CC BY
8ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ОБ УПРУГО - ПЛАСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ ФАНЕРЫ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ
ЛИСТВЕННЫХ ПОРОД
Житушкин Валентин Григорьевич
канд.техн.наук, доцент РФ, г. Краснодар
Аннотация. Рассматривается вопрос упругости и ползучести фанеры из древесины березы и осины. Делаются выводы, что регион произрастания дерева, из древесины которого изготовлена фанера, влияет на её модуль упругости и сдвига, а ползучесть зависит от направления ( напряжений), по отношению к волокнам наружных слоев материала.
Ключевые слова: модуль упругости, сдвига, характеристика ползучести, порода древесины, регион.
В практике строительства находит применение фанера лиственных пород однородная и комбинированная. При этом фанера клееная березовая относится к строительной [ 5, 6 ] , а других пород древесины -общего назначения [ 1 ].
Упругие характеристики березовой фанеры приведены в [ 5, 6 ] как усредненные без учета региона произрастания растения, а данных для фанеры общего назначения автором не найдено.
Сокращающиеся запасы лесов требуют рационального использования древесины, в том числе и фанеры. Одним из путей этого является уточнение механических свойств фанеры строительной и общего назначения.
В настоящем излагаются результаты теоретических исследований по определению модуля упругости и сдвига фанеры из древесины лиственных пород : березы и осины, произраставших в разных регионах страны.
Модуль упругости фанеры определялся исходя из формулы (11.3) [ 4 ] : вдоль волокон наружных шпонов
Еф = ( 1 / 2п ) [ ( Е + Е1 ) п + ( Е - Е1 ) ] ; ( 1 )
- поперек волокон наружных слоев
Еф1 = ( 1/ 2п ) [ ( Е + Е1 ) п - ( Е - Е1 ) ] , ( 2 )
где п - число шпонов (слоев) фанеры;
Е, Е1" - модуль упругости древесины шпона соответственно вдоль и поперек волокон, принимаемый в соответствии с [ 2 ] .
Модуль упругости под углом 45о к направлению волокон шпонов ( Еф45) находился из формулы (11.4) [ 4 ] , которая после преобразований имеет вид
Еф45 = 4 Еф / ( 17 + Е ф / Еф1 ), ( 3 )
где вф - модуль сдвига фанеры вдоль волокон наружных слоев.
При вф = Еф / 16 Еф45 = 4Еф / ( 17+Еф / Еф1 ) ( 3а )
Модуль сдвига под углом 45о к волокнам наружных слоев вычислялся по формуле (11.11) [ 4 ]
вф45 = Еф Еф1 / ( Еф + Еф1 ) ( 4 )
Модуль упругости при изгибе из плоскости листа определялся по формуле (11.21), имеющей в нашем случае следующиц вид:
- вдоль волокон наружных слоев
Е фи = ( 1/ 2п3 ) [ ( Е + Е1 ) п3 + (Е - Е1) ( 3п2 - 2 ) ] ; ( 5 )
- поперек волокон наружных слоев
Е фи1 = ( 1 / 2п3 ) [ ( Е + Е1 ) п3 - (Е - Е1 ) (3п2 - 2 ) ] , ( 6 )
где п , Е, Е1 - в соответствии с формулами ( 1 ) и ( 2 ).
Модуль упругости при изгибе из плоскости листа под углом 45о к волокнам слоев находился исходя из положений формулы ( 3а ) с учетом напряженного состояния фанерного листа
Ефи45 = 4Ефи / ( 1 + Е фи / Е фи1 + Е фи / вф ) ( 7 )
Исследования выполнены для фанеры из древесины:
береза и осина Европейские ( Е= 1,24 х 105 кгс/см2 ; Е1 = 5000 кгс/см2 ) ;
береза Приморского и Хабаровского краев ( Е = 1,64 х 105 кгс/см2; Е1 = 6500 кгс/ см2 ) ;
осина Приморского и Хабаровского краев ( Е = 0,65 х105 кгс/см2; Е1 = 2500 кгс/ см2 ).
Рассматривалась фанера с числом слоев 5, 7, 9 и 11 клееная на водостойких клеях по качеству соответствующая первому сорту.
Полученные результаты с округлением до 1000 кгс/см2 для Е и 100 кгс/см2 для в приведены в таблицах 1 (березовая фанера) и 2 ( фанера осиновая ).
Данные этих таблиц показывают, что механические свойства фанеры зависят не только от количества шпонов ( слоев ), породы древесины, из которой выполнены шпоны, но и от региона, где росло дерево. Например, численные значения упругих свойств фанеры из осины Европейской почти в два раза выше, чем из осины Приморского и Хабаровского краев ( таблица 2 ).
