Лекция Ағаш материалының сипаттамалары және қасиеттері

Оқу әдістемелік материалдары

5В072900 “Құрылыс”

мамандығының

студенттеріне арналған

“ Құрылыс конструкциялары 3”

Семей 2014

Мазмұны

1. 
   Ағаштағы ылғал.
   
2. 
   Физика-механикалық сипаттамалар.
   
3. 
   Ылғал мен температураның беріктікке әсері.
   
4. 
   Ағаштың иілуге, созылуға, сығылуға және жаншылуға жұмысы.
   

Қылқан жапырақты ағаштар көп бөлігін құрайды: - 37%, қарағай – 19%, шырша мен самырсын – 20%, кедр – 8%, қайың – 13%.

Ағаштың артықшылықтары:

• 
  Жоғарғы салыстырмалы беріктік;
  
• 
  Химиялық төзімділік;
  
• 
  Қалпына келгіштік;
  
• 
  Аз жылу өткізгіштік;
  
• 
  Жақсы акустикалық сипаттамалар;
  
• 
  Ұзақ мерзімділік;
  
• 
  Өндірістік артықшылықтар;
  
• 
  Сәулеттік артықшылықтар;
  

• 
  Отқа төзімсіз;
  
• 
  Биологиялық ақаулықтар;
  
• 
  Гигроскопия, кебу және ісіну;
  
• 
  Құрылымының бірқалыпсыздығы (анизотропия және ақаулықтар: бұтақтар және т.б.);
  

Сурет 13,1. Діңгектің басты қималары (а); құрылымы (б)

Бүкіл ағаш (ішкі аймақ), екі әртүрлі түсті бөліктен тұрады: қаралау жағы ядро д.а., ал ақшыл жағы шел қабық д.а. Уақыт өткен сайын ядро бөлігі өседі, яғни шел қабық ядроға айнала бастайды. Ағаштың үстіңгі жағында шел қабық көбейе бастайды.
Көлденең қимада шоғырлану сақиналары орналасқан. Әрбір сақина бір жылды білдіреді.

Ағаштар құбыр-талшық құрылымды болады, олар талшықтардан тұрады. Қылқан жапырақтыларда олар трахеидтер д.а. Олар діңгек бойымен орналасқан, сондықтан оның беріктігі бойлық бағытта және бұрыштық бағытта әртүрлі болады. Бұл жағдай механикалық анизотропия д.а.. Мысалы, ағаш беріктігі бойлық бағытта созу кезінде σ_в0=1000 кг/см²; көлденең бағыттаσ_в90=50 кгс/см².

Анизотропия дәрежесі n= σ_в0/ σ_в90=20.

2 Ағаштағы ылғал еркін (капилярлы) және байланған (гигроскопиялық) болып бөлінеді. Байланған ылғал жасушалы қабықтарды толтырады, оның үлесі 0 ден 30%-қа дейін. Байланған ылғалдың максималды мәні гигроскопиялық шек д.а. және 30%-ті құрайды. Ылғалдың әрі қарай толуы еркін ылғал әсерінен болады, ол кеуектерді толтырады.

Еркін ылғалдың мөлшері ағаш көлеміне әсер етпейді. Байланған ылғалдың төмендеуі кебуге әкеп соғады (көлем кішіреуі), ылғалдың көбеюі көлемнің үлкеюіне әкеледі, (ісіну). Ағаш неғұрлым тығыз болғанда ісіну мен кебу мөлшері де көп болады. Ісіну мен кебу ішкі кернеудің пайда болуына әкеп соғады, сондықтан ірі бұйымдарда (бөренелерде)кебу сызаттары пайда болады, ал жіңішке бұйымдарда (тақтай) бүрісу орын алады (сурет 13,2).

Сурет 13,2. Ағаштың кебу кезінде деформациясы.

Бүрісуді жою үшін кептірудің тиімді жолдары табылған, табиғи және жасанды. 

3Ағаштың физикалық және механикалық сипаттамалары оның құрылымымен жасуша құрылысымен анықталады.

