Модуль упругости сосны 2 сорта

Обновлено: 18.09.2024

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

.. 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

Ну вот и дожили, flash - всё! Все калькуляторы на сайте с 12,01,2021 не работают.

Физико-механические свойства

Модуль упругости древесины

В наше время во всём мире возводятся здания и сооружения с применением деревянных клееных конструкций, имеющие пролеты от 20 до 120 м! При расчете таких конструкций (определении внутренних усилий от действия внешних нагрузок и воздействий) в обязательном порядке учитывается их деформированное состояние. Как правило, расчеты выполняются с использованием программных комплексов, где одной из многих исходных данных является величина модуля упругости древесины. В зависимости от величины модуля упругости можно получать различные значения внутренних усилий в сжатых и сжато-изгибаемых элементах деревянных конструкций и, как следствие, размеры поперечных сечений. Обоснованный выбор величины модуля упругости древесины является одной из важных задач при проектировании деревянных конструкций, который усугубляется еще и такими ее свойствами, как анизотропия и ползучесть.

В СНиП II-В.4–71 величина модуля упругости древесины вдоль волокон для конструкций, защищенных от нагрева при относительной влажности окружающего воздуха W≤75% и находящихся под действием постоянной и временной нагрузок, принималась равной Еk,0 = 10000 МПа. Такое ее значение применялось в расчетах деревянных конструкций по предельным состояниям второй группы. Что же касалось расчета на устойчивость, то здесь использовался безразмерный параметр в виде отношения кратковременного модуля упругости к временному сопротивлению сжатию.

В нормах поновее ( СНиП II–25–80 §5.6) при расчете деревянных конструкций по предельным состояниям второй группы, как и в предыдущих нормах, было принято Еk,0 = 10000 МПа, и это значение умножается на коэффициенты mв (условия эксплуатации), mт (температура воздуха) и mд (% нагрузок). В расчетах элементов на прочность по деформированной схеме и на устойчивость было сделано допущение, что отношение Е/Rc = 300 и, таким образом, зависит от породы и сорта древесины, а так же и от влажности материала (mв), длительности действия нагрузки (mд), температуры (mт), размеров сечения элементов. То есть в расчетах по деформированной схеме модуль упругости определяется из выражения Е1 = 300 Rc, где Rc – расчетное сопротивление сжатию древесины вдоль волокон.

В этом случае при значениях расчетного сопротивления древесины сосны и ели первого сорта Rc = 14–16 МПа модуль упругости Е1 = 4200–4800 МПа.

Практика эксплуатации деревянных конструкций показывает, что использование кратковременного модуля упругости древесины, равного Ек = 10000 МПа, в условиях длительной эксплуатации приводит к занижению расчетных прогибов конструкций. И наоборот, заниженное значение модуля упругости в расчетах по деформированной схеме приводит к неоправданно завышенным сечениям деревянных элементов.

Следует также отметить, что в старых нормах величина кратковременного модуля упругости Еk = 10000 МПа соответствовала влажности древесины W = 15%. В нормах поновее нормативная влажность древесины была принята W = 12%, но значение модуля упругости осталось прежним, что, наверное, не совсем корректно. В соответствии с ГОСТ 16483.9-73 при определении модуля упругости необходимо пользоваться коэффициентами в зависимости от влажности и плотности древесины. Модуль упругости пересчитывается на влажность 12% по следующей формуле: Е12 = Ек/k12, где коэффициент k12 берётся из таблицы:

В случае, если определение плотности не производилось, модуль упругости ( E12 ) вычисляют по формуле:

где α - поправочный коэффициент, равный: 0,019 - для хвойных пород; 0,012 - для кольцесосудистых пород; 0,013 - для бука; 0,010 - на 1 % влажности - для березы и других рассеянно-сосудистых пород.

