När man designar, utvecklar eller tillverkar träkonstruktioner är det viktigt att känna till materialets hållfasthetsegenskaper - träets designbeständighet, som mäts som ett kilogram per kvadratcentimeter. För att studera indikatorerna används prover av standardstorlekar, sågade från brädor eller timmer av erforderlig kvalitet, utan yttre defekter, knutar och andra defekter. Därefter testas provet för motstånd mot kompression, böjning, sträckning.
Träsorter
Trä är ett mångsidigt material som lätt kan bearbetas och används inom olika produktionsområden: konstruktion, möbler, husgeråd och andra hushållsartiklar. Användningsområdet beror på träslaget med olika fysikaliska, kemiska och mekaniska egenskaper. I konstruktion är sådana barrträd som gran, ceder, tall, lärk, gran särskilt populära. I mindre utsträckning lövträd - björk, poppel, asp, ek, hassel, lind, al, bok.
Barrträdssorter används i form av rundvirke, timmer, brädor för tillverkning av bärande pålar, takstolar, stolpar, broar, hus, valv, industrianläggningar och andra byggnadskonstruktioner. Lövträmaterial står bara för en fjärdedel av den totala förbrukningen. Detta beror på de sämre fysiska och mekaniska egenskaperna hos lövträ, så de försöker användas för tillverkning av strukturer med låga bärande belastningar. Vanligtvis går de till utkast och tillfälliga objektnoder.
Användningen av timmer i konstruktion regleras av reglerna i enlighet med träets fysiska och mekaniska egenskaper. Dessa egenskaper beror på fuktighet och förekomsten av defekter. För bärande element bör luftfuktigheten inte överstiga 25 %, för andra produkter finns inga sådana krav, men det finns standarder för specifika träfel.
Kemisk sammansättning
I 99 % av trämassan är organiska ämnen. Sammansättningen av elementarpartiklar för alla bergarter är densamma: kväve, syre, kol och väte. De bildar långa kedjor av mer komplexa molekyler. Trä består av:
- Cellulosa är en naturlig polymer med en hög grad av polymerisation av kedjemolekyler. Mycket stabil substans, löser sig inte i vatten, alkohol eller eter.
- Lignin är en aromatisk polymer med en komplex molekylstruktur. Innehåller en stor mängd kol. Tack vare honom uppstår lignifiering av trädstammar.
- Hemicellulosa är en analog till vanlig cellulosa, men med en lägre grad av polymerisation av kedjemolekyler.
- Extraktivtämnen - hartser, tandkött, fetter och pektiner.
Det höga innehållet av hartser i barrträd bevarar materialet och gör att det behåller sina ursprungliga egenskaper under lång tid, vilket hjälper till att motstå yttre påverkan. Lågvärdiga träprodukter med ett stort antal defekter används främst inom den träkemiska industrin som råvara för tillverkning av papper, limträ eller utvinning av kemiska grundämnen såsom tanniner som används vid tillverkning av läder.
Utseende
Wood har följande externa egenskaper:
- Färg. Visuell uppfattning av ljusets reflekterade spektrala sammansättning. Viktigt när du väljer sågtimmer som ytbearbetningsmaterial.
- Färgen beror på trädets ålder och typ, samt de klimatförhållanden där det växte.
- Shine. Förmågan att reflektera ljus. Den högsta andelen noteras i ek, ask, akacia.
- Textur. Mönstret som bildas av årsringarna på stammen.
- Mikrostruktur. Bestäms av ringbredd och latewoodinnehåll.
Indikatorer används i den externa bedömningen av kvaliteten på loggningen. Visuell inspektion avslöjar defekter och materialens lämplighet för efterföljande användning.
Trädefekter
Trots de uppenbara fördelarna jämfört med syntetmaterial har trä, precis som alla naturliga råmaterial, sina nackdelar. Förekomsten, graden och området av lesionen reglerasnormativa dokument. De huvudsakliga trädefekterna inkluderar:
- besegrar, röta, svampar och skadedjur;
- oblique;
- hartsfickor;
- knots;
- sprickor.
Knutighet minskar styrkan hos virke, av särskild betydelse är deras antal, storlek och placering. Knutar är indelade i typer:
- Hälsosamt. Väx tätt ihop med trädkroppen och sitt stadigt i fickorna, ha inte röta.
- Rullgardinsmeny. Skala och ramla av efter att ha sågat materialet.
