Файл: 1. Структура древесины, ее влияние на прочность и деформативность материала.docx

1. Структура древесины, ее влияние на прочность и деформативность материала.

Древесина – легкий строительный материал, в основном используется сосна и ель. В конструкции влажность составляет от 8-12%. Если влажность больше, то растрескивание, влага перераспределяется.   - объёмный вес древесины. W=80…100%,   - свежесрубленной древесины. Влажносплавная древесина W=200%.

ДК-сооружения или их части, несущие нагрузку и выполненные целиком или частично из дерева.

Это макропористый материал, тепло проводит плохо, малотвердый, хорошо выдерживает сейсмические и циклические нагрузки. Радиопрозрачена. Древесина надежно склеивается синтетическими клеями.

Структура и состав:

Основные срезы древесины.


Ширина годичных колец не более 5 мм. ДК имеют большой предел огнестойкости. (больше, чем мк) Древесина состоит из двух видов клеток: прозенхимные, паренхимные.

Прочность древесины придается за счет целлюлозы, которая входит в состав клеток.

От количества влаги в древесине зависят механическая прочность и определяется пригодность для строительных целей.

Особенность строения древесины – совокупность волокон, расположенных в основном лишь в одном направлении.

Прочность и деформативность (способность древесины изменять свои размеры и форму под воздействием усилий) зависят от направления действия усилий и деформаций по отношению к волокнам; от длительности действия нагрузки влажности древесины. Вдоль волокон модуль упругости Е больше; при растяжении нормативное сопротивление Ru (вдоль волокон) больше, чем при изгибе и при сжатии.

Деревянные строительные конструкции в основном изготавливаются из древесины хвойных пород (сосна, ель, лиственница). На поперечном сечении ствола дерева различают следующие части рис.: под корой расположен тонкий слой камбия, отлагающего древесину и работающего с различной интенсивностью, так как деятельность его зависит и от внешних условий. В растущем дереве камбий обусловливает прирост древесины и коры. В центре сечения ствола расположена сердцевина, имеющая форму небольшого круглого пятнышка диаметром 2-5 мм. Вся основная древесина, расположенная между тоненьким слоем камбия и сердцевиной, состоит из двух частей, немного отличающихся одни от других цветовыми оттенками - внутренняя зона, более темная, называется ядром, а более светлая – заболонью. На поперечном сечении ствола можно увидеть концентрические слои, окружающие сердцевину. Древесина состоит из клеток двух видов - прозенхимных и паренхимных. Паренхимные клетки имеют примерно одинаковые размеры во всех трех осевых направлениях. К прозенхимным клеткам относятся трахеиды - полые клетки, сильно вытянутые в длину с заостренными концами. Основными элементами древесины хвойных пород являются трахеиды, которые занимают свыше 90 % общего объема древесины. Паренхимные клетки в хвойной древесине входят в состав сердцевинных лучей. В растущем дереве по сердцевинным лучам происходит движение питательных веществ и воды в 

---

горизонтальном направлении в период вегетации, а в период покоя в них хранятся запасные питательные вещества. Трахеиды хвойных пород выполняют не только свойственные им проводящие функции, но и механические. Трахеиды ранней части годичного слоя обладают тонкими стенками и большими внутренними полостями, а трахеиды поздней части годичного слоя имеют более толстые стенки и малые полости. На основе современных исследований установлено, что стенки клеток трахеид представляют собой слоистую оболочку. В стенке каждой нормальной трахеиды различают: тонкую первичную оболочку Р, значительно более толстую вторичную оболочку S, состоящую из наружного слоя Sb среднего слоя S2 и внутреннего слоя S 3. Каждый слой оболочки трахеид состоит из микрофибрилл, основой которых является кристаллическая целлюлоза, инкрустированная матриксом аморфных или паращшсталлических полимеров, стабилизирующих структуру микрофибрилл. В составе стенки клетки особую роль играет лигнин. Если высокая прочность при растяжении обеспечивается в основном целлюлозными микрофибриллами, то лигнин придает оболочке прочность на сжатие. В древесине хвойных пород из паренхимных клеток состоят в основном многочисленные сердцевинные лучи. Они узкие, преимущественно однорядные, но среди них встречаются и многорядные лучи со смоляным горизонтальным ходом посередине. У сосны, ели и лиственницы, кроме паренхимных клеток, лучи содержат трахеиды.

2. Конструктивные и химические меры борьбы с гниением и пожарной опасностью.

