Puitkonstruktsioonide projekteerimisel, arendamisel või valmistamisel on oluline teada materjali tugevusomadusi - puidu projekteerimistakistust, mida mõõdetakse kilogrammi ruutsentimeetri kohta. Näitajate uurimiseks kasutatakse standardsete mõõtudega näidiseid, mis on saetud nõutava klassi laudadest või puidust, ilma väliste defektide, sõlmede ja muude defektideta. Järgmisena testitakse proovi vastupidavuse suhtes survele, paindumisele, venitamisele.
Puiduliigid
Puit on mitmekülgne materjal, mida on lihtne töödelda ja mida kasutatakse erinevates tootmisvaldkondades: ehituses, mööblis, riistades ja muudes majapidamistarvetes. Kasutusala sõltub erinevate füüsikaliste, keemiliste ja mehaaniliste omadustega puidu tüübist. Ehituses on eriti populaarsed sellised okaspuud nagu kuusk, seeder, mänd, lehis, nulg. Vähesel määral lehtpuid - kask, pappel, haab, tamm, sarapuu, pärn, lepp, pöök.
Okaspuid kasutatakse ümarpuidu, puidu, laudade kujul tugivaiade, sõrestike, postide, sildade, majade, kaarte, tööstusrajatiste ja muude ehituskonstruktsioonide valmistamiseks. Lehtpuitmaterjalid moodustavad vaid veerandi kogutarbimisest. Selle põhjuseks on lehtpuidu kehvemad füüsikalised ja mehaanilised omadused, mistõttu neid püütakse kasutada väikese kandevõimega konstruktsioonide valmistamisel. Tavaliselt lähevad need mustandi ja ajutiste objektide sõlmedesse.
Puidu kasutamine ehituses on reguleeritud reeglitega kooskõlas puidu füüsikaliste ja mehaaniliste omadustega. Need omadused sõltuvad niiskusest ja defektide olemasolust. Kandvate elementide puhul ei tohiks õhuniiskus ületada 25%, teiste toodete puhul selliseid nõudeid ei ole, küll aga on standardid konkreetsetele puidudefektidele.
Keemiline koostis
99% puidu massist on orgaanilised ained. Kõigi kivimite elementaarosakeste koostis on sama: lämmastik, hapnik, süsinik ja vesinik. Need moodustavad keerukamate molekulide pikki ahelaid. Puit koosneb:
- Tselluloos on looduslik polümeer, millel on ahela molekulide kõrge polümerisatsiooniaste. Väga stabiilne aine, ei lahustu vees, alkoholis ega eetris.
- Ligniin on keerulise molekulaarstruktuuriga aromaatne polümeer. Sisaldab suures koguses süsinikku. Tänu temale ilmneb puutüvede lignifitseerimine.
- Hemitselluloos on tavalise tselluloosi analoog, kuid ahela molekulide polümerisatsiooniaste on madalam.
- Ekstraktiivneained – vaigud, kummid, rasvad ja pektiinid.
Okaspuude kõrge vaigusisaldus säilitab materjali ja võimaldab säilitada selle algsed omadused pikka aega, aidates vastu seista välismõjudele. Madala kvaliteediga puittooteid, millel on palju defekte, kasutatakse peamiselt puidukeemiatööstuses toorainena paberi, liimpuidu tootmisel või naha valmistamisel kasutatavate keemiliste elementide, näiteks tanniinide, ekstraheerimisel.
Välimus
Puidul on järgmised välised omadused:
- Värv. Valguse peegeldunud spektraalkoostise visuaalne tajumine. Oluline saepalgi valimisel viimistlusmaterjaliks.
- Värvus oleneb puu vanusest ja tüübist, samuti kasvukoha kliimatingimustest.
- Sära. Võimalus valgust peegeldada. Kõrgeim määr on märgitud tamm, saar, akaatsia.
- Tekstuur. Tüve aastarõngastest moodustatud muster.
- Mikrostruktuur. Määratud rõnga laiuse ja hilispuidu sisalduse järgi.
