Методика визначення критичних деформацій деревини за різної вологості
Анотація
Під час реконструкції та будівництва мостів слід враховувати можливість настання періодів паводків. Для цього необхідно розуміти ступінь можливих деформацій дерев'яних конструкцій, враховувати межу їх пластичності та пружності при різних значеннях вологості. Отже, метою статті є пошук методу визначення відносних критичних деформацій деревини за різного рівня вологості та аналіз динаміки їх зміни. В статті застосовувались методи дослідження проблем деформованого твердого тіла шляхом аналізу моделі повної діаграми деформування «напруження σс – деформація uс », методи математичної статистики та системного аналізу експериментальних результатів. Проведені в роботі дослідження дозволили сформулювати методику визначення відносних критичних деформацій деревини листяних та хвойних порід при різному зволоженні шляхом осьового стиснення вздовж волокон експериментальних зразків. З урахуванням результатів експерименту запропоновано формулу для визначення відносних критичних деформацій суцільної деревини різної вологості. Було наведено динаміку зміни критичних відносних деформацій за різної вологості, а також її пружної та пластичної складових. З’ясовано, що запропонована формула дає хорошу збіжність з експериментальними значеннями. Встановлено, що пластична складова відносних критичних деформацій зменшується при висушуванні деревини від 30 до 12 %, а пружна, навпаки, збільшується. Результати досліджень можуть бути використані в деформаційній методиці розрахунку дерев’яних елементів і конструкцій мостів, гідротехнічних споруд, будівель з урахуванням зміни вологості матеріалу
Ключові слова
вміст вологи; діаграма «напруження-деформація»; стиснення вздовж волокон; модуль пружності; межа міцності
[1] ASTM D143-14. (2014). Standard test methods for small clear specimens of timber. Retrieved from https://www. astm.org/d0143-14.html.
[2] Báder, M., & Németh, R. (2017). Hygroscopicity of longitudinally compressed wood. Acta Silv et Lignaria Hungarica, 13, 135-144. doi: 10.1515/aslh-2017-0010.
[3] Báder, M., & Németh, R. (2018). The effect of the relaxation time on the mechanical properties of longitudinally compressed wood. Wood Research, 63(3), 383-398.
[4] Báder, M., & Németh, R. (2019). Moisture dependent mechanical properties of longitudinally compressed wood. European Journal of Wood and Wood Products, 77, 1009-1019. doi: 10.1007/s00107-019-01448-1.
[5] Bosak, A., Matushkin, D., Dubovyk, V., Homon, S., & Kulakovskyi, L. (2021). Determination of the concepts of building a solar power forecasting model. Scientific Horizons, 24(10), 9-16. doi: 10.48077/scihor.24(10).2021.9-16.
[6] Da Silva, A., & Kyriakides, S. (2007). Compressive response and failure of balsa wood. International Journal of Solids and Structures, 44(25-26), 8685-8717. doi: 10.1016/j.ijsolstr.2007.07.003.
[7] DBN B.2.6-161:2017. (2017). Constructions of houses and buildings. Wooden constructions. Main provisions. Kyiv: Ukrarchbudinform.
[8] DSTU 3129: 2015. (2016). Wood. Methods of sampling and general requirements for physical and mechanical tests of small defect-free samples. Retrieved from http://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_ doc=64897.
[9] DSTU EN 380-2008. (2008). Timber constructional. General guidelines for static load test methods. Retrieved from http://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_doc=52947.
[10] Dvorkin, L., Bordiuzhenko, O., Zhitkovsky, V., Gomon, S., & Homon, S. (2021). Mechanical properties and design of concrete with hybrid steel basalt fiber. E3S Web of Conferences, 264, article number 02030. doi: 10.1051/e3sconf/202126402030.
[11] Eurocode 5. (2004). Design of timber structures. Part 1.1. General rules and rules for buildings, 124. Retrieved from https://uscc.ua/uploads/page/images/normativnye%20dokumenty/dstu/proektuvannya-mkmizhnarodna-gilka-standarty/dstu-n-b-en-1995-1-1.pdf.
[12] Fothe, T., Azeufack, U.G., Kenmeugne, B., Kisito Talla, P., & Fogue, M. (2021). Modeling of the stress-strain relationship of wood material beyond its elasticity limit under cyclic compressive loading: Comparative study of two models. Mathematical Modelling of Engineering Problems, 8(1), 64-70. doi: 10.18280/mmep.080108.
