Berekende houtweerstand. hout eigenschappen

2024 Auteur: Angel Austin | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-18 04:23

Bij het ontwerpen, ontwikkelen of vervaardigen van houten constructies is het belangrijk om de sterkte-eigenschappen van het materiaal te kennen - de ontwerpweerstand van hout, gemeten als één kilogram per vierkante centimeter. Om de indicatoren te bestuderen, worden monsters van standaardafmetingen gebruikt, gezaagd uit planken of hout van de vereiste kwaliteit, zonder externe defecten, knopen en andere defecten. Vervolgens wordt het monster getest op weerstand tegen samendrukken, buigen, strekken.

Houtsoorten

Hout is een veelzijdig materiaal dat gemakkelijk kan worden verwerkt en wordt gebruikt in verschillende productiegebieden: constructie, meubels, gebruiksvoorwerpen en andere huishoudelijke artikelen. Het toepassingsgebied is afhankelijk van de houtsoort met verschillende fysische, chemische en mechanische eigenschappen. In de bouw zijn vooral coniferen zoals sparren, ceders, dennen, lariksen en sparren populair. In mindere mate loofbomen - berk, populier, esp, eik, hazelaar, linde, els, beuk.

Naaldsoorten worden gebruikt in de vorm van rondhout, hout, planken voor de vervaardiging van ondersteunende palen, spanten, palen, bruggen, huizen, bogen, industriële faciliteiten en andere bouwconstructies. Hardhoutmaterialen zijn goed voor slechts een kwart van het totale verbruik. Dit komt door de slechtere fysieke en mechanische eigenschappen van hardhout, dus ze proberen te worden gebruikt voor de vervaardiging van constructies met lage dragende belastingen. Meestal gaan ze naar concept- en tijdelijke objectknooppunten.

Het gebruik van hout in de bouw wordt gereguleerd door de regels in overeenstemming met de fysieke en mechanische eigenschappen van hout. Deze eigenschappen zijn afhankelijk van de vochtigheid en de aanwezigheid van gebreken. Voor dragende elementen mag de luchtvochtigheid niet hoger zijn dan 25%, voor andere producten zijn dergelijke vereisten niet, maar er zijn normen voor specifieke houtdefecten.

Chemische samenstelling

In 99% van de massa van hout zijn organische stoffen. De samenstelling van elementaire deeltjes is voor alle gesteenten hetzelfde: stikstof, zuurstof, koolstof en waterstof. Ze vormen lange ketens van complexere moleculen. Hout bestaat uit:

• Cellulose is een natuurlijk polymeer met een hoge mate van polymerisatie van ketenmoleculen. Zeer stabiele stof, lost niet op in water, alcohol of ether.
• Lignine is een aromatisch polymeer met een complexe moleculaire structuur. Bevat een grote hoeveelheid koolstof. Dankzij hem verschijnt verhouting van boomstammen.
• Hemicellulose is een analoog van gewone cellulose, maar met een lagere polymerisatiegraad van ketenmoleculen.
• Extractiefstoffen - harsen, gommen, vetten en pectines.

Het hoge geh alte aan harsen in naaldbomen bewaart het materiaal en zorgt ervoor dat het zijn oorspronkelijke eigenschappen lang behoudt, waardoor het bestand is tegen invloeden van buitenaf. Laagwaardige houtproducten met een groot aantal gebreken worden voornamelijk gebruikt in de houtchemische industrie als grondstof voor de vervaardiging van papier, verlijmd hout of de extractie van chemische elementen zoals tannines die worden gebruikt bij de vervaardiging van leer.