Indikaatoreid kasutatakse raie kvaliteedi välishinnangus. Visuaalsel kontrollimisel ilmnevad defektid ja materjalide sobivus hilisemaks kasutamiseks.
Puidefektid
Hoolimata ilmsetest eelistest sünteesitud materjalide ees, on puidul, nagu igal looduslikul toorainel, omad puudused. Kahjustuse olemasolu, aste ja pindala on reguleeritudnormatiivdokumendid. Peamised puiduvead on järgmised:
- kaotus, mädanik, seen ja kahjurid;
- kaldus;
- vaigustaskud;
- sõlmed;
- praod.
Sõlm vähendab puidu tugevust, eriti oluline on nende arv, suurus ja asukoht. Sõlmed jagunevad tüüpideks:
- Tervislik. Kasvage tihed alt koos puu kehaga ja istuge kindl alt taskutes, ärge mädanege.
- Rippmenüü. Pärast materjali saagimist koorige ja kukkuge maha.
- Kiimas. Värvuselt tume ja naaberpuidu suhtes tihedama struktuuriga;
- Tumendunud. Sõlmed lagunemise algstaadiumiga.
- Lahtine – mäda.
Asukoha järgi jagunevad sõlmed:
- õmmeldud;
- küünised;
- kasvanud;
- kasupojad.
Slant vähendab ka puidu paindetugevust ning seda iseloomustab pragude ja spiraalsete kihtide esinemine ümarpuidus, saematerjalis on need suunatud ribide suhtes nurga all. Sellise defektiga tooted on madala kvaliteediga ja neid kasutatakse eranditult ajutiste kindlustustena.
Mõrade tekkepõhjused sõltuvad välistingimustest ja puiduliikidest. Need tekivad ebaühtlase kuivamise, külma, mehaanilise pinge ja paljude muude tegurite tagajärjel. Need esinevad nii elavatel kui ka raiutud puudel. Sõltuv alt asendist tüvel ja kujust nimetatakse pragusid:
- külmas;
- sernitsa;
- metics;
- kahanema.
Mõrad mitte ainult ei vähenda puidu kvaliteeti, vaid soodustavad ka kiudude kiiret lagunemist ja hävimist.
Mädanik tekib kasvavatel ja langetatud puudel esinevate putrefaktiivsete ja muud tüüpi seentega nakatumise tagajärjel. Elusatel tüvedel elavad seened on parasiitsed, mis nakatavad aastarõngaid ja põhjustavad nende mahakoorumist. Teised liigid settivad juba valmis konstruktsioonidele ja põhjustavad lagunemist, kihistumist, pragunemist.
Kahjulike organismide ilmumise põhjuseks on soodne keskkond nende paljunemiseks: õhuniiskus üle 50% ja kuumus. Hästi kuivatatud puidul mikroorganismid ei arene. Kahjurite erikategooriasse peaksid kuuluma putukad, kes eelistavad asuda puitkonstruktsioonides, tehes neis liigutusi, kahjustades seeläbi kiude ja vähendades nende tugevust.
Puidu niiskus
Üks olulisi puidu normatiiv- ja projekteerimiskindluse näitajaid. See mõjutab vee protsenti pagasiruumi kiududes. Niiskus – niiskuse massi protsent kuiva materjali suhtes. Arvutusvalem näeb välja selline: W=(m–m0)/m0 100, kus m on tooriku algmass, m 0 - absoluutse kuiva proovi kaal. Niiskust määratakse kahel viisil: kuivatamise ja spetsiaalsete elektrooniliste niiskusmõõturite abil.
Puit jaguneb niiskusesisalduse järgi mitmeks liigiks:
- Märg. Koosniiskusesisaldus üle 100%, mis vastab pikale vees viibimisele.
- Värskelt lõigatud. Sisuga 50–100%.
- Õhkkuiv. Kiudainesisaldusega veesisaldus on vahemikus 15–20%.
- Toakuiv. Niiskusesisaldusega 8–12%.
