Конструкции из дерева и пластмасс (стр. 5 )

Расчет узла ведут на действие поперечных сил от расчетн сочетания нагрузок, а полунакладки рассматриваются как условные 2-х консольные балки.

Порядок расчета: 1. Определяются усилия, действующие в условных опорах;2. Определяется минимально несущая способность 1-го болта при применении стальных накладок в узле, за расчетн несущ способность болта принимается максимальное значение несущей способности болта на изгиб; 3. Определяется требуемое количество болтов в каждом вертикальном ряду. Более нагруженными являются болты, расположенные ближе к оси симметрии арок. 4. Проверка торцов арки на смятие от действия продольной силы в коньковом узле не производится в виду запаса прочности.

При пролетах арок больше 18 м узлы решаются в виде классических шарниров: плиточных, валиковых. При этом толщину пластин стального башмака  назначают 10-20 мм. Расчет крепления стального башмака к арке заключается в проверке условия: равнодействующие усилий в наибольшем нагруженном болте от действия расчетной поперечной силы и момента не должно превышать его минимальной несущей способности.

Опорный узел решается лобовым упором деревянной стойки в мет башмак. Мет башмак крепится к стойке рамы конструктивным болтом. Сам башмак присоединяется сваркой к закладной детали в фундаменте или крепится к фундаменту 2 анкерными болтами. Распор рам передается на фундамент или воспринимается затяжкой, расположенной ниже уровня пола.

При расчете опорного узла проверяют скалывающие напряжения в древесине в опорных сечениях рам по ф-ле Журавского. Находятся требуемая высота мет башмака из условия смятия поперек волокон д-ны стойки рамы от действия распора.

Толщина вертикальной пластины и боковые накладки назнач.  конструктивно 8-20мм. Мет башмак крепится к стоки рамы конструктив болтом d12-16. Сам башмак присоед сваркой к закладной детали ф-та или 2 анкерными болтами. раб на срез и растяжение.

Особенности конструктивного расчета рам.

Гнутоклееные рамы типа ДГР. 1. проверяют напряжения по внутренней сжимающей кромки сечения в карнизном узле. (рис 16, п.6.28-п.6.30, ф.63 [6]): σс=N2/А2 + М2/εW2krb≤Rc, N2, M2 - расч прод сила и изг мом в карнизном узле, A2, W2 - площ и мом сопр-я расч сеч-я рамы, krb - коэф, учит криволинейность, ε - коэф для опр-я мом по деформированной сх в рамах. 2. проверяют напряжения по нагруженной растянутой кромке сечения в карнизном узле. Расчет сопротивления древесины на растяжение, изгиб, сжатие определяется с учетом толщины слоев клееного элемента, высоты сечения отношения внутреннего радиуса кривизны в карнизном узле к толщине слоя, а также с учетом других коэффициентов условий работы.

Рамы типа РДП из прямолинейных элементов с зубчатым соединением ригелей и стойки в карнизном узле. Рамы РДП при проверке биссектрисного сечения учитывают технологическое ослабление сечения зубчатым шипом и криволинейной эпюры напряжений. 1. Проверяют напряжение по внутренней сжатой кромки сечения. 2. Проверяют напряжение по наружной кромки растянутой.

6. Достоинства и недостатки древесины как конструкционного материала. Способы устранения недостатков древесины.

Древесина, как материал для изготовления изделий имеет ряд достоинств, которыми не обладает ни один из конструкционных материалов. Изучением данных достоинств и недостатков, а так же свойств древесины занимается такая наука как древесиноведение.

Долговечность – одно из основных качеств древесины. При нормальных условиях эксплуатации свойства древесины во времени изменяются циклически. Первые 100 лет свойства понижаются, следующие 100 лет увеличиваются, после этого снова снижаются и т. д.  Опыт показывает, что нормальный срок эксплуатации конструкций из древесины 200...300 лет и более.

Древесина обладает малым объемным весом при сравнительно высокой прочности; древесина сосны, лиственницы, пихты на каждый грамм своего веса выдерживает при растяжении такую же нагрузку, как сталь, в 3 раза большую, чем железное литье, в 4 раза большую, чем литой алюминий и в 7 раз большую, чем чугун.

Теплопроводность древесины в 2—4 раза меньше теплопроводности стекла, в 4—9 раз меньше теплопроводности железобетона и в сотни раз меньше теплопроводности стали.

Древесина легко обрабатывается режущими инструментами, хорошо склеивается различными клеями, скрепляется шурупами и гвоздями, окрашивается, лакируется, полируется. При различных направлениях среза получают красивую разнообразную текстуру древесины.

