QUESTION #44

Która z wytrzymałości drewna jest najmniej wrażliwa na kierunek włókien

1. Wprowadzenie – drewno jako materiał anizotropowy

Drewno jest materiałem anizotropowym, co oznacza, że jego właściwości mechaniczne zależą od kierunku działania siły względem układu włókien drzewnych. Struktura drewna ma charakter włóknisty – komórki drewna są wydłużone i ułożone równolegle do osi pnia drzewa.

W związku z tym właściwości wytrzymałościowe drewna różnią się w trzech podstawowych kierunkach:

  • wzdłuż włókien (kierunek podłużny),

  • w kierunku promieniowym,

  • w kierunku stycznym.

Największą wytrzymałość drewno osiąga wzdłuż włókien, natomiast najmniejszą w kierunku prostopadłym do włókien.

2. Rodzaje wytrzymałości drewna

W konstrukcjach drewnianych analizuje się kilka podstawowych rodzajów wytrzymałości materiału:

  • wytrzymałość na rozciąganie wzdłuż włókien,

  • wytrzymałość na ściskanie wzdłuż włókien,

  • wytrzymałość na zginanie,

  • wytrzymałość na rozciąganie w poprzek włókien,

  • wytrzymałość na ściskanie w poprzek włókien,

  • wytrzymałość na ścinanie.

Wartości tych parametrów są podawane w normie:📘 PN-EN 338

3. Wrażliwość wytrzymałości drewna na kierunek włókien

Najbardziej wrażliwe na kierunek włókien są:

rozciąganie

Wytrzymałość drewna na rozciąganie wzdłuż włókien jest bardzo wysoka, natomiast w poprzek włókien jest kilkanaście razy mniejsza. Wynika to z faktu, że włókna drewna działają podobnie jak włókna w kompozytach – są bardzo odporne na rozciąganie wzdłuż swojej osi, lecz słabe w kierunku poprzecznym.

ściskanie

Podobnie wygląda sytuacja przy ściskaniu. Wytrzymałość wzdłuż włókien jest wielokrotnie większa niż w poprzek włókien.

4. Wytrzymałość najmniej wrażliwa na kierunek włókien

Najmniej wrażliwa na kierunek włókien jest wytrzymałość na ścinanie.

Ścinanie polega na przesuwaniu się warstw materiału względem siebie, a mechanizm ten nie jest tak silnie zależny od orientacji włókien jak rozciąganie czy ściskanie.

Różnice między wartościami wytrzymałości na ścinanie w różnych kierunkach są stosunkowo niewielkie w porównaniu z innymi rodzajami wytrzymałości.

Typowe wartości wytrzymałości na ścinanie dla drewna konstrukcyjnego wynoszą około:3–6 MPa

5. Znaczenie kierunku włókien w konstrukcjach drewnianych

W projektowaniu konstrukcji drewnianych kierunek włókien ma bardzo duże znaczenie.

Elementy konstrukcyjne projektuje się tak, aby:

  • główne siły działały wzdłuż włókien,

  • ograniczyć obciążenia w poprzek włókien.

Dotyczy to zwłaszcza elementów takich jak:

  • belki drewniane,

  • słupy,

  • elementy kratownic dachowych.

6. Wpływ kierunku włókien na nośność elementów

Jeżeli obciążenie działa prostopadle do włókien, mogą wystąpić niekorzystne zjawiska, takie jak:

  • zgniecenie włókien,

  • rozszczepienie elementu,

  • utrata nośności połączenia.

Dlatego w konstrukcjach drewnianych stosuje się rozwiązania ograniczające obciążenia poprzeczne, np.:

  • odpowiednie rozmieszczenie łączników,

  • stosowanie podkładek stalowych,

  • zwiększenie powierzchni docisku.

7. Wpływ anizotropii na projektowanie według Eurokodu 5

 

Norma ta wprowadza różne parametry wytrzymałościowe w zależności od kierunku działania sił względem włókien drewna.

Przykładowe oznaczenia:

  • ft,0,k – wytrzymałość na rozciąganie wzdłuż włókien,

  • fc,0,k – wytrzymałość na ściskanie wzdłuż włókien,

  • fv,k – wytrzymałość na ścinanie.

8. Praktyczne znaczenie dla konstrukcji drewnianych

Właściwości anizotropowe drewna powodują, że projektowanie konstrukcji drewnianych wymaga szczególnej uwagi przy:

  • projektowaniu połączeń,

  • analizie stref podporowych,

  • sprawdzaniu zgniecenia drewna w miejscach styku elementów.

Z tego powodu w wielu przypadkach konieczne jest stosowanie dodatkowych elementów wzmacniających, takich jak:

  • blachy stalowe,

  • łączniki mechaniczne,

  • podkładki zwiększające powierzchnię docisku.

Zostaw komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Przewijanie do góry