Механическая прочность древесины (1100342), страница 4
Текст из файла (страница 4)
(В первуюочередь отметим тысячи проделанных экспериментов Баушингером в 80ые годы).Специальныеинженернойисследованияконструкциибылистроенияпроведеныстволарастений,крупнымкакботаникомШвенденером в 1874 году. Наблюдая за устройством разного родаинженерных конструкций, он пришел к выводу, что органы растений,включая стебель, представляют собой балки, построенные так, что при25наименьшей затрате материала достигается наибольшая жесткость наизгиб.Первые работы в России по изучению древесины касались главнымобразом ее механических свойств [47].
Русские ученые работалинадприкладными проблемами использования дерева. Так Гильдеман изучалвопросы раскола деревадревесиныдеревянныхвартиллериидосоки(1835),(1855),вывелГрешнер занимался применениемГадолинаналитическуюисследовалкороблениеформулузависимостикоробления от толщины доски и ее расположения в стволе дерева (1879).Нельзя не упомянуть достижения великих русских инженеров. ИванКулибин в конце 18-ого века впервые предложил комбинированнуюсистему, состоящую из гибкой арки и жесткой бесшарнирной арочнойфермы при сооружении мостов. Арка воспринимала собственный весмоста,а ферма временныенагрузки. Кулибинымвпервыебыларазработана теория испытания моста на модели и созданы принципымоделирования конструкций.ИнженерЖуравскийпринималнепосредственноеучастиевстроительстве Петербурго-Московского железнодорожного пути.
Им былиспроектированы крупнейшие железнодорожные деревянные мосты. Длясоздания большепролетныхпо тем временам3мостов ему пришлосьрешать новые задачи - расчет составных сечений из брусьев, соединенныхшпонками. Проводя эксперименты, Журавский открыл неизвестное ранееявление сдвига при поперечном изгибе, которое приводило деревянныеэлементы к разрушению от скалывания. Им впервые была полученаформуладляопределениякасательныхнапряженийвбрусепрямоугольного сечения и дан метод расчета составной деревянной балкисо шпоночными соединениями.3Наиболее известны два моста, спроектированные Журавским.
Это мост через реку Мету девятипролетный, по 61 метр каждый пролет и через овраг реки Веребьи - также девятипролетный снеразрезнымн деревянными фермами каждая по 54 метра.26В начале двадцатого столетия следует отметить работы ФилипповаН.А., в лаборатории которого с 1906 по 1921 годы производилисьисследования по изучению технических свойств древесины главнейшихпород.Эти"исследованияпослужилиматериаломдлясозданиясправочника по физико-механическим свойствам древесных пород СССР,составленного в 1934 году профессором Ваниным С И .
[21].В тридцатые годы прошлого столетия Иванов Ю.М. первым доказалсуществование предела пластичности древесины, проведя серию опытовпо его определению [34, 39].Вообще20 -50-егодыпрошлогостолетияхарактеризуютсяповышенным интересом к древесине, к ее механическим, физическим ихимическим свойствам. Проводились тысячи экспериментов на сжатие,растяжение и изгиб, исследовались степени влияния различных внешнихфакторов на прочность дерева.
Однако до 1949 года не существовалоединых стандартов для проведения испытаний древесины, поэтомуодинаковые параметры, полученные различными авторами, отличалисьпорой в десятки раз, что, естественно, снижало практическую ценностьисследований.В 1950-ом году выходит первое указание по экспериментальномуизучению свойств древесины в СССР. Решено перенять опыт, который ужеиспользовался в большинстве европейских стран и за основу взять малыеобразцы из чистой древесины, рабочая зона которых составляла 20x20 мм.Это событие можно назвать наиболее значимым во всей истории развитиядеревянных конструкций в нашей стране.
Практически не удается найтиэкспериментов с того времени и до наших дней, которые отличались бы отстандартов. Все попытки построить единую теорию прочности длядревесины были основаны на применении малых образцов.В 1955-ом году Хухрянский П.Н. обобщает все существующие знанияо прочности древесины в работе с одноименным названием [123], начиная27со строения деревянной клетки и заканчивая работой древесины приразличных видах напряженного состояния. На тот момент времени были вдостаточной степени изучены сжатие, растяжение и изгиб деревянногостержня.
О кручении, скалывании и различных трехосных состоянияхимелись лишь смутные представления.Удивительно, но после работы Хухрянского П.Н. в СССР, да и в мирене вышло подобной фундаментальной работы, объединяющей в себевыводыпопрочностидревесинынаоснованииэмпирическихсоображений, зато предпринимались многочисленные попытки построитьтеорию, основанную на тензорном исчислении.