- Täiesti kuiv. 0% veesisaldusega, saadud kuivatamisel 102° juures.
Vesi on puus seotud ja vabas vormis. Vaba niiskus on rakkudes ja rakkudevahelises ruumis, seotuna - keemiliste sidemete kujul.
Niiskuse mõju puidu omadustele
Sõltuv alt puidu struktuuri niiskusesisaldusest on mitut tüüpi omadusi:
- Kokkutõmbumine on puidumassi kiudude mahu vähenemine, kui neist eemaldatakse seotud vesi. Mida rohkem kiude, seda rohkem on seotud tüüpi niiskust. Niiskuse eemaldamine sellist efekti ei anna.
- Koolutamine – puidu kuju muutumine kuivamise käigus. Esineb siis, kui palgid pole korralikult kuivatatud või saetud.
- Niiskuse neeldumine – puidu hügroskoopsus või võime imada keskkonnast niiskust.
- Turse - puidukiudude mahu suurenemine, kui materjal on niiskes keskkonnas.
- Veeimavus – puidu võime suurendada enda niiskust, imades tilkuvat vedelikku.
- Tihedus – mõõdetakse massina ruumalaühiku kohta. Niiskuse suurenedes suureneb tihedus ja vastupidi.
- Läbilaskvus – võime juhtida vett kõrge rõhu all endast läbi.
Pärast kuivamistpuit kaotab oma loomuliku elastsuse ja muutub jäigemaks.
Kõvadus
Kõvaduskoefitsient määratakse Brinelli meetodi või Yankee testi abil. Nende põhiline erinevus seisneb mõõtmistehnikas. Brinelli sõnul asetatakse karastatud teraskuul tasasele puitpinnale ja sellele rakendatakse 100 kilogrammi jõudu, misjärel mõõdetakse tekkinud augu sügavus.
Jankee testis kasutatakse 0,4-tollist kuuli ja mõõdetakse, kui palju jõudu naelades kulub poole läbimõõduga kuuli puusse lükkamiseks. Seega, mida kõrgem on tulemus, seda kõvem on puu ja seda suurem on koefitsient. Kuid sama sordi piires erinevad näitajad, mis sõltuvad lõikamisviisist, niiskusest ja muudest teguritest.
Allpool on tabel Brinelli ja Yankee puidu kõvaduse kohta kõige levinumate liikide kohta.
| Nimi | Brinelli kõvadus, kg/mm2 | Jänki kõvadus, naela |
| Akaatsia | 7, 1 | |
| Kask | 3 | 1260 |
| Karjala kask | 3, 5 | 1800 |
| Elm | 3 | 1350 |
| Pirn | 4, 2 | |
| tamm | 3, 7-3, 9 | 1360 |
| Kuusk | 660 | |
| Linden | 400 | |
| Larch | 2, 5 | 1200 |
| Lepp | 3 | 590 |
| Euroopa pähkel | 5 | |
| Hispaania pähkel | 3, 5 | |
| Aspen | 420 | |
| Fir | 350-500 | |
| Pihlakas | 830 | |
| Mänd | 2, 5 | 380-1240 |
| Kirss | 3, 5 | |
| Õunapuu | 1730 | |
| Tuhk | 4-4, 1 | 1320 |
Puidu kõvaduse tabelist on näha, et:
- haab, kuusk, mänd - väga pehmed puud;
- kask, pärn, lepp ja lehis on pehmed metsad;
- jalakas ja pähkel on keskmise kõvadusega;
- tamm, õun, kirsituhk, pirn ja neil on normaalse kõvaduse koefitsient;
- pöök, jaanileivapuu ja jugapuu on väga kõvad sordid.
lehtpuit on vastupidavmehaanilisele pingele ja seda kasutatakse puitkonstruktsioonide kriitiliste komponentide jaoks.
