Laskettu puunkesto. puun ominaisuudet

2024 Kirjoittaja: Angel Austin | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-18 04:07

Puurakenteita suunniteltaessa, kehitettäessä tai valmistettaessa on tärkeää tietää materiaalin lujuusominaisuudet - puun mitoituskestävyys, joka mitataan kilona neliösenttimetriä kohden. Indikaattorien tutkimiseen käytetään vakiokokoisia näytteitä, jotka on sahattu vaaditun luokan laudoista tai puusta, ilman ulkoisia vikoja, solmuja ja muita vikoja. Seuraavaksi näytteestä testataan puristus-, taivutus- ja venytyskestävyys.

Puulajit

Puu on monipuolinen ja helposti käsiteltävä materiaali, jota käytetään eri tuotantoalueilla: rakentamisessa, huonekaluissa, työvälineissä ja muissa kodin tarvikkeissa. Käyttöalue riippuu puulajista, jolla on erilaisia fysikaalisia, kemiallisia ja mekaanisia ominaisuuksia. Rakentamisessa sellaiset havupuut kuin kuusi, setri, mänty, lehtikuusi, kuusi ovat erityisen suosittuja. Pienemmässä määrin lehtipuita - koivu, poppeli, haapa, tammi, pähkinä, lehmus, leppä, pyökki.

Havupuulajikkeita käytetään pyöreän puun, puun, lautojen muodossa tukipaalujen, ristikkojen, pylväiden, siltojen, talojen, holvikaarien, teollisuuslaitosten ja muiden rakennusrakenteiden valmistukseen. Lehtipuumateriaalien osuus kokonaiskulutuksesta on vain neljännes. Tämä johtuu lehtipuun huonommista fysikaalisista ja mekaanisista ominaisuuksista, joten niitä yritetään käyttää pienten kantokykyisten rakenteiden valmistukseen. Yleensä ne menevät luonnoksiin ja väliaikaisiin objektisolmuihin.

Puun käyttöä rakentamisessa säätelevät säännöt puun fysikaalisten ja mekaanisten ominaisuuksien mukaisesti. Nämä ominaisuudet riippuvat kosteudesta ja vikojen esiintymisestä. Kantavien elementtien kosteus ei saa ylittää 25 %, muille tuotteille tällaisia vaatimuksia ei ole, mutta tietyille puuvirheille on olemassa standardit.

Kemiallinen koostumus

99 % puun massasta on orgaanisia aineita. Kaikkien kivien alkuainehiukkasten koostumus on sama: typpi, happi, hiili ja vety. Ne muodostavat pitkiä ketjuja monimutkaisemmista molekyyleistä. Puu koostuu:

• Selluloosa on luonnollinen polymeeri, jolla on korkea ketjumolekyylien polymeroitumisaste. Erittäin stabiili aine, ei liukene veteen, alkoholiin tai eetteriin.
• Ligniini on aromaattinen polymeeri, jolla on monimutkainen molekyylirakenne. Sisältää suuren määrän hiiltä. Hänen ansiostaan puunrunkojen lignifioituminen näkyy.
• Hemiselluloosa on tavallisen selluloosan analogi, mutta sillä on alhaisempi ketjumolekyylien polymeroitumisaste.
• Uutavaaineet - hartsit, kumit, rasvat ja pektiinit.

Havupuiden korkea hartsipitoisuus säilyttää materiaalin ja antaa sen säilyttää alkuperäiset ominaisuudet pitkään, mikä auttaa vastustamaan ulkoisia vaikutuksia. Huonolaatuisia puutuotteita, joissa on paljon virheitä, käytetään pääasiassa puukemianteollisuudessa raaka-aineena paperin, liimapuun valmistukseen tai nahan valmistuksessa käytettävien kemiallisten alkuaineiden, kuten tanniinien, erottamiseen.