Uiterlijk

Hout heeft de volgende uiterlijke eigenschappen:

• Kleur. Visuele waarneming van de gereflecteerde spectrale samenstelling van licht. Belangrijk bij het kiezen van zaagstammen als afwerkingsmateriaal.
• De kleur hangt af van de leeftijd en het type boom, evenals de klimatologische omstandigheden waarin hij groeide.
• Glans. Het vermogen om licht te reflecteren. Het hoogste percentage wordt genoteerd in eiken, essen, acacia.
• Textuur. Het patroon gevormd door de jaarringen van de stam.
• Microstructuur. Bepaald door ringbreedte en laathoutgeh alte.

Indicatoren worden gebruikt bij de externe beoordeling van de kwaliteit van de houtkap. Visuele inspectie onthult gebreken en de geschiktheid van materialen voor later gebruik.

Houtdefecten

Ondanks de duidelijke voordelen ten opzichte van gesynthetiseerde materialen, heeft hout, net als elke natuurlijke grondstof, zijn nadelen. De aanwezigheid, mate en gebied van de laesie wordt gereguleerdnormatieve documenten. De belangrijkste houtgebreken zijn:

• nederlaag, rot, schimmel en ongedierte;
• schuine;
• harszakken;
• knopen;
• scheuren.

Knoestheid vermindert de sterkte van hout, van bijzonder belang is hun aantal, grootte en locatie. Knopen zijn onderverdeeld in soorten:

• Gezond. Groei stevig samen met het lichaam van de boom en zit stevig in de zakken, heb geen rot.
• Vervolgkeuzelijst. Schil en val eraf na het zagen van het materiaal.
• Geil. Donker van kleur en dichter van structuur ten opzichte van aangrenzend hout;
• Verduisterd. Knopen met het beginstadium van verval.
• Los - verrot.

Volgens de locatie zijn knopen onderverdeeld in:

• gestikt;
• geklauwd;
• overwoekerd;
• stiefzonen.

Slant vermindert ook de buigsterkte van het hout en wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van scheuren en spiraallagen in het rondhout, in het gezaagde materiaal zijn ze schuin op de ribben gericht. Producten met een dergelijk defect zijn van lage kwaliteit en worden uitsluitend gebruikt als tijdelijke versterkingen.

De oorzaken van scheuren zijn afhankelijk van externe omstandigheden en houtsoorten. Ze worden gevormd als gevolg van ongelijkmatige droging, vorst, mechanische belasting en vele andere factoren. Ze verschijnen zowel op levende bomen als op gekapte bomen. Afhankelijk van de ligging op de stam en vorm worden scheuren genoemd:

• ijzig;
• sernitsa;
• metica;
• krimp.

Barsten verminderen niet alleen de kwaliteit van hout, maar dragen ook bij aan het snelle verval en de vernietiging van vezels.

Rot wordt gevormd als gevolg van infectie met rottende en andere soorten schimmels die verschijnen op groeiende en gekapte bomen. Schimmels die op levende stammen leven zijn parasitair, die de jaarringen infecteren en laten afbladderen. Andere soorten vestigen zich al op afgewerkte structuren en veroorzaken bederf, delaminatie en barsten.

De reden voor het verschijnen van schadelijke organismen is een gunstige omgeving voor hun voortplanting: vochtigheid boven 50% en hitte. Op goed gedroogd hout ontwikkelen zich geen micro-organismen. Een speciale categorie ongedierte moet insecten omvatten die zich liever nestelen in houten constructies, daarin bewegingen maken, waardoor de vezels worden beschadigd en hun sterkte vermindert.

Houtvocht

Een van de belangrijke indicatoren voor de normatieve en ontwerpweerstand van hout. Het beïnvloedt het percentage water in de vezels van de romp. Vocht - percentage van de massa vocht tot droog materiaal. De berekeningsformule ziet er als volgt uit: W=(m–m₀)/m₀ 100, waarbij m de initiële massa van het werkstuk is, m 0 _{- gewicht van absoluut droog monster. Vocht wordt op twee manieren bepaald: door te drogen en met speciale elektronische vochtmeters.}

Hout wordt onderverdeeld in verschillende soorten op basis van het vochtgeh alte:

• Nat. Metvochtgeh alte van meer dan 100%, wat overeenkomt met een lang verblijf in het water.
• Vers gesneden. Met een geh alte van 50 tot 100%.
• Lucht drogen. Met vezelwatergeh alte variërend van 15 tot 20%.
• Kamerdroog. Met een vochtgeh alte van 8 tot 12%.
• Volledig droog. Met 0% watergeh alte, verkregen door drogen bij 102°.