Таблица 1.
Модуль упругости и сдвига фанеры клееной березовой
Вид фанеры Модуль упругости, сдвига, Е, кгс/см2 в, кгс/см2
1 23
Из березы Европейской
а) пятислойная толщиной 5 - 7 мм
- вдоль волокон наружных шпонов 75 000 4 500
- поперек волокон наружных шпонов 50 000 3 000
- под углом 45о к волокнам 15 000 30 000 При изгибе из плоскости листа:
- вдоль волокон наружных шпонов 100 000
- поперек волокон наружных шпонов 30 000
- под углом 45о к волокнам 15 000
б) семислойная толщиной 8 мм и более
- вдоль волокон наружных шпонов 73 000 4 500
- поперек волокон наружных шпонов 55 000 3 500
- под углом 45о к волокнам 15 000 30 000 При изгибе из плоскости листа:
- вдоль волокон наружных шпонов 90 000
- поперек волокон наружных шпонов 38 000
- под углом 45о к волокнам 13000
в) девятислойная
- вдоль волокон наружных слоев 71 000 4 400
- поперек волокон наружных слоев 58 000 3 600
- под углом 45о к волокнам 15 000 32 000
Таблица 1 ( продолжение )_
1 2 3_
При изгибе из плоскости листа:
- вдоль волокон наружных слоев 87 000
- поперек волокон наружных шпонов 64 000
- по углом 45о к волокнам 19 000
г) одиннадцатислойная
- вдоль волокон наружных шпонов 70 000 4 300
- поперек волокон наружных шпонов 55 000 3700
- под углом 45о к волокнам 15 000 32 000 При изгибе из плоскости листа:
- вдоль волокон наружных шпонов 80 000
- поперек волокон наружных шпонов 48 000
- под углом 45о к волокнам 15 000
Из березы Приморского и Хабаровского краев
а) пятислойная толщиной 5-7 мм
- вдоль волокон наружных шпонов 100 000 6 000
- поперек волокон наружных шпонов 70 000 4 000
- под углом 45о к волокнам 20 000 40 000 При изгибе из плоскости листа:
- вдоль волокон наружных шпонов 130 000
- поперек волокон наружных шпонов 40 000
- под углом 45о к волокнам 20 000
б) семислойная толщиной 8 мм и более
Таблица 1 ( окончание )
- вдоль волокон наружных слоев 95 000 6 000
- поперек волокон наружных шпонов_56 000 3 500
1 2 3_
- под углом 45о к волокнам 20 000 40 000 При изгибе из плоскости листа:
- вдоль волокон наружных шпонов 115 000
- поперек волокон наружных шпонов 50 000
- под углом 45о к волокнам 20 000
в) девятислойная
- вдоль волокон наружных шпонов 71 000 4 000
- поперек волокон наружных шпонов 58 000 3 500
под углом 45о к волокнам 15 000 32 000
При изгибе из плоскости листа:
- вдоль волокон наружных шпонов 76 000
- поперек волокон наружных шпонов 52 000
- под углом 45о к волокнам 16 000
г) одиннадцатислойная
- вдоль волокон наружных шпонов 70 000 4 000
- поперек волокон наружных шпонов 60 000 3 500
- под углом 45о к волокнам 23 000 32 000 При изгибе из плоскости листа:
- вдоль волокон наружных шпонов 80 000
- поперек волокон наружных шпонов 48 000
- под углом 45о к волокнам 14 000
Таблица 2
Модуль упругости и сдвига клееной осиновой фанеры общего назначения
Вид фанеры Модуль упругости, сдвига,
_Е, кгс/см2 в, кгс/см2_
1 2 3_
Из осины Центрального района Европейской части РФ
а) пятислойная толщиной 6,5 мм
- вдоль волокон наружных шпонов 75 000 4 500
- поперек волокон наружных шпонов 50 000 3 000
- под углом 45о к волокнам 15 000 30 000 При изгибе из плоскости листа:
-вдоль волокон наружных шпонов 100 000
- поперек волокон наружных шпонов 30 000
- под углом 45о к волокнам 15 000
б) девятислойная толщиной 12 мм
- вдоль волокон наружных шпонов 71 000 4 400
- поперек волокон наружных шпонов 58 000 3 500
- под углом 45о к волокнам 15 000 32 000 При изгибе из плоскости листа:
- вдоль волокон наружных шпонов 87 000
- поперек волокон наружных шпонов 64 000
- под углом 45о к волокнам 19 000
в) одиннадцатислойная толщиной 15 мм
- вдоль волокон наружных шпонов 70 000 4 300
- поперек волокон наружных шпонов 59 000 3 700
- под углом 45о к волокнам 15 000 32 000
_При изгибе из плоскости листа:_
1 2 3_