Ulkonäkö

Puulla on seuraavat ulkoiset ominaisuudet:

• Väri. Visuaalinen havainto valon heijastuneesta spektrikoostumuksesta. Tärkeää valittaessa tukkia viimeistelymateriaaliksi.
• Väritys riippuu puun iästä ja tyypistä sekä ilmasto-olosuhteista, joissa se kasvoi.
• Loistaa. Kyky heijastaa valoa. Korkein määrä on tammi, saarni, akaasia.
• Tekstuuri. Rungon vuosirenkaiden muodostama kuvio.
• Mikrorakenne. Määräytyy renkaan leveyden ja myöhäispuusisällön mukaan.

Indikaattoreita käytetään hakkuiden laadun ulkoisessa arvioinnissa. Silmämääräinen tarkastus paljastaa viat ja materiaalien sopivuuden myöhempään käyttöön.

Puuvikoja

Huolimatta ilmeisistä eduista syntetisoituihin materiaaleihin verrattuna, puulla, kuten kaikilla luonnollisilla raaka-aineilla, on haittapuolensa. Leesion esiintyminen, aste ja alue on säädeltynormatiiviset asiakirjat. Tärkeimmät puuvirheet ovat:

• tappio, mätä, sienet ja tuholaiset;
• vino;
• hartsitaskut;
• solmua;
• halkeamia.

Solmuus heikentää puun lujuutta, erityisen tärkeitä ovat niiden lukumäärä, koko ja sijainti. Solmut on jaettu tyyppeihin:

• Terve. Kasvaa tiukasti yhteen puun rungon kanssa ja istu tiukasti taskuissa, älä lahoa.
• Pudottava valikko. Kuori ja pudota materiaalin sahauksen jälkeen.
• Kiimainen. Väriltään tumma ja rakenne on tiheämpi viereiseen puuhun verrattuna;
• Tummennettu. Solmut, joilla on rappeutumisvaihe.
• Löysä - mätä.

Sijainnin mukaan solmut jaetaan:

• ommeltu;
• kynsi;
• kasvanut;
• puolipuolia.

Viisto alentaa myös puun taivutuslujuutta ja sille on ominaista halkeamia ja spiraalikerroksia pyöreässä puutavassa, sahatavarassa ne on suunnattu kulmassa ripoihin nähden. Tuotteet, joissa on tällainen vika, ovat heikkolaatuisia, ja niitä käytetään yksinomaan väliaikaisina linnoimina.

Halkeamien syyt riippuvat ulkoisista olosuhteista ja puulajeista. Ne muodostuvat epätasaisen kuivumisen, pakkasen, mekaanisen rasituksen ja monien muiden tekijöiden seurauksena. Niitä esiintyy sekä elävissä puissa että kaadetuissa puissa. Rungon sijainnista ja muodosta riippuen halkeamia kutsutaan:

• frosty;
• sernitsa;
• metics;
• kutistua.

Halkeamat eivät ainoastaan heikennä puun laatua, vaan edistävät myös kuitujen nopeaa lahoamista ja tuhoutumista.

Mädö muodostuu kasvavissa ja kaadetuissa puissa esiintyvien mätänevien ja muiden sienten aiheuttaman tartunnan seurauksena. Elävillä rungoilla elävät sienet ovat loisia, jotka saastuttavat vuosirenkaat ja aiheuttavat niiden kuoriutumisen. Muut lajit asettuvat jo valmiisiin rakenteisiin ja aiheuttavat rappeutumista, delaminaatiota, halkeilua.

Haitallisten organismien ilmaantumisen syynä on suotuisa ympäristö niiden lisääntymiselle: kosteus yli 50 % ja lämpö. Hyvin kuivatussa puussa mikro-organismit eivät kehity. Erityiseen tuholaisten luokkaan tulisi kuulua hyönteiset, jotka asettuvat mieluiten puurakenteisiin, liikkuvat niissä ja vahingoittavat kuituja ja heikentävät niiden lujuutta.

