Лекции по "Деревянным конструкциям"

Наружные шпоны фанеры называются рубашками. Фанеру толщиной 15 мм называют фанерной плитой. Из-за перекрёстной структуры  фанера обладает меньшей анизотропностью  свойств, чем природная древесина. Явление усушки и разбухания фанеры соответствует таковым у древесины вдоль волокон. Т.е. этими явлениями пренебрегают. Фанера имеет высокие прочностные свойства, малую массу (в 4 раза меньше алюминия), низкую тепло и звукопроводность. Повышенную химическую стойкость и водостойкость (когда фанера изготовлена на водостойких клеях), низкий коэффициент линейного расширения. Фанера используется в качестве элементов несущей конструкции, а так же в качестве отделочных материалов.

 

Влагосодержание фанеры колеблется  в пределах от 5 до 10%, а у фанерных плит не превышает 12%. Для изготовления клейфанерных конструкций рекомендуют использовать фанеру марки ФСФ (фанера на смоляном фенолформальдегидном клее), эта фанера обладает повышенной водостойкостью. Для конструкций используемых  внутри помещения допускается применять фанеру ФК (фанера карбонильном клее), фанера средней водостойкости. По породе древесины иногда используют фанеру хвойных пород, лиственных пород (березовая фанера [очень дорогая]) и комбинированная фанера. В строительстве так же используют бакелизпрованну (или что-то такое) фанеру (модифицированную), которая выпускается толщиной от 5 до 18 мм, длиной от 1,5 до 7,7 м, шириной от 1,2 до 1,5 м. Эта фанера обладает высокой прочностью и водостойкостью, её часто используют для изготовления многоразовой опалубки.

17.Временное, нормативное  и расчётное сопротивление древесины.

Расчётное сопротивление является предельным напряжением в материале  реальных элементов отличающихся от стандартных образцов размерами  и наличием неизбежных пороков и  дефектов в пределах допустимого их содержания. Кроме этого в расчётном сопротивлении отражено влияние длительно действующих нагрузок при условии эксплуатации. Лабораторные испытания большого числа стандартных образцов материала дают значение величин временных сопротивлений. R_вр – предел прочности.

R_вр =n₁×R_вр1+ n₂×R_вр2,

 n_1, n₂ -количество образцов;

 R_вр1, R_{вр2 …} R_врN– предел прочности временного сопротивления соответствующего этим образцам. В законе больших чисел средний квадрат.

Положительное значение квадратного  корня                  называется средним квадратическим отклонением материала от прочности или стандарт δ^I =     - коэффициент изменчивости, тогда ; α - коэффициент на который следует уменьшать среднеарифметическое значение придела прочности, чтобы получить нормативное сопротивление с вероятностью достаточной до безопасной эксплуатации конструкции.

Опыт эксплуатации деревянных конструкций  показывает, что нормативное сопротивление  древесины достаточно определить для  95% от всех испытаний. Это требование меньше среднеарифметического  с учётом коэффициента изменчивости α = 0,23 – для древесины, α = 2,5 – для древесных пластиков.

R_u –нормативное сопротивление обеспеченностью 95% (только 5% может разрушится при большом напряжении – min вероятное значение).

Нормативное длительное сопротивление  это  min  вероятное значение длительного сопротивления определяется путём испытаний малых чистых (без пороков) стандартных образцов.

R_дл/R_вр=k_дл≈0,5-0,6 – для древесины

              k_дл≈0,7 – для стеклопластика.

19.Расчёт элементов  деревянных конструкций по предельным  состояниям.

Предельное состояние – при  котором конструкция не может  больше использоваться, в результате действия внешних нагрузок и внутреннего  напряжений, т.е. за пределами таких состояний дальнейшая эксплуатация конструкций невозможна. В конструкциях из дерева и пластмасс могут возникать 2 группы предельных состояний:

1.По несущей способности (по  прочности и устойчивости, первое  состояние наиболее опасно) оно определяется непригодность к эксплуатации, когда конструкция теряет несущую способность в результате разрушения или потери устойчивости. Этого не происходит пока максимальные нормальные напряжения δ или раскалывающие τ напряжения в её элементах не превосходят расчётных (минимальных) сопротивлений материалов из которых они изготовлены.

δ,τ≤R;

2.По деформациям (прогибы, перемещения)  – определяются непригодность  конструкций к нормальной эксплуатации, когда конструкция прогибается  до недопустимой величины, этого не происходит пока максимальный относительный прогиб её не превышает предельно допустимых значений. f/l≤[f/l]/

Цель расчёта не допустить не 1 ни 2 предельных состояний в процессе перевозки, сборки и эксплуатации конструкций. Это выполняется на основании учёта нормативных и расчётных нагрузок и сопротивления материала. Расчёт по 1 предельному состоянию производится на расчётные нагрузки, а по 2 на нормативные нагрузки, т.е. без учёта коэффициента надёжности по нагрузке (коэффициент перегрузки).