(Ашкенази Е.К. [3-5],Гениев Г.А. [24], Клименко В.З. [52]) Однако, данный подход не нашелпрактического применения и многочисленных сторонников, что в первуюочередьобъяснимогромоздкостьювыражений, применение которыхисложностьюаналитическихв инженерных расчетах требуетспециальной математической подготовки. Кроме того, для использованиятензориальных критериев прочности необходимы параметры, которыевозможно получить только опытным путем. И, наконец, сами критериинеудовлетворительноописывают поведение древесины при сложномнапряженном состоянии. Ашкенази Е.К., например, сама указывала, чтопритрехосномнагруженииеекритерийтребуетдоработкииусовершенствования метода экспериментальной проверки [4].При обсуждении тензориальных критериев прочности нельзя обойтивниманием работу Орловича Р.Б.
и соавторов [71], в которой былапроведена экспериментальная проверка критериев прочности АшкеназиЕ.К.иГениеваГ.А..Сопоставляяполученныерезультатыстеоретическими, авторы сделали вывод, что тензориальные критерии необладают необходимой точностью не только при сложном нагружении, нои при плоском напряженном состоянии и существенно зависят отметодики проведения эксперимента.28В шестидесятые годы двадцатого столетия интерес к древесине внашей стране начал угасать, что связано с бурным развитием и внедрениемжелезобетонных конструкций. И лишь в последнее десятилетие двадцатоговека исследователи стали вновь обращать внимание на древесину, как насложный и интересный с точки зрения внутреннего строения материал.Особенно за рубежом древесина получила широкое распространениеблагодарявнедрениюклееныхконструкций, создания уникальныхпроектных решений, а также назревших по всему миру проблем,связанных с реконструкцией и усилением существующих памятниковкультуры и архитектурных сооружений прошлого.Несмотря на существующие вопросы во всем мире насчитываетсявесьма ограниченное количество работ, сделанных в последние годы ипосвященных прочности древесины.Винженерныхнаукахсчитаетсядопустимымобходитьсяприближенными методами расчетов, а решение возникающих проблемзачастую носит чисто эмпирический характер.Однако не следует забывать, что актуальность исследованиядревесины не ограничивается лишь самой древесиной, а относится к числудостаточно распространенного класса материалов, слабо исследованного сточки зрения механической прочности.Из современных исследований отметим работы ТехническогоУниверситетавКарслруе(Германия),посвященныепроблемамтрещиностойкости древесины с позиций механики разрушения (Т.Шатц идр.
[143]), а также исследования по определению напряженного состояниярастущего дерева с целью получения для промышленных нужд древесиныбез пороков строения и симметричными механическими свойствами.Из российских исследований древесины следует отметить работыСапожникова по анализу микроструктуры древесины и влияния на неемеханических воздействий, Гаппоева по трещиностойкости [23], Езепова29[29] по исследованию прочности древесины при плоском напряженномсостоянии.Далее, в главе 3, более подробно будет изложено о современномсостоянии вопроса о прочности древесины при различных видахнапряженного состояния.302.
Общие сведения.2.1. Древесина как анизотропный материал органическогопроисхождения.Длянагрузкойправильногопонимания законов работыпредставляетхарактеристик,несомненныйинтересдревесинывыявлениеподобщихкоторым подчиняется древесина, как анизотропныйматериал, исходя из своего внутреннего строения. Однако, до настоящеговремени не установлена единая точка зрения на вопрос, к какому видуанизотропных материалов следует относить древесшгу. Внутреннеестроение дерева достаточно сложно, чтобы можно было вьщелитьосновные закономерности, не прибегая к допущениям и предположениямразличного рода.
Еще с середины 19-ого века велась дискуссия, к какомувиду твердых тел относить древесину. Высказывались самые различныемнения, вплоть догелеобразногоипризнания древесиныпр.веществ.Ввкачественастоящеевремяаморфного,наиболеераспространенным является утверждение об ортотропной симметриисвойств,менеераспространенопредположениеотрансверсальнойизотропии древесины [58, 62 - 64, 69, 89, 98].2.1.1. Постановка вопроса.Рассмотрение вопроса о виде анизотропии древесины представляетсобой значительные трудности.
Учитывая внутренний состав древесины,которая состоит из воды, воздуха, материала клеточных тканей, а такжеособенности роста отдельно взятых деревьев, можно говорить лишь о31некотором идеальном веществе, обладающем совершенно правильным иоднородным строением.Интерес к анизотропии свойств древесины проявлялся различнымиисследователямиещес19-ого века.Ш.Уинстона, Е.ШевандьеОтметими Ж.Вертгейма,работыФ.Савара,А.Меллока, Сен-Венана,Г.Гельмгольца и др., но начало систематического изучения анизотропиидревесины относится к первым десятилетиям двадцатого века.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
