпонок, а также сплачиваемых брусьев или бревен. При расчете на скалывание в многорядовых соединениях в связи с вероятностью неравномерного распределения усилий между шпонками и снижения несу­щей способности соединения вводят коэффициент 0,7. При расчете соеди­нений на шпонках требуется подбор стяжных болтов и шайб под головку болта и под гайку для восприятия распора.

 Рис 1. Работа шпонки

Рис. 2. Виды шпонок: а-призматические: б-центровые; 1-продольная; 2-поперечная; 3- косая; 4-дисковая: 5-гладкая кольцевая: 6-зубчато-кольцевая шпонка

Рис. 3. Применение шпоночных сопряжений: а - в составной балке; б - и растянутом стыке; в - в узловом сопряжение

Расчёт на смятие:

 ,где несущая способность по смятию вдоль волокон

Расчёт на скалывание:

S – расстояние между врубками

31 Соединения деревянных элементов на пластичных нагелях. Работа соединений и принцип расчета.

Применение дубовых или березовых пластинчатых нагелей (пластинок) допускается для сплачивания брусьев в составных элементах со строительным подъемом, работающих на изгиб и на сжатие с изгибом. Направление волокон в пластинках должно быть перпендикулярно плоскости сплачивания элементов.

Сплачивание по высоте сечения более трех элементов, а также применение элементов, срощенных по длине, не допускается.

Расчетную несущую способность, кН (кгс), дубового или березового пластинчатого нагеля размерами по рис. 13 в соединениях элементов из сосны и ели следует определять по формуле

Т = 0,75bпл (Т = 75bпл),                                                                               

где bпл - ширина пластинчатого нагеля, см, которую следует принимать равной ширине сплачиваемых элементов bпл = b при сквозных пластинках и bпл = 0,5b при глухих.

В случаях применения для сплачивания элементов из других древесных пород следует вводить поправочный коэффициент по табл. 4 (для скалывающих напряжений).

Для конструкций в условиях повышенной влажности или температуры, рассчитываемых на действие кратковременных или постоянной и длительной временной нагрузок, расчетную несущую способность пластинчатого нагеля следует умножать на поправочные коэффициенты

Соединения на металлических зубчатых пластинах

Для соединений эле-тов деревянных конструкций толщиной до 70 мм применяются металл-кие зубчатые пластины(МЗП), которые изготавливаются из листовой стали толщиной от 1 до 2мм методом холодной штамповки. В результате штамповки образуется система зубьев, отогнутых относительно поверхности пластины под прямым углом.

Основные параметры зубьев, высота и ширина, задаются из условия равенства несущей способности зуба на смятие древесины в нагельном гнезде и изгиба зуба. Эти параметры зависят от толщины исходного листа и равны для высоты зуба 12t, где ширина зуба 2t, где t – толщина листа.

В МПЗ в большей степени, чем в нагельныхсоед-ниях, реализуется принцип дробности. Это связано с тем, что зубья в пластинах имеют небольшую изгибную прочность и расположены относительно друг друга так часто, что древесина работает больше на смятие, чем на скалывание.

32. Соединения деревянных элементов на цилиндрических нагелях и болтах, работающих на поперечный изгиб. Работа соединений и принцип расчета.

Расчетную несущую способность соединения на цилиндрических нагелях из одного материала и одинакового диаметра следует определять по формуле:

где                    — минимальное значение несущей способности одного среза нагеля в соединении;

— количество нагелей в соединении;

 — количество швов в соединении для одного нагеля,

Расчетную несущую способность одного среза в симметричных и несимметричных соединениях следует принимать как наименьшее из найденных значений по приведенным ниже формулам:

где и — расчетное сопротивление древесины смятию в глухом нагельном гнезде соответственно для симметричных и несимметричных соединений;

— расчетное сопротивление нагеля изгибу; — толщина крайних элементов в симметричных соединениях или более тонких элементов в односрезных соединениях;  — толщина средних элементов в симметричных соединениях, или более толстых, или равных по толщине элементов в односрезных соединениях;

d — диаметр нагеля;

— коэффициент, зависящий от отношения толщины более тонкого элемента к диа­метру нагеля;

— коэффициент, учитывающий угол a между силой и направлением волокон.

Соединения древесины с древесиной

а, б — симметричные соединения;

в, г — несимметричные соединения

Схемы расстановки нагелей:

а — прямая;

б — в шахматном порядке;

в — косыми рядами (только для гвоздей)

Соединения на нагелях препятствуют взаимному сдвигу стыкуемых элементов, поэтому гвозди и шурупы в некоторой степени можно считать разновидностью нагелей. Нагели изготавливают из стали, древесины твердых пород и пластмасс, в виде стержней круглого сечения. В конструкциях, которые находятся в агрессивной среде, используют алюминиевые, пластмассовые и дубовые нагели. Их устанавливают в предварительно просверленные отверстия. Диаметр отверстий для нагеля делают равным диаметру самого нагеля, чем обеспечивается плотность соединения и уменьшается опасность раскалывания.

В нагельном соединении, находящемся под воздействием внешней нагрузки, сам нагель работает на изгиб, а древесина соединяемых элементов под нагелями подвергается смятию.

Болтами можно соединять как изогнутые, так и прямые детали. Крепежный болт используется для крепления досок сечением 50×100 мм. Машинный и каретный болты применяют для установки деревянных деталей на стальных конструкциях. Параметры болта определяют заданным его диаметром и длиной от нижней плоскости шляпки до конца. Длина крепежного болта с плоской шляпкой измеряется от верхушки до конца.

33. Соединения элементов из древесины на гвоздях и винтах (глухарях),

Несущая способность гвоздей не зависит от угла между направ­лениями действующего усилия и волокон древесины.

Несущую способность шурупов и глухарей при заглублении их ненарезной части в древесину не менее чем на 2d следует определять как для стальных цилиндрических нагелей.

Защемление шурупов и глухарей должно быть не менее 4d. Для шурупов и глухарей диаметром более 6 мм следует предварительно сверлить отверстия диаметром 2/3d.

Под гвозди диаметром 6 мм и более следует предварительно сверлить отверстия диаметром 0,8d.

При определении расчетной длины защемления конца гвоздя не следует учитывать заостренную часть гвоздя длиной 1,5d; кроме того, из длины гвоздя следует вычитать по 2 мм на каждый шов между соединяемыми элементами.

При свободном выходе гвоздя из пакета расчетную длину последнего элемента следует уменьшать на 1,5d.

Диаметр гвоздей следует принимать не более 0,25 толщины пробиваемых элементов. Для гвоздей квадратного сечения следует принимать d равным размеру стороны поперечного сечения гвоздя.

Расчетная несущая способность соединения (в конструкциях при долговременной нагрузке)

,кН,

где - минимальное значение несущей способности одного среза гвоздя.

(табл. 9.2);  (табл. 9.3) –расчетные сопротивления смятию древесины в глухом нагельном гнезде  (табл. 9.4); - расчетное сопротивление изгибу гвоздя. – коэффициент условий работы, учитывающий длительность нагружения и условия эксплуатации (табл.6.4.) ⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