Таблица 2 (окончание)
- вдоль волокон наружных шпонов 80 000
- поперек волокон наружных шпонов 43 000
- под углом 45о к волокнам 15 000
Из осины Приморского и Хабаровского краев
а) пятислойная толщиной 6,5 мм
- вдоль волокон наружных шпонов 40 000 2 500
- поперек волокон наружных шпонов 27 000 1 700
- под углом 45о к волокнам 6 000 16 000
При изгибе из плоскости листа:
- вдоль волокон наружных шпонов 52 000
- поперек волокон наружных шпонов 15 000
- под углом 45о к волокнам 4 000
б) девятислойная толщиной 12 мм
- вдоль волокон наружных шпонов 37 000 2 300
- поперек волокон наружных шпонов 30 000 1 800
- под углом 45о к волокнам 8 000 16 500
При изгибе из плоскости листа:
- вдоль волокон наружных шпонов 44 000
- поперек волокон наружных шпонов 23 000
-под углом 45о к волокнам 8 000
в) одиннадцатислойная толщиной 15 мм
- вдоль волокон наружных шпонов 36 000 2 000
- поперек волокон наружных шпонов 31 000 1 900
- под углом 45о к волокнам 8 000 16 500
При изгибе из плоскости листа:
- вдоль волокон наружных шпонов 42 000
- под углом 45о к волокнам 7 000
Характеристика ползучести фанеры ( отношение длительных деформаций к упругим) , необходимая при расчете изгибаемых элементов по деформациям, выше, чем для цельной древесины, у которой он численно равен при действии усилий (напряжений) вдоль волокон - ф = 0,4 [ 3 ].
У фанеры волокна соседних слоев (шпонов) взаимно перпендикулярны. Учитывая, что модуль упругости древесины шпонов поперек волокон в 25 раз меньше показателя вдоль волокон, можно сделать вывод, что противодействуют действующим напряжениям слои, волокна которых направлены вдоль действия сил. В этом случае характеристика ползучести фанеры определится по формуле:
- вдоль волокон наружных шпонов
ффн = ф n /nil = 0,4 ( n / nil ) ; ( 8 )
- поперек волокон наружных шпонов
фф± = 0,4 n / ( n - nil ) , ( 9 )
где n - количество слоев фанеры; niii - волокна древесины которых параллельны волокнам наружных шпонов; ффп , фф± - характеристика ползучести соответственно вдоль и поперек волокон наружных слоев фанеры.
С увеличением числа слоев фанеры численные значения фф|| увеличиваются, а фф^ -уменьшаются. Так при n = 5 фф|| = 0,4х5/3 = 0,67 ; фф± = 0,4 х 5/2 = 1,0 , а при n =11 фф|| = 0,4 х 11/ 6 = 0,73 ; фф-L = 0,4 х 11/5 = 0,88.
С достаточной для практики проектирования точностью можно предложить :
фф|| = 0,7 ; фф± = 0,9.
Исходя из изложенного представляется возможным сделать следующие выводы.
Упруго-пластические свойства фанеры зависят от числа слоев (шпонов), породы древесины и региона произрастания дерева, из которого она выполнена.
Ползучесть фанеры поперек волокон наружных шпонов на 25 - 30 % больше, чем вдоль ( волокон ).
Список литературы.
1. ГОСТ 3916-96. Фанера общего назначения с наружными слоями из шпона лиственных пород. Технические условия. Межгосударственный совет стандартизации, метрологии и сертификации. Минск.
2. Житушкин В.Г., Бондарева О.А. Расчетные характеристики древесины лиственных пород. Сборник материалов международной научно-практической конференции «Настоящее и будущее современных научных направлений». Кемерово, ЗапСибНЦ. 30. 03.2020. С.76 - 80.
3. Житушкин В.Г. Расчет прогибов деревянных и клеефанерных элементов покрытий зданий. Сборник статей по материалам XXVII международной научно-практической конференции Вопросы технических и физико-математических наук в свете современных исследований. № 5 ( 21 ). Новосибирск, Си-бАК.2020 С. 44-54.
4.Лаборатория лесных продуктов США. Справочное руководство по древесине. Перевод с английского Горелика Я.П. и Михайловой Т.В. М.: Лесная промышленность.1978. С. 292, 302 - 308.
5. СНиП II-25-80. Деревянные конструкции.
6. СП 64.13330.2017. Деревянные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-25-80.