Однако, это ещё не всё! В результате теоретических и экспериментальных исследований, касающихся величины соотношения длительного модуля упругости к кратковременному и с учетом совместного действия постоянной и снеговой нагрузок ( Денеш, Н.Д. Учет длительности действия снеговой и постоянной нагрузок при расчете прогибов деревянных конструкций / Изв. вузов. Строительство и архитектура. – 1990. – № 7. – С. 16–20. ) прогибы деревянных конструкций предлагается определять с учётом дополнительных коэффициентов:

– для постоянной нагрузки Еcon = 0,76 Ek;

– для снеговой нагрузки Еcon = 0,909 Ek.

Усреднённое значение коэффициента длительности для модуля упругости при совместном действии на конструкцию постоянной и снеговой нагрузок, γcon = (0,76+0,909)/2 = 0,83.

Таким образом, модуль упругости, допустим, дубовой доски плотностью 700 кг/м³ при влажности 14% под действием постоянной нагрузки следует считать: Econ=10000*0,981*0,76/1,25=5965 МПа (1,25 это коэффициент надежности по материалу γm), а в стропильной системе, где часть нагрузки является непостоянной (снеговой), этот же модуль упругости можно считать: Econ=10000*0.981*0.909/1.25=6514 МПа. Модуль упругости той же доски в расчётах конструкции на устойчивость согласто СНиП II–25–80 будет зависеть и от сорта, и от породы, сечения, условий работы, влажности: Е1=300Rc*mп*mд*mв. Е1=300*16*1,3*0,8*0,9=4493 МПа.

Столь пристальное внимание модулю упругости древесины я посвятил потому, что этот модуль напрямую влияет на расчёт прогибов деревянных балок, что для частного строительства каркасного дома является едва-ли не самым важным моментом всех расчётов в принципе!

Конечно, теория теорией, а хочется проверить всё самому. Я насобирал на стройке несколько валяющихся досок, замерил их линейные раззмеры, положил на козлы и придал сосредоточенную нагрузку посередине пролёта. Измерил прогиб по линейке с точностью до 1мм и попытался сопоставить полученные результаты с расчётным прогибом. Мой эксперимент показал, что модуль упругости валяющихся под открытым небом сосновых брусков неизвестного сорта даже с округлениями в худшую сторону никак не меньше 11000МПа, а в некоторых случаях доходит до 14350МПа. Правда, этот эксперимент пока был проведён на малой нагрузке (бутылка воды 6 кг), при малом пролёте (до 1,3 м) и с малым сечением (до 60 х 25 мм). Попробую как-нибудь протестировать сечение побольше (50х50, 50х150 мм) и с пролётом на несколько метров.

Влажность древесины

Влажности древесины — это отношение количества воды, содержащегося в древесине к ее весу.

Относительная влажность воздуха в сочетании с температурой задают так называемые "классы условий эксплуатации", которые, в свою очередь, в комбинации с классами по длительности нагружения определяют коэффициент условий работы. Последний же, в свою очередь, влияет почти на все характеристики древесины (на модуль упругости и на прочность при растяжении, сжатии и скалывании) в диапазоне +/-45%. Кроме того, значение влажности древесины напрямую задаёт коэффициент mв, ослабляющий характеристики древесины. Поэтому довольно важно представлять, какова же может быть влажность той или иной деревяшки в вашей конструкции и как она зависит от влажности и температуры воздуха.

Я не буду рассматривать свежеспиленную древесину - допустим, что наш пиломатериал уже полежал некоторое время под навесом и приобрёл так наываемую равновесную влажность. Древесина в зависимости от температуры и относительной влажности окружающего воздуха и собственной влажности обладает свойством или поглощать из воздуха пары воды и соответственно повышать собственную влажность, или выделять их из себя и понижать собственную влажность. При длительном (измеряемом десятками дней) нахождении древесины на воздухе неизменного состояния указанный выше процесс заканчивается и устанавливается так называемая равновесная влажность древесины. Каждому значению температуры и относительной влажности воздуха соответствует определенная влажность древесины, практически одинаковая для всех ее пород. Эту зависимость иллюстрирует диаграмма равновесной влажности П.С. Серговского или Н.Н. Чулицкого. Вопрос равновесной влажности и её расчёт с помощью калькуляторов рассмотрен в отдельной статье " Равновесная влажность древесины ".

