Зависимость расчетного сопротивления древесины от изменчивости ее свойств в дереве Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК

В.Г. ЖИТУШКИН, канд. техн. наук (Краснодар)

Зависимость расчетного сопротивления древесины от изменчивости ее свойств в дереве

Ствол дерева по высоте делится на три зоны (рис. 1): нижнюю I, где имеются глубоко заросшие более мелкие сучки; среднюю II, где располагаются преимущественно открытые (торчащие) мертвые сучки, и зону живой кроны III. Наиболее ценная, бессучковая древесина расположена в периферических слоях нижней (комлевой) зоны ствола.

Ствол поваленного дерева, опиленный от корневой части и очищенный от сучков и называемый хлыстом, делится на деловую и дровяную части (рис. 2).

Плотность древесины сосны и березы увеличивается от сердцевины к коре (рис. 3) и по высоте ствола (рис. 4).

Прочность древесины связывается с плотностью корреляционным уравнением (без больших погрешностей) прямой линии [4]. Для древесины сосны при влажности 15% зависимость прочности от плотности имеет вид:

М

Ж&.

10,5;

°сж = 0,11 р15 аизг = 0,2р15 - 19,5,

(1) (2)

где асж, аизг — предел прочности при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе соответственно, МПа; р — плотность древесины, кг/м3.

По данным ЦНИИМОД [5], для сосновых и еловых пиломатериалов при влажности 11—14% между модулем упругости и пределом прочности существует зависимость, выражаемая уравнением:

°изг = 5,5 Е— 9, (3)

где Е — модуль упругости, ГПа; аизг ности при изгибе, МПа.

предел проч-

Из графика рис. 6.5 из [6] выводится формула зависимости предела прочности древесины при изгибе от модуля упругости:

аизг = 0,0058 Е - 9,64. (4)

Из формулы (4) получаем:

Е = 172,41 аизг + 1662. (5)

Анализ зависимости плотности древесины сосны и березы от зоны ствола (по высоте ствола), прочности древесины от ее плотности, модуля упругости от прочности показывает, что упругие и механические свойства древесины в нижней части ствола (I зона) выше на 1015%, чем в средней части (II зона).

Пиломатериалы из средней и нижней (комлевой) зон ствола сосны или березы при испытании на изгиб (сжатие, растяжение) будут прочнее и жестче соответственно на 10 и 20% пиломатериала из верхней (вершинной) части при одинаковой сортности.

Проведение экспериментальных исследований с учетом положений, изложенных в [7], позволит уточнить численные значения расчетного сопротивления, модуля упругости и форму эпюры напряжений в нагруженном состоянии древесины сосны и березы.

Деловая часть

I бревно II бревно III бревно

Дровяная часть

1

2

3

4

Рис. 1. Разнокачественные (по сучкам) зоны ствола: I - зона без сучков; II - зона с несросшимися сучками; III - зона со сросшимися сучками

Рис. 2. Схема разделения древесного ствола на сортименты: а - деление ствола на деловую и дровяную части; б - деление деловой части на отдельные сортименты; в - продольный разрез сортиментов, получаемых из одного ствола; 1 - комлевая часть; 2 -срединная часть; 3 - вершинная часть; 4 - вершинка

а

б

в

научно-технический и производственный журнал Q'fffjyTf S JJbrlbJ" 62 август 2011 Ы *

Сосна

о с; С

390 380 370 360 430 410 390 370 390 380 370

360

480 470 460 450 510 490 470 450 510 490 470

Береза

450

0 20 40 60 80 100

0 20 40 60 80 100

520

v 480

о 440

ё 400-

360

40 60

Расстояние от комля, %

100

Расстояние от сердцевины, % Рис. 3. Изменение плотности древесины по радиусу ствола сосны и березы [3]: а - вершинная часть ствола; б - средняя; в - комлевая

Для пиломатериалов из комлевой части (I зоны) ствола древесины сосны и березы расчетное сопротивление на сжатие и изгиб, а также модуль упругости согласно СНиП 11-25—80 «Деревянные конструкции» могут быть увеличены на 15—20%.

Рис. 4. Изменение плотности древесины по высоте ствола [3]: 1 -сосна; 2 - ель; 3 - береза; 4 - осина

Ключевые слова: древесина, модуль упругости, плотность, прочность.

Список литературы

1. Вакин А.Т., Полубояринов О.И., Соловьев В.А. Пороки древесины. Изд. 2-е, перераб. и доп.. М: Лесн. промышленность, 1980. 111 с.

2. Григорьев М.А. Материаловедение для столяров и плотников. М: Высш. школа, 1972. 174 с.

3. Полубояринов О.И. Плотность древесины. М: Лесн. промышленность, 1976. 160 с.

4. Перелыгин Л.М. Древесиноведение. Изд. 2-е, перераб. и доп. Б.Н. Уголевым. М: Лесн. промышленность, 1969. 316 с.

5. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. М: Лесн. промышленность, 1986. 366 с.

6. Справочное руководство по древесине / Пер. с англ. М: Лесн. промышленность, 1979. 544 с.

7. Боровиков А.М., Уголев Б.Н. Справочник по древесине. М: Лесн. промышленность, 1989. 293 с.

а

б

в

Ы ®

научно-технический и производственный журнал

август 2011

63