Прочность древесины при сдвиге

 

При испытаниях на сдвиг к образцу прикладывают две равные и противоположно направленные силы, вызывающие разрушение в параллельной им плоскости. Различают три случая сдвига: скалывание вдоль и поперек волокон и перерезание древесины поперек волокон (рис. 21).

 

                  а                        б                       в

 

Рис. 21. Случаи сдвига древесины:

а - скалывание вдоль волокон; б - скалывание поперек волокон;

в - перерезание древесины поперек волокон.

 

Скалывание вдоль волокон - одно из важнейших механических свойств древесины. На рис. 22 представлен образец, форму и размеры которого используют для испытания на скалывание вдоль волокон. В образце измеряют ширину и длину площади скалывания, после чего образец устанавливают в специальном приборе и доводят до разрушения.

При установке необходимо учитывать одно обстоятельство: узкий выступ (шириной 18 мм) образца должен находиться вверху. Это необходимо для исключения погрешностей вследствие возможного наклона волокон.

Предел прочности подсчитывают по формуле

 

                                      (29)

 

где Р _max - максимальный груз, Н; b - ширина образца, см; l - длина образца (в плоскости скалывания), см.

Поправочный коэффициент а = 0,03 для всех пород древесины при скалывании как в радиальной, так и в тангенциальной плоскостях.

 

Рис. 22. Форма и размеры образца при испытании на скалывание вдоль волокон

 

В табл. 7 приведены данные о прочности древесины при скалывании вдоль волокон в радиальном и тангенциальном направлениях для некоторых пород.

Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1/5 прочности при сжатии вдоль волокон.

У лиственных пород, имеющих, широкие сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), скалывание по тангенциальной плоскости на 10-30 % выше, чем по радиальной.

Предел прочности при скалывании поперек волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины приперерезании поперек волокон в 4 раза выше прочности при скалывании вдоль волокон.

Прочность древесины при скалывании вдоль волокон у лиственных пород примерно в 1,6 раза выше, чем у хвойных. Для древесины хвойных пород прочность при скалывании в обоих случаях примерно одинакова.

По прочности древесины на скалывание вдоль волокон имеются многочисленные данные, а по прочности на скалывание и перерезание поперек волокон - лишь ориентировочные соотношения.

Древесина довольно часто работает в деревянных конструкциях на скалывание вдоль волокон (например, в соединениях стропильных ферм способом лобовых врубок), реже встречаются случаи работы на скалывание поперек волокон (в шпунтовых соединениях) и перерезание поперек волокон (например, нагели).

 

 

Модули упругости древесины

В условиях кратковременного воздействия сравнительно небольших нагрузок древесина ведет себя как упругое тело. Как указывалось ранее, древесину в малых объемах можно рассматривать как ортотропное тело. При воздействии усилий, древесина, обладая способностью деформирования, изменяет свою форму и размеры. С другой стороны, она также обладает способностью сопротивляться деформированию, т.е. ей присуща жесткость, которая характеризуется модулем упругости. Этот показатель механических свойств есть не что иное, как коэффициент пропорциональности в законе Гука и при сжатии (или растяжении) может быть найден из соотношения

 

E = s / e,                                           (30)

 

где E - модуль упругости; s - напряжение; e - деформация (относительное укорочение или удлинение).

Описание подробной методики определения модулей упругости дается в сборнике ГОСТов: «Древесина. Методы испытаний».

Средние значения модулей упругости при влажности 12% некоторых пород приведены в табл. 9.

 

Таблица 9

Модули упругости древесины

 

Порода	Модуль упругости, ГПа*
	при сжатии			при растяжении			при статическом изгибе
	Ea	Er	Et	Ea	Er	Et	E
Сосна Береза Дуб	12,3 16,3 14,6	0,70 0,68 1,37	0,58 0,53 0,99	12,3 18,7 14,6	0,59 0,68 1,18	0,51 0,50 0,91	12,8 15,7 15,7

 

* ГПа (ГигаПаскаль) = 10⁹ Па = 10⁴  кгс/см².

Различают модуль упругости вдоль волокон E_a и поперек волокон в радиальном E_r и тангенциальном E_t направлениях.

Как видно из табл.8, модуль упругости вдоль волокон примерно в 20 - 25 раз выше, чем поперек; в радиальном направлении выше, чем в тангенциальном поперек волокон, по средним данным на 20-50%.