Пример. В отапливаемом помещении зимой при температуре +20°С и влажности 40% равновесная влажность деревянной конструкции составит 8%. Если эта же конструкция будет работать на открытом воздухе летом при +20°С и влажности воздуха 85%, то равновесная влажность древесины составит уже 19%.

В жилых помещениях приняты нормы влажности и температуры не выше 60% и 23°С, что позволяет рассчитывать деревянные конструкции для влажности древесины до 12% - это 1 класс условий эксплуатации для клееной и неклееной древесины.

Расчётные сопротивления

Значения расчетных сопротивлений для сосны, ели и европейской лиственницы при влажности 12%, согласно СНиП II-25-80 (СП 64.13330.2011) приведены в табличке ниже.

Если же используется древесина иных пород, то все эти расчётные сопротивления умножают на поправочный коэффициент, приведённый в следующей таблице (опять таки из СНиПа II-25-80):

Но и это ещё не конечная цифра, пригодная для расчётов!

Далее интересуемую величину расчётного сопротивления умножают на:

его значение для различных условий

эксплуатации приведено в табличке справа.

при температуре воздуха до +35°С mт=1;

при температуре свыше +50°С - mт=0,8;

промежуточные значения интерполируются.

для конструкций, в которых напряжения в

элементах, возникающие от постоянных и

временных длительных нагрузок, превышают 80% суммарного напряжения от всех нагрузок, - коэф. mд=0,8.

mа=0,8, если элементы подвергались глубокой пропитке антипиренами под давлением.

коэффициент надёжности по сроку службы: до 50 лет γсс=1; 50-100 лет - γсс=0,9; более 100 лет - γсс=0,8.

А так же более узкоспециализированные коэффициенты, которые в обычном домостроении вряд-ли понадобятся.

Допустим, есть доска из лиственницы, которую мы хотим использовать в качестве опорного бруса вдоль наружных стен на фундаменте.

К сожалению сорт доски я не знаю, потому предполагаем худший вариант - III сорт. Rc=8,5 МПа.

Поскольку это лиственница, коэф mп=1,2.

Максимальная влажность наружного воздуха может быть хоть 100%, потому коэф. mв мы принимаем 0,75.

Температура воздуха в районе фундамента вряд-ли поднимется выше +35°С, в отличие от стропильной системы, где Солнце может и до 50°С нагреть воздух, потому коэф. mт=1.

Нагрузка у нас самая что ни на есть долговременная, потому коэф. mд=0,8.

Лиственница - очень устойчивый материал к гниению, потому подвергать её глубокой пропитке чем-либо я не буду - коэф. ma=1.

Поскольку эта доска будет в основе всего дома, то срок её службы я бы хотел не менее 50 лет - коэф. γсс=0,9.

Итого, расчётное сопротивление сжатию моей доски будет: Rc1=8,5*1,2*0,75*1*0,8*1*0,9 = 5,5 МПа, если перевести это значение в интуитивно понятную величину, то доска будет выдерживать 56 кгс/см². Насколько это много или, быть может, мало? Каждый метр доски шириной 15см выдержит 84 тонны - это очень-очень много!

Честно скажу, обновление модуля упругости древесины произошло совершенно незаметно для меня. И если бы не один из моих читателей, которому нужно было проверить на прочность и жесткость бревна, пролежавшие в перекрытии 150 лет, то я бы об этом никогда и не узнал.

Много лет я думал, что значение модуля упругости древесины давно определено и подтверждено экспериментально. Так в СП 64.13330.2011, основанных на СНиП II-25-80 "Деревянные конструкции", указания по определению модуля упругости укладывались буквально в 2 строки:

"5.3 Модуль упругости древесины и LVL при расчете по предельным состояниям второй группы следует принимать равным: вдоль волокон Е = 10 000 МПа; поперек волокон Е₉₀ = 400 МПа."