Puun kosteus

Yksi tärkeimmistä puun normatiivisen ja suunnittelun kestävyyden mittareista. Se vaikuttaa veden prosenttiosuuteen rungon kuiduissa. Kosteus - prosenttiosuus kosteuden massasta kuivaan materiaaliin. Laskentakaava näyttää tältä: W=(m–m₀)/m₀ 100, missä m on työkappaleen alkumassa, m 0 _{- absoluuttisen kuivan näytteen paino. Kosteus määritetään kahdella tavalla: kuivaamalla ja käyttämällä erityisiä elektronisia kosteusmittareita.}

Puu jaetaan useisiin tyyppeihin kosteuspitoisuuden mukaan:

• Märkä. Kanssakosteuspitoisuus yli 100 %, mikä vastaa pitkää oleskelua vedessä.
• Tuore leikkaus. Sisältö 50–100 %.
• Ilmakuivaus. Kuituvesipitoisuus vaihtelee välillä 15-20 %.
• Huonekuiva. Kosteuspitoisuus 8-12 %.
• Täysin kuiva. Vesipitoisuus 0 %, saatu kuivaamalla 102°.

Vesi on puussa sidottuna ja vapaana. Vapaa kosteus on soluissa ja solujen välisessä tilassa sidottuna - kemiallisten sidosten muodossa.

Kosteuden vaikutus puun ominaisuuksiin

Ominaisuuksia on useita riippuen puurakenteen kosteuspitoisuudesta:

• Kutistuminen on puumassakuitujen tilavuuden vähenemistä, kun niistä poistetaan sitoutunut vesi. Mitä enemmän kuituja, sitä enemmän sidotun tyypin kosteutta. Kosteuden poistaminen ei anna tällaista vaikutusta.
• Vääntyminen - puun muodon muutos kuivumisprosessissa. Ilmenee, kun tukkeja ei ole kuivattu tai sahattu kunnolla.
• Kosteuden imeytyminen - puun hygroskooppisuus tai kyky imeä kosteutta ympäristöstä.
• Turvotus - puukuitumäärän kasvu, kun materiaali on kosteassa ympäristössä.
• Vedenabsorptio - puun kyky lisätä omaa kosteuttaan imemällä tippuvaa nestettä.
• Tiheys - mitataan massana tilavuusyksikköä kohti. Kun kosteus kasvaa, tiheys kasvaa ja päinvastoin.
• Läpäisevyys - kyky siirtää vettä itsensä läpi korkean paineen alaisena.

Kuivumisen jälkeenpuu menettää luonnollisen joustavuutensa ja muuttuu jäykemmäksi.

Kovuus

Kovuuskerroin määritetään Brinell-menetelmällä tai Yankee-testillä. Niiden perustavanlaatuinen ero on mittaustekniikassa. Brinellin mukaan karkaistu teräskuula asetetaan tasaiselle puupinnalle ja siihen kohdistetaan 100 kilon voima, minkä jälkeen mitataan syntyneen reiän syvyys.

Jankee-testissä käytetään 0,4 tuuman palloa ja mitataan, kuinka paljon voimaa punoissa tarvitaan pallon työntämiseen puolet halkaisij altaan puuhun. Vastaavasti mitä korkeampi tulos, sitä kovempi puu ja sitä suurempi kerroin. Saman lajikkeen sisällä indikaattorit kuitenkin vaihtelevat, mikä riippuu leikkaustavasta, kosteudesta ja muista tekijöistä.

Alla on taulukko Brinell- ja Yankee-puun kovuudesta yleisimmille puulajeille.

Nimi	Brinell-kovuus, kg/mm2	Jankkikovuus, paunaa
Akaasia	7, 1
Koivu	3	1260
Karjalan koivu	3, 5	1800
Elm	3	1350
Pyrynä	4, 2
Tammi	3, 7-3, 9	1360
Kuusi		660
Lemus		400
Larch	2, 5	1200
Alder	3	590
eurooppalainen pähkinä	5
espanjalainen pähkinä	3, 5
Aspen		420
Fir		350-500
Pihlaja		830
mänty	2, 5	380-1240
Kirsikka	3, 5
omenapuu		1730
Tuhka	4-4, 1	1320

Puun kovuustaulukosta voidaan nähdä, että:

• haapa, kuusi, mänty - erittäin pehmeät puut;
• koivu, lehmus, leppä ja lehtikuusi ovat pehmeitä puita;
• jalava ja pähkinä ovat keskikovia;
• tammi, omena, kirsikkatuhka, päärynä ja niillä on normaalikovuus;
• pyökki, heinäsirkka ja marjakuusi ovat erittäin kovia lajikkeita.

