Модуль упругости древесины при изгибе

Модуль упругости для дерева

Подскажите пожалуйста, какой модуль упругости для дерева при расчете стропильной системы? (какое дерево точно неизвестно,т.к. это обследование). Заранее спасибо!

Последний раз редактировалось Irrina, 05.12.2013 в 11:30 .
Просмотров: 30942
Регистрация: 16.02.2008
Сообщений: 808
для сосны 10000 mPa (1e6 т/м2) . Гроздов. Деревянные наслонные стропильные системы. 2003 г.
Регистрация: 26.10.2013
Сообщений: 25
Спасибо большое!
Регистрация: 20.05.2009
Сообщений: 263
Сообщение от mikel
для сосны 10000 mPa (1e6 т/м2)
Для бамбука то же
Регистрация: 17.07.2009
Сообщений: 115

какое дерево точно неизвестно,т.к. это обследование

.. А нафига оно тогда нужно?

8.6.7 Предел прочности древесины при сжатии волокон определяют по ГОСТ 16483.10, а при сжатии поперек волокон — по ГОСТ 16483.11.
Предел прочности древесины при статическом изгибе определяют по ГОСТ 16483.3, а модуль упругости при статическом изгибе — по ГОСТ 16483.9.
Предел прочности древесины при местном смятии поперек волокон определяют по ГОСТ 16483.2.
Предел прочности древесины при скалывании вдоль волокон определяют по ГОСТ 16483.5, а при скалывании поперек волокон — по ГОСТ 16483.12.
Это сп по обследованию.
А для сосны или не для сосны п. 5,3; 5,4 сп 64.13330

Регистрация: 09.11.2012
Ульяновск, РФ
Сообщений: 130
Сообщение от 10mactep
А для сосны или не для сосны п. 5,3; 5,4 сп 64.13330

Простите, в вашем «прошлом» было всё понятно — Е = 10 000 МПа = 10ГПа. Но в нашем «будущем» всё стало сложнее. СП 64.13330.2017 в табл. В.3 конструкционные пиломатериалы разбиты на классы прочности С14, С16 . С50 и модуль упругости варьируется от 7ГПа до 16.
Что такое конструкционные пиломатериалы? Или они все «конструкционные»? Какой класс прочности мне назначить для здания? Я вообще должен где-то прописать этот класс прочности. Раньше было только три сорта, брали всегда второй, а сейчас появились классы прочности.
Ниже идёт табл.В.4 разбитая на классы прочности К24 . К36 для ДК, т.е. это уже не «конструкционные пиломатериалы», а просто ДК. Модуля упругости уже больше — 1600 ГПа и выше. Это значительно больше чем 10 000 МПа. Или мне надо брать классы прочности по этой таблице?

1. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ ИЗГИБЕ

Метод предназначен для определения модуля упругости древесины при кондиционировании образцов по ГОСТ 16483.0-89.

1.1.1. Машина испытательная по ГОСТ 28840-90, обеспечивающая скорость нагружения образца или перемещение нагружающей головки, позволяющая измерять нагрузку с погрешностью не более 1 %.

1.1.2. Приспособление, схема которого изображена на черт. 1, или подобное ему, для создания симметричной относительно длины образца зоны чистого изгиба, состоящее из двух опор и расположенных между ними двух нагружающих ножей.

1 — индикатор; 2 — держатель; 3 — скоба-упор; 4 — винт; 5 — образец

Расстояние между центрами опор должно быть 240 мм, а между нагружающими ножами — 1/2 расстояния между центрами опор. Радиус закругления опор и ножей должен быть 30 мм.

1.1.3. Прибор для измерения прогиба образца в зоне чистого изгиба, состоящий из следующих узлов:

— измерительного устройства линейных перемещений с погрешностью измерения не более 0,001 мм;

— приспособления для крепления устройства по нейтральной оси образца симметрично относительно середины его длины с расстоянием между точками закрепления, равным расстоянию между нагружающими ножами;

— приспособления, закрепляемого по нейтральной оси образца в середине его длины и используемого в качестве начала отсчета прогиба образца.

