1.3. Головні фізичні й механічні властивості деревини

Фізичні властивості

Вологість. Вода, що заповнює внутрішні порожнини деревини, називається вільною або капілярною. Вода, що просочує стінки кліток деревини, називається зв'язаною або гігроскопічною. При підвищенні температури зовнішнього середовища вода з деревини поступово випаровується. Спочатку випаровується вільна вода, а потім зв'язана. Стан деревини, коли в ній залишається тільки зв'язана вода, відповідає точці насичення волокон.

Кількість зв'язаної води в деревині складає в середньому 30%. Цей стан має велике значення тому, що з цього моменту при висиханні деревини змінюються її властивості і розміри, тобто відбувається усушка деревини. Усушка нерівномірна в радіальному і тангенціальному напрямках, а це викликає в річних шарах внутрішні напруження розтягу, в результаті чого з'являються тріщини, що поширюються від середини до зовнішньої поверхні.

Чим більші густина і об'ємна вага деревини, тим більшими є розміри усушки. При усушці деревина жолобиться. Жолобіння буває поперечним і поздовжнім. Поперечне жолобіння виражається в зміні форми перерізу сортаменту, поздовжнє - у формі вигину за довжиною або прийняття гвинтоподібної форми.

Деревина піддається також розбуханню - явищу, зворотному усушці, тобто при поглинанні деревиною вологи її лінійні розміри й об' єм збільшуються.

Усушка і розбухання деревини в конструкціях приводять до руйнування їхніх вузлів і збільшення деформацій. Щоб уникнути таких шкідливих явищ, деревину треба піддавати штучному сушінню при правильному температурно-вологісному режимі.

Об'ємна вага. Об'ємна вага деревини змінюється в широких межах залежно від породи деревини, кількості пустот, товщини стінок волокон і вологості. Об'ємна вага щойнозрубленої деревини, наприклад, хвойних порід може досягати 8,5 кН/м , а при розрахунках конструкцій приймається рівною 5,0 кН/м3. Слід мати на увазі, що чим більше відсоток пізньої деревини, тим більшою стає об'ємна вага, а деревина з більшою об'ємною вагою має більшу міцність.

Температурне розширення. Лінійне розширення в деревині різне уздовж волокон чи під кутом до волокон. Коефіцієнт лінійного розширення деревини невеликий, він приблизно в два рази менший, ніж у металів, тому для споруд з дерева немає необхідності у влаштуванні температурних швів.

Теплопровідність. Унаслідок пористої будови деревина погано проводить тепло, має дуже малий коефіцієнт теплопровідності, особливо поперек волокон, що дає змогу використовувати її не тільки як конструкційний, але і як теплоізоляційний матеріал. Варто пам'ятати, що щільна і волога деревина більш теплопроводна, ніж менш щільна і суха.

Механічні властивості

Властивості деревини чинити опір дії зовнішніх сил називаються механічними. Через її анізотропію механічні властивості залежать:

від кута між напрямом діючого зусилля і напрямом волокон деревини;

від породи, будови деревини і її об'ємної ваги;

від швидкості прикладання навантаження;

від тривалості дії навантаження.


На рис. 1.1 показана крива тривалого опору деревини, отримана Ф.П.Бєлянкіним при випробуванні серії однакових зразків, завантажених тривалим навантаженням різної величини.

Характер кривої показує, що із зменшенням напруження збільшується час опору деревини (від початку завантаження до руйнування). Таким чином, границею тривалого опору деревини під дією постійного статично прикладеного навантаження називається те найбільше напруження атр, під дією якого дерев'яний елемент не зруйнується як би довго навантаження не діяло. За діючими нормами значення атр для будь-якого напруженого стану одержують множенням межі міцності деревини, визначеної при статичних випробування стандартних, вільних від пороків зразків, на коефіцієнт

Ктр = 0,67.

Звернемо увагу також на ту обставину, що асимптота кривої тривалого опору деревини (рис. 1.1) поділяє графік на дві частини. У верхній частині

графіка, де s> Smp, руйнування реальних конструкцій або зразків з деревини буде тим швидшим, чим більше напруження s відрізняється від smp, і тим повільнішим, чим менше s відрізняється від smp. Якщо прикладені до конструкції напруження будуть менші smp, що відповідає нижній частині графіка рис. 1.1, то конструкція не зруйнується.


Ці два висновки можна також проілюструвати графіками деформацій (рис. 1.2). Якщо прикладене до дерев'яного елемента напруження s< smp, то після деякого росту деформацій (рис. 1.2,а) останні стабілізуються. Ділянка ab графіка (рис. 1.2,а) характеризує властивість післядії деревини, тобто зростання деформацій протягом деякого часу після прикладання навантаження. Якщо реальними конструкціями будуть балки або ферми, то вони виявляться провислими. Щоб цього уникнути, балкам, фермам, іншим конструкціям додають будівельний підйом, тобто їх попередньо вигинають назустріч діючому навантаженню.

Якщо ж напруження s виявляються більшими smp, то після ділянки ab настає пластична течія деревини (ділянка bc на рис. 1.2,б), тобто настає сталий процес наростання деформацій з постійною швидкістю. Деформації в цьому випадку називаються деформаціями пластичної течії деревини, для яких справедливе таке твердження: зі збільшенням діючого напруження довжина прямолінійної ділянки bc зменшується, а кут нахилу збільшується. Остання ділянка cd (рис. 1.2,б) характеризує прискорене зростання

деформацій, величина яких прагне до нескінченності, - конструкція руйнується.

Механічні властивості деревини також залежать від температурно-вологісних умов експлуатації. При збільшенні вологості деревини від 0 до 30% (точка насичення волокон) межа міцності її різко зменшується, а деформації збільшуються. При подальшому збільшенні вологості міцнісні показники деревини не змінюються. При збільшенні температури від 200С до 500С міцність деревини зменшується залежно від виду напруженого стану на 15-35%.

Вологість вважається стандартною, якщо w = 12%, а температура -якщо Т = 200С.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я