Water zit in gebonden en vrije vorm in de boom. Vrij vocht zit in de cellen en de intercellulaire ruimte, gebonden - in de vorm van chemische bindingen.

Invloed van vocht op houteigenschappen

Er zijn verschillende soorten eigenschappen afhankelijk van het vochtgeh alte in de houtstructuur:

• Krimp is een afname van het volume van houtpulpvezels wanneer gebonden water eruit wordt verwijderd. Hoe meer vezels, hoe meer vocht van het gebonden type. Het verwijderen van vocht geeft niet zo'n effect.
• Kromtrekken - een verandering in de vorm van hout tijdens het drogen. Treedt op wanneer stammen niet goed zijn gedroogd of gezaagd.
• Vochtopname - de hygroscopiciteit van hout of het vermogen om vocht uit de omgeving te absorberen.
• Zwelling - een toename van het volume van houtvezels wanneer het materiaal zich in een vochtige omgeving bevindt.
• Wateropname - het vermogen van hout om zijn eigen vocht te verhogen door druipende vloeistof te absorberen.
• Dichtheid - gemeten als massa per volume-eenheid. Naarmate de luchtvochtigheid toeneemt, neemt de dichtheid toe en vice versa.
• Permeabiliteit - het vermogen om water onder hoge druk door zichzelf te laten gaan.

Na het drogenhout verliest zijn natuurlijke elasticiteit en wordt stijver.

Hardheid

De hardheidscoëfficiënt wordt bepaald met behulp van de Brinell-methode of de Yankee-test. Hun fundamentele verschil ligt in de meettechniek. Volgens Brinell wordt een gehard stalen kogel op een vlakke houten ondergrond geplaatst en wordt er 100 kilogram kracht op uitgeoefend, waarna de diepte van het resulterende gat wordt gemeten.

De Yankee-test gebruikt een bal van 0,4 inch en meet hoeveel kracht, in ponden, nodig is om de bal met de halve diameter in de boom te duwen. Dienovereenkomstig, hoe hoger het resultaat, hoe harder de boom en hoe groter de coëfficiënt. Binnen dezelfde variëteit verschillen de indicatoren echter, afhankelijk van de snijmethode, vochtigheid en andere factoren.

Hieronder staat een tabel met Brinell- en Yankee-houthardheid voor de meest voorkomende soorten.

Naam	Brinell-hardheid, kg/mm2	Yankee-hardheid, ponden
Acacia	7, 1
berken	3	1260
Karelische berk	3, 5	1800
Elm	3	1350
Peer	4, 2
Eiken	3, 7-3, 9	1360
Vuren		660
Linden		400
Lariks	2, 5	1200
Elzen	3	590
Europese walnoot	5
Spaanse walnoot	3, 5
Aspen		420
Fir		350-500
Rowan		830
Dennen	2, 5	380-1240
Kers	3, 5
Appelboom		1730
As	4-4, 1	1320

Uit de tabel met houthardheid blijkt dat:

• aspen, sparren, dennen - zeer zachte bomen;
• berken, linden, els en lariks zijn zachte houtsoorten;
• iep en walnoot zijn middelhard;
• eiken, appel, kersenas, peer en hebben een coëfficiënt van normale hardheid;
• beuk, sprinkhaan en taxus zijn zeer harde variëteiten.

Hardhout is duurzaamaan mechanische belasting en wordt gebruikt voor kritieke onderdelen van houten constructies.