- Kåt. Mörk i färgen och har en tätare struktur i förhållande till angränsande trä;
- Mörkt. Knutar med det inledande skedet av förfall.
- Lös - ruttet.
Beroende på platsen är knutarna uppdelade i:
- stitched;
- clawed;
- overgrown;
- stepsons.
Slutning minskar också träets böjhållfasthet och kännetecknas av förekomsten av sprickor och spirallager i rundvirket, i det sågade materialet är de riktade i vinkel mot ribborna. Produkter med en sådan defekt är av låg kvalitet och används uteslutande som tillfälliga befästningar.
Orsakerna till sprickor beror på yttre förhållanden och träslag. De bildas som ett resultat av ojämn torkning, frost, mekanisk stress och många andra faktorer. De förekommer både på levande träd och på huggna. Beroende på positionen på stammen och formen kallas sprickor:
- frosty;
- sernitsa;
- metics;
- krympa.
Sprickor minskar inte bara kvaliteten på trä, utan bidrar också till snabbt förfall och förstörelse av fibrer.
Röta bildas som ett resultat av infektion med ruttnande och andra typer av svampar som uppstår på växande och avverkade träd. Svampar som lever på levande stammar är parasitära, vilket infekterar årsringarna och får dem att skala av. Andra arter sätter sig redan på färdiga strukturer och orsakar förfall, delaminering, sprickbildning.
Anledningen till uppkomsten av skadliga organismer är en gynnsam miljö för deras reproduktion: fuktighet över 50 % och värme. På vältorkat virke utvecklas inte mikroorganismer. En speciell kategori av skadedjur bör inkludera insekter som föredrar att bosätta sig i träkonstruktioner, göra rörelser i dem, och därigenom skada fibrerna och minska deras styrka.
Träfukt
En av de viktiga indikatorerna för träets normativa och designmässiga motståndskraft. Det påverkar andelen vatten i fibrerna i stammen. Fukt - procentandel av fuktmassan till torrt material. Beräkningsformeln ser ut så här: W=(m–m0)/m0 100, där m är arbetsstyckets initiala massa, m 0 - vikt av absolut torrt prov. Fukt bestäms på två sätt: genom att torka och använda speciella elektroniska fuktmätare.
Trä delas in i flera typer efter fukth alt:
- Våt. Medfukth alt på mer än 100 %, vilket motsvarar en lång vistelse i vattnet.
- Närklippt. Med ett innehåll på 50 till 100%.
- Lufttorrt. Med fibervatteninnehåll från 15 till 20%.
- Rumstorrt. Med en fukth alt på 8 till 12%.
- Helt torrt. Med 0% vattenh alt, erhållen genom torkning vid 102°.
Vattnet finns i trädet i bunden och fri form. Fri fukt finns i cellerna och det intercellulära utrymmet, bunden - i form av kemiska bindningar.
Fuktpåverkan på träegenskaper
Det finns flera typer av egenskaper beroende på fukth alten i trästrukturen:
- Krympning är en minskning av volymen av trämassafibrer när bundet vatten avlägsnas från dem. Ju fler fibrer, desto mer fukt av den bundna typen. Att ta bort fukt ger inte en sådan effekt.
- Vridning - en förändring av träets form under torkningsprocessen. Uppstår när stockar inte är ordentligt torkade eller sågade.
- Fuktabsorption - träets hygroskopicitet eller förmågan att absorbera fukt från omgivningen.
- Svallning - en ökning av volymen av träfibrer när materialet befinner sig i en fuktig miljö.
- Vattenabsorption - träets förmåga att öka sin egen fukt genom att absorbera droppande vätska.
- Densitet - mätt som massa per volymenhet. När luftfuktigheten ökar, ökar densiteten och vice versa.
- Permeabilitet - förmågan att passera vatten genom sig själv under högt tryck.
Efter torkningträ tappar sin naturliga elasticitet och blir styvare.
Hårdhet
Hårdhetskoefficienten bestäms med hjälp av Brinell-metoden eller Yankee-testet. Deras grundläggande skillnad ligger i mättekniken. Enligt Brinell placeras en härdad stålkula på en plan träyta och 100 kilogram kraft appliceras på den, varefter djupet på det resulterande hålet mäts.
Yankee-testet använder en 0,4 tums boll och mäter hur mycket kraft, i pund, som krävs för att trycka in bollen halva diametern i trädet. Följaktligen, ju högre resultat, desto hårdare träd och desto högre koefficient. Men inom samma sort skiljer sig indikatorerna, vilket beror på skärningsmetoden, fuktighet och andra faktorer.
