عند تصميم الهياكل الخشبية أو تطويرها أو تصنيعها ، من المهم معرفة خصائص قوة المادة - مقاومة تصميم الخشب ، والتي تُقاس بواقع كيلوغرام واحد لكل سنتيمتر مربع. لدراسة المؤشرات ، يتم استخدام عينات من الأحجام القياسية ، منشورة من الألواح أو الأخشاب من الدرجة المطلوبة ، بدون عيوب خارجية وعقد وعيوب أخرى. بعد ذلك ، يتم اختبار العينة لمقاومة الضغط والانحناء والتمدد.
أنواع الخشب
الخشب مادة متعددة الاستخدامات يمكن معالجتها بسهولة وتستخدم في مجالات الإنتاج المختلفة: البناء والأثاث والأواني والأدوات المنزلية الأخرى. تعتمد منطقة التطبيق على نوع الخشب بخصائص فيزيائية وكيميائية وميكانيكية مختلفة. في البناء ، تحظى الصنوبريات مثل شجرة التنوب ، والأرز ، والصنوبر ، والصنوبر ، والشعب بشعبية خاصة. إلى حد أقل ، الأشجار المتساقطة - البتولا ، الحور ، الحور الرجراج ، البلوط ، البندق ، الزيزفون ، ألدر ، الزان.
تستخدم الأصناف الصنوبرية
في شكل خشب دائري ، وأخشاب ، وألواح لتصنيع الركائز ، والدعامات ، والأعمدة ، والجسور ، والمنازل ، والأقواس ، والمنشآت الصناعية ، وهياكل البناء الأخرى. تشكل مواد الأخشاب الصلبة ربع إجمالي الاستهلاك فقط. ويرجع ذلك إلى أسوأ الخواص الفيزيائية والميكانيكية لأخشاب الأخشاب الصلبة ، لذا فهي تحاول استخدامها لتصنيع الهياكل ذات الأحمال المنخفضة. عادة ما يذهبون إلى عقد المسودة وعقد الكائن المؤقتة.
استخدام الأخشاب في البناء تنظمه القواعد وفقًا للخصائص الفيزيائية والميكانيكية للخشب. تعتمد هذه الخصائص على الرطوبة ووجود العيوب. بالنسبة للعناصر الحاملة ، يجب ألا تتجاوز الرطوبة 25٪ ، أما بالنسبة للمنتجات الأخرى فلا توجد مثل هذه المتطلبات ، ولكن توجد معايير لعيوب خشب معينة.
التركيب الكيميائي
في 99٪ من كتلة الخشب عبارة عن مواد عضوية. تكوين الجسيمات الأولية لجميع الصخور هو نفسه: النيتروجين والأكسجين والكربون والهيدروجين. إنها تشكل سلاسل طويلة من الجزيئات الأكثر تعقيدًا. يتكون الخشب من:
- السليلوز بوليمر طبيعي بدرجة عالية من البلمرة لجزيئات السلسلة. مادة مستقرة جدا ، لا تذوب في الماء أو الكحول أو الأثير.
- اللجنين هو بوليمر عطري ذو بنية جزيئية معقدة. يحتوي على كمية كبيرة من الكربون. بفضله ، يظهر تشويه جذوع الأشجار.
- Hemicellulose هو نظير من السليلوز العادي ، ولكن بدرجة أقل من بلمرة جزيئات السلسلة.
- استخلاصيالمواد - الراتنجات واللثة والدهون والبكتين.
المحتوى العالي من الراتنجات في الأشجار الصنوبرية يحافظ على المادة ويسمح لها بالاحتفاظ بخصائصها الأصلية لفترة طويلة ، مما يساعد على مقاومة التأثيرات الخارجية. تستخدم المنتجات الخشبية منخفضة الجودة مع عدد كبير من العيوب بشكل أساسي في صناعة الخشب الكيميائي كمواد خام لتصنيع الورق أو الخشب الملصق أو استخراج العناصر الكيميائية مثل العفص المستخدم في صناعة الجلود.
المظهر
الخشب له الخصائص الخارجية التالية:
- اللون. الإدراك البصري للتركيب الطيفي المنعكس للضوء. مهم عند اختيار المنشار كمادة نهائية.
- يعتمد التلوين على عمر الشجرة ونوعها بالإضافة إلى الظروف المناخية التي نمت فيها.
- تألق. القدرة على عكس الضوء. لوحظ أعلى معدل في البلوط ، الرماد ، السنط.
