Предупреждение аварий

2.5. Дерево и деревянные конструкции

Для одной и той же породы древесины наблюдается значительный разброс показателей прочности, обусловленный неоднородностью структуры. Прочность поздней древесины до 5 раз выше прочности ранней. Установлена прямая пропорциональная зависимость прочности от её плотности. Прочность древесины в значительной степени зависит от содержания влаги и возрастает в процессе сушки. Свежесрубленное дерево содержит до 50% влаги. Наиболее благоприятная для прочности влажность 10...15%. При поглощении влаги древесина набухает, а при высыхании дает усадку. Радиальное набухание может достигать 7%, а тангенциальное 10% (орех) [31]. Усадочные деформации возрастают с удалением от оси ствола. Древесина, используемая для строительных конструкций, должна иметь влажность не более 20...25%.

При направлении силы вдоль волокон прочность материала достигает максимального значения. С увеличением угла между силой и направлением волокон прочность снижается.

Под действием разрушающих грибков и насекомых древесина разрушается. Гниение - процесс жизнедеятельности грибков, которые питаются

55

органическими веществами древесины. Оно происходит при температуре 5...25°С и влажности 50...70%. Грибы подразделяются на лесные, биржевые (складские) и домовые. Наибольшую опасность представляют домовые грибы (настоящие, белые, пленчатые, шахтные, столбовые). Грибы размножаются спорами. Для развития процесса гниения необходимо длительное увлажнение древесины до появления в ее полости капельно-жидкой влаги. Последующее увлажнение происходит в результате химического разложения при участии гриба. Гниение происходит в увлажненных плохопроветриваемых местах: проходах водопроводных и сантехнических труб, опирания балок и ферм на стены, лаг на столбики, верхней части стропил и др.

В качестве предупредительной меры борьбы с распространением домового гриба применяют: удаление пораженной древесины с захватом здоровой; проветривание, просушивание, антисептирование, обеззараживание кирпичных, бетонных и железобетонных конструкций в местах соприкосновения с очагом заражения, например, путем опрыскивания 10%-ным раствором медного или железного купороса; ликвидацию источников замачивания.

В специальных лабораториях выполняют микрологический анализ пораженной древесины. Скорость разрушения древесины грибами весьма высока. Имеется много примеров полной потери прочности древесины через 1 ... 3 года после начала эксплуатации.

Техническое состояние деревянных конструкций может быть аварийным, пораженным гнилью и удовлетворительным. При значительных прогибах балок, ферм необходимо установить и раскрепить разрушающие стойки, провести техническое обследование, усиление или замену конструкций.

В корпусе ТГТУ по ул. Ленинградской стропила имеют прогиб до 10 см. В стропилах со стороны металлической кровли имеются продольные каналы разрушения древесины глубиной до 85 мм. Продукты гниения легко выгребаются рукой. Деревянные балки перекрытий над 2-ым этажом также были повреждены гнилью (перекрытие состоит из дощатой подшивки, балок, шлаковой засыпки, двухслойных черных полов и паркета). Дощатые подшивки потолков местами разрушились. Подобные дефекты отмечались и в корпусе по ул. Советской.

Пороки древесины - изменения её внешнего вида, нарушения правильности строения, целостности тканей и другие несовершенства, снижающие прочность и качество. Пороки древесины делят на группы: сучки, трещины, пороки формы ствола, пороки строения древесины, химические окраски, грибные поражения, биологические повреждения, покоробленности, механические повреждения и пороки обработки. Группу порока устанавливают с помощью определителя.

В условиях длительного действия нагрузки для древесины (и некоторых других материалов) характерно "подрастание" трещины. При этом она может достичь критической длины. Далее возможен спонтанный рост трещин и разрушение конструкции. В логарифмическом масштабе зависимость скорости роста трещины от коэффициента интенсивности напряжений прямолинейная (рис.2.4).

56

Рис. 2.6. Зависимость между скоростью подрастания трещины и
коэффициентом интенсивности напряжений.

Интегрирование этого графика позволит получить время до разрушения ти. Для ряда хрупких материалов величинаτ _u распределена в широких пределах (рис.2.5.).

Рис.2.5. Зависимость между действующим напряжением и временем до разрушения с
учетом статистической изменчивости; заштрихованные области лежат в
доверительных интервалах, рассчитанных для вероятностей разрушения 10^-7 до 10^-1

Разрушение изгибаемых элементов часто происходит из-за развития трещин поперечного сдвига (трещины II типа). Коэффициент интенсивности напряжений для трещин этого типа

где τ ₀- номинальное сдвигающее напряжение в точке, где расположен кончик трещины; H - безразмерный множитель, учитывающий геометрические характеристики трещин и образца.

Надрез и врезка существенно снижают несущую способность изгибаемого элемента. Так, для балок с надрезом, составляющим половину высоты сечения разрушающая нагрузка снижается до 10%. Узкий трещиноподобный надрез приводит к более высокой концентрации напряжений, чем широкий. С увеличением скорости деформирования е несколько возрастает

57

прочность материала. Зависимость lg τ_a - ε близка к прямолинейной. Древесина, как и бетон чувствительна к предыстории нагружения. Предварительная выдержка образцов под нагрузкой несколько повышает величину τ _u.

В заключении приведем из [51] описание повреждений деревянных конструкций (табл.2.9).

Таблица 2.9

Деревянные покрытия

При совместном действии нормальных и касательных напряжений критерий разрушения представляется в виде

Древесно-стружечные плиты. Они состоят из размельченной древесной стружки (относительно крупной - во внутреннем слое и мельчайшей - в наружных слоях), которая за счет пропитки синтетическими смолами и горячего прессования связывается в прочную плиту. Плиты отличаются значительным набуханием при увлажнении (до 5 мм на 1 м длины) [31]. Прочность и упругость при этом значительно снижаются. Замоченные плиты в покрытиях под нагрузкой прогибаются. Их не рекомендуется применять в качестве покрытий над помещением с влажностью воздуха более 55%.

58