Для одной и той же породы древесины наблюдается значительный разброс показателей прочности, обусловленный неоднородностью структуры. Прочность поздней древесины до 5 раз выше прочности ранней. Установлена прямая пропорциональная зависимость прочности от её плотности. Прочность древесины в значительной степени зависит от содержания влаги и возрастает в процессе сушки. Свежесрубленное дерево содержит до 50% влаги. Наиболее благоприятная для прочности влажность 10...15%. При поглощении влаги древесина набухает, а при высыхании дает усадку. Радиальное набухание может достигать 7%, а тангенциальное 10% (орех) [31]. Усадочные деформации возрастают с удалением от оси ствола. Древесина, используемая для строительных конструкций, должна иметь влажность не более 20...25%.
При направлении силы вдоль волокон прочность материала достигает максимального значения. С увеличением угла между силой и направлением волокон прочность снижается.
Под действием разрушающих грибков и насекомых древесина разрушается. Гниение - процесс жизнедеятельности грибков, которые питаются
55
органическими веществами древесины. Оно происходит при температуре 5...25°С и влажности 50...70%. Грибы подразделяются на лесные, биржевые (складские) и домовые. Наибольшую опасность представляют домовые грибы (настоящие, белые, пленчатые, шахтные, столбовые). Грибы размножаются спорами. Для развития процесса гниения необходимо длительное увлажнение древесины до появления в ее полости капельно-жидкой влаги. Последующее увлажнение происходит в результате химического разложения при участии гриба. Гниение происходит в увлажненных плохопроветриваемых местах: проходах водопроводных и сантехнических труб, опирания балок и ферм на стены, лаг на столбики, верхней части стропил и др.
В качестве предупредительной меры борьбы с распространением домового гриба применяют: удаление пораженной древесины с захватом здоровой; проветривание, просушивание, антисептирование, обеззараживание кирпичных, бетонных и железобетонных конструкций в местах соприкосновения с очагом заражения, например, путем опрыскивания 10%-ным раствором медного или железного купороса; ликвидацию источников замачивания.
В специальных лабораториях выполняют микрологический анализ пораженной древесины. Скорость разрушения древесины грибами весьма высока. Имеется много примеров полной потери прочности древесины через 1 ... 3 года после начала эксплуатации.
Техническое состояние деревянных конструкций может быть аварийным, пораженным гнилью и удовлетворительным. При значительных прогибах балок, ферм необходимо установить и раскрепить разрушающие стойки, провести техническое обследование, усиление или замену конструкций.
В корпусе ТГТУ по ул. Ленинградской стропила имеют прогиб до 10 см. В стропилах со стороны металлической кровли имеются продольные каналы разрушения древесины глубиной до 85 мм. Продукты гниения легко выгребаются рукой. Деревянные балки перекрытий над 2-ым этажом также были повреждены гнилью (перекрытие состоит из дощатой подшивки, балок, шлаковой засыпки, двухслойных черных полов и паркета). Дощатые подшивки потолков местами разрушились. Подобные дефекты отмечались и в корпусе по ул. Советской.
Пороки древесины - изменения её внешнего вида, нарушения правильности строения, целостности тканей и другие несовершенства, снижающие прочность и качество. Пороки древесины делят на группы: сучки, трещины, пороки формы ствола, пороки строения древесины, химические окраски, грибные поражения, биологические повреждения, покоробленности, механические повреждения и пороки обработки. Группу порока устанавливают с помощью определителя.
В условиях длительного действия нагрузки для древесины (и некоторых других материалов) характерно "подрастание" трещины. При этом она может достичь критической длины. Далее возможен спонтанный рост трещин и разрушение конструкции. В логарифмическом масштабе зависимость скорости роста трещины от коэффициента интенсивности напряжений прямолинейная (рис.2.4).
56
Рис. 2.6. Зависимость между скоростью подрастания трещины и
коэффициентом интенсивности напряжений.
Интегрирование этого графика позволит получить время до разрушения ти. Для ряда хрупких материалов величинаτ u распределена в широких пределах (рис.2.5.).
Рис.2.5. Зависимость между действующим напряжением и временем до разрушения с
учетом статистической изменчивости; заштрихованные области лежат в
доверительных интервалах, рассчитанных для вероятностей разрушения 10-7 до 10-1
Разрушение изгибаемых элементов часто происходит из-за развития трещин поперечного сдвига (трещины II типа). Коэффициент интенсивности напряжений для трещин этого типа
KII = τ √π l H,
где τ 0- номинальное сдвигающее напряжение в точке, где расположен кончик трещины; H - безразмерный множитель, учитывающий геометрические характеристики трещин и образца.
Надрез и врезка существенно снижают несущую способность изгибаемого элемента. Так, для балок с надрезом, составляющим половину высоты сечения разрушающая нагрузка снижается до 10%. Узкий трещиноподобный надрез приводит к более высокой концентрации напряжений, чем широкий. С увеличением скорости деформирования е несколько возрастает
57
прочность материала. Зависимость lg τa - ε близка к прямолинейной. Древесина, как и бетон чувствительна к предыстории нагружения. Предварительная выдержка образцов под нагрузкой несколько повышает величину τ u.
В заключении приведем из [51] описание повреждений деревянных конструкций (табл.2.9).
Таблица 2.9
| Размер повреждений |
Техническое состояние поврежденного элемента |
Определение размера повреждений либо сломанного строительного элемента в результате технического износа |
| 1 |
2 |
3 |
| 0-20 |
Удовлетворительное |
Отсутствие каких-либо деформаций прогибов или искривлений, отсутствие следов гниения, поражения грибками балок, подшивки, небольшие волосяные трещины на штукатурке потолков (всего в пределах 20% общей площади потолков) |
| 21-35 |
Неудовлетворительное |
Немногочисленные и небольшие следы гниения либо грибкового заражения отдельных деревянных элементов в некоторых местах санузлов, либо над перегородками, трещины в штукатурке потолка (всего в пределах до 35% общей площади потолков) |
| 36-50 |
Плохое |
Все вышеупомянутые повреждения, кроме того, прогибы или искривления перекрытия с отпадением подготовки под штукатурку вследствие подтеков и гниения потолочных балок и засыпки (всего в пределах до 50% общей площади потолков), требующие укрепления путем устройства прогонов и т.д. |
| Более 50 |
Очень плохое |
Все вышеупомянутые повреждения, но в размере более 50% общей площади потолков, требующие замены отдельных элементов или устройства нового перекрытия |
При совместном действии нормальных и касательных напряжений критерий разрушения представляется в виде
К1/КIc+КII/КIIC=1
Древесно-стружечные плиты. Они состоят из размельченной древесной стружки (относительно крупной - во внутреннем слое и мельчайшей - в наружных слоях), которая за счет пропитки синтетическими смолами и горячего прессования связывается в прочную плиту. Плиты отличаются значительным набуханием при увлажнении (до 5 мм на 1 м длины) [31]. Прочность и упругость при этом значительно снижаются. Замоченные плиты в покрытиях под нагрузкой прогибаются. Их не рекомендуется применять в качестве покрытий над помещением с влажностью воздуха более 55%.
58