Тығыздығы ағаш түріне, кеуек санына, жасуша қабырғасының қалыңдығына және ылғал мөлшеріне байланысты болады.

Жылу өткізгіштігі металлға, темірбетон және тас қалауына қарағанда 40, 10 және 6 есе аз. Жылу өткізгіштігі талшық бойымен көп болады, көлденең бағытқа қарағанда. Тығыздығы және ылғалдылығы неғұрлым жоғары болғанда жылу өткізгіштігі де жоғары болады.

Температуралық кеңею бойлық және бұрыштық бағытта әртүрлі болады. Температуралық сызықтық кеңеюбойлық бағытта 7-10 рет кем болып келеді көлденең бағытқа қарағанда және болатқа қарағанда 2-3 есе аз. Бұл жағдай ғимарат бойында температуралық тігістердің керексіздігін көрсетеді.

Құрылымының ерекшелігіне қарай ағаш анизотропты материал болып келеді. Механикалық сипаттамалары әртүрлі бағытта әртүрлі болып келеді, және күш бағыты мен талшық бағытына байланысты болады. Күш бағыты мен талшық бағыты сәйкес болса ағаш беріктігі максималды мәнге ие болады, керісінше, күш бір бұрышпен әсер етсе беріктігі азаяды.

Әртүрлі ағаштардың беріктігін, таза ақаулықсыз үлгілерді қысқа мерзімді сынақ арқылы сынау арқылы табады (сурет 13,3).

Сурет 13,3. Беріктікке сынауға стандартты үлгілері.

Бұл көрсеткіштер нағыз беріктікті көрсетпейді және ағаштың шын жұмысын көрсетпейді. Ағаш кейін әсер ету сипаттамасымен ерекшелінеді, яғни жүктеу артынан деформацияның өсуі байқалады.

Беріктіктің нағыз көрсеткіші болып ұзақ мерзімді кедергі болып табылады, ол беріктік шегін ұзақ мерзімді кедергі шамасына көбейтумен сипатталады(0,5 – 0,6).

Ылғалдылық көбінесе ағаш элементтерінің иілуге, талшық бойымен қысу және жаншылуға әсер етіледі.

Стандартты ылғалдылық – 15%.

Температураның ұзақ әсерінен ағаш беріктігі төментейді: қысуға 20-40%, созуға 12-15%, жаншылуға 15-20%. Температураның 20 дан 50⁰-ге дейін көбеюі серпімділік модулінің 2,5 есе азаюына әкеледі, яғни деформативтілігі көбейеді.

Ағаш элементтерінде тесіктердің болуы беріктікті тағы төмендетеді, себебі кернеудің шоғырлануы.

Қарағайдың созылуға жұмысы диаграммасында (1) аздаған қисықтық байқалады, және есептерде түзу деп қабылдануы мүмкін (сурет 13,4 а). φ=0,5 мәні бұл кезде пропорционалдылық шегі деп қабылданады.

Сурет 13,4. Қарағайдың келтірілген даграммасы (a), үлгінің қысу кезінде бойлық бойымен бұзылуы (б).

Үлгілерді талшық бойымен қысу беріктігі созылуға қарағанда 2-2,5 есе төмен болып келеді. Бұтақтардың әсері аз болып келеді, созуға қарағанда. Қысылған элементтердің жұмысы созылатын элементтерге қарағанда сенімді болып келеді. Металл-ағашты конструкциялар кеңінен таралған, оларда созылу аймағында болат және қысылған, қысылып иілген аймақта ағаш орналасқан.

Келтірілген қысу диаграммасында (2) қисықтау болып келеді. Шартты пропорционалдылық шегіне дейін φ=0,5, ол түзу болып қабылдануы мүмкін. Бұзылу мыжылу аймағының пайда болуынан басталады, оның себебі талшықтардың сынуы болып келеді (сурет 13,4 б).

Көлденең иілу кезінде беріктік шегі қысу және созу беріктігі ортасында орын алады. Иілу кезінде созылу аймағы пайда болатындықтан, бұтақтар әсері үлкен болады. Бөренелерде ақаулықтардың әсері иілу кезінде, дайын материалдарға қарағанда аз болады, өйткені кесілген материалдарда ақаулықтар қиманың түгел аймағын алуы мүмкін.