1.1.4. Штангенциркуль по ГОСТ 166-89 с погрешностью измерения не более 0,1 мм.

1.1.5. Аппаратура для определения влажности древесины по ГОСТ 16483.7-71.

1.1.1 — 1.1.5. (Введены дополнительно, Изм. № 1).

1.2. Подготовка к испытанию

1.2.2. Точность изготовления, влажность и количество образцов должны соответствовать требованиям ГОСТ 16483.0-89.

1.3. Проведение испытания

1.3.2. На середине длины образца измеряют с погрешностью не более 0,1 мм ширину b в радиальном и высоту h в тангентальном направлениях при тангентальном изгибе. При радиальном изгибе измеряют ширину b в тангентальном и высоту h в радиальном направлениях.

Испытание образца выполняют с постоянной скоростью нагружения или постоянной скоростью перемещения нагружающей головки испытательной машины для обеспечения нагружения образца до 800 Н за 30 с. Когда нагрузка достигнет 800 Н, образец плавно разгружают до 200 Н, после чего вновь нагружают до 800 Н и разгружают до 200 Н. При последующих четырех нагружениях в момент достижения нагрузки 300 и 800 Н измеряют в течение не более 10 с прогиб с погрешностью не более 0,001 мм.

Если в диапазоне нагрузок от 300 до 800 Н деформация непропорциональна нагрузке, то верхний и нижний пределы нагружения изменяют так, чтобы получаемые величины прогиба были в пределах прямолинейного участка диаграммы «нагрузка-деформация», при этом верхний предел нагружения не должен превышать 50 % от разрушающей нагрузки.

Прямолинейный участок диаграммы определяют по результатам предварительных испытаний подобных образцов.

При использовании машины с электромеханическим приводом допускается проводить испытания с равномерной скоростью нагружения (1500 ± 300) Н/мин при условии достижения нагрузки 800 Н за 30 с. При этом условии допускается проводить испытания при скорости перемещения нагружающей головки испытательной машины (15 ± 5) мм/мин.

(Измененная редакция, Изм. № 1, 2).

1.3.4. После испытания определяют влажность образцов в соответствии с требованиями ГОСТ 16483.7-71.

Пробу для определения влажности вырезают длиной 30 мм из середины длины образца.

Минимальное количество испытываемых на влажность образцов должно соответствовать ГОСТ 16483.0-89.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

1.4. Обработка результатов

1.4.1. Модуль упругости древесины при кондиционировании образцов ( E_W ) в ГПа вычисляют по формуле

где р — нагрузка, равная разности между верхним и нижним пределами нагружения, Н;

l — расстояние между опорами;

b — ширина образца, мм;

h — высота образца, мм;

f — прогиб образца в зоне чистого изгиба, равный разности между средними арифметическими результатами измерения прогиба при верхнем и нижнем пределах нагружения, мм.

Вычисление производят с округлением до 0,1 ГПа.

1.4.2. Модуль упругости ( E_W ) в ГПа пересчитывают на влажность 12 % по формулам:

для образцов с влажностью меньше предела гигроскопичности

где Е _W — модуль упругости образца с влажностью W в момент испытания, ГПа;

α — поправочный коэффициент, равный 0,01 на 1 % влажности;

W — влажность образца в момент испытания, %;

для образцов с влажностью, равной или больше предела гигроскопичности

где E_W — модуль упругости образца с влажностью W в момент испытания, ГПа;

— коэффициент пересчета при влажности 30 %, равный: 0,80 — для хвойных пород; 0,89 — для кольцесосудистых пород; 0,77 — для бука; 0,82 — для березы и других рассеяннососудистых пород.

Вычисление производят с округлением до 0,1 ГПа.

1.4.3. Статистическую обработку опытных данных выполняют по ГОСТ 16483.0-89.

1.4.4. Результаты испытаний и расчетов заносят в протокол испытаний, форма которого приведена в приложении 1.

2. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ ИЗГИБЕ НЕКОНДИЦИОНИРОВАННЫХ ОБРАЗЦОВ

2.1. Аппаратура по п. 1.1.

2.2. Подготовка к испытанию

2.2.1. Образцы изготовляют по п. 1.2.1.

2.2.2. Точность изготовления и количество образцов должны соответствовать требованиям ГОСТ 16483.0-89.

2.2.3. Образцы должны находиться до испытания в условиях, исключающих изменение их начальной влажности.

2.3. Проведение испытания по пп. 1.3.1 — 1.3.3. После испытания определяют влажность каждого образца с погрешностью не более 1 % по ГОСТ 16483.7-71. Пробу на влажность длиной 30 мм вырезают из середины длины образца. Влажность образцов из свежесрубленной древесины не определяют.

2.4. Обработка результатов

2.4.1. Модуль упругости образца с влажностью в момент испытания (Е _W ) в ГПа вычисляют по формуле

где р — нагрузка, равная разности между верхним и нижним пределом нагружения, Н;

l — расстояние между опорами;

b — ширина образца, мм;

h — высота образца, мм;

f — прогиб образца в зоне чистого изгиба, равный разности между средними арифметическими результатами измерения прогиба при верхнем и нижнем пределах нагружения, мм.

Вычисление производят с округлением до 0,1 ГПа.

2.4.2. Модуль упругости пересчитывают на влажность 12 % (Е₁₂) в ГПа по формуле

где — коэффициент пересчета, определяемый по таблице при известной плотности древесины.

Коэффициент пересчета при плотности ρ₁₂, кг/м 3

СНиП II-25-80 от 01.01.1982. Деревянные конструкции. Часть 2

Примечание. — радиус кривизны гнутой доски или бруска; а — толщина гнутой доски или бруска в радиальном направлении.

3.3. Расчетные сопротивления строительной фанеры приведены в табл.10.

В необходимых случаях значения расчетных сопротивлений строительной фанеры следует умножать на коэффициенты и приведенные в пп.3.2,а; 3.2,б; 3.2,в; 3.2,г; 3.2,к настоящих норм.

3.4. Упругие характеристики и расчетные сопротивления стали и соединений стальных элементов деревянных конструкций следует принимать по главе СНиП по проектированию стальных конструкций, а арматурных сталей — по главе СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций.

Расчетные сопротивления ослабленных нарезкой тяжей из арматурных сталей следует умножать на коэффициент 0,8, а из других сталей — принимать по главе СНиП по проектированию стальных конструкций как для болтов нормальной точности. Расчетные сопротивления двойных тяжей следует снижать умножением на коэффициент 0,85.

растяжению в плоскости листа

сжатию в плоскости листа

изгибу из плоскости листа

1. Фанера клееная березовая марки ФСФ сортов В/BB, B/C, BB/C:

а) семислойная толщиной 8 мм и более:

вдоль волокон наружных слоев

поперек волокон наружных слоев

под углом 45° к волокнам

б) пятислойная толщиной 5-7 мм:

вдоль волокон наружных слоев

поперек волокон наружных слоев

под углом 45° к волокнам

2. Фанера клееная из древесины лиственницы марки ФСФ сортов B/BB и ВВ/C семислойная толщиной 8 мм и более:

вдоль волокон наружных слоев

поперек волокон наружных слоев

под углом 45° к волокнам

3. Фанера бакелизированная марки ФБС толщиной 7 мм и более:

вдоль волокон наружных слоев

поперек волокон наружных слоев

под углом 45° к волокнам

Примечание. Расчетные сопротивления смятию и сжатию перпендикулярно плоскости листа для березовой фанеры марки ФСФ 4 МПа (40 кгс/кв.см) и марки ФБС 8 МПа (80 кгс/кв.см).