- نسيج. النموذج الذي تشكله الحلقات السنوية للجذع.
- البنية المجهرية. يتم تحديده من خلال عرض الحلقة ومحتوى خطوط العرض.
المؤشرات المستخدمة في التقييم الخارجي لجودة التسجيل. الفحص البصري يكشف عن عيوب وملاءمة المواد للاستخدام اللاحق
عيوب في الخشب
على الرغم من المزايا الواضحة على المواد المركبة ، فإن الخشب ، مثل أي مادة خام طبيعية ، له عيوبه. يتم تنظيم وجود الآفة ودرجتها ومساحتهاالوثائق المعيارية. تشمل عيوب الخشب الرئيسية:
- هزيمة ، تعفن ، فطريات وآفات ؛
- مائل ؛
- جيوب من الراتنج ؛
- عقدة ؛
- تشققات.
تقلل العقدة من قوة الأخشاب ، والأهمية الخاصة هي عددها وحجمها وموقعها. العقد تنقسم إلى أنواع:
- صحي. تنمو بإحكام مع جسم الشجرة وتجلس بثبات في الجيوب ، ولا يوجد بها تعفن.
- قائمة منسدلة. قشر واسقط بعد نشر الخامة.
- قرنية. داكنة اللون ولها بنية أكثر كثافة بالنسبة للخشب المجاور ؛
- معتم. العقد مع المرحلة الأولية من الاضمحلال.
- فضفاض - فاسد.
حسب الموقع ، تنقسم العقدة إلى:
- مخيط ؛
- مخالب ؛
- متضخمة ؛
- خطوات.
الميل يقلل أيضًا من قوة الانحناء للخشب ويتميز بوجود تشققات وطبقات لولبية في الأخشاب المستديرة ، وفي المواد المنشورة يتم توجيهها بزاوية مع الأضلاع. المنتجات التي بها مثل هذا العيب منخفضة الدرجة ، وتستخدم حصريًا كتحصينات مؤقتة.
أسباب التشققات تعتمد على الظروف الخارجية ونوع الخشب. تتشكل نتيجة التجفيف غير المتكافئ والصقيع والضغط الميكانيكي والعديد من العوامل الأخرى. تظهر على كل من الأشجار الحية والأشجار المقطوعة. اعتمادًا على الموضع على الجذع والشكل ، تسمى الشقوق:
- فاترة ؛
- سيرنيتسا ؛
- metics ؛
- تقليص.
التشققات لا تقلل من جودة الخشب فحسب ، بل تساهم أيضًا في التحلل السريع للألياف وتدميرها.
العفن يتكون نتيجة الإصابة بالفطريات المتعفنة وأنواع أخرى من الفطريات التي تظهر على الأشجار النامية والمقطوعة. الفطريات التي تعيش على الجذوع الحية هي طفيلية تصيب الحلقات السنوية وتتسبب في تقشرها. الأنواع الأخرى تستقر بالفعل على الهياكل الجاهزة وتتسبب في التسوس والتشقق والتشقق
سبب ظهور الكائنات الضارة هو البيئة الملائمة لتكاثرها: الرطوبة أكثر من 50٪ والحرارة. على الأخشاب المجففة جيدًا ، لا تتطور الكائنات الحية الدقيقة. يجب أن تشمل فئة خاصة من الآفات الحشرات التي تفضل الاستقرار في الهياكل الخشبية ، مما يؤدي إلى تحركات فيها ، مما يؤدي إلى إتلاف الألياف وتقليل قوتها.
رطوبة الخشب
أحد المؤشرات المهمة للمقاومة المعيارية والتصميمية للخشب. يؤثر على نسبة الماء في ألياف الجذع. الرطوبة - نسبة كتلة الرطوبة إلى المادة الجافة. تبدو صيغة الحساب كما يلي: W=(m – m0) / m0 100 ، حيث m هي الكتلة الأولية لقطعة العمل ، m 0- وزن العينة الجافة المطلقة. يتم تحديد الرطوبة بطريقتين: عن طريق التجفيف واستخدام أجهزة قياس الرطوبة الإلكترونية الخاصة.
الخشب مقسم إلى عدة أنواع حسب محتوى الرطوبة:
- ويت. معمحتوى رطوبة أكثر من 100٪ ، وهو ما يتوافق مع بقاء طويل في الماء.
- قطع حديثا. بمحتوى من 50 إلى 100٪.