Nedan är en tabell över Brinell och Yankee trähårdhet för de vanligaste arterna.
| Namn | Brinell hårdhet, kg/mm2 | Yankee hårdhet, pounds |
| Acacia | 7, 1 | |
| Birch | 3 | 1260 |
| karelsk björk | 3, 5 | 1800 |
| Elm | 3 | 1350 |
| Pear | 4, 2 | |
| Ek | 3, 7-3, 9 | 1360 |
| Spruce | 660 | |
| Linden | 400 | |
| Lärk | 2, 5 | 1200 |
| Alder | 3 | 590 |
| europeisk valnöt | 5 | |
| spansk valnöt | 3, 5 | |
| Aspen | 420 | |
| Fir | 350-500 | |
| Rowan | 830 | |
| Pine | 2, 5 | 380-1240 |
| Cherry | 3, 5 | |
| Äppelträd | 1730 | |
| Ash | 4-4, 1 | 1320 |
Från tabellen över trähårdhet kan man se att:
- asp, grangran, tall - mycket mjuka träd;
- björk, lind, al och lärk är mjuka träslag;
- alm och valnöt är medelhårda;
- ek, äpple, körsbärsaska, päron och har en koefficient för normal hårdhet;
- bok, gräshoppor och idegran är mycket hårda sorter.
Hårdträ är slitstarktmot mekanisk påkänning och används för kritiska komponenter i träkonstruktioner.
Density
Densitet är direkt relaterad till fukth alten i fibrerna. Därför, för att få homogena mätindikatorer, torkas den till en nivå av 12%. En ökning av träets densitet leder till en ökning av dess massa och styrka. Beroende på fukt delas virke i flera grupper:
- Stenarna med lägsta densitet (upp till 510 kg/m3). Dessa inkluderar gran, tall, gran, poppel, ceder, pil och valnöt.
- Röda med medeldensitet (i intervallet 540-750 kg/m3). Dessa inkluderar lärk, idegran, alm, björk, bok, päron, ek, ask, rönn, äpple.
- Stenar med hög densitet (mer än 750 kg/m3). Denna kategori inkluderar björk och stock.
Nedan finns en täthetstabell för olika trädslag.
| Rasens namn | Stentäthet, kg/m3 |
| Acacia | 830 |
| Birch | 540-700 |
| karelsk björk | 640-800 |
| Beech | 650-700 |
| Cherry | 490-670 |
| Elm | 670-710 |
| Pear | 690-800 |
| Ek | 600-930 |
| Spruce | 400-500 |
| Willow | 460 |
| Cedar | 580-770 |
| europeisk lönn | 530-650 |
| kanadensisk lönn | 530-720 |
| field maple | 670 |
| Lärk | 950-1020 |
| Alder | 380-640 |
| Valnöt | 500-650 |
| Aspen | 360-560 |
| Fir | 350-450 |
| Rowan | 700-810 |
| Lilac | 800 |
| Plum | 800 |
| Pine | 400-500 |
| Poplar | 400-500 |
| Thuya | 340-390 |
| Fågelkörsbär | 580-740 |
| Cherry | 630 |
| Äppelträd | 690-720 |
barrträdsarter har lägst täthet, medan lövträd har den högsta tätheten.
Stabilitet
Det beräknade motståndet hos trä inkluderar något som stabilitet motexponering för fukt. Graden mäts på en femgradig skala när luftfuktigheten ändras:
- Instabilitet. Betydande deformation uppstår även med en liten förändring i luftfuktigheten.
- Genomsnittlig stabilitet. En märkbar grad av deformation uppträder med en liten förändring i luftfuktigheten.
- Relativ stabilitet. En liten grad av deformation uppträder med en liten förändring i luftfuktigheten.
- Stabilitet. Ingen synlig deformation med lätt förändring i luftfuktigheten.
- Absolut stabilitet. Det finns absolut ingen deformation även med en stor förändring i luftfuktigheten.