1. Фанера клееная березовая марки ФСФ сортов B/BB, B/C, BB/C семислойная и пятислойная:

вдоль волокон наружных слоев

поперек волокон наружных слоев

под углом 45° к волокнам

2. Фанера клееная из древесины лиственницы марки ФСФ сортов В/BB и ВВ/C семислойная:

вдоль волокон наружных слоев

поперек волокон наружных слоев

под углом 45° к волокнам

3. Фанера бакелизированная марки ФБС:

вдоль волокон наружных слоев

поперек волокон наружных слоев

под углом 45° к волокнам

Примечание. Коэффициент Пуассона указан для направления, перпендикулярного оси, вдоль которой определен модуль упругости

3.5. Модуль упругости древесины при расчете по предельным состояниям второй группы следует принимать равным: вдоль волокон =10 000 МПа (100 000 кгс/кв.см); поперек волокон 400 МПа (4 000 кгс/кв.см). Модуль сдвига древесины относительно осей, направленных вдоль и поперек волокон, следует принимать равным 500 МПа (5 000 кгс/кв.см). Коэффициент Пуассона древесины поперек волокон при напряжениях, направленных вдоль волокон, следует принимать равным = 0,5, а вдоль волокон при напряжениях, направленных поперек волокон, 0,02.

Величины модулей упругости и сдвига строительной фанеры в плоскости листа и и коэффициент Пуассона при расчете по второй группе предельных состояний следует принимать по табл.11.

Модуль упругости древесины и фанеры для конструкций, находящихся в различных условиях эксплуатации, подвергающихся воздействию повышенной температуры, совместному воздействию постоянной и временной длительной нагрузок, следует определять умножением указанных выше величин и на коэффициент в табл.5 и коэффициенты и , приведенные в пп.3.2, б и 3.2, в настоящих норм.

Модуль упругости древесины и фанеры в расчетах конструкций (кроме опор ЛЭП) на устойчивость и по деформированной схеме следует принимать равным для древесины ( расчетное сопротивление сжатию вдоль волокон, принимаемое по табл.3), а модуль сдвига относительно осей, направленных вдоль и поперек волокон, для фанеры — принимаются по табл.10, 11).

4. Расчет элементов деревянных конструкций

А. Расчет элементов деревянных конструкций

по предельным состояниям первой группы

Центрально-растянутые и центрально-сжатые элементы

4.1. Расчет центрально-растянутых элементов следует производить по формуле

Модуль упругости древесины при изгибе вдоль волокон: параметры от которых зависит прочность, пластичность и упругость дерева

Модуль упругости — один из важнейших физико-механических показателей всех пород древесины и полученных пиломатериалов. Это показатель влияет на расчеты прогибов деревянных конструкций.

Особенно это важно при возведении деревянных каркасов домов и балок перекрытий, на которые ложится основная нагрузка при эксплуатации сооружения.

Понятие упругости

Упругостью называется свойство деревянных изделий восстанавливать свою форму после снятия внешней нагрузки. Это свойство характерно всем стройматериалам. Но ствол дерева формируется из волокон целлюлозы, которые располагаются параллельно друг другу и могут достигать длины 45 см.

Соответственно и свойства деревянных изделий имеют разное значение вдоль расположения волокон и поперек. Это определяет назначение пиломатериалов и дальнейшее их использование в строительстве.

Упругость показывает способность деревянных материалов восстанавливать первоначальную форму. Деформация должна быть незначительной и обратимой.

Измеряют показатель по трем направлениям:

• Вдоль и поперек волокон целлюлозы,
• В радиальном направлении перпендикулярно росту годовых колец,
• В тангенциальном направлении, когда распил идет по касательной к годовым кольцам.

Расчеты показателя вдоль волокон в 25 раз меньше у хвойных пород и в 20 раз у лиственных и составляют 100-150 тыс. кг/см 2 . А в радиальном срезе он больше на 1,8 раза чем в тангенциальном направлении.

Влияние свойств древесины на модуль упругости

На значение величины упругости оказывает влияние целый ряд факторов начиная от породы дерева, возраста и заканчивая физическими характеристиками, такими как влажность, пористость, твердость.