Принцип инженерного расчёта состоит в том, что бы было соблюдено условие неразрушимости, т.е.  наибольшая возможная или предельная нагрузка  должна быть ≤ наименьшей несущей способности конструкции, вычисленной с учётом рассеивания показателей качества материала, нагрузок и условий работы конструкций, а так же с учётом фактора времени. При расчёте конструкции из дерева и пластмасс главным образом учитывается постоянная нагрузка  от собственного веса конструкции, и др. элементов зданий и нагрузка от веса снега, давления (пневматические конструкции), ветра. Так же учитываются нагрузки от веса людей и оборудования. Каждая нагрузка имеет нормативное и расчётное значение. Нормативные нагрузки являются исходными значениями нагрузок. Временные нагрузки определяются в результате данных многолетних наблюдений и измерений. Постоянные нагрузки вычисляют по значению собственного веса и объёма конструкции и прочих элементов здания и оборудования. Расчётные нагрузки определяются на основании нормативных с учётом их возможной переменчивости, особенно в большую сторону. Для этого значения нормативных нагрузок умножают на коэффициент надёжности по нагрузкам, значение которого для различных нагрузок различны но все они больше 1.

Расчёт деревянных элементов конструкции  удельного сечения.

Элементы деревянных конструкций  служат: доски, брусья а так же сортамент  пиленых и круглых пиломатериалов. Эти элементы могут быть самостоятельными конструкциями (балки, стойки), а так  же стержнями более сложных конструкций (элементы ферм). Усилия действующие в элементах конструкции и их прогибы, определяются общими методами строительной механики. Деревянные элементы рассчитывают на растяжение, сжатие, изгиб, сжатие с изгибом, растяжение с изгибом, смятие и скалывание. В строгом соответствии со СНиП 2-25-80, в нём даны расчётные сопротивления древесины сосны, ели при той или иной работе,  в зависимости от сорта. СНиП указывает 3 сорта древесины. Расчётные значения сопротивления древесных пород древесины определяются умножением основных расчётных сопротивлений (сосны, ели) на соответствующие коэффициенты. Условия работы конструкции учитывают расчётные сопротивления на соответствующие коэффициенты условия работы.

 

20.Пластмассы.

Основа ПЛ – это полимеры представляющие собой высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из многих элементарных звеньев одинаковой структуры. Полимеры получают из низкомолекулярных органических частиц (мономеры), молекулы которых благодаря 2-3 способны взаимно соединяться с образованием молекулы удвоенноё (димеры), утроенной (триммеры) или многократно увеличенной молекулы (полимеры).

Название полимера образуется обычно от названия того  мономера, из которого он был получен. Иногда название полимера образуется в зависимости от вида реакционнохимических групп, которые  соединяют молекулы группы: полиамиды, полиэфиры и т.д.

ПЛ – материалы, в которых  в качестве основного компонента содержится синтетический полимер. ПЛ могут состоять из одного полимера или кроме него содержать некоторые  вспомогательные вещества,  придающие  им определённые свойства.

Различают 2 основных метода получения  ПМ: полимеризация, конденсация. Различая по механизму основной район и  по строению образующий ПМ.

Полимеризация – соединение большого числа молекул одного и того же  вещества в одну большую макромолекулу. Протекает при определённой температуре и давлении без выделения каких-либо низкомолекулярных веществ. Таким образом, химический состав полимера соответствует химическому составу исходного мономера.

 

Поликонденсация.

Химический процесс получения высокомолекулярных соединений из мономеров различных исходных веществ. Обычно этот процесс сопровождается выделением побочных продуктов, например, воды, спирта и т.д. В зависимости от поведения связующего (смола), пластмассы делят на 2 группы: термопласты и термореактопласты. Полимеры, получаемые поляризацией, чаще всего являются термопластичными материалами. Например, это термопласты, полученные на основе поливинилхлорида, полиэтилена, полистирола, акриловых и др. термопластичных смол. При нагревании термопласты размельчаются, становятся пластичными, а при охлаждении снова отвердевают. К термореактивным пластмассам (реактопластам)  относят материалы на основе фенолформальдегидных полиэфирных, эпоксидных, карбонильных и др. термореактивных синтетических смол. Реактопласты, будучи отформованы в процессе изготовления, переходят в некоторое нерастворимое состояние.

Пластмассы могут быть неоднородны, состоящими из главного компонента, связующего вещества (смола)  и технологических  добавок. Такими добавками могут быть разного рода пластификаторы, наполнители, стабилизаторы, антистатики, красители, парообразователи и прочее.

 

Связующие вещества. Смолы.

Для пластмасс имеющих строительное назначение применяют полиэфирные, фенолформальдегидные, эпоксидные, мочевино и меловиноформальдегидные и кремнийорганические смолы.

Наполнители.

Уменьшают расход связующего, т.е. смолы, что снижает стоимость готового изделия. Наполнители предотвращают  усадку при отверждении, придают  высокую механическую прочность  пластмассам. В качестве твёрдых наполнителей используют стекловолокно (непрерывное, рублённое), так же используют стеклоткань, асбестовое волокно, древесную стружку, опилки и т.д.