Javapuu on kestäväämekaaniseen rasitukseen ja sitä käytetään puurakenteiden kriittisissä komponenteissa.

Tiheys

Tiheys on suoraan verrannollinen kuitujen kosteuspitoisuuteen. Siksi homogeenisten mittausindikaattoreiden saamiseksi se kuivataan 12 %:n tasolle. Puun tiheyden lisääntyminen lisää sen massaa ja lujuutta. Kosteuden mukaan puu jaetaan useisiin ryhmiin:

• Pienimmän tiheyden omaavat kivet (jopa 510 kg/m³). Näitä ovat kuusi, mänty, kuusi, poppeli, setri, paju ja pähkinä.
• Punaiset keskitiheydellä (välillä 540-750 kg/m³). Näitä ovat lehtikuusi, marjakuusi, jalava, koivu, pyökki, päärynä, tammi, saarni, pihlaja, omena.
• Kivet, joilla on suuri tiheys (yli 750 kg/m³). Tähän luokkaan kuuluvat koivu ja lehtipuu.

Alla on tiheystaulukko eri puulajeille.

Rotunimi	Kivitiheys, kg/m3
Akaasia	830
Koivu	540-700
Karjalan koivu	640-800
Pyökki	650-700
Kirsikka	490-670
Elm	670-710
Pyrynä	690-800
Tammi	600-930
Kuusi	400-500
Paju	460
Cedar	580-770
eurooppalainen vaahtera	530-650
Kanadan vaahtera	530-720
peltovaahtera	670
Larch	950-1020
Alder	380-640
Pähkinä	500-650
Aspen	360-560
Fir	350-450
Pihlaja	700-810
Lila	800
Luumu	800
mänty	400-500
Poplari	400-500
Thuya	340-390
Lintukirsikka	580-740
Kirsikka	630
omenapuu	690-720

Havupuulajeilla on pienin tiheys, kun taas lehtipuulajeja on tihein.

Vakaus

Puun laskennallinen kestävyys sisältää muun muassa stabiilisuuden altistuminen kosteudelle. Aste mitataan viiden pisteen asteikolla ilmankosteuden muuttuessa:

1. Epävakaus. Merkittäviä muodonmuutoksia ilmenee jopa pienellä kosteuden muutoksella.
2. Keskimääräinen vakaus. Ilmenee huomattava muodonmuutosaste, kun kosteus muuttuu hieman.
3. Suhteellinen vakaus. Pientä muodonmuutosta ilmaantuu kosteuden pienellä muutoksella.
4. Vakaus. Ei näkyviä muodonmuutoksia vähäisellä kosteuden muutoksella.
5. Absoluuttinen vakaus. Ei lainkaan muodonmuutoksia edes suurella kosteuden muutoksella.

Alla on vakauskaavio yleisistä puulajeista.

Rotunimi	Vakausaste
Akaasia	2
Koivu	3
Karjalan koivu	3
Pyökki	1
Kirsikka	4
Elm	2
Pyrynä	2
Tammi	4
Kuusi	2
Cedar	4
Euroopan vaahtera	2
Kanadalainen vaahtera	2
Peltovaahtera	1
Larch	2-3
Alder	1
amerikkalainen pähkinä	4
Brasiliapähkinä	2
Pähkinä	4
eurooppalainen pähkinä	4
espanjalainen pähkinä	3
Aspen	1
Fir	2
Poplari	1
Lintukirsikka	1
Kirsikka	2
omenapuu	2

Luvut on laskettu puulle, jonka kosteuspitoisuus on 12 %.