Tihedus
Tihedus on otseselt seotud kiudude niiskusesisaldusega. Seetõttu kuivatatakse see homogeensete mõõteindikaatorite saamiseks 12% tasemeni. Puidu tiheduse suurenemine toob kaasa selle massi ja tugevuse suurenemise. Niiskuse järgi jaguneb puit mitmeks rühmaks:
- Madalaima tihedusega kivimid (kuni 510 kg/m3). Nende hulka kuuluvad kuusk, mänd, kuusk, pappel, seeder, paju ja pähkel.
- Punased keskmise tihedusega (vahemikus 540-750 kg/m3). Nende hulka kuuluvad lehis, jugapuu, jalakas, kask, pöök, pirn, tamm, saar, pihlakas, õun.
- Suure tihedusega kivimid (üle 750 kg/m3). Sellesse kategooriasse kuuluvad kask ja kask.
Allpool on erinevate puuliikide tiheduse tabel.
| Tõu nimi | Kivimi tihedus, kg/m3 |
| Akaatsia | 830 |
| Kask | 540-700 |
| Karjala kask | 640-800 |
| Pöök | 650-700 |
| Kirss | 490-670 |
| Elm | 670-710 |
| Pirn | 690-800 |
| tamm | 600-930 |
| Kuusk | 400-500 |
| Paju | 460 |
| Seeder | 580-770 |
| Euroopa vaher | 530-650 |
| Kanada vaher | 530-720 |
| põldvaher | 670 |
| Larch | 950-1020 |
| Lepp | 380-640 |
| Pähkel | 500-650 |
| Aspen | 360-560 |
| Fir | 350-450 |
| Pihlakas | 700-810 |
| Lilac | 800 |
| Ploom | 800 |
| Mänd | 400-500 |
| Poppel | 400-500 |
| Thuya | 340-390 |
| Linnukirss | 580-740 |
| Kirss | 630 |
| Õunapuu | 690-720 |
Okaspuuliikidel on madalaim tihedus, samas kui lehtpuuliikidel on kõige suurem tihedus.
Stabiilsus
Puidu arvutuslik vastupidavus hõlmab sellist asja nagu stabiilsuskokkupuude niiskusega. Õhuniiskuse muutumisel kraadi mõõdetakse viiepallisel skaalal:
- Ebastabiilsus. Märkimisväärne deformatsioon ilmneb isegi õhuniiskuse vähesel muutumisel.
- Keskmine stabiilsus. Väikese niiskuse muutusega ilmneb märgatav deformatsiooniaste.
- Suhteline stabiilsus. Väikese niiskuse muutusega ilmneb väike deformatsioon.
- Stabiilsus. Nähtav deformatsioon ja niiskuse kerge muutus puudub.
- Absoluutne stabiilsus. Isegi suure niiskuse muutuse korral ei esine mingit deformatsiooni.
Allpool on tavaliste puiduliikide stabiilsustabel.
| Tõu nimi | Stabiilsuse aste |
| Akaatsia | 2 |
| Kask | 3 |
| Karjala kask | 3 |
| Pöök | 1 |
| Kirss | 4 |
| Elm | 2 |
| Pirn | 2 |
| tamm | 4 |
| Kuusk | 2 |
| Seeder | 4 |
| Euroopa vaher | 2 |
| Kanada vaher | 2 |
| Põldvaher | 1 |
| Larch | 2-3 |
| Lepp | 1 |
| Ameerika pähkel | 4 |
| Brasiilia pähkel | 2 |
| Pähkel | 4 |
| Euroopa pähkel | 4 |
| Hispaania pähkel | 3 |
| Aspen | 1 |
| Fir | 2 |
| Poppel | 1 |
| Linnukirss | 1 |
| Kirss | 2 |
| Õunapuu | 2 |
Arvud on arvutatud puidule niiskusesisaldusega 12%.
Mehaanilised omadused
Puidu kvaliteedi määravad järgmised näitajad:
- Kulumiskindlus – puidu võime hõõrdumise ajal kulumisele vastu pidada. Materjali kõvaduse suurenemisega väheneb selle kulumine proovi pinna ebaühtlase jaotumise korral. Puidu niiskusesisaldus mõjutab ka kulumiskindlust. Mida madalam see on, seda suurem on takistus.