- الهواء الجاف. مع محتوى مائي من الألياف يتراوح من 15 إلى 20٪
- غرفة جافة. ذات محتوى رطوبة من 8 إلى 12٪
- جاف تمامًا. مع محتوى مائي 0٪ ، تم الحصول عليها بالتجفيف عند 102 درجة.
الماء في الشجرة في شكل مقيّد وحر. الرطوبة الحرة في الخلايا والفضاء بين الخلايا ، مرتبطة - في شكل روابط كيميائية.
تأثير الرطوبة على خصائص الخشب
هناك عدة أنواع من الخصائص تعتمد على محتوى الرطوبة في هيكل الخشب:
- الانكماش هو انخفاض في حجم ألياف لب الخشب عند إزالة المياه المربوطة منها. كلما زاد عدد الألياف ، زادت الرطوبة في النوع المرتبط. لا تعطي إزالة الرطوبة مثل هذا التأثير.
- الاعوجاج - تغيير في شكل الخشب في عملية التجفيف. يحدث عندما لا يتم تجفيف جذوع الأشجار أو نشرها بشكل صحيح.
- امتصاص الرطوبة - رطوبة الخشب أو القدرة على امتصاص الرطوبة من البيئة.
- تورم - زيادة في حجم ألياف الخشب عندما تكون المادة في بيئة رطبة.
- امتصاص الماء - قدرة الخشب على زيادة رطوبته عن طريق امتصاص سائل التنقيط.
- الكثافة - تقاس بالكتلة لكل وحدة حجم. كلما زادت الرطوبة تزداد الكثافة والعكس صحيح.
- النفاذية - القدرة على تمرير الماء من خلال نفسه تحت ضغط مرتفع.
بعد التجفيفيفقد الخشب مرونته الطبيعية ويصبح أكثر صلابة.
صلابة
يتم تحديد معامل الصلابة باستخدام طريقة برينل أو اختبار يانكي. يكمن الاختلاف الأساسي بينهما في تقنية القياس. وفقًا لبرينل ، يتم وضع كرة فولاذية صلبة على سطح خشبي مسطح ويتم تطبيق قوة 100 كيلوغرام عليها ، وبعد ذلك يتم قياس عمق الحفرة الناتجة.
يستخدم اختبار Yankee كرة 0.4 بوصة ويقيس مقدار القوة ، بالجنيه ، اللازمة لدفع الكرة نصف قطرها إلى الشجرة. وفقًا لذلك ، كلما زادت النتيجة ، زادت صلابة الشجرة وزاد المعامل. ومع ذلك ، في نفس الصنف ، تختلف المؤشرات ، والتي تعتمد على طريقة القطع والرطوبة وعوامل أخرى.
يوجد أدناه جدول صلابة خشب برينل ويانكي للأنواع الأكثر شيوعًا.
| الاسم | صلابة برينل ، كجم / مم2 | صلابة يانكي ، جنيه |
| أكاسيا | 7، 1 | |
| بيرش | 3 | 1260 |
| Karelian البتولا | 3، 5 | 1800 |
| علم | 3 | 1350 |
| كمثرى | 4، 2 | |
| بلوط | 3، 7-3، 9 | 1360 |
| شجرة التنوب | 660 | |
| ليندن | 400 | |
| لارش | 2، 5 | 1200 |
| ألدر | 3 | 590 |
| الجوز الأوروبي | 5 | |
| جوز إسباني | 3، 5 | |
| آسبن | 420 | |
| التنوب | 350-500 | |
| روان | 830 | |
| الصنوبر | 2، 5 | 380-1240 |
| الكرز | 3، 5 | |
| شجرة التفاح | 1730 | |
| الرماد | 4-4، 1 | 1320 |
من طاولة صلابة الخشب يمكن ملاحظة ما يلي:
- أسبن ، التنوب ، الصنوبر - أشجار ناعمة جدًا ؛
- البتولا ، الزيزفون ، ألدر و لارك من الأخشاب اللينة ؛
- الدردار والجوز متوسطة الصلابة
- بلوط ، تفاح ، رماد الكرز ، كمثرى ولها معامل للصلابة العادية ؛
- الزان والجراد والطقس أصناف صعبة جدا
الخشب الصلب دائمللضغط الميكانيكي ويستخدم للمكونات الهامة للهياكل الخشبية.
