Нормирование расчетных сопротивлений древесины и фанеры3.1. Основными нормируемыми характеристиками прочности конструкционных строительных материалов является нормативное и расчетное сопротивление, которое определяется на основании данных стандартных испытаний с учетом статистической изменчивости показателей прочности и разной степени обеспеченности (доверительной вероятности) по минимуму. Для нормативного сопротивления R нпредписывается обеспеченность не ниже 0, 95, для расчетного сопротивления R пока не нормирована и колеблется в пределах 0, 99 - 0, 999. 3.2. В СНиП II-25-80 нормативные и расчетные сопротивления древесины и фанеры приняты с обеспеченностью по минимуму соответственно 0, 95 и 0, 99 при нормальном распределении. 3.3. Особенности структурно-механических свойств древесины и отличие действительных условий и характера ее работы от условий при стандартных испытаниях учитываются введением коэффициентов условий работы по материалу. Для базовых расчетных сопротивлений, отвечающих нормальным температурно-влажностным условиям эксплуатации (при температуре T ≤ 35 °С и относительной влажности воздуха φ ≤ 75 %), необходимо вводить коэффициент условий работы m дл, учитывающий влияние длительности нагружения с переходом от прочности древесины при кратковременных стандартных испытаниях к ее прочности в условиях длительно действующих постоянных и временных нагрузок за весь срок службы конструкций. Прочности R пр при стандартных кратковременных испытаниях соответствует значение коэффициента m дл = 1, при более короткой длительности нагружения m дл> 1, а при более продолжительном действии нагрузки m дл< 1. 3.4. Приведение нагрузки, действующей во времени по любому закону, к нагрузке постоянной во времени продолжительностью τ пр позволяет при определении коэффициента m дл для древесины использовать зависимость m дл = 1, 03(1 - lgτ пр/18, 5). Приведенное время действия расчетной нагрузки для наиболее типичных режимов нагружения и соответствующие им значения коэффициентов m дл приведены в табл. 8. Таблица 8
Значение коэффициента, учитывающего влияние длительности нагружения, m дл= 0, 66 принято за базисное, и по отношению к нему нормируются расчетные сопротивления для других режимов и сочетаний нагружения путем введения соответствующих переходных коэффициентов условий работы m н = m дл/0, 66 к основным расчетным сопротивлениям древесины и фанеры. Расчетное время действия нагрузки τ пр находится путем приведения таковой за весь принятый срок службы конструкций к ее максимуму в режиме постоянной нагрузки. Расчетное сопротивление R = (R н/γ m) m дл, (1) где γ m - коэффициент надежности по материалу, учитывающий отклонение в сторону меньших значений прочности материала с более высокой обеспеченностью по отношению к нормативному сопротивлению. С учетом (1) получаем R н/γ m = R / m дл= , (2) где - кратковременное расчетное сопротивление. Из условий R н = R вр(1 - η н v), (3) = R вр(1 - η v) (4) с учетом (2) находим γ m ≥ (1 - η н v)/(1 - η v), (5) где R вр - среднее значение временного сопротивления при стандартных испытаниях материала; η н и η - множители, зависящие от принятого уровня обеспеченности (доверительной вероятности) и вида функции плотности распределения соответственно для нормативного и расчетного сопротивлений; v - коэффициент вариации. Для нормального распределения и обеспеченности по минимуму P = 0, 95 η н = 1, 65 и при P = 0, 99 η = 2, 33. Коэффициент вариации прочности древесины v зависит от вида напряженного состояния и сорта материала; его величина колеблется в пределах 0, 15 - 0, 25. 