Dichtheid

Dichtheid is direct gerelateerd aan het vochtgeh alte van de vezels. Om homogene meetindicatoren te verkrijgen, wordt het daarom gedroogd tot een niveau van 12%. Een toename van de dichtheid van hout leidt tot een toename van de massa en sterkte. Afhankelijk van de vochtigheid wordt hout in verschillende groepen verdeeld:

• De stenen met de laagste dichtheid (tot 510 kg/m³). Deze omvatten dennen, dennen, sparren, populieren, ceders, wilgen en walnoten.
• Rood met gemiddelde dichtheid (in het bereik van 540-750 kg/m³). Deze omvatten lariks, taxus, iep, berk, beuk, peer, eik, es, lijsterbes, appel.
• Gesteenten met een hoge dichtheid (meer dan 750 kg/m³). Deze categorie omvat berken en voorraad.

Hieronder staat een dichtheidstabel voor verschillende boomsoorten.

Rasnaam	Gesteentedichtheid, kg/m3
Acacia	830
berken	540-700
Karelische berk	640-800
Beuken	650-700
Kers	490-670
Elm	670-710
Peer	690-800
Eiken	600-930
Vuren	400-500
Wilg	460
Cedar	580-770
Europese esdoorn	530-650
Canadese esdoorn	530-720
veldesdoorn	670
Lariks	950-1020
Elzen	380-640
Walnoot	500-650
Aspen	360-560
Fir	350-450
Rowan	700-810
Lila	800
Pruim	800
Dennen	400-500
Populier	400-500
Thuya	340-390
Vogelkers	580-740
Kers	630
Appelboom	690-720

Naaldsoorten hebben de laagste dichtheid, terwijl bladverliezende soorten de hoogste dichtheid hebben.

Stabiliteit

De berekende weerstand van hout omvat zoiets als stabiliteit tegenblootstelling aan vocht. De graad wordt gemeten op een vijfpuntsschaal als de luchtvochtigheid verandert:

1. Instabiliteit. Aanzienlijke vervorming treedt op, zelfs bij een kleine verandering in vochtigheid.
2. Gemiddelde stabiliteit. Een merkbare mate van vervorming treedt op bij een kleine verandering in vochtigheid.
3. Relatieve stabiliteit. Een lichte mate van vervorming verschijnt met een kleine verandering in vochtigheid.
4. Stabiliteit. Geen zichtbare vervorming met lichte verandering in vochtigheid.
5. Absolute stabiliteit. Er is absoluut geen vervorming, zelfs niet bij een grote verandering in vochtigheid.

Hieronder staat een stabiliteitskaart van veelvoorkomende houtsoorten.

Rasnaam	Stabiliteitsgraad
Acacia	2
berken	3
Karelische berk	3
Beuken	1
Kers	4
Elm	2
Peer	2
Eiken	4
Vuren	2
Cedar	4
Europese esdoorn	2
Canadese esdoorn	2
Veldesdoorn	1
Lariks	2-3
Elzen	1
Amerikaanse walnoot	4
Brazil Nut	2
Walnoot	4
Europese walnoot	4
Spaanse walnoot	3
Aspen	1
Fir	2
Populier	1
Vogelkers	1
Kers	2
Appelboom	2

De cijfers zijn berekend voor hout met een vochtgeh alte van 12%.