Древесина обладает высокой упругостью, хорошо поглощает звуки, возникающие при ударе, поэтому она широко применяется в вагоностроении и строительстве.

Высокие резонансовые свойства (особенно мелкослойной ели) делают древесину незаменимым материалом в производстве музыкальных инструментов (роялей, пианино, гитар, мандолин и др.).

Большая стойкость древесины против кислот и щелочей позволяет изготовлять фанерные трубы для агрессивной жидкости. Такие трубы находят большее применение по сравнению с металлическими.

Значительная пластичность древесины дает возможность делать из нее гнутые изделия.

Древесина хорошо прессуется, повышая при этом свои физико-механические свойства. Это позволяет применять ее вместо цветных металлов в ответственных деталях машиностроения (подшипниках и др.).

Обладая низкой электропроводностью, древесина применяется как диэлектрик в таких ответственных установках, как установки с применением токов высокой частоты (ТВЧ).

Достоинства древесины как материала для конструкций настолько велики, что до сих пор, несмотря на значительный выпуск искусственных материалов и, в частности, пластмасс, заменить полностью древесину каким-либо другим материалом не представляется возможным. Еще долгие годы древесина будет с успехом применяться для производства самых раз­личных изделий.

Вместе с тем древесина, как конструкционный материал, имеет существенные недостатки - это так называемые пороки древесины. Физико-механические свойства древесины неоднородны. Неоднородность свойств древесины зависит от пороков (сучков, косослоя и др.), от их расположения, направления волокон, влажности и ряда других факторов. Например, при сжатии вдоль волокон прочность древесины в 3—4 раза больше, чем при сжатии поперек волокон. Прочность древесины при растяжении поперек волокон в 30 раз меньше, чем при растяжении вдоль волокон.

Значительным недостатком древесины является изменение формы и размеров в зависимости от температуры и влажности воздуха. Древесина усыхает, коробится, разбухает. Изменение влажности воздуха влечет за собой изменение объема древесины: чем выше влажность, тем больше объем древесины. Например, влажность древесины наружных дверей в течение года изменяется от 10 до 26%. При этом следует учесть, что усушка и разбухание древесины в разных направлениях различны. Вдоль волокон усушка практически равна нулю, наибольшую величину она имеет в тангенциальном направлении. В радиальном направлении усушка древесины примерно в 2 раза меньше, чем в тангенциальном. Это обстоятельство должно учитываться при конструировании изделий из древесины. Одним из недостатков древесины (набуханием) пользуются при изготовлении бочковой тары для хранения и транспортировки вин, масел и других жидкостей.

Для обеспечения формы и размеров узлов и изделий необходимо узлы и изделия делать так, чтобы неизбежные изменения формы и размеров (деформации) отдельных частей происходили свободно, без нарушения прочности самого изделия, и чтобы эти деформации были минимальными. Это обеспечивается склеиванием щитов и деталей, как указывалось раньше, из мелких частей древесины, правильным расположением годичных слоев и изготовлением многослойных щитов.

Направление волокон древесины должно совпадать с направлением сжимающих или растягивающих сил, оно должно быть перпендикулярно направлению изгибающих сил. Исходя из этого, волокна древесины, как правило, следует располагать по длине бруска.

К недостаткам древесины как конструкционного материала относят также легкую возгораемость, загниваемость, особенно в условиях переменных температур и влажности воздуха, изменение цвета под воздействием световых лучей и невысокое сопротивление изнашиванию, особенно вдоль волокон.

Еще один из недостатков пиломатериалов — возможная низкая прочность. Чаще всего низкая прочность пиломатериалов обусловлена попаданием влаги при хранении или транспортировке, а также нарушениями технологии сушки на стадии производства. В некоторых случаях она вызвана использованием на стадии производства в качестве сырья древесины молодых деревьев.

Условия, в которых растет и развивается дерево, влияют не только на текстуру его древесины, но и приводят к различным отклонениям от строения и развития ствола. Это, в свою очередь, может вызвать разные пороки, накладывающие ограничения на область применения древесины. К таким отклонениям относят искривления ствола, наросты, сучки и развилки по его длине, вызывающие нарушения в самой текстуре, изменение ее цвета и оказывающие влияние на механическую прочность древесины.