- Deformeeritavus – võime taastada kuju pärast mõjuvate jõudude kadumist. Kui puit on kokku surutud,tooriku deformatsioon, mis kaob koos koormusega. Peamiseks deformeeritavuse näitajaks on elastsus, mis suureneb koos puidu niiskusesisaldusega. Järkjärgulise kuivamise korral kaob elastsus, mis viib deformatsioonikindluse vähenemiseni.
- Paindlikkus – puidu loomulik võime koormuse all painduda. Hea jõudlusega on heitlehised liigid, vähemal määral okaspuud. Need omadused on olulised painutatud toodete valmistamisel, mida esm alt niisutatakse, seejärel painutatakse ja kuivatatakse.
- Löögitugevus – võime neelata löögijõudu ilma puitu purustamata. Katsetamisel kasutatakse teraskuuli, mis kukutatakse toorikule kõrgelt. Lehtpuusordid annavad paremaid tulemusi kui okaspuud.
Pidevad koormused halvendavad järk-järgult puidu omadusi ja põhjustavad materjali väsimist. Isegi kõige vastupidavam puu ei talu välismõjusid.
Regulatiivsed spetsifikatsioonid
Normatiivse takistuse näitajad on vajalikud erinevat tüüpi konstruktsioonide valmistamisel. Puitu peetakse sobivaks, kui näitajad ei ole arvutatud väärtustest madalamad. Katsetes kasutatakse ainult standardproove, mille niiskusesisaldus ei ületa 15%. Erineva niiskusväärtusega puidu puhul kasutatakse spetsiaalset disainikindluse valemit, seejärel teisendatakse näitajad standardväärtusteks.
Puitkonstruktsioonide projekteerimisel on oluline teada lähtematerjali tegelikke tugevusväärtusi. Tegelikkuses on neid vähem kui katseproovidel saadud normatiivseid. Viiteandmedsaadakse standardsuuruses näidiste laadimisel ja deformeerimisel.
Disaini omadused
Puidu arvutuslik vastupidavus on puiduproovide erinevatel tasapindadel esinevad pinged, mis tekivad teatud koormustest, mida puu talub mis tahes aja kuni täieliku hävimiseni. Need arvud erinevad venitamise, kokkusurumise, painutamise, lõikamise ja muljumise kohta.
Tegelikud arvud saadakse normandmete korrutamisel töötingimuste koefitsientidega.
| Nimi | Disaini puidukindluskoefitsient | ||
| Stress piki kiude | Pinged üle kiudude | Chipping | |
| Larch | 1, 2 | 1, 2 | 1 |
| Siberi seeder | 0, 9 | 0, 9 | 0, 9 |
| Mänd | 0, 65 | 0, 65 | 0, 65 |
| Fir | 0, 8 | 0, 8 | 0, 8 |
| tamm | 1, 3 | 2 | 1, 3 |
| Vaher, tuhk | 1, 3 | 2 | 1, 6 |
| Akaatsia | 1, 5 | 2, 2 | 1, 8 |
| Pöök, kask | 1, 1 | 1, 6 | 1, 3 |
| Elm | 1 | 1, 6 | 1 |
| Papel, lepp, haab, pärn | 0, 8 | 1 | 0, 8 |
Töötingimusi mõjutavad terve rida tegureid. Ül altoodud koefitsiendid võtavad selliseid tegureid arvesse. Igasugune kokkupuude konstruktsioonide niiskusega vähendab lõplikku jõudlust.
Järeldus
Puitkonstruktsioonide projekteerimisel on oluline teada ehituses kasutatavate materjalide arvestuslikke näitajaid. Üksikud sõlmed kogevad püsivat või ajutist koormust, mis võib viia nende täieliku hävimiseni. GOST-is ja SNiP-s täpsustatud andmed saadi standardproovide testimise teel. Tegelikud väärtused erinevad aga oluliselt normatiivväärtustest. Seetõttu kasutatakse arvutustes standardites toodud valemeid.