3.5. Коэффициент надежности по материалу находится в прямой зависимости от принятых уровней обеспеченности для R н и R и от изменчивости показателей прочности материала. Степень ответственности здания и сооружения в целом и в отдельных частях должна учитываться введением в формулу (1) коэффициента надежности по назначению γ n. Согласно постановлению Госстроя СССР от 19 марта 1981 г. № 41 «Правила учета степени ответственности зданий и сооружений при проектировании конструкций», предписывается учитывать степень ответственности зданий и сооружений с помощью коэффициента надежности по назначению γ n на основании СТ СЭВ 384-76. «Строительные конструкции и основания. Основные положения по расчету». Значения коэффициента надежности по назначению принимаются в зависимости от класса ответственности зданий и сооружений. Правилами предусматриваются три класса ответственности I, II и III; им соответствуют значения γ n, равные 1; 0, 95 и 0, 9, а для временных зданий и сооружений со сроком службы до 5 лет допускается принимать γ n = 0, 8. С учетом этого коэффициента выражение (1) принимает вид R' = R н m дл/(γ m γ n). (6) Расчетные сопротивления древесины и фанеры в табл. 3 и 10 СНиП II-25-80 для зданий и сооружений I, II и III классов ответственности необходимо делить соответственно на 1; 0, 95 и 0, 9. 3.6. Нормирование расчетных сопротивлений базируется на данных стандартных испытаний крупных образцов из пиломатериалов и круглого леса. Применявшийся ранее на основании результатов стандартных испытаний малых чистых образцов древесины и введения коэффициентов перехода от чистой к натуральной древесине с учетом сортности и размеров сечения лесоматериалов путь нормирования расчетных характеристик следует использовать при отсутствии оборудования для испытания крупных образцов. В этом случае для перехода от нормативного сопротивления чистой древесины R нчк R ниспользуется условие R н= R нч K п K р, (7) где R нч = R вр.ч(1 - η н v ч); (8) R вр.ч - среднее значение временного сопротивления малых чистых образцов при стандартных испытаниях; v ч - коэффициент вариации прочности чистой древесины; K п - переходный коэффициент, учитывающий влияние пороков на прочность древесины; K р - переходный коэффициент, учитывающий влияние размеров рабочего сечения на прочность древесины. Тогда γ m ≥ (1 - η н v ч)/(1 - η v ч). (9) 3.7. Влияние на прочность материала условий эксплуатации и особенностей работы, отличающихся от принятых для базовых расчетных сопротивлений, учитывается умножением последних на соответствующие коэффициенты условий работы по материалу, указанные в главе СНиП II-25-80. К ним относятся: коэффициенты m ви m т, отражающие влияние температурно-влажностных условий эксплуатации; коэффициенты m д и m н, отражающие влияние характера и режима нагружения; коэффициенты m б и m сл, отражающие влияние размеров сечения и его составных частей; коэффициенты m гн и m 0, отражающие влияние начальных напряжений, концентрации напряжений; коэффициент ma, учитывающий снижение прочности древесины при пропитке некоторыми защитными составами. Совместное действие нескольких независимых условий работы оценивается перемножением соответствующих им коэффициентов. Для базовых расчетных сопротивлений m в = m т = 1. 3.8. Величины расчетных сопротивлений цельной древесины и однослойной клееной древесины из пиломатериалов определяются на основании данных испытаний в соответствии с указаниями СНиП II-25-80, прил. 2. 3.9. При нормировании расчетных сопротивлений многослойной клееной древесины из пиломатериалов надо иметь в виду ряд факторов, присущих композиции древесина - клей. Слоистая структура данной композиции способствует рассредоточению пороков, а, следовательно, повышению прочности вдоль волокон клееной древесины по сравнению с цельной при одинаковом качестве исходного материала. Однако из-за различия ориентации годичных колец, влажности соседних слоев и вследствие колебаний температурно-влажностного режима окружающего воздуха при эксплуатации происходят процессы перераспределения и выравнивания или циклических колебаний равновесной влажности. Они вызывают стесненные деформации усушки и разбухания и приводят к образованию собственных внутренних нормальных и касательных напряжений поперек волокон. Эти напряжения достигают наибольших значений в зоне, прилегающей к клееной прослойке, и усугубляются локальной концентрацией собственных и действующих от внешней нагрузки напряжений