Иілу кезінде кернеуді анықтау кәдімгі формуламен анықталады σ=М/W және ол кернеудің біркелкі сызықтық таралуымен сипатталады, сонымен қатар аз кернеу болғанда шын өрнекті көрсетеді (сурет 13,5 а). Кернеу әрі қарай көтерілгенде эпюра қисая бастайды (сурет 13,5 б,в).

Сурет 13,5. Иілу кезінде кернеу эпюрасы.

Иілу кезінде салыстырмалы беріктік шегі көлденең қима формасына байланысты болады. Шеңбер тәрізді қимада үлкен болып келеді, тік төртбұрышты қимаға қарағанда, ал қоставрлыда одан да кем. Қима биіктігі үлкейген сайын беріктік шегі азаяды.

Жаншылу талшық бойымен, көлденең және бұрышпен болады. Ағаштың талшық бойымен жаншылуға беріктігі талшық бойымен қысу беріктігінен айырмашылығы аз болып келеді. Ал көлденең бағыттағы жаншылуға кедергісі төмен болып келеді. Бұрышпен жаншылу аралық мәнге ие.

Сурет 13,6. Жаншылуға жұмыс.

а- талшыққа көлденең бағытта жаншылу, б- күш бұрышының әсері; в- жаншылуға үлгілер.

Нормирленген шек деп пропорционалдылықтың шартты шегі кернеуі болып табылады, бұл кезде ағаштың деформациясы азаяды(сурет 13,6 а). Бұл шектің ең төменгі мәні жаншылу толық беті бойымен әсер еткенде болады, ал максималды мәні белгілі аймақта ғана әсер етсе болады(сурет 13,6 в).

α бұрышымен жаншылу кезінде σ_прмәні көбейеді егер бұрыш азайса, нәтижесінде эмпирикалық қисықты алуға болады (сурет 13,6 б).

Дәріс 2. Фанера. Ағашты қорғау шаралары және конструкциялы пластмассалар.

1. 
   Ағаштың ұзақ мерзімді кедергісі.
   
2. 
   Құрылыс фанерасы.
   
3. 
   Ағашты оттан және шіруден қорғау шаралары.
   
4. 
   Конструкциялы пластмассалардың негізгі түрлері және қасиеттері.
   

Қисықтағы асимптота жүктеудің өзгеру диапазонын екі аймаққа бөледі: асимптота астындағы аймақ σ<σ_дл, бұл жерде үлгі бұзылуы байқалмайды, жүктеме қалай ұзақ әсер етсе де, және асимптота үстіндегі аймақ σ>σ_дл, бұл жерде бұзылу уақыт өтуімен бәрі бір орын алады. Ұзақ жүктеменің асимптотикалық қисығы басқа ағаш түрлеріне де келеді.

σ<σ_длболғанда деформациялар уақыт өткенмен өшеді, және белгілі бір шекке ұмтылады (сурет 13,7 б, ирек сызық).

σ>σ_длболғанда деформация жылдамдығы кішкене азайғаннан кейін, деформация тұрақты жылдамдықпен өседі. Содан кейін, t₁ уақыты кезінде деформация күрт өсіп, бұзылу басталады.

Фанерлі шикізат зауыттарға чурак немесе кряж ретінде келеді. Бір кряжада бірнеше чурактар болуы мүмкін.

Пакеттағы шпондар бір біріне перпендикулярлы бағытталған талшықтардан құралған, ыстық немесе суық пресстеу әдісімен алынады. 15мм-лік фанераларды фанерлі плита д.а.. Фанера аз анизотропты сипаттамаларымен ерекшелінеді, табиғи ағашқа қарағанда, ал кебу мен ісіну талшықтардың бойы бағытында ағаштікі сияқты болып келеді.

Фанера жоғары беріктігі бар, және массасы аз болып келеді (алюминийге қарағанда 4 есе аз), жылу және дыбыс өткізгіштігі төмен, зиянды орталарға жақсы төтеп бере алады және суға жақсы төзімді болып келеді.

