مقاومت چوب محاسبه شده. خواص چوب

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-18 04:06

هنگام طراحی، توسعه یا ساخت سازه‌های چوبی، دانستن ویژگی‌های استحکام مواد - مقاومت طراحی چوب که یک کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع اندازه‌گیری می‌شود، مهم است. برای مطالعه شاخص ها، از نمونه هایی با اندازه های استاندارد، اره شده از تخته یا چوب درجه مورد نیاز، بدون نقص خارجی، گره و سایر عیوب استفاده می شود. سپس نمونه از نظر مقاومت در برابر فشار، خمش، کشش آزمایش می شود.

انواع چوب

چوب یک ماده همه کاره است که به راحتی قابل پردازش است و در زمینه های مختلف تولید از جمله ساخت و ساز، مبلمان، ظروف و سایر اقلام خانگی استفاده می شود. محدوده کاربرد بستگی به نوع چوب با خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی متفاوت دارد. در ساخت و ساز، مخروطی هایی مانند صنوبر، سدر، کاج، کاج اروپایی، صنوبر به ویژه محبوب هستند. به میزان کمتری، درختان برگریز - توس، صنوبر، آسپن، بلوط، فندق، نمدار، توسکا، راش.

گونه های مخروطی به شکل الوار گرد، الوار، تخته برای ساخت شمع های نگهدارنده، خرپاها، تیرک ها، پل ها، خانه ها، طاق ها، تاسیسات صنعتی و سایر سازه های ساختمانی استفاده می شود. مواد چوب سخت تنها یک چهارم کل مصرف را تشکیل می دهند. این امر به دلیل خواص فیزیکی و مکانیکی بدتر الوارهای چوب سخت است، بنابراین سعی می شود برای ساخت سازه هایی با بار تحمل کم استفاده شود. معمولاً آنها به گره های پیش نویس و اشیاء موقت می روند.

استفاده از الوار در ساخت و ساز توسط قوانین مطابق با خواص فیزیکی و مکانیکی چوب تنظیم می شود. این خواص به رطوبت و وجود عیوب بستگی دارد. برای عناصر باربر، رطوبت نباید از 25% تجاوز کند، برای سایر محصولات چنین الزاماتی وجود ندارد، اما استانداردهایی برای عیوب چوب خاص وجود دارد.

ترکیب شیمیایی

در ۹۹ درصد جرم چوب مواد آلی هستند. ترکیب ذرات بنیادی برای همه سنگ ها یکسان است: نیتروژن، اکسیژن، کربن و هیدروژن. آنها زنجیره های بلندی از مولکول های پیچیده تر را تشکیل می دهند. چوب شامل:

سلولز یک پلیمر طبیعی با درجه پلیمریزاسیون بالای مولکول های زنجیره ای است. ماده بسیار پایدار، در آب، الکل یا اتر حل نمی شود.
لیگنین یک پلیمر معطر با ساختار مولکولی پیچیده است. حاوی مقدار زیادی کربن است. با تشکر از او، lignification تنه درختان ظاهر می شود.
همی سلولز آنالوگ سلولز معمولی است، اما با درجه پلیمریزاسیون کمتر مولکول های زنجیره ای.
استخراجیمواد - رزین، صمغ، چربی و پکتین.

محتوای بالای رزین در درختان مخروطی باعث حفظ مواد می شود و به آن اجازه می دهد تا خواص اصلی خود را برای مدت طولانی حفظ کند و به مقاومت در برابر تأثیرات خارجی کمک کند. محصولات چوبی کم عیار با تعداد عیوب زیاد عمدتاً در صنایع شیمیایی چوب به عنوان ماده اولیه برای تولید کاغذ، چوب چسبانده شده یا استخراج عناصر شیمیایی مانند تانن های مورد استفاده در ساخت چرم استفاده می شود..

ظاهر

چوب دارای خواص خارجی زیر است:

رنگ. درک بصری ترکیب طیفی منعکس شده نور. هنگام انتخاب چوب اره به عنوان ماده تکمیل کننده مهم است.
رنگبندی به سن و نوع درخت و همچنین شرایط آب و هوایی محل رشد آن بستگی دارد.
درخشش. توانایی بازتاب نور. بیشترین میزان در بلوط، زبان گنجشک، اقاقیا مشاهده شده است.
بافت. الگوی تشکیل شده توسط حلقه های سالانه تنه.
ریزساختار. با عرض حلقه و محتوای latewood تعیین می شود.