Mechanische kenmerken

De kwaliteit van hout wordt bepaald door de volgende indicatoren:

• Slijtvastheid - het vermogen van hout om slijtage tijdens wrijving te weerstaan. Met een toename van de hardheid van het materiaal, neemt de slijtage af met een ongelijkmatige verdeling over het oppervlak van het monster. Ook het vochtgeh alte van het hout is van invloed op de slijtvastheid. Hoe lager het is, hoe hoger de weerstand.
• Vervormbaarheid - het vermogen om de vorm te herstellen na het verdwijnen van de werkende krachten. Wanneer hout wordt samengeperst,vervorming van het werkstuk, die met de belasting verdwijnt. De belangrijkste indicator van vervormbaarheid is elasticiteit, die toeneemt met het vochtgeh alte van hout. Bij geleidelijke droging gaat de elasticiteit verloren, wat leidt tot een afname van de weerstand tegen vervorming.
• Flexibiliteit - het natuurlijke vermogen van hout om onder belasting te buigen. Bladverliezende soorten presteren goed, coniferen in mindere mate. Deze capaciteiten zijn belangrijk bij de vervaardiging van gebogen producten, die eerst worden bevochtigd en vervolgens worden gebogen en gedroogd.
• Slagvastheid - het vermogen om slagkracht te absorberen zonder hout te versnipperen. Het testen wordt uitgevoerd met een stalen kogel, die vanaf een hoogte op het werkstuk v alt. Bladverliezende rassen laten betere resultaten zien dan coniferen.

Constante belastingen verslechteren geleidelijk de eigenschappen van hout en leiden tot vermoeidheid van het materiaal. Zelfs de meest duurzame boom is niet bestand tegen invloeden van buitenaf.

Regelgevende specificaties

Indicatoren van normatieve weerstand zijn nodig voor de vervaardiging van verschillende soorten constructies. Hout wordt geschikt geacht als de indicatoren niet lager zijn dan de berekende waarden. Bij tests worden alleen standaardmonsters met een vochtgeh alte van maximaal 15% gebruikt. Voor hout met een andere vochtwaarde wordt een speciale formule voor ontwerpweerstand gebruikt, daarna worden de indicatoren omgerekend naar standaardwaarden.

Bij het ontwerpen van houtconstructies is het belangrijk om de werkelijke sterktewaarden van het bronmateriaal te kennen. In werkelijkheid zijn ze minder dan de normatieve die zijn verkregen op testmonsters. Referentie dataverkregen door het laden en vervormen van monsters van standaardafmetingen.

Ontwerpkenmerken

De ontwerpweerstand van hout zijn de spanningen in verschillende vlakken van houten monsters die door bepaalde belastingen worden gecreëerd en die een boom elke tijd kan weerstaan totdat hij volledig is vernietigd. Deze cijfers verschillen voor rek, compressie, buigen, afschuiven en pletten.

Werkelijke cijfers worden verkregen door de normatieve gegevens te vermenigvuldigen met de coëfficiënten van de arbeidsomstandigheden.

Naam	Ontwerp houtweerstandscoëfficiënt
	Stress langs vezels	Spanning over de vezels	Chippen
Lariks	1, 2	1, 2	1
Siberische ceder	0, 9	0, 9	0, 9
Dennen	0, 65	0, 65	0, 65
Fir	0, 8	0, 8	0, 8
Eiken	1, 3	2	1, 3
Maple, Ash	1, 3	2	1, 6
Acacia	1, 5	2, 2	1, 8
Beuken, berken	1, 1	1, 6	1, 3
Elm	1	1, 6	1
Populier, els, esp, linde	0, 8	1	0, 8

Arbeidsomstandigheden worden beïnvloed door een hele lijst van factoren. De bovenstaande coëfficiënten houden rekening met dergelijke factoren. Elke blootstelling aan vocht op constructies resulteert in een vermindering van de uiteindelijke prestatie.

Conclusie

Bij het ontwerpen van houten constructies is het belangrijk om de berekende indicatoren te kennen van de materialen die in de bouw worden gebruikt. Individuele knooppunten zullen permanente of tijdelijke belastingen ervaren die kunnen leiden tot hun volledige vernietiging. De gegevens gespecificeerd in GOST en SNiP zijn verkregen door standaardmonsters te testen. De werkelijke waarden zullen echter sterk verschillen van de normatieve. Daarom worden de formules van de normen gebruikt voor berekeningen.