Особенности нормирования расчетных характеристик древесных плит

3.14. Прочностные и упругие характеристики древесных плит (ДВПс, ДСПк, ДСПф, ЦСП и МДП) должны определяться по действующим стандартам на методы испытаний плит.

3.15. Нормативные сопротивления древесных плит определяются с обеспеченностью 0,95 по формуле

Rн = Rвр(1 - 1,65v),

а расчетные сопротивления с обеспеченностью 0,99 по формуле

R = RнKрmдл/γm,

где γm = (1 - 1,65v)/(1 - 2,33v), Kр = 0,8.

Значения Rвр, Rн и R представлены в табл. 12.

Таблица 12

Материалы Rвр, МПа v mдл γm Rн, МПа R, МПа
Изгиб
ДВПс 56,3 0,123 0,53 1,12 44,9
ДСПк, ДСПф 21,6 0,16 0,58 1,17 5,76
цсп 0,058 0,64 1,05 12,7 6,17
мдп 11,4 0,115 0,64 1,11 9,2 4,26
Растяжение
ДВПс 23,6 0,171 0,54 1,19 6,15
ДСПк, ДСПф 9,39 0,112 0,52 1,10 7,7
цСП 4,13 0,159 0,64 1,17 3,1 1,35
МДП 4,59 0,153 0,64 1,16 3,4 1,5
Сжатие
ДВПс 25,06 0,158 0,55 1,17 18,5
ДСПк, ДСПф 16,98 0,115 0,53 1,11 13,8 5,26
ЦСП 13,93 0,142 0,57 1,15 10,7 4,23
МДП 9,13 0,145 0,57 1,15 2,76
Срез
ДВПс 19,05 0,099 0,54 1,09 6,32
ДСПк, ДСПф 9,09 0,182 0,54 1,22 6,4 2,25
ЦСП 8,77 0,232 0,62 1,34 5,4
МДП 7,76 0,2 0,62 1,20 5,2 2,05
Скалывание
ДВПс 2,1 0,266 0,54 1,48 1,2 0,34
ДСПк, ДСПф 2,76 0,191 0,54 1,23 1,9 0,66
ЦСП 3,27 0,196 0,62 1,25 2,2 0,87
МДП 3,28 0,168 0,62 1,19 2,4 0,99
               

3.16. Модули упругости древесных плит E (табл. 13) нормируются по средним величинам кратковременных испытаний с учетом влияния ползучести материала на основании условия

E = EврKрmдл.E,

где Eвр - кратковременный модуль упругости;

mдл.E- коэффициент, учитывающий приращение деформаций по времени при длительном нагружении.

Кратковременные и расчетные значения модуля сдвига G и коэффициента поперечной деформации μ указаны в табл. 14.

3.17. В зависимости от условий эксплуатации конструкций расчетные сопротивления древесных плит умножаются на коэффициенты условий работы материалов mв, приведенные в табл. 15.

Таблица 13

Материалы Eвр, МПа v mдл.E E, МПа
Изгиб
ДВПс 0,117 0,42
ДСПк, ДСПф 0,147 0,43
ЦСП 0,204 0,47
МДП 0,16 0,47
Растяжение
ДВПс 0,127 0,43
ДСПк, ДСПф 0,172 0,46
ЦСП 0,158 0,42
МДП 0,255 0,42
Сжатие
ДВПс 0,166 0,45
ДСПк, ДСПф 0,149 0,45
ЦСП 0,127 0,47
МДП 0,285 0,47

Таблица 14

Материалы Gвр, МПа G, МПа μ Материалы Gвр, МПа G, МПа μ
ДВПс 0,24 ЦСП 0,21
ДСПк, ДСПф 0,23 МДП 0,21

Таблица 15

Температурно-влажностные условия эксплуатации конструкций по СНиП II-25-80 Коэффициент условий работы
ДВПс ДСПк ДСПф ЦСП МДП
А1, Б1
А2, Б2 0,7 0,6 0,8 0,9 0,9
А3, Б3 0,6 Не допускается 0,4 0,7 0,6
Б1, Б2, Б3 0,4 » Не допускается 0,6 0,5

3.18. Приведенные в табл. 12 - 15 значения расчетных сопротивлений, модулей упругости и коэффициентов условий работы для древесных плит, в особенности цементно-стружечных, являются предварительными, и подлежат уточнению.

РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Упругие характеристики

4.1. В расчетах элементов на прочность по деформированной схеме и на устойчивость используются параметры жесткости EJ, GJ и безразмерный параметр в виде отношения кратковременного модуля упругости к временному сопротивлению сжатию Rвр. Это отношение, как и в прежних нормах, принято за константу, независимо от породы леса, сорта и влажности материала, длительности действия нагрузки, температуры, размеров сечения элементов. Для древесины /Rвр = 300, для фанеры /Rвр.ф = 250.

Такой подход надо рассматривать как известное допущение. На самом деле названные факторы оказывают некоторое влияние, изменяя значения /Rвр преимущественно в большую сторону. Данный параметр используется при определении коэффициента продольного изгиба φ, коэффициента устойчивости плоской формы формирования при поперечном изгибе φм. В последнем случае учитывается сопротивление сжатию при изгибе, которое выше, чем при центральном сжатии, и для древесины /Rп.вр = 200 - 250, в нормах для поперечного изгиба принято - 200.

Расчетное критическое напряжение Rкр = φRс отличается от временного критического напряжения Rвркр = φRвр. В ряде случаев критические напряжения приходится выражать не в функции φ, а непосредственно через жесткость EJ.