Пластификаторы

Пластификаторы снижают хрупкость  пластмасс, увеличивают их гибкость, эластичность и относительное удлинение, способствуют увеличению морозостойкости пластмасс (трибутилфосфат, трибутилфюлат, трикрезилфосфат и др.).

Стабилизаторы.

Способствуют сохранению физических, механических свойств пластмасс  во времени и снижают скорость процессов деструкции (разложения) материалов под влиянием атмосферных условий, повышенных температур, света и т.д. По своему характеру действия стабилазоторы делятся на антиоксиданты и термостабилизаторы (против термоокислительной деструкции) и светостабилизаторы (против фотолиза и фотоокисления).

Антистатики.

Уменьшают электризацию полимерных материалов в  процессе их переработки и эксплуатации изделий из них. В качестве антистатиков для пластмасс применяют  поверхностно активные вещества и электропроводящие  наполнители (сажа, графит, порошки металлов).

21.Виды конструкторских пластмасс.

В строительстве применяют стеклопластики и древесные пластики. Стеклопластики представляют собой пластмассы, составленные из стеклянного наполнителя и  связующего. В качестве  связующего обычно используют полиэфирные эпоксидные и фенолформальдегидные смолы и некоторые термопласты,  в качестве наполнителя используют стекловолокно. Стекловолокно и стеклопластик служит в качестве арматуры, а смола защищает стеклянные нити от влияния внешней среды. Во время выработки стекловолокна следует замасливать, т.е. наносить на их поверхность смеси и эмульсии. Однако, замасливатели значительно снижают адгезию (прилипания) связующего к стеклянному волокну, поэтому в дальнейшем при необходимости замасливатель удаляют со стекловолокна и наносят новое покрытие – аппрет, которые способствуют лучшему совмещению стекла и связующего. Обычно, используют 3 вида замасливателей: парафиновый, парафиновая эмульсия и спиртоканифольный замасливатель.  В качестве вещества аппрета используют органно вые соединения. Стекловолокно имеет положительные свойства характерные стеклу такие, как: негорючесть, высокая термостойкость, плотность, прозрачность и хорошие механические показатели.

Е_стекла=70МПа

Непосредственно при выработки непрерывного волокна получают первичные стеклянные нити., их используют при изготовлении пресс материалов:  АГ4Е, СВАМ (стекловолокнистый, анизотропный материал). Первичные нити служат исходным сырьём так же для получения крученых нитей,          композиции на основе стеклотканей и связующих называются стеклотекстолитами.

Пресс материалы.

Принцип получения стеклопластикового стекломатериала состоит в совмещении разного вида связующего и стекловолокнистого материала, в результате образуются композиция удобная для дальнейшей переработки в изделие методом прямого или литьевого прессования. Пресс материал СВАМ: Стекловолокнистый анизотропный материал получаемый непосредственно при выработке первичных стеклонитей при этом в качестве замасливателя используют непосредственно смолу АГ4-С, которая представляет свободно направленную ленту, получаемую на основе кручённых стеклонитей анелинофенолформальдегидной смолы, с модификацией бутвар Р-2М; АГ-4В, который представляет собой стекловолокнит, полученный на основе срезов первичной стеклонити, используют смолу бутвар Р-2М.

Древесные пластики.

-Материалы, получаемые соединением синтетических смол и продуктов переработки натуральной древесины. К ним относят древесно-слоистые пластики, древесноволокнистые и древесностружечные плиты, бумажный слоистый пластик (гетенакс).

Древесно-слоистые пластики (ДСП) изготавливают  из хаотически расположенных древесных  волокон склеенных канифолевой  эмульсией. Древесностружечные плиты (ПС) получают горячим прессованием под давлением древесных стружек с пропиткой синтетическими термореактивными смолами. Для изготовления ПС применяют специально изготовленную стружку, а так же мелкую щепу–дроблёнку.

Пенопласты.

Сверхлегкие газонаполненные конструкционные  пластмассы. Они представляют собой твёрдую пену, состоящую из массы замкнутых ячеек, заполненных воздухом или безвредным газом со стенками из затвердевшей  полимерной смолы. Синтетическими связующими в пеноматериалах служат термопластичные и термореактивные смолы. Из термопластичных полистирольных или поливинилхлоридных смол изготавливают пенеополистеролы ПС-1, ПС-4. Из термореактивных  полуритан, фенолформальдегидных смол получают пенополуритан ПУ-101 и пенополифинолформальдегиды ФРП-1.Наполнителем являются газы, образующиеся в процессе пенообразования.

Органическое стекло.

Конструкционная пластмасса состоящая  из термопластической полимерной смолы  полиметилметакрилата без каких-либо наполнителей. Его изготавливают  в виде листов и плит размерами  до 150 см и толщиной до 4 см. Главное  достоинство оргстекла – это отсутствие хрупкости. Его используют для создания светопрозрачных участков в покрытии и стенах здания.