Работа древесины на смятие

Различают смятие вдоль волокон, поперек волокон и под углом к
ним. Прочность древесины на смятие вдоль волокон, например, в стыках
сжатых элементов, мало отличается от прочности на сжатие вдоль волокон, и действующие нормы не делают различия между ними. Смятию поперек волокон древесина сопротивляется слабо. Смятие под углом занимает промежуточное положение.

Для клееной древесины можно изменить прочностные и деформационные характеристики вдоль волокон. Это достигается вырезкой сучков, рассредоточением неоднородности, калибровкой досок. Однако поперек волокон прочность остается как для цельной древесины.

Для смятия поперек волокон характерны значительные деформациями
сминаемого элемента из-за трубчатой структуры древесины. После сплющивания и разрушения стенок клеток
происходит уплотнение древесины, уменьшение деформаций и рост сопротивления сминаемого образца (рис. 4).

В отличие от рассмотренных выше видов напряженного состояния о работе древесины на смятие поперек волокон судят главным образом по значениям допустимых при эксплуатации (с учетом фактора времени) деформаций. За нормируемый предел здесь обычно принимается напряжение при некотором условном пределе пропорциональности σ_пр (см. рис. 4). Он имеет наименьшее значение при смятии по всей поверхности, среднее значение при смятии на части длины и максимальное при смятии на части длины и ширины (рис. 5), если прочие условия испытания одинаковы.

Рис. 4 Диаграмма деформирования древесины при смятии поперек волокон

Рис. 5 Случаи работы древесины на смятие поперек волокон

а – по всей поверхности; б – на части длины; в - на части длины и ширины

В первом случае древесина работает только на равномерное сжатие под штампом. В двух других случаях волокна древесины сминаемого элемента работают также на растяжение и изгиб на соседних незагруженных участках возле площадки смятия (рис. 6). Штамп не может продвинуться, пока волокна на ближайшем к нему участке не изогнутся и не растянутся, а при больших деформациях даже разорвутся в верхней части. Поддерживающий эффект из-за анизотропии древесины в направлении поперек волокон незначителен по сравнению с продольным, вдоль которого прочность древесины на растяжение и изгиб многократно выше.

Рис. 6 Напряженное состояние при смятии на части длины элемента

Таким образом, сопротивление смятию складывается из двух составляющих:

1 – непосредственного сопротивления сжатию под штампом, пропорционального площади штампа b×с на рис.6;

2 – изгиба и растяжения вдоль волокон, которые пропорциональны ширине штампа b, а не его площади или ширине сминаемого бруса.

Зависимость прочности на местное смятие поперек волокон от длины нагруженной площадки (l_см в обозначении СП 64.13330.2017) выражается следующей эмпирической формулой

в которой l_см – длина, нагруженной местными напряжениями смятия площадки поверхности в мм.

При смятии под углом α к направлению волокон значение предела прочности возрастает с уменьшением угла, и опытные точки хорошо укладываются на эмпирическую кривую следующего вида (рис. 7).

Рис. 7 Зависимость прочности древесины от угла α между направлением

волокон и линией действия сминающей силы