Mekaaniset ominaisuudet

Puun laadun määrittävät seuraavat indikaattorit:

• Kulutuskestävyys – puun kyky kestää kulutusta kitkan aikana. Materiaalin kovuuden kasvaessa sen kuluminen vähenee jakautumalla epätasaisesti näytteen pinnalle. Myös puun kosteus vaikuttaa kulutuskestävyyteen. Mitä pienempi se on, sitä suurempi vastus.
• Deformability - kyky palauttaa muoto vaikuttavien voimien katoamisen jälkeen. Kun puuta puristetaan,työkappaleen muodonmuutos, joka katoaa kuorman mukana. Pääasiallinen muodonmuutosindikaattori on elastisuus, joka kasvaa puun kosteuspitoisuuden myötä. Asteittainen kuivuminen menettää elastisuutta, mikä johtaa muodonmuutoskestävyyden heikkenemiseen.
• Joustavuus - puun luonnollinen kyky taipua kuormituksen alaisena. Lehtipuilla on hyvä suorituskyky, havupuilla vähemmän. Nämä kyvyt ovat tärkeitä valmistettaessa taivutettuja tuotteita, jotka ensin kostutetaan ja sitten taivutetaan ja kuivataan.
• Iskunkestävyys – kyky vaimentaa iskuvoimaa ilman puun halkeamista. Testaus suoritetaan teräskuulalla, joka pudotetaan työkappaleen päälle korke alta. Lehtipuulajikkeilla saadaan parempia tuloksia kuin havupuilla.

Jatkuvat kuormitukset heikentävät vähitellen puun ominaisuuksia ja johtavat materiaalin väsymiseen. Edes kestävin puu ei kestä ulkoista vaikutusta.

Sääntelyvaatimukset

Normaalivastusmittarit ovat välttämättömiä erityyppisten rakenteiden valmistuksessa. Puuta pidetään sopivana, jos indikaattorit eivät ole laskettuja arvoja alhaisemmat. Testeissä käytetään vain vakionäytteitä, joiden kosteuspitoisuus on enintään 15 %. Puulle, jonka kosteusarvo on erilainen, käytetään erityistä suunnittelukestävyyden kaavaa, jonka jälkeen indikaattorit muunnetaan vakioarvoiksi.

Puurakenteita suunniteltaessa on tärkeää tietää lähdemateriaalin todelliset lujuusarvot. Todellisuudessa ne ovat pienempiä kuin testinäytteillä saadut normatiiviset. Vertailutietosaatu kuormittamalla ja muuttamalla muodonmuutoksia vakiokokoisia näytteitä.

Design-ominaisuudet

Puun mitoituskestävyys on puunäytteiden eri tasoissa tiettyjen kuormien aiheuttamia jännityksiä, joita puu kestää minkä tahansa ajan, kunnes se tuhoutuu kokonaan. Nämä luvut eroavat venytys-, puristus-, taivutus-, leikkaus- ja murskausluvuissa.

Todelliset luvut saadaan kertomalla normitiedot työolojen kertoimilla.

Nimi	Design puun kestävyyskerroin
	Stressiä pitkin kuituja	Kuitujen jännitys	Chipping
Larch	1, 2	1, 2	1
Siperian setri	0, 9	0, 9	0, 9
mänty	0, 65	0, 65	0, 65
Fir	0, 8	0, 8	0, 8
Tammi	1, 3	2	1, 3
Vahtera, Tuhka	1, 3	2	1, 6
Akaasia	1, 5	2, 2	1, 8
Pyökki, koivu	1, 1	1, 6	1, 3
Elm	1	1, 6	1
Popeli, leppä, haapa, lehmus	0, 8	1	0, 8

Työoloihin vaikuttaa koko joukko tekijöitä. Edellä mainitut kertoimet ottavat huomioon tällaiset tekijät. Rakenteiden altistuminen kosteudelle heikentää lopullista suorituskykyä.

Johtopäätös

Puurakenteita suunniteltaessa on tärkeää tietää rakentamisessa käytettyjen materiaalien laskennalliset tunnusluvut. Yksittäiset solmut kokevat pysyviä tai tilapäisiä kuormia, jotka voivat johtaa niiden täydelliseen tuhoutumiseen. GOST:ssa ja SNiP:ssä määritellyt tiedot saatiin testaamalla standardinäytteitä. Todelliset arvot eroavat kuitenkin suuresti normatiivisista arvoista. Siksi laskennassa käytetään standardien antamia kaavoja.