Приложение Б (обязательное). Особенности оценки несущей способности деревянных конструкций

Приложение Б
(обязательное)

Особенности оценки несущей способности деревянных конструкций

Б.1 Главной особенностью деревянных конструкций, в отличие от стальных и железобетонных, являются ярко выраженные реологические свойства древесины, которые характеризуются изменением во времени деформаций и неоднозначным соответствием между ними и напряжениями при действии внешних сил. Этот фактор требует строго регламентировать во времени режим испытаний конструкций.

Б.2 В связи с этим возникает необходимость обоснования состава и значения коэффициента безопасности, который должен быть получен по результатам испытаний.

В его состав должен входить ряд факторов, учитывающих: длительную прочность древесины, приведение временных нагрузок к постоянной, статистическую изменчивость качества материала конструкций и вид разрушения материала (пластический или хрупкий).

Б.3 Учет длительности действия нагрузки

Б.3.1 Многочисленные экспериментальные данные испытаний элементов и соединений деревянных конструкций позволили установить зависимость их прочности от продолжительности действия постоянной нагрузки t. Эта приемлемая для практического применения зависимость описывается уравнением прямой линии в логарифмических координатах (рисунок Б.1):

.

(Б.1)

Если в уравнении (Б.1) выразить в относительной величине (долях единицы или процентах), то данное выражение является коэффициентом длительной прочности древесины, характеризующим степень ее снижения в зависимости от продолжительности действия нагрузки.

Б.3.2 Уравнение (Б.1) позволяет определять влияние временного эффекта испытаний на несущую способность деревянных конструкций посредством коэффициента безопасности K_б (величиной, обратной коэффициенту длительной прочности древесины), который можно выразить, как отношение коэффициентов длительной прочности при испытаниях K_дл(исп) и реальном времени эксплуатации конструкции K_дл(экс) с учетом поправки (k_v) на ограниченное число испытываемых конструкций и различные виды их разрушения (пластическое или хрупкое) по формуле

.

(Б.2)

Б.3.3 Величина k_v для различных видов разрушения конструкций может быть определена на основании учета вариации прочности древесины при испытаниях:

,

(Б.3)

где - квантиль предполагаемого распределения при заданной вероятности р = 0,95;

c_v - коэффициент вариации прочности.

Многочисленные экспериментальные исследования показали, что вариация изменения прочности при испытаниях для пластического вида разрушения составляет от 13 % до 15 %, а для хрупкого - от 20 % до 25 %.

Приняв из этих пределов средние величины с_v и значение при обеспеченности 0,95 равным 1,64, получают выражения для определения k_v при пластическом и хрупком разрушении конструкций:

;

.

Тогда величины K_б для этих видов разрушения будут равны:

,

или

,

(Б.4)

или

.

(Б.5)

Например, при продолжительности испытаний конструкции, равной 20 мин (1200 с), с приведенным временем t_исп = 1200/38,2 = 31,414, величина k_дл(исп) = 1,03 (1 - lg 31,414/17,1) = 0,94, и при известном коэффициенте длительной прочности для временной снеговой нагрузки k_дл(экс) = 0,66, что характерно для несущих конструкций покрытий, K_б(пл) = 1,3 (0,94/0,66) = 1,85, а K_б(хр) = 1,58 (0,94/0,66) = 2,25.

а) - прямая длительной прочности по уравнению (Б.1); б) - вспомогательная схема длительных испытаний соединений древесины

1 - древесина ели влажностью 13,5 % при изгибе и длительных испытаниях; 2 - древесина ели влажностью 13,5 % при скалывании и длительных испытаниях; 3 - древесина дугласовой пихты влажностью 12 % при изгибе и длительных испытаниях; 4 - древесина дугласовой пихты влажностью 6 % при изгибе и длительных испытаниях; 5 - древесина сосны влажностью 15 % при сжатии вдоль волокон и машинных испытаниях с разной скоростью; 6 - древесина сосны влажностью 30 % при сжатии вдоль волокон и машинных испытаниях; 7 - древесина сосны влажностью 15 % при изгибе и машинных испытаниях; 8 - древесина сосны влажностью 30 % при изгибе и машинных испытаниях

Рисунок Б.1 - Зависимость длительной прочности древесины от времени нагружения