Көп артықшылықтарына байланысты фанераны құрылыста кеңінен пайдаланады. Құрылыс фанерасына желімделген ФСФ маркалы фанера жатады (фенолформальдегидті), ФК (карбомидті), бакелизделген ФБС (спиртте еритін шайырмен сіңдірілген)және ФБСВ.

Құрылыс фанерасына, сонымен қатар, ПФ-Амаркалы фанерлі тақталар жатады. Желімделген фанера және плита сорттары көбінесе, ағаш сапасымен және шпонның сыртқы қабатының өңделуымен анықталады.

Бакелизделген фанераны немесе суға өте төзімді фанераны құрылымды темірбетон жасауға арналған дерелерде қолданады. Құрылыс фанераларда профильді элементтерді жасауға қолданады.

3 Қорғау шаралары конструктивті және химиялық болып табылады. Конструктивті шаралар қызудан және ылғалданудан қорғауға арналған.

Оттан қорғау үшін массивті тұтас элементтерді қолданады, жанбайтын қоршаулар, қорғау сылақтары қолданылады.

Химиялық шараларға антипиренмен өңдеу жатады (отқа қарсы арнайы заттар). Отқа қарсы құрамдар және қорғаулар түрлері СНИП-те келтірілген.

Ағашты шіруден қорғаудың негізгі шаралары кептіру және ылғалданудан сақтау болып табылады,

Конструктивті шаралар:

• 
  Атмосфералық жауындардан қорғау, төбе жағынан қорғау;
  
• 
  Төбеден суды алудың дұрыс түрлерін пайдалану;
  
• 
  Топырақ суынан қорғау;
  
• 
  Ылғалды бөлмелерден ылғалды алу (жертөле және шатырды вентиляциялау, терезе немесе арнайы тесіктер арқылы);
  
• 
  Конденсациялық ылғалдың пайда болуын болдырмау шаралары.
  

Пластмасса құрамына байланыстырғыш зат, толтырғыштар, пластификаторлар, стабилизаторлар, бояулар және т.б. кіреді. Байланыстырғыштар ретінде әртүрлі синтетикалық шәуірлер қолданады: полиэфирлі, фенолформальдегидті, эпоксидті, карбомидті және басқалар. Байланыстырғыштың пластмассада үлесі массамен алғанда 5 тен 30%-ға дейін жетеді, және 60%-н құрайды.

Толтырғыштар пластмассалардың механикалық қасиеттерін құрайды, сонымен қатар, жылуға төзімділік, отқа төзімділігін береді және отыруды азайтады.

Пластификаторлар иілімділік және серпімділік сипатын көбейтеді.

Стабилизаторлар материалдың ескіруін азайтады және жоғары температурадан болатын бүлінуді тежейді.

Құрылыста кеңінен қолдану себебі, олар әмбебапты, жеңіл өңделеді, антикоррозиялық қасиеттері бар және сыртқы әдемі түрі үшін. Пластмассаларды құрылыста конструкционды, әрлеу, жылу және дыбыс изоляция үшін қолданады.

Көп пластмассалар жеңіл өңделеді, оңай кесіледі, тесіледі және созылады.

Конструкционды синтетикалық материалдарға шыны пластикті, органикалық шыны, қатты винипласттар, сонымен қатар, ағашпен араласқан пластик (ДСП), ағаш жоңқалы және ағаш талшықты плиталар жатады.

ДСП жоғары берікті болып табылады, табиғи ағаштан 2-5 есе көп. ДСП-ң созылуға және иілуге беріктігі ст.3 маркалы болаттан және жеңіл қорытпалардан жоғары болады.

Іргелес жатқан талшықтардың бір-бірімен орналасу бағытына байланысты құрылыс мақсатына арналған пластик маркалары ДСП-Б және ДСП-В болып бөлінеді, және физико-механикалық қасиеттері әртүрлі болып келеді.