в местах с резко выраженной неоднородностью структуры композиции древесина - клей, из-за сучков, непроклея и других дефектов, добавочными напряжениями от усадки клеевой прослойки. Влияние отмеченных факторов на прочность клееной древесины для разных видов ее напряженного состояния неодинаково. Наибольшую опасность они представляют для растяжения поперек волокон и для сложного напряженного состояния сдвига вдоль и поперек волокон с растяжением поперек волокон, угрожая расслоению такого рода композиции. Отмеченные как положительные, так и отрицательные стороны механических свойств клееной многослойной древесины требуют учета при нормировании расчетных сопротивлений. Для изгиба, растяжения и сжатия вдоль волокон определяющее значение имеют положительные факторы, повышающие прочность материала, а для растяжения поперек волокон и для скалывания при изгибе - отрицательные факторы, снижающие прочность материала. Величины расчетных сопротивлений многослойной клееной древесины устанавливаются на основании данных испытаний: на изгиб, сжатие, скалывание вдоль волокон клееных образцов из слоев толщиной 33 мм с общей высотой сечения 500 мм и для модельных образцов 165 мм при ширине сечения 140 мм; на растяжение вдоль волокон клееных образцов из двух слоев толщиной по 19 и по 33 мм. В дополнение к табл. 8СНиП II-25-80 для слоев толщиной 16 и 12 мм коэффициент m сл следует принимать соответственно 1, 15 и 1, 2. Если прочность клеевых соединений на зубчатый шип в слоях ниже временного сопротивления изгибу и растяжению вдоль волокон пиломатериалов 1-го сорта, то расчетное сопротивление клееной древесины нормируется по прочности клеевого соединения на зубчатый шип. 3.10. Условия (1), (3) и (5) по п. 3.4 для определения нормативного и расчетного сопротивлений справедливы при большом числе испытаний. В случае ограниченной выборки в эти условия необходимо вводить добавочный множитель к η н и η, учитывающий надежность суждения и число испытаний в выборке (см. СНиП II-25-80, прил. 2, примеч. к табл., п. 2). 3.11. В изгибаемых и сжато-изгибаемых элементах из многослойной клееной древесины при формировании слоев по высоте сечения используются пиломатериалы разного сорта или разных пород. В этом случае требуется, чтобы переход от зоны одного сорта к зоне другого удовлетворял условию σ 1/σ 2 ≥ R 1/ R 2 при R 1> R 2, где σ 1 - краевое напряжение; σ 2 - промежуточное напряжение на границе слоев разного сорта; R 1, R 2 - расчетные сопротивления древесины более высокого и более низкого сортов. Для изгибаемых, сжатых и сжато-изгибаемых элементов из склеенных по длине на зубчатый шип сосновых и еловых однослойных заготовок пиломатериалов, удовлетворяющих в отношении древесины требованиям разд. 2, расчетные сопротивления следует принимать по СНиП II-25-80, табл. 3, п. 1а соответственно по 2-му и 3-му сортам. Таблица 9
Таблица 10
Таблица 11
Однослойные клееные заготовки из пиломатериалов не ниже 2-го сорта допускается применять во второстепенных малонагруженных растянутых элементах с напряжениями, не превышающими 5 МПа. 3.12. Расчетные сопротивления водостойкой и бакелизированной листовой фанеры, древесных плит следует нормировать по данным испытаний стандартных образцов, используя условия (1), (6), (9) и принимая коэффициент m дл для фанеры такой же, как и для древесины. В таблицах 9 и 10 представлены необходимые данные по нормированию расчетных сопротивлений древесины сосны и ели, а также многослойной фанеры из березы и лиственницы, при этом принимается m дл = 0, 66. Расчетные сопротивления березовой фанеры ФСФ растяжению вдоль волокон наружных слоев, стыкованной «на ус» клеями ФР-12 и ФРФ-50, при изгибе в плоскости листа (например, в стенках балок и рам двутаврового и коробчатого сечений) умножаются на коэффициент условий работы m ф = 0, 8, а модуль упругости E ф повышается на 20 % по сравнению с его значением по табл. 11 СНиП II-25-80. 3.13. Расчетные сопротивления для фанерных труб следует принимать с учетом их диаметра и марки по табл. 11.
|