Вот так. Очень коротко, просто и максимально понятно. Лет 10 назад я даже ставил простенькие эксперименты с деревянными брусками и потом сравнивал теоретическое значение прогиба с фактическим. Расхождения были в десятых долях миллиметра. Т.е значение модуля упругости Е = 10 000 МПа - вполне приемлемое для расчетов, определено лет 50-80 назад, а может быть и раньше, и ждать каких-то прорывов в определении модуля упругости древесины не стоит.

Ну разве что можно добавить, что с годами возможно частичное разрушение древесины из-за гниения, жучков и т.п. Поэтому чем больше принимаемый срок службы деревянной конструкции, тем меньше следует принимать расчетное значение модуля упругости, хотя по факту модуль упругости не изменится, а уменьшатся размеры поперечных сечений рассматриваемых элементов.

Но составители новой редакции СНиП II-25-80, а именно СП.13330.2017, такой прорыв совершили и тем самым вывели на чистую воду всю наивность моих рассуждений.

Теперь, согласно СП.13330.2017 п.6.3 определение модуля упругости (модуль сдвига) древесины и древесных материалов следует производить по формуле:

где Е_cр - средний модуль упругости при изгибе, МПа, согласно приложению В;

m_дл,E - коэффициент для упругих характеристик, для режима нагружения Б (таблица 4) принимают равным 0,8, для остальных режимов нагружения - 1;

Пm_i - произведение коэффициентов условий работы [6.9а), 6.9б) и 6.9и)].

Что ж, попробуем определить новый модуль упругости древесины для бревен, используемых в качестве балок перекрытия (именно такая задача и стояла перед моим читателем).

Для начала определим коэффициент для упругих характеристик. Согласно таблицы 4 режим Б - это совместное действие постоянной и длительной временной нагрузок, напряжение от которых превышает 80% полного напряжения в элементах конструкций от всех нагрузок. Приведенное расчетное время действия нагрузки - 10 8 -10 9 с, т.е. от 3 до 30 лет. Вряд ли такая ситуация возможна в случае с деревянным перекрытием. Даже если по деревянному перекрытию делается стяжка и укладывается керамическая плитка, то все равно сумма постоянной (собственный вес перекрытия) и длительной временной (вес стяжки и пирога пола) нагрузок как правило меньше 60-70% от всех нагрузок. Поэтому для дальнейших расчетов принимаем значение

Для определения коэффициента m_в согласно п. 6.9.а) обращаемся к таблице 9, из которой узнаем, что нам сначала нужно определить условия эксплуатации согласно таблице 1. Из таблицы 1 мы узнаем, что есть 4 класса эксплуатации: 1-й - сухой (максимальная относительная влажность воздуха при температуре 20°С, до 40-50%), 2 - нормальный (максимальная влажность до 65%), 3 - влажный (до 75%) и 4 - мокрый (85% и больше). Если мы проектируем перекрытие для обычных жилых комнат, то согласно ГОСТ 30494-2011 в жилых помещениях нормой является влажность до 45-60%. Соответственно для 2 нормального режима согласно таблице 9

Согласно п. 6.9.б) для конструкций, эксплуатируемых при установившейся температуре воздуха ниже плюс 35 °С, - коэффициент

Согласно п. 6.9.и) и таблице 13 при расчетах на изгиб и сроке службы сооружения 75 лет

Таким образом произведение всех ранее определенных коэффициентов составит:

Осталось дело за малым - определить средний модуль упругости для наших бревен по приложению В. Отправляемся в приложение В и смотрим, куда можно приткнуть наши бревна. Предположим, что бревна второго сорта, как минимум потому, что для бревен 1 сорта (класс прочности К26) в СП отсутствуют данные по расчетным сопротивлениям, есть только для 2 (К24) и 3 (К16) сорта.