ДСП-ні конструкция элементтерін жалғайтын құрылғыларда қолданады, буат, сына, косынка, қосымша бет; қорғау қабаты ретінде суық және жылы төбе жабындарында қолданады; үш қабатты конструкцияларда, көтергіш және ілінген панельдерде қоданады.

Тақталарды бір немесе екі жағынан ағаш шпонымен, фанерамен, қағазбен, пленкамен қаптайды. Сыртқы тақталардың механикалық көрсеткіштері жоғары болып келеді, сырты жазық және түрі жақсы болып келеді.

Ағаш жоңқалы тақталарды жиһаз жасауда қолданады, төбелерді бекітуде, қабырғаларды өңдеуде және дерелерде де қолданады.

Ағаш талшықты тақталарды (ДВП) сортты емес ағаш қалдықтарынан жасайды, оларды жоңқаларға езіп талшықты материалға дейін жеткізеді. 5% синтетикалық суға төзімді шәуірді қосу арқылы қатты тақталарды алады, ал 10%-ке дейін жеткізгенде аса қатты тақталарды алады.

Қабырғаларды, ара жабын және жабындарды жылыту, дыбыс изоляциясы және өңдеуде, есік жасауда қолданады.

Шыны пластиктар деп аса берікті бетті материал, байланыстырғыш ретінде синтетикалық шәуірлерді, ал толтырғыш ретінде шыны талшықтары, шыны маталары болып келетін материалды айтады. Бұл талшықтар шыны пластиктарын берік етеді.

Құрылыста шыны пластиктар өзінің беріктігі үшін аса көп таралған, сонымен қатар, олардың сызықтық тығыздығы аз, жақсы электро-, жылу-, және дыбыс изоляция сипаттарына ие, гигроскоптік көрсеткіші аз және химиялық төзімді материал болып табылады.

Құрылыста қоршау конструкцияларында (қабырға және төбе панельдерінде), санитарлы-техникалық бұйымдарда, декоративті қаптау материалдарында, бетон консрукцияларының дерелерінде қолданады.

Дәріс 3. Бірқалыпты қималы конструкцияларды есептеу.

1. 
   Ортасынан созылуға есептеу.
   
2. 
   Ортасынан қысылуға есептеу.
   
3. 
   Иілетін элементтер
   

Элементтің бұзылуы зигзаг тәрізді болады (сурет 14,1).

Сурет 14,2. Қысылуға есептеу үшін.

а- кернеуге байланысты деформациялар; б- бойлық иілу коэффициенті; в- элементтердің әлсіз жерлері.

3 Ағаш элементтерін иілуге жақындатып жасайды. Беріктікті иілу кернеуі максималды болатын қима бойынша және әлсізденген жерлерде тексереді.

Сурет 14,3. Иілуге есептеу үшін.

Қисық иілу, жүктеу әсер ету өсі қиманың симметрия өсімен әсер етпегенде пайда болады, мысалы прогондарда(сурет 14,3).

q_x= q sinα;              q_y= q cosα;

M_x=q_xl²/8;               M_y=q_yl²/8;

W_x =bh²/6;              W_y=hb²/6

Қысылып иілген сырықтар деп бір мезетте иілу моментін және бойлық күшін қабылдайтын сырықтарды айтады (сурет 14,4).

Сурет 14,4. Қысылып иілген элементтердің иілістері.

Беріктікке тексеру:

σ= N/F +  M / Wξ ≤Ru

(4.5)

ξ<1- сырықтың деформациясынан болатын, бойлық күштің әсерінен иілу моментінің көбеюін ескеретін коэффициент.

ξ=1-N / φRcFбр	(4.6)
Созылып-иілетін элементтерде иілу моментінен басқа сырықты созатын күштер әсер етеді. Кері әсерлі қосымша моменті негізгі моментті азайтады. Оларды есептерде ескермейді, ағаштың ақаулықтары есебінен.

 

Дәріс 4. Ағаш элементтерінің қосылуы.

1. 
   Қосылыстардың негізгі түрлері, бөлу принципі.
   
2. 
   Сынамен қосылу.
   