Гниение и защита деревянных конструкций от гниения

Гниение – это разрушение древесины простейшими растительными организмами – дереворазрушающими грибками. Некоторые грибы поражают еще растущие и высыхающие деревья в лесу. Складские грибы разрушают лесоматериал во время хранения их на складах. Домовые грибы – разрушают древесину строительных конструкций в процессе эксплуатации. Грибы развиваются из клеток – спор, которые легко переносятся движением воздуха. Прирастая, споры образуют плодовое тело и грибницу гриба – источник новых спор.

Защита от гниения

1. Стерилизация древесины в процессе высокотемпературной сушки. Прогрев древесины при t > 80оС, что приводит к гибели спор грибов, грибниц и плодовых тел гриба.

2. Конструктивная защита предполагает режим эксплуатации, когда влажность древесины W<20% (наименьшая влажность при которой могут расти грибы).

2.1. Защита древесины от атмосферной влаги – гидроизоляция покрытий, необходимый уклон кровли.

2.2. Защита от конденсационной влаги – пароизоляция, проветривание конструкций (осушающие продухи).

2.3. Защита от увлажнения капиллярной влагой (от земли) – устройство гидроизоляции. Деревянные конструкции должны опираться на фундамент (с битумной или рубероидной изоляцией) выше уровня грунта или пола минимум на 15 см.

3. Химическая защита от гниения необходима, когда увлажнение древесины неизбежно. Химическая защита заключается в пропитке ядовитыми для грибов веществами – антисептиками.

Водорастворимые антисептики (фтористый, кремнефтористый натрий) – это вещества, не имеющие ни цвета, ни запаха, безвредные для людей. Используются в закрытых помещениях.

Маслянистые антисептики – это минеральные масла (каменноугольное, антросценовое, сланцевое, древесный креозот и др.). Они не растворяются в воде, но вредны для человека, поэтому используются для конструкций на открытом воздухе, в земле, над водой.

Пропитка выполняется в автоклавах под высоким давлением (до 14 МПа).

Защита от жуков точильщиков – нагрев до t>80oC или окуривание ядовитыми газами типа гексахлорана.

Горение и защита деревянных конструкций от возгорания

Характеризуется пределом огнестойкости (порядка 40 мин. для бруса 17 х 17 см, нагруженного до напряжения 10 МПа.).

Защита

1. Конструктивная. Ликвидация условий, благоприятных для возгораний.

2. Химическая (противопожарная пропитка или окраска). Пропитывают веществами, которые называются антипиренами (например, аммонийная соль, фосфорная и серная кислота). Пропитку выполняют в автоклавах одновременно с антисептированием. При нагреве антипирены расплавляются, образуя огнезащитную пленку. Защитная окраска выполняется составами на основе жидкого стекла, суперфтора и т.д.

---

3. Длительное сопротивление древесины. Зависимость деформаций от длительного действия нагрузки.

Длительное сопротивление древесины R∂л - это максимальное напряжение, при котором образец не разрушается, как бы долго нагрузка не действовала.

Асимптота делит весь диапазон изменения нагрузки на две части: область ниже асимптоты   , в которой разрушение не произойдет, как бы долго нагрузка не действовала, и область   , где разрушение с течением времени неизбежно.

Длительное сопротивление древесины вычисляется умножением предела прочности на коэффициент длительности, который равен отношению предела длительного сопротивления к пределу прочности. По результатам опытных данных коэффициент длительности принимается за 0,5-0,6.

При неограниченно длительном нагружении прочность древесины характеризуется пределом длительного сопротивления, который составляет

50 % предела прочности при стандартном нагружении. Наибольшую прочность, в 1,5…2 раза превышающую кратковременную, древесина показывает при кратчайших ударных и взрывных нагрузках. Это обстоятельство учитывается введением коэффициентов к расчетному сопротивлению и модулю упругости:

mд < 1 – когда длительно действующие нагрузки составляют более 80% суммарных.

mн > 1 – при учете кратковременных воздействий.

Длительное сопротивление древесины оказывается действительным показателем ее прочности.

При строительстве деревянных конструкций следует учитывать, что фактически на конструкции действуют несколько видов нагрузки:

- длительная нагрузка (собственный вес деревянных элементов);

- ограниченно длительные нагрузки (снег);

- кратковременные нагрузки (ветер).


Предел прочности древесины изменяется от предела длительного сопротивления древесины до предела сопротивления при стандартной скорости нагрузки (основных кратковременных нагрузок).

При длительном действии неизменной нагрузки деформации во времени существенно увеличиваются. Если задать древесине неизменную во времени деформацию, то напряжения с течением времени уменьшаются - релаксируют, а деформация не меняется.

---