در ارزیابی خارجی کیفیت ورود به سیستم از شاخص ها استفاده می شود. بازرسی بصری عیوب و مناسب بودن مواد برای استفاده بعدی را نشان می دهد.

عیوب چوب

علی رغم مزایای آشکار نسبت به مواد سنتز شده، چوب، مانند هر ماده اولیه طبیعی، دارای معایبی است. وجود، درجه و سطح ضایعه تنظیم می شوداسناد هنجاری عیوب اصلی چوب عبارتند از:

شکست، پوسیدگی، قارچ و آفات؛
مورب;
جیب رزین؛
گره;
ترک.

گره بودن باعث کاهش استحکام الوار می شود و از اهمیت ویژه ای برخوردار است که تعداد، اندازه و محل قرارگیری آنها اهمیت دارد. گره ها به انواع تقسیم می شوند:

سالم. محکم با بدن درخت رشد کنید و محکم در جیب بنشینید، پوسیدگی نداشته باشید.
کشویی. بعد از اره کردن مواد، پوست کنده شود و بیفتد.
شاخدار. رنگ تیره و ساختار متراکم تری نسبت به چوب همسایه دارد؛
تاریک شده. گره هایی با مرحله اولیه پوسیدگی.
شل - پوسیده.

با توجه به مکان، گره ها به:

تقسیم می شوند

دوخته;
clawed;
بیش از حد رشد؛
پسران.

شیب

همچنین مقاومت خمشی چوب را کاهش می دهد و با وجود ترک ها و لایه های مارپیچ در الوار گرد مشخص می شود، در مواد اره شده آنها به صورت زاویه ای نسبت به دنده ها هدایت می شوند. محصولات با چنین نقصی کم عیار هستند و منحصراً به عنوان استحکامات موقت استفاده می شوند.

دلایل ایجاد ترک به شرایط خارجی و گونه های چوب بستگی دارد. آنها در نتیجه خشک شدن ناهموار، یخ زدگی، تنش مکانیکی و بسیاری از عوامل دیگر تشکیل می شوند. آنها هم روی درختان زنده و هم روی درختان بریده ظاهر می شوند. بسته به موقعیت روی تنه و شکل، ترک ها نامیده می شوند:

یخ زده؛
sernitsa;
metics;
کوچک شدن.

ترک ها نه تنها کیفیت چوب را کاهش می دهند، بلکه به پوسیدگی و تخریب سریع الیاف نیز کمک می کنند.

پوسیدگی در نتیجه عفونت با قارچ های پوسیده و سایر انواع قارچ هایی که روی درختان در حال رشد و قطع شده ظاهر می شوند، ایجاد می شود. قارچ هایی که روی تنه های زنده زندگی می کنند انگلی هستند که حلقه های سالانه را آلوده کرده و باعث کنده شدن آنها می شوند. گونه های دیگر از قبل روی سازه های تمام شده می نشینند و باعث پوسیدگی، لایه برداری، ترک می شوند.

دلیل پیدایش موجودات مضر، محیط مساعد برای تولید مثل آنهاست: رطوبت بالای ۵۰ درصد و گرما. در الوارهای به خوبی خشک شده، میکروارگانیسم ها رشد نمی کنند. دسته خاصی از آفات باید شامل حشراتی باشد که ترجیح می دهند در سازه های چوبی مستقر شوند و در آنها حرکت کنند و در نتیجه به الیاف آسیب وارد کنند و قدرت آنها کاهش یابد.