Из равенств

Rвркр = φRвр = π2 J/[(μl)2F],

Rкр = φRс = π2E'J/[(μl)2F]

находим соотношения

Rвркр/Rкр = Rвр/Rс = /E',

откуда для древесины E'/Rс = /Rвр = 300 и E' = 300Rс, соответственно для фанеры E'ф = 250Rф.с. Следовательно, надо различать нормируемые значения модулей упругости древесины и фанеры при расчете: по предельным состояниям первой группы E', G'; по предельным состояниям второй группы E, G.

В первом случае применяются вероятные минимальные значения модулей упругости с обеспеченностью не ниже 0,99; во втором случае - средние значения.

Величины модуля упругости зависят не только от скорости и длительности нагружения, температурно-влажностных условий эксплуатации, но также от породы и сорта лесоматериалов. При расчете по второй группе предельных состояний значение модуля упругости E в СНиП II-25-80 принято одинаковым независимо от породы и сорта древесины, однако в будущем необходима его дифференциация.

4.2. Упругопластическая работа древесины появляется в сжатых элементах и учитывается при их расчете на устойчивость. Расчет же растянутых, изгибаемых и сжато-изгибаемых элементов на прочность и на устойчивость плоской формы деформирования производится по упругой стадии работы, так как для клееной и тем более цельной древесины характерным является локальное хрупкое разрушение из-за наличия природных пороков и дефектов, вызывающих концентрацию напряжений.

4.3. Влияние начальных эксцентриситетов и погнутости элементов дополнительно не учитывается, так как децентровка, вызванная наличием в допустимых пределах кромочных сучков и косослоя, перекрывает такого рода отклонения от расчетной схемы и принимается во внимание при назначении расчетных сопротивлений древесины.

Учет переменности сечения

4.4. Типичными формами деревянных элементов переменного прямоугольного и двутаврового сечений являются центрально-сжатые, изгибаемые и сжато-изгибаемые дощатоклееные и клеефанерные стержни, у которых изменение высоты сечения подчиняется линейной зависимости от длины, а ширина прямоугольного сечения и площадь поясов двутаврового сечения остаются постоянными.

В расчетах таких элементов на устойчивость при центральном сжатии и при изгибе приходится использовать момент инерции эквивалентного стержня постоянного сечения, выраженный в виде произведения момента инерции в максимальном сечении соответственно на коэффициенты KжN и KжM в формулах (16) и (22) СНиП II-25-80, учитывающие переменность сечения. Величина коэффициента KжN зависит от плоскости, в которой производится проверка устойчивости, и от условий закрепления стержня по концам, а коэффициента KжM - от формы эпюры моментов по длине lр.

При отсутствии промежуточных закреплений растянутой и сжатой кромок из плоскости изгиба расчетная длина lр в формуле (23) СНиП II-25-80 равна всему пролету l закрепленного по концам элемента.

В случае закрепления только сжатой кромки в промежуточных точках числом m при равном шаге расчетная длина lр = l/(m + 1). Форму эпюры моментов и переменность Сечения (коэффициент KжM) в этом случае следует учитывать в пределах участка пролета lр, принимая при m ≥ 4 коэффициент KжM = 1. В случае закрепления только растянутой кромки в промежуточных точках числом m расчетная длина lр = l; форма эпюры моментов и переменность сечения (коэффициент KжM) при этом должны приниматься для всего пролета. Формулы для определения коэффициентов KжN и KжM получены путем аппроксимации точных решений.

4.5. Для сжато-изгибаемых элементов переменного сечения при их расчете по деформированной схеме в формуле (30) п. 4.17 СНиП II-25-80 φ умножаются на KжN, а Fбр заменяется на Fмакс; при проверке устойчивости плоской формы деформирования по формуле (33) п. 4.18 СНиП II-25-80 φ и φм умножаются соответственно на KжN и KжM. Коэффициенты KжN и KжM в качестве множителей к φ и φм, а не к моменту инерции J введены для удобства счета, не искажая конечных результатов, потому что

φмакс = π2 Jмакс/(l2FмаксRвр) = 3000Jмакс/(l2Fмакс),

φрасч = 3000JмаксKжN/(l2Fмакс) = φмаксKжN,

аналогичное преобразование можно осуществить для φм.

Отсюда следует, что максимальным значением φ и φм соответствуют и максимальные значения Fмакс и Wмакс в формулах (16), (22) и (33) СНиП II-25-80.

4.6. При определении опасного сечения в элементах, рассчитываемых на прочность, должны учитываться некоторые общие правила, касающиеся стержней и постоянного и переменного сечения.

Растянутые элементы постоянного сечения с несимметричным ослаблением следует центрировать по сечению нетто с его проверкой на центральное растяжение по Fнт с введением коэффициента условий работы m0 = 0,8, учитывающим концентрацию напряжений, а сечение брутто должно быть проверено на внецентренное растяжение по формуле

Nр/Fбр + NрeRр/(WбрRи) ≤ Rр,

где для прямоугольного сечения эксцентриситет e = hвр/2;

Nр - растягивающее усилие;

hвр - глубина ослабления односторонней врезкой.

В изгибаемых и сжато-изгибаемых элементах переменной высоты опасное сечение, в котором возникают максимальные нормальные напряжения, не совпадает с положением максимального изгибающего момента. Оно определяется аналитически по экстремальному значению функции напряжений в крайнем волокне по длине стержня.

Когда в сжато-изгибаемом элементе максимальный момент из расчета по деформированной схеме и максимальный момент из расчета по недеформированной схеме не совпадают (рис. 1), необходима проверка напряжений в обоих сечениях.

В клееных элементах переменного сечения не следует допускать ослабления сечения по кромкам, а ограниченные местные ослабления от соединительных креплений при определении места опасного сечения могут не учитываться.