Выбор оказывается небольшим. Есть таблица В.3, где приводятся физико-механические характеристики конструкционных пиломатериалов, установленные для классов прочности С14, С16, С18, С20, С22, С24, С27, С30, С35, С40, С45 и С50. Формально бревно - это не пиломатериал, а только заготовка да и как соотнести возможный второй сорт бревна с указанными классами прочности?

Можно предположить, что С24 соответствует К24, тогда среднее значение модуля упругости при изгибе составляет Е_ср = 11 ГПа (11000 МПа).

Если обратиться к таблице В.4, где согласно п.В.5 должны приводиться физико-механические характеристики ДК (как я понимаю, ДК - это деревянные конструкции), установленные для классов прочности К20, К24, К26, К28, К32 и К36 (но приводятся только для классов прочности К24, К28, К32 и К36), то среднее значение модуля упругости для К24 составит Е_ср = 1600 ГПа.

И тут мы обнаруживаем в таблице как минимум 2 ошибки или опечатки. По логике, исходя из значений модуля упругости для К28, К32 и К36, значение среднего модуля упругости для К24 должно составлять 11600 ГПа, а если еще немного подумать, то не 11600 ГПа, а 11600 МПа (или 11.6 ГПа). Тут наборщик текста явно допустил еще одну ошибку, не может модуль упругости древесины быть в 70 раз больше, чем модуль упругости стали.

Итак у нас есть 2 возможных значения среднего модуля упругости. Оба получены не прямым путем, а с использованием предположений и допущений. Тем не менее разница между этими значениями относительно мала и это опять же позволяет предположить, что ход наших рассуждений был в принципе правильным.

Для дальнейших расчетов примем минимальное из полученных значений, а именно Е_ср = 11000 МПа. Тогда

Е II = 11000·0.81 = 8910 МПа.

А теперь вернемся к опытам, о которых я упоминал в начале статьи. Из всех коэффициентов, которые рассматривались выше, для рассматриваемого опыта следует изменить значение только одного коэффициента - m_с.с. = 1. Тогда:

Е II _(о) = 11000·0.9 = 9900 МПа.

Как видим, разница между принятым мной 10 лет назад значением модуля упругости и определенным по требованиям СП.13330.2017 составляет 1%. Стоило ли ради этого 1 процента так долго возиться с определением модуля упругости? Тем более, что параметры поперечного сечения скорее всего изменяются по длине бревна и потому определение момента инерции поперечного сечения скорее всего будет выполнено с погрешностью до 3-5%?

К сожалению ответа на этот вопрос я не знаю. Это вам решать.

Все эти соображения я изложил своему читателю, старому опытному проектировщику, на что получил вполне логичный ответ в том смысле, что он прекрасно знает, что раньше модуль упругости древесины принимался равным 10000 МПа. Но! Он госслужащий, поэтому если он будет производить расчет по устаревшей версии СП любой чиновник из надзорных органов первым делом укажет на то, что СП 64.13330.2011 с 01.08.2020 прекратил свое действие. Расчет следует производить согласно требований СП 64.13330.2017.

То, что бревна пролежали в обследуемом перекрытии 150 лет, т.е. заложены были задолго до появления современных СНиПов, ГОСТов и сопромата - это не аргумент. А вот СП64.13330.2017 с кучей ошибок, опечаток и нестыковок - аргумент. Потому что документ. Официально принятый и утвержденный. С подписями и печатями.

А в СП 64.13330.2017 Таблица В.3 - для пиломатериалов классов прочности С (бревно - лесоматериал, который может иметь только сорта), классы прочности определяются согласно ГОСТ. Таблица В.4 - для клееных деревянных конструкций, потому что классы прочности К относятся к клееным деревянным конструкциям и на это есть свой ГОСТ. Все. Круг замкнулся. Миссия невыполнима.

