Центрально-сжатые элементы

Средний временный предел прочности на сжатие вдоль волокон при испытаниях малых стандартных образцов чистой древесины значительно ниже, чем при растяжении и составляет всего около 40 Мпа. Однако, на сжатие вдоль волокон древесина работает более надежно, чем на растяжение. Влияние различных пороков древесины сказывается незначительно, и коэффициент однородности принимается равным 0,7. При работе на сжатие, напряжения в отдельных волокнах перед разрушением выравниваются за счет происходящих деформаций. Примерно до половины предела прочности древесина работает почти упруго, деформации растут прямо пропорционально напряжениям. При дальнейшем увеличении нагрузки деформации растут быстрее чем напряжения, что свидетельствует об упругопластической стадии работы древесины. Перед разрушением деформации достигают 0,5 % первоначальной высоты образца. Разрушение образцов происходит в результате потери местной устойчивости наружных волокон древесины и сопровождается появлением характерной складки.

Прочность древесины на сжатие вдоль волокон - наиболее характерное и важное свойство древесины. Как центрально-сжатые работают стойки, верхние пояса ферм (кроме сегментных ферм) при узловой нагрузке, сжатые раскосы ферм и другие деревянные элементы.

Длина сжатых элементов значительно больше размеров их поперечного сечения, поэтому разрушаются эти элементы не как малые стандартные образцы - только от сжатия, а в результате потери устойчивости, которая происходит значительно раньше, чем напряжения сжатия достигают своего предела. Эта особенность работы сжатых элементов называется явлением продольного изгиба и учитывается введением в расчетную формулу коэффициента продольного изгиба

Коэффициент продольного изгиба представляет собой отношение критического напряжения _кр (при котором стержень начинает терять устойчивость) к среднему временному пределу прочности древесины на сжатие вдоль волокон :

где Е - модуль упругости древесины вдоль волокон;

- гибкость элемента.

Коэффициент условно можно рассматривать как поправочный коэффициент, на который надо умножить средний временный предел прочности древесины на сжатие, чтобы получить критическое напряжение упругого стержня:

Коэффициент свидетельствует о неполном использовании прочностных свойств материала.

Коэффициент продольного изгиба также зависит от гибкости стержня . При работе элемента до условного предела пропорциональности отношение модуля упругости к среднему временному пределу прочности можно считать постоянным (). Подставляя в предыдущую формулу значения известных величин, получим при > 70: .

При работе элементов за пределами пропорциональности (модуль упругости становится переменной величиной) коэффициент при ≤ 70 определяется по эмпирической формуле

Гибкость элементов определяется по формуле

где - расчётная длина элемента; - радиус инерции поперечного сечения элемента с максимальными размерами брутто, соответственно относительно осей X или Y

где I _бр - момент инерции поперечного сечения брутто; А _бр - площадь поперечного сечения брутто.

Расчётная длина прямолинейного элемента, загруженного продольными силами

где - геометрическая длина элемента; - коэффициент, зависящий от схемы закрепления элемента.

В табл. 2.4 приведены некоторые значения коэффициента .

Таблица 2.4

Значения коэффициента


При обоих защемленных концах	При одном шарнирно-закрепленном и другом защемленном конце	При шарнирно-закрепленных концах, а также при шарнирном закреплении в промежуточных точках элемента	При одном защемленном и другом свободном нагруженном конце
m = 0,65	m = 0,8	m = 1	m = 2,2