الكثافة
ترتبط الكثافة ارتباطًا مباشرًا بمحتوى الرطوبة في الألياف. لذلك ، من أجل الحصول على مؤشرات قياس متجانسة ، يتم تجفيفها إلى مستوى 12٪. تؤدي زيادة كثافة الخشب إلى زيادة كتلته وقوته. وفقًا للرطوبة ، ينقسم الخشب إلى عدة مجموعات:
- الصخور الأقل كثافة (تصل إلى 510 كجم / م3). وتشمل هذه التنوب والصنوبر والتنوب والحور والأرز والصفصاف والجوز.
- أحمر مع كثافة متوسطة (في حدود 540-750 كجم / م3). وتشمل هذه الصنوبر ، الطقسوس ، الدردار ، البتولا ، الزان ، الكمثرى ، البلوط ، الرماد ، روان ، التفاح.
- صخور ذات كثافة عالية (أكثر من 750 كجم / م3). تشمل هذه الفئة خشب البتولا والأوراق المالية.
يوجد أدناه جدول كثافة لأنواع الأشجار المختلفة.
| اسم السلالة | كثافة الصخور ، كجم / م3 |
| أكاسيا | 830 |
| بيرش | 540-700 |
| Karelian البتولا | 640-800 |
| الزان | 650-700 |
| الكرز | 490-670 |
| علم | 670-710 |
| كمثرى | 690-800 |
| بلوط | 600-930 |
| شجرة التنوب | 400-500 |
| الصفصاف | 460 |
| سيدار | 580-770 |
| القيقب الأوروبي | 530-650 |
| القيقب الكندي | 530-720 |
| حقل القيقب | 670 |
| لارش | 950-1020 |
| ألدر | 380-640 |
| جوز | 500-650 |
| آسبن | 360-560 |
| التنوب | 350-450 |
| روان | 700-810 |
| ليلك | 800 |
| بلوم | 800 |
| الصنوبر | 400-500 |
| الحور | 400-500 |
| تويا | 340-390 |
| طائر الكرز | 580-740 |
| الكرز | 630 |
| شجرة التفاح | 690-720 |
الأنواع الصنوبرية لديها أقل كثافة ، بينما الأنواع المتساقطة لديها أعلى كثافة.
الاستقرار
تتضمن المقاومة المحسوبة للخشب شيئًا مثل الثباتالتعرض للرطوبة. يتم قياس الدرجة على مقياس من خمس نقاط عندما تتغير رطوبة الهواء:
- عدم الاستقرار. يظهر تشوه كبير حتى مع تغير طفيف في الرطوبة
- متوسط الاستقرار. تظهر درجة ملحوظة من التشوه مع تغير طفيف في الرطوبة.
- الاستقرار النسبي. تظهر درجة طفيفة من التشوه مع تغير طفيف في الرطوبة.
- الاستقرار. لا تشوه واضح مع تغير طفيف في الرطوبة
- الاستقرار المطلق. لا يوجد أي تشوه على الإطلاق حتى مع التغيير الكبير في الرطوبة
يوجد أدناه مخطط استقرار لأنواع الأخشاب الشائعة.
| اسم السلالة | درجة الاستقرار |
| أكاسيا | 2 |
| بيرش | 3 |
| Karelian البتولا | 3 |
| الزان | 1 |
| الكرز | 4 |
| علم | 2 |
| كمثرى | 2 |
| بلوط | 4 |
| شجرة التنوب | 2 |
| سيدار | 4 |
| القيقب الأوروبي | 2 |
| القيقب الكندي | 2 |
| حقل القيقب | 1 |
| لارش | 2-3 |
| ألدر | 1 |
| الجوز الأمريكي | 4 |
| جوز برازيلي | 2 |
| جوز | 4 |
| الجوز الأوروبي | 4 |
| جوز إسباني | 3 |
| آسبن | 1 |
| التنوب | 2 |
| الحور | 1 |
| طائر الكرز | 1 |
| الكرز | 2 |
| شجرة التفاح | 2 |
الأرقام محسوبة للخشب الذي يحتوي على نسبة رطوبة 12٪
الخصائص الميكانيكية
جودة الخشب تتحدد من خلال المؤشرات التالية:
- مقاومة التآكل - قدرة الخشب على مقاومة التآكل أثناء الاحتكاك. مع زيادة صلابة المادة ، يقل تآكلها مع التوزيع غير المتكافئ على سطح العينة. يؤثر محتوى الرطوبة في الخشب أيضًا على مقاومة التآكل. كلما انخفض ، زادت المقاومة.
