Расчет элементов из клееной древесины на выносливость

4.33. Для древесины следует различать два вида утомляемости: от переменных напряжений, вызываемых циклическим изменением температурно-влажностного режима окружающей среды; от переменных напряжений, вызываемых внешней циклической нагрузкой.

4.34. Под влиянием переменного температурно-влажностного режима в древесине возникают преимущественно сдвигающие и растягивающие напряжения поперек волокон, которые суммируются с начальными собственными внутренними напряжениями, особенно опасными при усушке.

Клееная древесина, по сравнению с цельной, более чувствительна к такого рода циклическим воздействиям.

4.35. Действие внешней циклической нагрузки, в зависимости от схемы ее приложения к конструкции, вызывает в ее элементах различные виды напряженного состояния. Для балочных конструкций типичными являются нормальные напряжения изгиба и напряжения сдвига вдоль волокон. Постепенное накопление локальных повреждений в процессе циклического нагружения приводит к разрушению материала, если возникающие при этом напряжения превышают предел выносливости. Уровень разрушающего напряжения зависит от частоты ω и числа циклов N.

Рис. 10. График зависимости коэффициента выносливости древесины от числа циклов N при изгибе

Рис. 11. График зависимости выносливости древесины при циклическом нагружении от коэффициента асимметрии и lg N

4.36. Под нижним пределом выносливости понимается такой уровень максимального напряжения σ_макс, вызываемого пульсирующей нагрузкой в режиме 0 - σ_макс, которому соответствует число циклов N = 2×10⁶ при частоте ω = 5 Гц. Предел выносливости характеризуется отношением σ_макс к временному сопротивлению R_вр при стандартных испытаниях, именуемых коэффициентом выносливости

K_в = σ_макс/R_вр.

Число циклов N и время t_ц до наступления разрушения будут тем меньше, чем выше σ_макс, N и t_ц связаны между собой зависимостью t_ц = N/ω, где ω - частота циклического нагружения.

Зависимость коэффициента выносливости от числа циклов представлена на рис. 10.

Режим регулярного циклического нагружения может иметь и нижний предел напряжения σ_мин (рис. 11), в этом случае вводится коэффициент асимметрии ρ = σ_мин/σ_макс.

4.37. Режимы нагружения, характеризуемые различным числом, частотой и амплитудой циклов, сводятся к функциональной зависимости

K_в = f(ρ, t_ц^пр).

Приведенное время при переходе от циклического к постоянному режиму нагружения t_ц^пр = ct_ц, где c - переходный коэффициент от времени циклического нагружения к приведенному времени в режиме постоянной нагрузки с учетом влияния ρ.

Таблица 19

Коэффициент асимметрии цикла ρ	Числовые коэффициенты a и b при частоте ω, сек-1 (циклов/мин)	Коэффициент c
0,0333 (2)	0,83 (50)	2,5 (150)	4,17 (250)
0,2	0,945 0,068	0,945 0,07	0,945 0,076	0,945 0,082	0,19
0,4	0,97 0,061	0,97 0,063	0,97 0,068	0,97 0,073	0,2
0,6	0,99 0,055	0,99 0,057	0,99 0,061	0,99 0,066	0,22
0,8	1,01 0,051	1,01 0,053	1,01 0,057	1,01 0,061	0,27
Примечания: 1. Промежуточные значения коэффициента c следует определять по линейной интерполяции. 2. Над чертом - a; под чертой - b.

Зависимость между K_в и t_ц^пр, полученная экспериментально, показана на рис. 11.

4.38. При расчете на выносливость изгибаемых элементов из клееной древесины, непосредственно воспринимающих многократно действующие вибрационные и другие виды циклических нагрузок с количеством циклов N ≥ 5×10⁴, к расчетным сопротивлениям изгиба и скалывания при изгибе следует вводить поправочный коэффициент цикличности

K_ц = K_в/m_дл, (39)

где K_в = a - blg t_ц^пр - коэффициент выносливости, вводится к кратковременной прочности при стандартных испытаниях линейно-возрастающей нагрузкой элементов из клееной древесины; a, b, c - числовые коэффициенты, зависящие от показателя асимметрии напряжений ρ ≥ 0 и частоты циклов ω, приведенные в табл. 19; m_дл = 0,66 - коэффициент перехода от кратковременной к длительной прочности древесины, принятый при нормировании расчетных сопротивлений.

Таблица 20

Вид напряженного состояния	Асимметрия цикла напряжения ρ
	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
Коэффициент выносливости Kв
Изгиб	0,370	0,405	0,441	0,476	0,515	0,55	0,583	0,616	0,654
Скалывание при изгибе	0,405	0,441	0,467	0,51	0,542	0,575	0,612	0,646	0,68
Коэффициент цикличности Kц
Изгиб	0,56	0,61	0,67	0,72	0,78	0,83	0,88	0,93	0,99
Скалывание при изгибе	0,61	0,67	0,71	0,77	0,82	0,87	0,93	0,98

После подстановки в формулу (39) K_в, t_ц^пр и значения m_дл получим

K_ц = 1,52[a - blg (NC/ω)]. (40)

Значения коэффициентов K_в и K_ц при N ≥ 2×10⁶ следует принимать не ниже указанных в табл. 20 с учетом вида напряженного состояния и показателя асимметрии ρ.

4.39. Расчет на выносливость необходимо производить с соблюдением требований разд. 4 и 6 СНиП II-6-74. Расчетное число циклов N, их частота ω определяются техническими условиями.

4.40. Для клееных деревянных элементов, подвергаемых действию циклических нагрузок, рекомендуется использовать только резорциновые клеи.