Сучки возникают в месте прорастания веток и значительно снижают ценность древесины. В местах сучков уменьшается механическая прочность древесины, так как после высыхания сучок теряет связь с основой и ослабляет конструкцию. Сучки значительно снижают прочность древесины. Так, при ширине бруска 100 мм здоровый сучок 50 мм на пласти снижает прочность бруска в 2 раза. Чем древесина суше, тем она прочнее. Древесина влажностью 30% имеет прочность на изгиб 70% от прочности при влажности 15%. Помимо этого, сучки оказывают влияние на внешний вид текстуры древесины, предназначенной под прозрачную отделку. Для каждого сорта пиломатериалов существуют стандарты, определяющие приемлемое количество сучков, их максимальный размер, тип и расстояние друг от друга.

Дерево — живой материал, и трещины появляются в древесине по мере ее роста под влиянием природных факторов и внутренних напряжений, возникших в стволе. Различают морозные, отлупные и метиковые трещины. Морозные появляются в результате расширения внутренней влаги при сильных морозах: в результате возникают сквозные трещины, направленные радиально. Внутренние напряжения, возникающие в стволе, приводят к появлению отлупных трещин, вызванных отслоением друг от друга годичных слоев, а также метиковых трещин, идущих вдоль ствола к вершине.  Помимо этого, могут образоваться трещины, являющиеся результатом усушки.

Еще один дефект называется косослой, он представляет собой различные отклонения направления волокон от продольной оси дерева. Древесина с таким пороком плохо воспринимает поперечную нагрузку. К разновидностям косослоя можно отнести свилеватость — волнистое размещение волокон и завиток — местное искривление годичных слоев. Прорость — это дефект на участке дерева, возникший в результате механических повреждений клетчатки. Такой участок древесины портит внешний вид и затрудняет отделку. Наконец, могут иметь место грибковые поражения древесины. В результате этого изменяются механические свойства древесины и ее цветовые тона.

Следует различать, для чего нужны те или иные пиломатериалы: для опалубки, стен, пола, стропил, отделки. Причем в последнем случае «дефекты» в виде живописного рисунка, вызванного сучками и наростами, могут быть выгодно обыграны.

Самый придирчивый отбор должен быть при выборе отделочных профильных элементов. Учитывая декоративные функции таких элементов, они не должны иметь пороков древесины, за исключением здоровых сросшихся сучков размером до 20 мм, несквозных торцевых трещин длиной до 10 мм и наклона волокон (косослоя) до 10%. Столь жесткие требования должны предъявляться только к лицевым (видимым) поверхностям элементов отделки. На невидимых в процессе эксплуатации поверхностях могут иметься пороки более крупных, но тоже нормированных размеров. Влажность такой древесины должна соответствовать требованиям: интерьерные детали должны иметь влажность в пределах 8–12%, фасадные — 12–18%.

Способы устранения недостатков. Для  улучшения свойств (облагораживания) древесины быть использованы:

химические вещества для пропитки и обработки древесины; при этом могут быть два типа воздействия на древесину - в первом типе химические вещества являются только заполнителями пустот в древесине, а в другом они вступают в химическую реакцию с древесиной, следствием чего является изменение ее свойств; физические факторы, главным образом действие высокой температуры; механическое воздействие (прессование); специальная технологическая обработка с целью достижения наибольшей однородности свойств в различных направлениях.

Наиболее эффективным способом снижения горючести и повышения стойкости к биологическим и химическим разрушителям (дереворазрушающим грибам, насекомым, кислотам, щелочам и др.) является проведение защитной обработки древесины путем пропитки антипиренами и антисептиками. Надежность защитной обработки древесины зависит от свойств применяемых препаратов. Но в большей степени она зависит от качества пропитки, которое оценивается величиной поглощения пропиточного средства и глубиной его проникновения в древесину. В результате пропитки в поверхностных слоях древесных сортиментов создается "защитная оболочка". Чем больше "толщина" этой оболочки (глубина проникновения защитного препарата) и больше ее плотность (величина поглощения) тем больше надежность защиты древесины и, соответственно, ее долговечность и безопасность.

Менее эффективным способом предохранения древесины от разрушения при действии огня, агрессивной среды, гнили  будет поверхностное покрытие защитными составами (промазка). Для предохранения древесины от разрушающего действия химических реагентов ее пропитывают или покрывают искусственными смолами - бакелитами.

С помощью горячего прессования из древесины получается высокопрочный материал – лигностон. В процессе получения лигностона достигаются две цели: 1) повышение физико-механических свойств древесины и 2) стабилизация этих свойств в смысле устойчивости против атмосферных влияний (главным образом влажности); первое осуществляется путем механического уплотнения древесины, а второе – при помощи термической обработки.