- تشوه - القدرة على استعادة الشكل بعد اختفاء القوى المؤثرة. عندما يتم ضغط الخشب ،تشوه الشغل الذي يختفي مع الحمل. المؤشر الرئيسي للتشوه هو المرونة ، والتي تزداد مع محتوى الرطوبة في الخشب. مع التجفيف التدريجي ، تفقد المرونة ، مما يؤدي إلى انخفاض مقاومة التشوه.
- المرونة - القدرة الطبيعية للخشب على الانحناء تحت الأحمال. تتمتع الأنواع المتساقطة الأوراق بأداء جيد والصنوبريات بدرجة أقل. هذه القدرات مهمة في تصنيع المنتجات المثنية ، والتي يتم ترطيبها أولاً ثم ثنيها وتجفيفها.
- قوة التأثير - القدرة على امتصاص قوة التأثير دون تقطيع الخشب. يتم إجراء الاختبار باستخدام كرة فولاذية يتم إسقاطها على قطعة العمل من ارتفاع. تظهر الأصناف المتساقطة الأوراق نتائج أفضل من الصنوبريات.
تؤدي الأحمال الثابتة إلى تدهور خصائص الخشب تدريجياً وتؤدي إلى إجهاد المادة. حتى أكثر الأشجار ديمومة غير قادرة على تحمل التأثيرات الخارجية.
المواصفات التنظيمية
مؤشرات المقاومة المعيارية ضرورية لتصنيع أنواع مختلفة من الهياكل. يعتبر الخشب مناسبًا إذا لم تكن المؤشرات أقل من القيم المحسوبة. في الاختبارات ، يتم استخدام العينات القياسية فقط التي لا يزيد محتوى الرطوبة فيها عن 15٪. بالنسبة للخشب ذي قيمة الرطوبة المختلفة ، يتم استخدام صيغة خاصة لمقاومة التصميم ، ثم يتم تحويل المؤشرات إلى قيم قياسية.
عند تصميم الهياكل الخشبية ، من المهم معرفة قيم القوة الفعلية لمواد المصدر. في الواقع ، هم أقل من تلك المعيارية التي تم الحصول عليها في عينات الاختبار. البيانات المرجعيةتم الحصول عليها عن طريق تحميل وتشوه العينات ذات الأحجام القياسية.
خصائص التصميم
مقاومة تصميم الخشب هي الضغوط الموجودة في مستويات مختلفة من العينات الخشبية الناتجة عن أحمال معينة والتي يمكن أن تتحملها الشجرة أي فترة زمنية حتى يتم تدميرها تمامًا. هذه الأرقام تختلف من حيث التمدد والضغط والانحناء والقص والتكسير.
يتم الحصول على الأرقام الفعلية بضرب البيانات المعيارية في معاملات ظروف العمل.
| الاسم | معامل مقاومة الخشب التصميم | ||
| الإجهاد على طول الألياف | التوتر عبر الألياف | التقطيع | |
| لارش | 1، 2 | 1، 2 | 1 |
| أرز سيبيريا | 0، 9 | 0، 9 | 0، 9 |
| الصنوبر | 0، 65 | 0، 65 | 0، 65 |
| التنوب | 0، 8 | 0، 8 | 0، 8 |
| بلوط | 1، 3 | 2 | 1، 3 |
| القيقب ، الرماد | 1، 3 | 2 | 1، 6 |
| أكاسيا | 1، 5 | 2، 2 | 1، 8 |
| خشب الزان ، خشب البتولا | 1، 1 | 1، 6 | 1، 3 |
| علم | 1 | 1، 6 | 1 |
| حور ، ألدر ، أسبن ، زيزفون | 0، 8 | 1 | 0، 8 |
تتأثر ظروف العمل بقائمة كاملة من العوامل. المعاملات المذكورة أعلاه تأخذ بعين الاعتبار هذه العوامل. ينتج عن أي تعرض للرطوبة على الهياكل انخفاض في الأداء النهائي.
الخلاصة
عند تصميم الهياكل الخشبية من المهم معرفة المؤشرات المحسوبة للمواد المستخدمة في البناء. سوف تتعرض العقد الفردية لأحمال دائمة أو مؤقتة يمكن أن تؤدي إلى تدميرها الكامل. تم الحصول على البيانات المحددة في GOST و SNiP عن طريق اختبار العينات القياسية. ومع ذلك ، فإن القيم الفعلية ستختلف بشكل كبير عن القيم المعيارية. لذلك ، يتم استخدام الصيغ التي توفرها المعايير للحسابات.