رطوبت چوب

یکی از شاخص های مهم برای مقاومت استاندارد و طراحی چوب. بر درصد آب در الیاف تنه تأثیر می گذارد. رطوبت - درصد جرم رطوبت به مواد خشک. فرمول محاسبه به این صورت است: W=(m–m₀)/m₀ 100، که m جرم اولیه قطعه کار است. ، m 0 _{- وزن نمونه خشک مطلق. تعیین رطوبت به دو صورت انجام می شود: با خشک کردن و استفاده از رطوبت سنج های الکترونیکی مخصوص.}

چوب بر اساس میزان رطوبت به چندین نوع تقسیم می شود:

خیس. بارطوبت بیش از 100٪ که مربوط به ماندن طولانی در آب است.
تازه برش خورده. با محتوای 50 تا 100%.
خشک در هوا. با محتوای فیبر آب از 15 تا 20%.
روم خشک. با رطوبت 8 تا 12%.
کاملا خشک. با محتوای 0٪ آب، به دست آمده از خشک کردن در 102 درجه.

آب در درخت به صورت بسته و آزاد است. رطوبت آزاد در سلول ها و فضای بین سلولی، محدود شده است - به شکل پیوندهای شیمیایی.

تاثیر رطوبت بر خواص چوب

بسته به رطوبت موجود در ساختار چوب انواع مختلفی از خواص وجود دارد:

انقباض عبارت است از کاهش حجم الیاف خمیر چوب هنگامی که آب محدود از آنها جدا می شود. هرچه الیاف بیشتر باشد، رطوبت نوع بسته شده بیشتر است. از بین بردن رطوبت چنین اثری نمی دهد.
تاب برداشتن - تغییر شکل الوار در فرآیند خشک کردن. زمانی رخ می دهد که کنده ها به درستی خشک یا اره نشده باشند.
جذب رطوبت - رطوبت سنجی چوب یا توانایی جذب رطوبت از محیط.
تورم - افزایش حجم الیاف چوب زمانی که مواد در محیط مرطوب قرار دارند.
جذب آب - توانایی چوب برای افزایش رطوبت خود با جذب مایع چکاننده.
چگالی - به عنوان جرم در واحد حجم اندازه گیری می شود. با افزایش رطوبت، تراکم افزایش می یابد و بالعکس.
نفوذپذیری - توانایی عبور آب از درون خود تحت فشار بالا.

پس از خشک شدنچوب خاصیت ارتجاعی طبیعی خود را از دست می دهد و سفت تر می شود.

سختی

ضریب سختی با استفاده از روش برینل یا آزمون یانکی تعیین می شود. تفاوت اساسی آنها در تکنیک اندازه گیری نهفته است. به گفته برینل، یک توپ فولادی سخت شده بر روی یک سطح تخت و چوبی قرار داده می شود و 100 کیلوگرم نیرو به آن وارد می شود و پس از آن عمق سوراخ حاصل اندازه گیری می شود.

آزمایش یانکی از یک توپ 0.4 اینچی استفاده می کند و میزان نیرویی را که بر حسب پوند لازم است برای فشار دادن توپ به نصف قطر به داخل درخت اندازه گیری می کند. بر این اساس، هر چه نتیجه بالاتر باشد، درخت سخت تر و ضریب آن بیشتر است. با این حال، در همان تنوع، شاخص ها متفاوت است، که به روش برش، رطوبت و عوامل دیگر بستگی دارد.

در زیر جدولی از سختی چوب برینل و یانکی برای رایج ترین گونه ها آمده است.

نام	سختی برینل، کیلوگرم در میلی متر²	سختی یانکی، پوند
اقاقیا	7، 1
توس	3	1260
توس کارلیایی	3، 5	1800
Elm	3	1350
گلابی	4، 2
بلوط	3، 7-3، 9	1360
صنوبر		660
Linden		400
Larch	2، 5	1200
توسکا	3	590
گردوی اروپایی	5
گردوی اسپانیایی	3، 5
آسپن		420
صنوبر		350-500
روان		830
کاج	2، 5	380-1240
گیلاس	3، 5
درخت سیب		1730
خاکستر	4-4، 1	1320

از جدول سختی چوب می توان دریافت که:

آسپن، صنوبر صنوبر، کاج - درختان بسیار نرم؛
توس، آهک، توسکا و کاج چوبی نرم هستند؛
نارون و گردو متوسط سفت هستند؛
بلوط، سیب، خاکستر گیلاس، گلابی و دارای ضریب سختی نرمال؛
راش، ملخ و سرخدار انواع بسیار سختی هستند.

چوب سخت بادوام استبه تنش مکانیکی می رسد و برای اجزای حیاتی سازه های چوبی استفاده می شود.

تراکم

تراکم به طور مستقیم با رطوبت الیاف مرتبط است. بنابراین، برای به دست آوردن شاخص های اندازه گیری همگن، آن را تا سطح 12 درصد خشک می کنند. افزایش چگالی چوب منجر به افزایش جرم و استحکام آن می شود. بر اساس رطوبت، الوار به چند گروه تقسیم می شود:

کمترین سنگهای چگالی (تا 510 کیلوگرم در متر ³). اینها عبارتند از صنوبر، کاج، صنوبر، صنوبر، سدر، بید و گردو.
قرمزهای با چگالی متوسط (در محدوده 540-750 کیلوگرم در متر ³). اینها عبارتند از کاج اروپایی، سرخدار، نارون، توس، راش، گلابی، بلوط، زبان گنجشک، روون، سیب.
سنگهای با چگالی بالا (بیش از 750 کیلوگرم در متر ³). این دسته شامل توس و توس است.

در زیر یک جدول تراکم برای گونه های مختلف درخت آمده است.

نام نژاد	تراکم سنگ، کیلوگرم در متر³
اقاقیا	830
توس	540-700
توس کارلیایی	640-800
راش	650-700
گیلاس	490-670
Elm	670-710
گلابی	690-800
بلوط	600-930
صنوبر	400-500
بید	460
سدر	580-770
افرای اروپایی	530-650
افرا کانادایی	530-720
فیلد افرا	670
Larch	950-1020
توسکا	380-640
گردو	500-650
آسپن	360-560
صنوبر	350-450
روان	700-810
لیلاک	800
آلو	800
کاج	400-500
صنوبر	400-500
Thuya	340-390
گیلاس پرنده	580-740
گیلاس	630
درخت سیب	690-720

گونه های مخروطی کمترین تراکم را دارند، در حالی که گونه های برگریز بیشترین تراکم را دارند.

پایداری

مقاومت محاسبه شده چوب شامل چیزی مانند پایداری بهقرار گرفتن در معرض رطوبت هنگامی که رطوبت هوا تغییر می کند درجه در مقیاس پنج نقطه ای اندازه گیری می شود:

بی ثباتی. تغییر شکل قابل توجهی حتی با تغییر جزئی در رطوبت ظاهر می شود.
پایداری متوسط. درجه قابل توجهی از تغییر شکل با تغییر جزئی در رطوبت ظاهر می شود.
ثبات نسبی. درجه کمی از تغییر شکل با تغییر جزئی در رطوبت ظاهر می شود.
ثبات. بدون تغییر شکل قابل مشاهده با تغییر جزئی در رطوبت.
ثبات مطلق. حتی با تغییر زیاد رطوبت مطلقاً هیچ تغییر شکلی وجود ندارد.

در زیر نمودار پایداری گونه‌های چوبی رایج است.

نام نژاد	درجه پایداری
اقاقیا	2
توس	3
توس کارلیایی	3
راش	1
گیلاس	4
Elm	2
گلابی	2
بلوط	4
صنوبر	2
سدر	4
افرای اروپایی	2
افرا کانادا	2
فیلد افرا	1
Larch	2-3
توسکا	1
گردوی آمریکایی	4
آجیل برزیل	2
گردو	4
گردوی اروپایی	4
گردوی اسپانیایی	3
آسپن	1
صنوبر	2
صنوبر	1
گیلاس پرنده	1
گیلاس	2
درخت سیب	2

ارقام برای چوب با رطوبت 12% محاسبه شده است.

ویژگی های مکانیکی

کیفیت چوب با شاخص های زیر تعیین می شود:

مقاومت در برابر سایش - توانایی چوب برای مقاومت در برابر سایش در هنگام اصطکاک. با افزایش سختی ماده، سایش آن با توزیع ناهموار روی سطح نمونه کاهش می یابد. میزان رطوبت چوب نیز بر مقاومت در برابر سایش تأثیر می گذارد. هرچه کمتر باشد، مقاومت بالاتر است.
تغییر شکل - توانایی بازیابی شکل پس از ناپدید شدن نیروهای عامل. وقتی چوب فشرده می شود،تغییر شکل قطعه کار، که با بار ناپدید می شود. شاخص اصلی تغییر شکل پذیری خاصیت ارتجاعی است که با رطوبت چوب افزایش می یابد. با خشک شدن تدریجی، خاصیت ارتجاعی از بین می رود که منجر به کاهش مقاومت در برابر تغییر شکل می شود.
انعطاف پذیری - توانایی طبیعی چوب برای خم شدن تحت بار. گونه های برگریز عملکرد خوبی دارند، مخروطیان به میزان کمتری. این توانایی ها در ساخت محصولات خم شده که ابتدا مرطوب می شوند و سپس خم می شوند و خشک می شوند مهم است.
استحکام ضربه - توانایی جذب نیروی ضربه بدون خرد کردن چوب. آزمایش با استفاده از یک توپ فولادی انجام می شود که از ارتفاع روی قطعه کار انداخته می شود. گونه های برگریز نتایج بهتری نسبت به درختان سوزنی برگ نشان می دهند.

بارهای ثابت به تدریج خواص چوب را بدتر می کند و منجر به خستگی مواد می شود. حتی بادوام ترین درخت نیز قادر به مقاومت در برابر تأثیرات خارجی نیست.

مشخصات نظارتی

شاخص های مقاومت هنجاری برای ساخت انواع سازه ها ضروری است. اگر شاخص ها کمتر از مقادیر محاسبه شده نباشد، چوب مناسب در نظر گرفته می شود. در آزمایشات فقط از نمونه های استاندارد با رطوبت حداکثر 15 درصد استفاده می شود. برای چوب با مقدار رطوبت متفاوت، از فرمول خاصی برای مقاومت طراحی استفاده می شود، سپس نشانگرها به مقادیر استاندارد تبدیل می شوند.

هنگام طراحی سازه های چوبی، دانستن مقادیر مقاومت واقعی مواد اولیه مهم است. در واقع، آنها کمتر از نمونه های هنجاری به دست آمده در نمونه های آزمایشی هستند. داده های مرجعبه دست آمده از بارگذاری و تغییر شکل نمونه های با اندازه های استاندارد.

ویژگی های طراحی

مقاومت طراحی چوب عبارت است از تنش‌هایی که در صفحات مختلف نمونه‌های چوبی در اثر بارهای خاصی ایجاد می‌شود که یک درخت می‌تواند تا زمانی که به طور کامل از بین برود، در هر زمان تحمل کند. این ارقام برای کشش، فشار، خمش، برش و خرد کردن متفاوت است.

ارقام واقعی با ضرب داده های هنجاری در ضرایب شرایط کاری به دست می آیند.

نام	ضریب مقاومت چوب طرح
نام	استرس در طول الیاف	کشش در سراسر الیاف	تراشه
Larch	1, 2	1, 2	1
سدر سیبری	0, 9	0, 9	0, 9
کاج	0, 65	0, 65	0, 65
صنوبر	0, 8	0, 8	0, 8
بلوط	1، 3	2	1، 3
افرا، خاکستر	1، 3	2	1, 6
اقاقیا	1، 5	2، 2	1, 8
راش، توس	1, 1	1, 6	1، 3
Elm	1	1, 6	1
صنوبر، توسکا، آسپن، نمدار	0, 8	1	0, 8

شرایط کاری تحت تأثیر فهرست کاملی از عوامل است. ضرایب فوق چنین عواملی را در نظر می گیرند. هر گونه قرار گرفتن در معرض رطوبت در سازه ها منجر به کاهش عملکرد نهایی می شود.

نتیجه گیری

هنگام طراحی سازه های چوبی، دانستن شاخص های محاسبه شده مصالح مورد استفاده در ساخت و ساز بسیار مهم است. گره های جداگانه بارهای دائمی یا موقتی را تجربه می کنند که می تواند منجر به تخریب کامل آنها شود. داده های مشخص شده در GOST و SNiP با آزمایش نمونه های استاندارد به دست آمد. با این حال، مقادیر واقعی تفاوت زیادی با مقادیر هنجاری دارند. بنابراین از فرمول های ارائه شده توسط استانداردها برای محاسبات استفاده می شود.