3. 
   Шеге жұмысының ерекшелігі.
   
4. 
   Металлды тісті пластиналар арқылы қосу.
   
5. 
   Желімдеу арқылы қосу.
   
6. 
   Кертіктер арқылы қосу
   

Мақсаты бойынша:

• 
  Ұзарту- элемент ұзындығын көбейту (сурет 15,1 а, б);
  
• 
  Қосу- қима өлшемдерін үлкейту (сурет 15,1 в, г);
  
• 
  Түйінді қосылыстар
  

а- қисық шабу; б- желімделген тісті қосылыспен; в- болтпен; г- желім көмегімен.

Жұмыс түріне байланысты қосылыс түрлері:

• 
  Желім көмегімен, қозғалуға жұмыс істейді;
  
• 
  Сына көмегімен, иілуге жұмыс істейді;
  
• 
  Шабылған жерлерде, күш бір элементтен екіншісіне ешқандай қосылыссыз беріледі;
  
• 
  Созылатын қосылыстарда- болт, қамыт, тұтқа арқылы, созылу жұмысы жүреді.
  

Қосатын элементтердің қаттылығы бірдей болу керек, желім шегелі немесе желім нагельді қосылыстар кездеспейді.

Ағаш конструкцияларының элементтерінің қосылысы келесі талаптарға сай болуы керек:

• 
  Конструкцияны жасауда еңбек шығыны аз болуы керек;
  
• 
  Қосылатын элементтердің қималары қатты әлсізденбеу керек;
  
• 
  Қосылыстар тығыз байланысу керек (саңылаусыз), деформацияны болдырмау үшін;
  
• 
  Эксплуатация және дайындау кезінде сапаны бақылау жеңіл болуы керек;
  
• 
  Жұмыс кезінде сенімді болу керек және ұзақ мерзімді жүктеуден кейін орнынан ауыспау қажет.
  

Тұтқырлы қосылыстарда ұзақ жүктеудің әсерінен деформация баяу өседі. Тұтқырлы қосылыстарға сына және шегелер жатады, ағаш бұл жерде мыжылуға жұмыс істейді.

Қосылыстарға тұтқырлық қасиетін беру үшін бөлшектеу ережесін қолданады, ол өз кезегінде, жарылатын аймақтың көлемін көбейту арқылы жарылуды тоқтатады. Бір шоғырланған қосылыстың орнына әр жерде шоғырланған тұтқырлы қосылыстарды орнату көтергіш қасиетін әлдеқайда көтереді, болат шығыны бірдей болғанымен (сурет 15,2).


Сурет 15,2. Бөлшектеу әдісінің көрінісі.

2 Сыналар механикалық жұмысшы қосылыстардың ең көп таралған түрі болып табылады. Сына деп ағаш элементтерін өзара қозғалуын болтыртпау үшін қолданылатын иілетін сырықты айтады.

Сыналар цилиндрлік және пластиналы болып бөлінеді (сурет 15,3). Цилиндрлік сыналар - олар тұтас немесе бос қималы сырықтар (болттар, шегелер, бұранда және т.б.). Оларды болаттан, пластмассадан және қатты ағаш түрінен жасайды (қайың, емен). Сыналы қосылыстар қозғалуға жұмыс істейді (сыналар майысады, ал қатынасатын ағаш мыжылады).

Сурет 15,3. Сына арқылы қосу.

а- сынанның жұмыс істеу сұлбасы; б- сына түрлері; в- сына қосылыстары.

Цилиндрлік сыналарды алдын ала тесілген ұяларына орнатады. Ұя диаметрі сына диаметріне тең немесе кішірек етіп алады. Екі немесе үш брусты қосу үшін пластиналы сыналарды қолданады, оларды арнайы дайындалған ұяларға орнатады (сурет 15,4). Сыналардың және ұяларының өлшемдерін, орнату араларын нормалар бойынша қабылдау қажет. Пластиналардағы талшықтар бағыты қосылатын жазықтыққа перпендикуляр бағытта болу керек. Сына орнату түзу немесе шахмат бағытта болуы мүмкін.