Вычисление фактического расчетного сопротивления древесины, отобранной при обследовании склада минеральных удобрений из прогонов покрытия после 30 лет эксплуатации

(химически агрессивная среда – промышленная соль в виде пылевых отложений)

 

Прогоны изготовлены с поперечным сечением 10×15 см из сосновых брусьев 2-го сорта. Продолжительность эксплуатации 30 лет в сухой химически агрессивной среде отложений хлористого калия.

В результате испытаний малых стандартных образцов чистой (без пороков) древесины, отобранной из прогонов по 20 шт. на сжатие и скалывание получены следующие результаты:

 

На сжатие вдоль волокон: среднее значение предела прочности (временного сопротивления)  = 44,9 МПа; среднее квадратичное отклонение данных этих испытаний S = 8,08 МПа; коэффициент вариации v = 8,08/44,9 = 0,180; влажность древесины в момент испытаний w = 9,2 %.

На скалывание вдоль волокон соответственно: = 4,6 МПа; S =0,97 МПа; v = 0,210; w = 8,5 %.

 

Температура воздуха и образцов в момент испытания +20 ^оС.

-------------------------------------------------

Для приведения показателей прочности к стандартной влажности древесины w = 12 % используем известную формулу из стандарта на испытания древесины

где R _w – прочность, определенная при влажности w ≤ 30 %,

α – коэффициент, зависящий от вида напряженного состояния.

Получаем значения стандартной средней прочности:

на сжатие

 МПа;

 

на скалывание

 МПа.

 

Вносить поправку на температуру не требуется, т.к. при испытаниях она была стандартной +20 ^оС.

 

Нормативное сопротивление чистой (без пороков) древесины определяем, используя распределение Стьюдента:

при сжатии

МПа;

при скалывании

 МПа,

Здесь t ^н =1,729 ‑ кванти́ль Стьюдента при нормальном законе распределения результатов испытаний с обеспеченностью по минимуму для нормативного сопротивления 0,95 при числе испытанных образцов n = 20 (число степеней свободы 19).

Следующий шаг – переход от характеристик чистых образцов к показателям прочности натуральной древесины, в данном случае, 2-го сорта.

Для перехода от нормативного сопротивления чистой древесины R ^н_ч к R ^н используется формула (7) «Пособия по проектированию деревянных конструкций» (к СНиП II-25-80)

R ^н = R ^н_ч K _п K _р = R ^н_ч K _одн,

где

K _п - переходный коэффициент, учитывающий влияние пороков на прочность древесины;

K _р - переходный коэффициент, учитывающий влияние размеров рабочего сечения на прочность древесины;

K _одн  - коэффициент однородности, который определяется как отношение нормативного сопротивления натуральной древесины данного сорта R ^н к нормативному сопротивлению чистой древесины R ^н_ч, приведенным в таблице В.1 приложения В к СП 64.13330.2017.

Для сжатия вдоль волокон он равен

K _одн = R ^н / R ^н_ч = 23 / 33 = 0,697,

для скалывания

K _одн = 3,2/4,56 = 0,702.

 

Тогда фактические нормативные сопротивления для натуральной древесины 2-го сорта, отобранной из прогонов эксплуатируемого здания, составляют:

для сжатия

 МПа,

для скалывания

 МПа.

Расчетное сопротивление натуральной древесины с влажностью 12% для режима нагружения «A» в сооружениях 2-го класса функционального назначения при сроке эксплуатации не более 50 лет определяется по формуле

R = R ^н/γ_m,

где коэффициент надежности по материалу γ_m с учетом числа испытанных образцов n = 20 вычисляется по формуле

 

γ_m = (1 ‑ t ^н v)/(1 ‑ t v).

 

Здесь t =2,540 ‑ кванти́ль Стьюдента при нормальном законе распределения результатов испытаний с обеспеченностью по минимуму для расчетного сопротивления 0,99 при числе испытанных образцов n = 20 (число степеней свободы 19).

Для сжатия вдоль волокон коэффициент надежности по материалу

γ_m = (1 – 1,729×0,180)/(1 – 2,540×0,180) = 1,269,

 

для скалывания из-за большего коэффициента вариации

γ_m = (1 – 1,729×0,210)/(1 – 2,540×0,210) = 1,365.

 

Наконец, расчетные сопротивления натуральной древесины, полученные в результате испытаний отобранных образцов древесины, которые следует использовать в поверочных расчетах конструкций, составили:

для сжатия вдоль волокон

МПа;

для скалывания вдоль волокон

МПа.

 

Сравним их со значениями, приведенными в таблице 3 СП 64.13330.2017. Для сосновых пиломатериалов 2-го сорта такого же сечения. они составляют 19,5 МПа для сжатия и 2,4 МПа для скалывания.

Тогда остаточная прочность древесины прогонов после 30 лет эксплуатации в среде пылевых отложений хлористого калия составила: при сжатии 14,3/19,5 = 0,73 от принятого в нормах значения, а при скалывании и того меньше 1,25/2,4 = 0,52 начальной прочности. Прочность снизилась примерно на четверть при сжатии и почти вдвое при скалывании.