Я подумал, подумал и дал следующий ответ:

Если стоит задача рассчитать бревна согласно требований СП 64.13330.2017, то, полагаю, это можно сделать следующим образом:

1. Значение среднего модуля упругости определяется по таблице В.4 так как в этой таблице даются "физико-механические характеристики ДК, установленные для классов прочности К20, К24, К26, К28, К32 и К36" (но приводятся только для классов прочности К24, К28, К32 и К36 и это один многих косяков составителей СП).

2. Почему ДК - это деревянные конструкции? Ответ на этот вопрос в самом начале СП:

1 Область применения

1.1 Настоящий свод правил распространяется на методы проектирования и расчета конструкций из цельной и клееной древесины (далее - ДК), применяемых в общественной, жилищной, промышленной и других отраслях строительства в новых, эксплуатируемых и реконструируемых зданиях и сооружениях.

1.2 Настоящий свод правил не распространяются на проектирование ДК гидротехнических сооружений, мостов, фундаментов и свай.

4 Общие положения

4.1 ДК подразделяют (классифицируют) по основным признакам: функциональному назначению, условиям эксплуатации, сроку службы (приложение А).

4.3 ДК должны удовлетворять требованиям расчета по несущей способности (1-я группа предельных состояний) и по деформациям, не препятствующим нормальной эксплуатации (2-я группа предельных состояний), с учетом характера и длительности действия нагрузок.

4.4 ДК следует проектировать с учетом особенностей изготовления, а также условий их эксплуатации, транспортирования и монтажа.

4.5 ДК в условиях постоянного или периодического длительного нагрева допускается применять, если температура окружающего воздуха не превышает 50 °С. Для конструкций из клееной древесины (далее - КДК) температура выше 35 °С допускается при относительной влажности воздуха не менее 50 %

Таким образом таблица В.4 может использоваться как для ДК в целом, так и для КДК в частности.

3. Как соотносятся сорта цельной древесины (в данном случае бревен) с классами прочности К? Ответ в пункте В.2 и таблице В.1:

В.2 Для древесины сосны и ели, отсортированной по сортам, временные и нормативные сопротивления приведены в таблице В.1

Т а б л и ц а В.1 Вид напряженного состояния . элементов классов/сортов К26/1 К24/2 К16/3

Примечания: 1 Размеры поперечных сечений испытуемых образцов пиломатериалов принимают в соответствии с их толщиной по сортаменту. 2 Временные сопротивления следует определять по результатам испытаний согласно действующим нормам. 3 Прочность древесины брусьев и круглых лесоматериалов допускается оценивать визуально по сортообразующим признакам и дополнительным требованиям приложения Г.

А вот тут для определения сорта уже можно воспользоваться ГОСТ 9463-2016 "ЛЕСОМАТЕРИАЛЫ КРУГЛЫЕ ХВОЙНЫХ ПОРОД".

А вообще мне кажется, что вся эта неразбериха возникла из-за слишком поспешного и не совсем корректного перехода от советских сортов древесины, которых всего 3 и их можно определить визуально, к европейским классам прочности, которых явно больше, при этом визуальный метод оценки годится только для классов, имеющих относительно низкую прочность.

Если так пойдет и дальше, то еще пара редакций СП и новое поколение проектировщиков уже не сможет рассчитать бревно, пролежавшее в перекрытии 150 лет, т.е. уложенное в перекрытие еще тогда, когда сопромата еще почти и не было, а уж различных СНиПов и ГОСТов, так тем более. И тогда действительно круг замкнется.

На этом пока все.

Доступ к полной версии этой статьи и всех остальных статей на данном сайте стоит всего 30 рублей. После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью, адресом электронной почты и продолжением статьи. Если вы хотите задать вопрос по расчету конструкций, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Зараннее большое спасибо.)). Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий. Больше подробностей в статье "Записаться на прием к доктору"

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Номер карты Ymoney 4048 4150 0452 9638 SERGEI GUTOV

Для Украины - номер гривневой карты (Приватбанк) 5168 7422 4128 9630

Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье "Записаться на прием к доктору" (ссылка в шапке сайта).

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.

Содержание

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.

Читайте также: