Khi thiết kế, phát triển hoặc sản xuất các cấu trúc bằng gỗ, điều quan trọng là phải biết các đặc tính sức mạnh của vật liệu - sức đề kháng thiết kế của gỗ, được đo bằng một kg trên một cm vuông. Để nghiên cứu các chỉ tiêu, các mẫu có kích thước tiêu chuẩn được sử dụng, được xẻ từ ván hoặc gỗ có cấp độ yêu cầu, không có khuyết tật bên ngoài, nút thắt và các khuyết tật khác. Tiếp theo, mẫu được kiểm tra khả năng chịu nén, uốn, kéo.
Các loại gỗ
Gỗ là một loại vật liệu đa năng có thể dễ dàng chế biến và được sử dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất: xây dựng, nội thất, đồ dùng và các vật dụng gia đình khác. Khu vực ứng dụng tùy thuộc vào từng loại gỗ với các tính chất vật lý, hóa học và cơ học khác nhau. Trong xây dựng, các loại cây lá kim như vân sam, tuyết tùng, thông, đường tùng, linh sam đặc biệt phổ biến. Ở mức độ thấp hơn, cây rụng lá - bạch dương, cây dương, cây dương, cây sồi, cây phỉ, cây bồ đề, cây alder, cây sồi.
Các giống cây lá kim được sử dụng ở dạng gỗ tròn, gỗ, ván để sản xuất cọc đỡ, giàn, cột, cầu, nhà ở, mái vòm, cơ sở công nghiệp và các cấu trúc xây dựng khác. Vật liệu gỗ cứng chỉ chiếm 1/4 tổng lượng tiêu thụ. Điều này là do các đặc tính vật lý và cơ học của gỗ cứng kém hơn, vì vậy chúng đang cố gắng được sử dụng để sản xuất các kết cấu có tải trọng chịu lực thấp. Thông thường chúng chuyển đến các nút đối tượng nháp và tạm thời.
Việc sử dụng gỗ trong xây dựng được quy định bởi các quy tắc phù hợp với tính chất cơ lý của gỗ. Các đặc tính này phụ thuộc vào độ ẩm và sự hiện diện của các khuyết tật. Đối với các yếu tố chịu lực, độ ẩm không được vượt quá 25%, đối với các sản phẩm khác thì không có yêu cầu này, nhưng có các tiêu chuẩn về khuyết tật gỗ cụ thể.
Thành phần hoá học
Trong 99% khối lượng của gỗ là các chất hữu cơ. Thành phần của các hạt cơ bản đối với tất cả các loại đá là như nhau: nitơ, oxy, carbon và hydro. Chúng tạo thành chuỗi dài gồm nhiều phân tử phức tạp hơn. Gỗ bao gồm:
- Xenluloza là một loại polyme tự nhiên có mức độ trùng hợp cao của các phân tử chuỗi. Chất rất ổn định, không tan trong nước, cồn hoặc ete.
- Lignin là một polyme thơm có cấu trúc phân tử phức tạp. Chứa một lượng lớn carbon. Nhờ có anh ấy, ánh sáng của thân cây xuất hiện.
- Hemicellulose là một chất tương tự của cellulose thông thường, nhưng với mức độ trùng hợp của các phân tử chuỗi thấp hơn.
- Chiết xuấtchất - nhựa, gôm, chất béo và pectin.
Hàm lượng cao của nhựa trong cây lá kim giúp bảo quản vật liệu và cho phép vật liệu giữ được các đặc tính ban đầu trong thời gian dài, giúp chống lại các tác động bên ngoài. Các sản phẩm gỗ cấp thấp với số lượng khuyết tật cao chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp hóa chất gỗ làm nguyên liệu sản xuất giấy, gỗ dán hoặc chiết xuất các nguyên tố hóa học như tannin được sử dụng trong sản xuất da.
Hình thức
Gỗ có các đặc tính bên ngoài sau:
- Màu. Nhận thức trực quan về thành phần quang phổ phản xạ của ánh sáng. Điều quan trọng khi chọn gỗ xẻ làm vật liệu hoàn thiện.
- Màu sắc phụ thuộc vào độ tuổi và loại cây, cũng như điều kiện khí hậu nơi nó sinh trưởng.
- Tỏa sáng. Khả năng phản xạ ánh sáng. Tỷ lệ cao nhất được ghi nhận trong gỗ sồi, tần bì, keo.
- Kết cấu. Mô hình được hình thành bởi các vòng hàng năm của thân cây.
- Cấu trúc vi mô. Được xác định bằng chiều rộng vòng và hàm lượng gỗ bên.
Các chỉ số được sử dụng để đánh giá bên ngoài chất lượng của việc ghi nhật ký. Kiểm tra bằng mắt thường cho thấy các khuyết tật và sự phù hợp của vật liệu để sử dụng tiếp theo.
khuyết tật gỗ
Mặc dù có những ưu điểm rõ ràng hơn so với vật liệu tổng hợp, gỗ, giống như bất kỳ vật liệu thô tự nhiên nào, cũng có nhược điểm của nó. Sự hiện diện, mức độ và diện tích của tổn thương được quy địnhcác văn bản quy phạm. Các khuyết tật chính của gỗ bao gồm:
- bại, thối, nấm và sâu bệnh;
- xiên;
- túi nhựa;
- gút;
- vết nứt.
Sự thắt nút làm giảm độ bền của gỗ, đặc biệt quan trọng là số lượng, kích thước và vị trí của chúng. Núm được chia thành các loại:
- Khỏe mạnh. Mọc khít với thân cây và nằm chắc trong túi, không bị thối rữa.
- Thả xuống. Bóc và rơi ra sau khi cưa vật liệu.
- Sừng. Màu tối và có cấu trúc đậm đặc hơn so với gỗ bên cạnh;
- Sậm màu. Các nút có giai đoạn phân rã ban đầu.
- Rời - thối.
Theo vị trí, các nút thắt được chia thành:
- khâu;
- vuốt;
- mọc um tùm;
- con riêng.
Nghiêng cũng làm giảm độ bền uốn của gỗ và được đặc trưng bởi sự hiện diện của các vết nứt và các lớp xoắn ốc trong gỗ tròn, trong vật liệu xẻ chúng được hướng theo một góc với các đường gân. Các sản phẩm có khiếm khuyết như vậy là cấp thấp, chỉ được sử dụng làm công sự tạm thời.
Nguyên nhân của các vết nứt phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài và loài gỗ. Chúng được hình thành do quá trình khô không đồng đều, sương giá, ứng suất cơ học và nhiều yếu tố khác. Chúng xuất hiện cả trên cây sống và trên những cây bị chặt. Tùy thuộc vào vị trí trên thân cây và hình dạng, các vết nứt được gọi là:
- sương giá;
- sernitsa;
- metics;
- thu nhỏ.
Vết nứt không chỉ làm giảm chất lượng của gỗ mà còn góp phần vào việc phân huỷ và phá huỷ sợi nhanh chóng.
Thối được hình thành do nhiễm nấm mốc và các loại nấm khác xuất hiện trên cây đang phát triển và bị chặt. Các loại nấm sống trên thân cây sống ký sinh, chúng lây nhiễm vào các vòng hàng năm và khiến chúng bị bong ra. Các loài khác đã định cư trên các cấu trúc đã hoàn thiện và gây thối rữa, tách lớp, nứt nẻ.
Sở dĩ sinh vật có hại xuất hiện là môi trường thuận lợi cho sự sinh sản của chúng: độ ẩm trên 50% và nắng nóng. Trên gỗ được sấy khô kỹ, vi sinh vật không phát triển. Một loại côn trùng gây hại đặc biệt nên bao gồm côn trùng thích định cư trong các cấu trúc bằng gỗ, di chuyển trong chúng, do đó làm hỏng các sợi vải và giảm sức mạnh của chúng.
Độ ẩm của gỗ
Một trong những chỉ số quan trọng cho tính kháng quy chuẩn và thiết kế của gỗ. Nó ảnh hưởng đến tỷ lệ nước trong các sợi của thân cây. Độ ẩm - phần trăm khối lượng của độ ẩm đối với vật liệu khô. Công thức tính toán có dạng như sau: W=(m – m0) / m0 100, trong đó m là khối lượng ban đầu của phôi, m 0- trọng lượng của mẫu khô tuyệt đối. Độ ẩm được xác định theo hai cách: làm khô và sử dụng máy đo độ ẩm điện tử đặc biệt.
Gỗ được chia thành nhiều loại theo độ ẩm:
- Ướt. Vớiđộ ẩm hơn 100%, tương ứng với thời gian ở lâu trong nước.
- Tươi cắt. Với hàm lượng từ 50 đến 100%.
- Phơi khô. Với hàm lượng nước sợi từ 15 đến 20%.
- Phòng-khô. Với độ ẩm từ 8 đến 12%.
- Hoàn toàn khô. Với hàm lượng nước 0%, thu được bằng cách làm khô ở 102 °.
Nước ở trong cây ở dạng liên kết và tự do. Độ ẩm tự do nằm trong tế bào và không gian gian bào, liên kết - dưới dạng liên kết hóa học.
Ảnh hưởng của độ ẩm đến tính chất gỗ
Có một số loại đặc tính tùy thuộc vào độ ẩm trong cấu trúc gỗ:
- Co ngót là sự giảm khối lượng của sợi bột gỗ khi nước liên kết bị loại bỏ khỏi chúng. Càng nhiều sợi, độ ẩm của loại liên kết càng nhiều. Loại bỏ độ ẩm không mang lại hiệu quả như vậy.
- Cong vênh - sự thay đổi hình dạng của gỗ trong quá trình sấy khô. Xảy ra khi các khúc gỗ không được làm khô hoặc cưa không đúng cách.
- Hút ẩm - khả năng hút ẩm của gỗ hoặc khả năng hút ẩm từ môi trường.
- Sưng - sự gia tăng khối lượng của các thớ gỗ khi vật liệu ở trong môi trường ẩm ướt.
- Hấp thụ nước - khả năng của gỗ tự tăng độ ẩm bằng cách hấp thụ chất lỏng nhỏ giọt.
- Mật độ - được đo bằng khối lượng trên một đơn vị thể tích. Khi độ ẩm tăng, mật độ tăng và ngược lại.
- Tính thẩm thấu - khả năng tự đi qua nước dưới áp suất cao.
Sau khi sấy khôgỗ mất tính đàn hồi tự nhiên và trở nên cứng hơn.
Độ cứng
Hệ số độ cứng được xác định bằng phương pháp Brinell hoặc thử nghiệm Yankee. Sự khác biệt cơ bản của chúng nằm ở kỹ thuật đo lường. Theo Brinell, một quả bóng thép cứng được đặt trên một bề mặt phẳng, bằng gỗ và tác dụng một lực 100 kg lên nó, sau đó đo độ sâu của lỗ tạo thành.
Bài kiểm tra Yankee sử dụng một quả bóng 0,4 inch và đo lường lực cần thiết để đẩy quả bóng bằng một nửa đường kính vào cây. Theo đó, quả càng cao thì cây càng cứng và hệ số càng lớn. Tuy nhiên, trong cùng một giống, các chỉ số khác nhau, điều này phụ thuộc vào phương pháp cắt, độ ẩm và các yếu tố khác.
Dưới đây là bảng độ cứng của gỗ Brinell và Yankee cho các loài phổ biến nhất.
| Tên | Độ cứng Brinell, kg / mm2 | Độ cứng Yankee, pound |
| Keo | 7, 1 | |
| Bạch dương | 3 | 1260 |
| Karelian bạch dương | 3, 5 | 1800 |
| Elm | 3 | 1350 |
| Lê | 4, 2 | |
| Sồi | 3, 7-3, 9 | 1360 |
| Vân sam | 660 | |
| Linden | 400 | |
| Cây tùng | 2, 5 | 1200 |
| Già hơn | 3 | 590 |
| óc chó Châu Âu | 5 | |
| Quả óc chó Tây Ban Nha | 3, 5 | |
| Aspen | 420 | |
| Linh sam | 350-500 | |
| Rowan | 830 | |
| Thông | 2, 5 | 380-1240 |
| Cherry | 3, 5 | |
| Cây táo | 1730 | |
| Tro | 4-4, 1 | 1320 |
Từ bảng độ cứng của gỗ có thể thấy rằng:
- cây dương, cây thông vân sam, cây thông - những cây rất mềm;
- bạch dương, cây bồ đề, cây tùng và cây thông là những loại gỗ mềm;
- cây du và quả óc chó có độ cứng trung bình;
- sồi, táo, tro anh đào, lê và có hệ số độ cứng bình thường;
- beech, cào cào và thủy tùng là những giống rất cứng.
Gỗ cứng bềnchịu ứng suất cơ học và được sử dụng cho các thành phần quan trọng của kết cấu bằng gỗ.
Mật độ
Mật độ liên quan trực tiếp đến độ ẩm của sợi. Vì vậy, để có được các chỉ tiêu đo lường đồng nhất, người ta sấy khô đến mức 12%. Sự gia tăng mật độ của gỗ dẫn đến sự gia tăng khối lượng và sức mạnh của nó. Theo độ ẩm, gỗ được chia thành nhiều nhóm:
- Loại đá có mật độ thấp nhất (lên đến 510 kg / m3). Chúng bao gồm linh sam, thông, vân sam, dương, tuyết tùng, liễu và óc chó.
- Đỏ với mật độ trung bình (trong khoảng 540-750 kg / m3). Chúng bao gồm cây thông, thủy tùng, cây du, bạch dương, sồi, lê, sồi, tần bì, thanh lương trà, táo.
- Đá có mật độ cao (hơn 750 kg / m3). Danh mục này bao gồm bạch dương và cổ phiếu.
Dưới đây là bảng mật độ cho các loài cây khác nhau.
| Tên giống | Mật độ đá, kg / m3 |
| Keo | 830 |
| Bạch dương | 540-700 |
| Karelian bạch dương | 640-800 |
| Beech | 650-700 |
| Cherry | 490-670 |
| Elm | 670-710 |
| Lê | 690-800 |
| Sồi | 600-930 |
| Vân sam | 400-500 |
| Liễu | 460 |
| Tuyết tùng | 580-770 |
| phong Châu Âu | 530-650 |
| cây phong Canada | 530-720 |
| cánh đồng phong | 670 |
| Cây tùng | 950-1020 |
| Già hơn | 380-640 |
| 500-650 | |
| Aspen | 360-560 |
| Linh sam | 350-450 |
| Rowan | 700-810 |
| Tử đinh hương | 800 |
| Mận | 800 |
| Thông | 400-500 |
| Dương | 400-500 |
| Thuya | 340-390 |
| Chim anh đào | 580-740 |
| Cherry | 630 |
| Cây táo | 690-720 |
Các loài lá kim có mật độ thấp nhất, trong khi các loài rụng lá có mật độ cao nhất.
Ổn định
Sức đề kháng được tính toán của gỗ bao gồm một yếu tố như sự ổn định đối vớitiếp xúc với độ ẩm. Độ được đo trên thang năm điểm khi độ ẩm không khí thay đổi:
- Không ổn định. Biến dạng đáng kể xuất hiện ngay cả khi độ ẩm thay đổi nhỏ.
- Độ ổn định trung bình. Một mức độ biến dạng đáng chú ý xuất hiện với sự thay đổi nhỏ về độ ẩm.
- Tính ổn định tương đối. Một mức độ biến dạng nhẹ xuất hiện cùng với sự thay đổi nhỏ về độ ẩm.
- Ổn định. Không có biến dạng có thể nhìn thấy với sự thay đổi nhỏ về độ ẩm.
- Ổn định tuyệt đối. Hoàn toàn không bị biến dạng ngay cả khi độ ẩm thay đổi lớn.
Dưới đây là biểu đồ ổn định của các loài gỗ phổ biến.
| Tên giống | Mức độ ổn định |
| Keo | 2 |
| Bạch dương | 3 |
| Karelian bạch dương | 3 |
| Beech | 1 |
| Cherry | 4 |
| Elm | 2 |
| Lê | 2 |
| Sồi | 4 |
| Vân sam | 2 |
| Tuyết tùng | 4 |
| Phong Châu Âu | 2 |
| Cây phong Canada | 2 |
| Cánh đồng phong | 1 |
| Cây tùng | 2-3 |
| Già hơn | 1 |
| Quả óc chó Mỹ | 4 |
| Brazil Nut | 2 |
| 4 | |
| óc chó Châu Âu | 4 |
| Quả óc chó Tây Ban Nha | 3 |
| Aspen | 1 |
| Linh sam | 2 |
| Dương | 1 |
| Chim anh đào | 1 |
| Cherry | 2 |
| Cây táo | 2 |
Các số liệu được tính cho gỗ có độ ẩm 12%.
Đặc tính cơ
Chất lượng của gỗ được xác định bởi các chỉ số sau:
- Khả năng chống mài mòn - khả năng chống mài mòn của gỗ trong quá trình ma sát. Với sự gia tăng độ cứng của vật liệu, độ mòn của vật liệu giảm đi với sự phân bố không đồng đều trên bề mặt của mẫu. Độ ẩm của gỗ cũng ảnh hưởng đến khả năng chống mài mòn. Nó càng thấp, thì sức đề kháng càng cao.
- Biến dạng - khả năng phục hồi hình dạng sau khi các lực tác động biến mất. Khi gỗ được nén,biến dạng của phôi, biến mất khi tải. Chỉ số chính của khả năng biến dạng là độ đàn hồi, tăng theo độ ẩm của gỗ. Khi khô dần, độ đàn hồi bị mất, dẫn đến giảm khả năng chống biến dạng.
- Tính linh hoạt - khả năng tự nhiên của gỗ có thể uốn cong dưới tải trọng. Các loài rụng lá có hiệu suất tốt, các loài cây lá kim ở mức độ thấp hơn. Những khả năng này rất quan trọng trong việc sản xuất các sản phẩm uốn cong, trước tiên chúng được làm ẩm, sau đó uốn cong và sấy khô.
- Độ bền va đập - khả năng hấp thụ lực va đập mà không làm sứt mẻ gỗ. Thử nghiệm được thực hiện bằng cách sử dụng một quả bóng thép, được thả xuống phôi từ độ cao. Các giống rụng lá cho kết quả tốt hơn các loại cây lá kim.
Tải trọng liên tục làm xấu dần các đặc tính của gỗ và dẫn đến vật liệu bị mỏi. Ngay cả cây bền nhất cũng không thể chịu được các tác động bên ngoài.
Thông số kỹ thuật theo quy định
Các chỉ số về điện trở định mức cần thiết cho việc sản xuất các loại kết cấu khác nhau. Gỗ được coi là phù hợp nếu các chỉ số không thấp hơn giá trị tính toán. Trong các thử nghiệm, chỉ sử dụng các mẫu tiêu chuẩn có độ ẩm không quá 15%. Đối với gỗ có giá trị độ ẩm khác, một công thức đặc biệt cho độ bền thiết kế được sử dụng, sau đó các chỉ số được chuyển đổi thành giá trị tiêu chuẩn.
Khi thiết kế kết cấu gỗ, điều quan trọng là phải biết các giá trị sức bền thực tế của vật liệu gốc. Trên thực tế, chúng ít hơn những tiêu chuẩn thu được trên các mẫu thử nghiệm. Dữ liệu tham khảothu được bằng cách tải và biến dạng các mẫu có kích thước tiêu chuẩn.
Đặc điểm thiết kế
Độ bền thiết kế của gỗ là ứng suất trong các mặt phẳng khác nhau của các mẫu gỗ được tạo ra bởi tải trọng nhất định mà cây có thể chịu được bất kỳ khoảng thời gian nào cho đến khi nó bị phá hủy hoàn toàn. Các số liệu này khác nhau về độ giãn, nén, uốn, cắt và nghiền.
Số liệu thực tế thu được bằng cách nhân dữ liệu quy chuẩn với hệ số của điều kiện làm việc.
| Tên | Hệ số cản gỗ thiết kế | ||
| Căng dọc sợi | Căng thẳng trên các sợi | Sứt | |
| Cây tùng | 1, 2 | 1, 2 | 1 |
| Tuyết tùng Siberia | 0, 9 | 0, 9 | 0, 9 |
| Thông | 0, 65 | 0, 65 | 0, 65 |
| Linh sam | 0, 8 | 0, 8 | 0, 8 |
| Sồi | 1, 3 | 2 | 1, 3 |
| Phong, Tro | 1, 3 | 2 | 1, 6 |
| Keo | 1, 5 | 2, 2 | 1, 8 |
| Sồi, bạch dương | 1, 1 | 1, 6 | 1, 3 |
| Elm | 1 | 1, 6 | 1 |
| Poplar, alder, aspen, linden | 0, 8 | 1 | 0, 8 |
Điều kiện làm việc bị ảnh hưởng bởi toàn bộ danh sách các yếu tố. Các hệ số trên có tính đến các yếu tố như vậy. Bất kỳ sự tiếp xúc nào với độ ẩm trên cấu trúc đều dẫn đến giảm hiệu suất cuối cùng.
Kết
Khi thiết kế kết cấu bằng gỗ, điều quan trọng là phải biết các chỉ số tính toán của vật liệu được sử dụng trong xây dựng. Các nút riêng lẻ sẽ phải chịu tải vĩnh viễn hoặc tạm thời có thể dẫn đến sự phá hủy hoàn toàn của chúng. Dữ liệu được chỉ định trong GOST và SNiP được thu thập bằng cách thử nghiệm các mẫu tiêu chuẩn. Tuy nhiên, các giá trị thực tế sẽ khác rất nhiều so với các giá trị quy chuẩn. Do đó, các công thức được cung cấp bởi các tiêu chuẩn được sử dụng để tính toán.
