Прогнозирование прочности и долговечности древесных материалов в строительных изделиях с концентратором напряжений

В процессе изготовления и монтажа в строительных изделиях из древесных материалов возникают концентраторы напряжений, которые оказывают значительное влияние в процессе эксплуатации на их прочность и долговечность. Концентраторы напряжений в древесных материалах могут быть получены путем сверления отверстий или забивки гвоздей.

В работе изучено влияние положения концентраторов напряжений относительно действующей сосредоточенной силы на прочность древесины и материалов на её основе. Образцы испытывали при поперечном изгибе на разрывной машине в режиме постоянной скорости нагружения. Для древесины более опасными являются концентраторы напряжений, полученные сверлением. При этом истинная прочность (su) падает на 25%, а условная (sу) – в два раза.

Для древесных композитов картина меняется, т.е. для них опаснее концентраторы напряжений, полученные при забивке гвоздя. При этом для фанеры sу и su падают соответственно на 30 и 4%, а для ДСП уu практически не изменяется. Наиболее сильно наличие концентратора напряжений сказывается на прочности древесноволокнистых плит. Для них истинная прочность падает на 40%, а условная – на 60%.

При смещении отверстий относительно центра образца происходит увеличение прочности до величины прочности бездефектных образцов. Наличие концентратора напряжений не сказывается на прочности древесины, фанеры и ДСП при его смещении относительно центра образца более чем на 15 мм. Для ДВП это расстояние увеличивается до 30 мм. Для остальных материалов полученные результаты представлены в таблице 1. Здесь же представлены данные, полученные путем вычислений по формулам сопротивления материалов.

Из таблицы видно, что хорошая сходимость теоретических и экспериментальных результатов наблюдается только для фанеры. При забивке гвоздя в древесностружечные плиты экспериментальные значения безопасного расстояния для концентраторов напряжений не зависят от диаметра гвоздя. Для древесноволокнистых плит они оказываются заниженными в два раза. Это вызвано значительным нарушением структуры вокруг отверстия. Однако при сверлении отверстий в древесностружечных плитах и древесине экспериментальные и теоретические значения предельного расстояния практически совпадают. При забивке гвоздя в древесину теоретические значения, наоборот, оказались завышенными.