Nedan är ett stabilitetsdiagram över vanliga träslag.
| Rasens namn | Stabilitetsgrad |
| Acacia | 2 |
| Birch | 3 |
| karelsk björk | 3 |
| Beech | 1 |
| Cherry | 4 |
| Elm | 2 |
| Pear | 2 |
| Ek | 4 |
| Spruce | 2 |
| Cedar | 4 |
| European Maple | 2 |
| Canadian Maple | 2 |
| Field maple | 1 |
| Lärk | 2-3 |
| Alder | 1 |
| American Walnut | 4 |
| Brasilienöt | 2 |
| Valnöt | 4 |
| europeisk valnöt | 4 |
| spansk valnöt | 3 |
| Aspen | 1 |
| Fir | 2 |
| Poplar | 1 |
| Fågelkörsbär | 1 |
| Cherry | 2 |
| Äppelträd | 2 |
Siffrorna är beräknade för trä med en fukth alt på 12%.
Mekaniska egenskaper
Träets kvalitet bestäms av följande indikatorer:
- Slitstyrka - träets förmåga att motstå slitage under friktion. Med en ökning av materialets hårdhet minskar dess slitage med en ojämn fördelning över provets yta. Fukth alten i träet påverkar också slitstyrkan. Ju lägre den är, desto högre motstånd.
- Deformerbarhet - förmågan att återställa formen efter att de verkande krafterna försvunnit. När trä komprimeras,deformation av arbetsstycket, som försvinner med belastningen. Huvudindikatorn på deformerbarhet är elasticitet, som ökar med fukth alten i trä. Med gradvis torkning förloras elasticiteten, vilket leder till en minskning av motståndet mot deformation.
- Flexibilitet - träets naturliga förmåga att böjas under belastning. Lövfällande arter har bra prestanda, barrträd i mindre utsträckning. Dessa förmågor är viktiga vid tillverkning av böjda produkter, som först fuktas och sedan böjs och torkas.
- Slaghållfasthet - förmågan att absorbera stötkraft utan att flisa trä. Testning utförs med en stålkula som släpps på arbetsstycket från höjd. Lövfällande sorter visar bättre resultat än barrträd.
Konstanta belastningar försämrar gradvis träets egenskaper och leder till utmattning av materialet. Inte ens det mest hållbara trädet tål yttre påverkan.
Regulatoriska specifikationer
Indikatorer på normativt motstånd är nödvändiga för tillverkning av olika typer av strukturer. Trä anses lämpligt om indikatorerna inte är lägre än de beräknade värdena. I tester används endast standardprover med en fukth alt på högst 15 %. För trä med ett annat fuktvärde används en speciell formel för designmotstånd, sedan omvandlas indikatorerna till standardvärden.
När man designar träkonstruktioner är det viktigt att känna till de faktiska hållfasthetsvärdena för källmaterialet. I verkligheten är de mindre än de normativa som erhållits på testprover. Referensdataerhålls genom laddning och deformation av prover av standardstorlekar.
Designegenskaper
Träets designmotstånd är påfrestningarna i olika plan av träprover som skapas av vissa belastningar som ett träd kan motstå hur lång tid som helst tills det är helt förstört. Dessa siffror skiljer sig för sträckning, kompression, böjning, klippning och krossning.
Faktiska siffror erhålls genom att multiplicera normativa data med koefficienterna för arbetsförhållandena.
| Namn | Design trämotståndskoefficient | ||
| Stress längs fibrer | Spänning över fibrerna | Chipping | |
| Lärk | 1, 2 | 1, 2 | 1 |
| sibirisk ceder | 0, 9 | 0, 9 | 0, 9 |
| Pine | 0, 65 | 0, 65 | 0, 65 |
| Fir | 0, 8 | 0, 8 | 0, 8 |
| Ek | 1, 3 | 2 | 1, 3 |
| Lönn, Ash | 1, 3 | 2 | 1, 6 |
| Acacia | 1, 5 | 2, 2 | 1, 8 |
| Bok, björk | 1, 1 | 1, 6 | 1, 3 |
| Elm | 1 | 1, 6 | 1 |
| Poppel, al, asp, lind | 0, 8 | 1 | 0, 8 |
Arbetsförhållandena påverkas av en hel lista med faktorer. Ovanstående koefficienter tar hänsyn till sådana faktorer. All exponering för fukt på strukturer resulterar i en minskning av slutprestanda.
Slutsats
När man designar träkonstruktioner är det viktigt att känna till de beräknade indikatorerna för de material som används i byggandet. Enskilda noder kommer att uppleva permanenta eller tillfälliga belastningar som kan leda till att de förstörs fullständigt. Data specificerade i GOST och SNiP erhölls genom att testa standardprover. De faktiska värdena kommer dock att skilja sig mycket från de normativa. Därför används formlerna som tillhandahålls av standarderna för beräkningar.