Располагаются волокна целлюлозы параллельно стволу дерева. Чем больше они переплетаются друг с другом и чем тщательнее сшиты между собой лигнином, тем выше сопротивляемость внешним нагрузкам и меньше деформация.

• У старых деревьев модуль упругости в 1, 5 – 2 раза выше, чем у молодых. С возрастом волокна уплотняются между собой.
• У разных пород деревьев характерный рисунок годовых колец, он бывает ярко выраженный у северных пород и неразличимым у тропических. Весной откладывается рыхлая и тонкая древесная ткань, к осени она становится плотнее.
• Центральная часть или сердцевина более прочная, меньше содержит влаги, а заболонь или внешний слой более рыхлый. Следовательно, и противодействие нагрузке будет различаться.
• При повышении влажности древесины резко снижаются ее механические свойства, в том числе и способность противостоять деформациям. Для строительства используют пиломатериалы с влажностью не более 15%.
• Вес разных пород влияет на ее свойства, чем легче материал, тем ниже прочность и упругость. У тяжелых пород плотность выше, следовательно, и способность противостоять деформации.

К недопустимым порокам стройматериала относят сучки, трещины, большие сколы, изогнутость, смоляные наплывы, покоробленность.

Поражение грибковыми заболеваниями, насекомыми снижают механические свойства дерева.

Проявление упругих свойств древесины

Сила, воздействующая на деревянную конструкцию, вызывают деформацию, что приводит к изменению ее первоначальной формы.

• Свойственная материалу упругость возвращает конструкции первоначальную форму.
• Если сила больше, чем способность ей противодействовать, появляется остаточная деформация, которая исчезает со временем с изменениями влажности и температуры.
• Предел наступает, когда доска ломается, не выдержав нагрузки. Часто путают показатели упругости и гибкости.
• Гибкость – это способность изменять форму, а упругость ее восстанавливать.

Из упругих пород изготавливают каркасы мебели, спортивные снаряды, детали кораблей, ложе у оружия, ручки слесарных инструментов.

Упругость как физическая величина

Она характеризуется несколькими расчетными величинами:

• Модуль вычисляют как отношение приложенной силы к величине относительной деформации,
• Коэффициент упругости рассчитывают, как отношение остаточной деформации к первоначальному положению,
• Модуль сдвига показывает способность материала сопротивляться приложенным напряжениям. При этом форма может изменяться, но объем остается постоянным.

Эти показатели учитываются при проведении кровельных работ и установки стропильной системы. Ведь они несут на себе не только вес кровли. Но и противостоят ветру, весу снегового покрова.

Нормативная документация

Соблюдение требований и соответствующих стандартов снижает риск разрушения деревянных конструкций, их повреждений в результате сильного ветра, снегопада.

Это повышает безопасность проживающих в домах людей, сохранность имущества, государственных ценностей. Модуль упругости рассчитывают для пиломатериалов, клееных материалов, фанеры, ДСП и ДВП.

• Согласно строительным СНиПам при создании проекта помещений конструкции обязаны соответствовать требованиям расчетной документации по деформации и несущей способности стен и оснований зданий.
• При проектировании учитываются климатические условия эксплуатации, состояние грунта, близость водоемов, сила ветра, количество осадков в зимнее время.
• Деревянные конструкции при надлежащем уходе и обслуживании должны служить минимум 50 лет, быть надежными и безопасными.

В ГОСТе 16483.9-73 установлен в законодательном порядке метод определения упругости, последовательность расчетов, перечислены виды древесины и пиломатериалов, подлежащих обязательной стандартизации.

Величина рассчитывается на растяжение, на сжатие, на статический изгиб и измеряется в Мпа. Так для березы модуль упругости на растяжение составляет 18300 Мпа, на сжатие – 16100, а на изгиб – 15400 Мпа. Для дуба соответственно – 14300, 1160, 1340 Мпа, а для сосны – 12100, 12100, и 640 Мпа.

Изучением свойств древесины занимается наука реология. Ученые изучает свойства полимеров и их изменение с течением времени, которое вызывает необратимые деформации.