[13] Gomon, S., Gomon, P., Korniychuck, O., Homon, S., Dovbenko, T., Kulakovskyi, L., & Boyarska, I. (2022). Fundamentals of calculation of elements from solid and glued timber with repeated oblique transverse bending, taking into account the criterion of deformation. Acta Facultatis Xylologiae Zvolen, 64(2), 37-47. doi: 10.17423/afx.2022.64.2.04.
[14] Gomon, S.S., Gomon, P., Homon, S., Polishchuk, M., Dovbenko, T., & Kulakovskyi, L. (2022). Improving the strength of bending elements of glued wood. Procedia Structural Integrity, 36, 217-222. doi: 10.1016/j.prostr.2022.01.027.
[15] Huang, Ch., Gong, M., Chui, Y., & Chan, F. (2020). Mechanical behaviour of wood compressed in radial directionpart I. New method of determining the yield stress of wood on the stress-strain curve. Journal of Bioresources and Bioproducts, 5(3), 186-195. doi: 10.1016/j.jobab.2020.07.004.
[16] Huang, S.-H., Cortes, P., & Cantwell, W.J. (2006). The influence of moisture on the mechanical properties of wood polymer composites. Journal of Material Science, 41, 5386-5390. doi.: 10.1007/s10853-006-0377-0.
[17] Huč, S., Hozjan, T., & Svensson, S. (2018). Rheological behavior of wood in stress relaxation under compression. Wood Science and Technology, 52, 793-808. doi: 10.1007/s00226-018-0993-2.
[18] Kulman, S., Boiko, L., & Sedliačik, J. (2021). Long-term strength prediction of wood based composites using the kinetic equations. Scientific Horizons, 24(3), 9-18. doi: 10.48077/scihor.24(3).2021.9-18.
[19] Kulman, S., Boiko, L., Bugaenko, Ya., & Zagursky, I. (2019). Forecasting durability of wood composites based on accelerated tests. Scientific Horizons, 12(85), 67-74. doi: 10.33249/2663-2144-2019-85-12-67-74.
[20] Kulman, S., Boiko, L., Bugaenko, Ya., & Zagursky, I. (2019). Finite element simulation the mechanical behaviour of prestressed glulam beams. Scientific Horizons, 12(83), 72-80. doi: 10.33249/2663-2144-2019-83-10-72-80.
[21] Kulman, S., Boiko, L., Hurova, D., & Sedliačik, J. (2019). The effect of temperature and moisture changes on modulus of elasticity and modulus of rupture of particleboard. Acta Facultatis Xylologiae Zvolen, 61(1), 43-52. doi: 10.17423/afx.2019.61.1.04.
[22] NDS. National design specification for wood construction. (2018). American forest and paper association. Retrieved from https://awc.org/publications/2018-nds.
[23] Nilsson, J., & Johansson, J. (2019). Bending and creep deformation of a wood-based lightweight panel: An experimental study. Wood and Fibre Science, 51(1), 16-25. doi: 10.22382/wfs-2019-003.
[24] Pinchevska, O., Sedliačik, J., Horbachova, O., Spirochkin, A., & Rohovskyi, I. (2019). Properties of hornbeam (Carpinus betulus) wood thermally treated under different conditions. Acta Facultatis Xylologiae Zvolen, 61(2), 25-39. doi: 10.17423/afx.2019.61.2.03.
[25] Popescu, N., & Grinkrug, N. (2003). Experimental study wooden structures under chemical aggressive effects. Wood Industry Journal, 2(46), 32-40.
[26] Pysarenko, G.S., Yakovlev, А.P., & Matveev, V.V. (1988). Resistance material. Kyiv: Publishing by Scientific thought.
[27] Rabko, S., Kozel, A., Kimeichuk, I., & Yukhnovskyi, V. (2021). Comparative assessment of some physical and mechanical properties of wood of different scots pine climatypes. Scientific Horizons, 24(2), 27-36. doi: 10.48077/scihor.24(2).2021.27-36.
[28] Reiterer, A., Sinn, G., & Stanzl-Tschegg, S. (2002). Fracture characteristics of different wood species under mode I loading perpendicular to the grain. Materials Science and Engineering, 332(1-2), 29-36. doi: 10.1016/S0921-5093(01)01721-X.
[29] Rudavska, A., Maziarz, M., Šajgalí, M., Valášek, P., Zlamal, T., & Iasnii, V. (2018). The influence of selected factors on the strength of wood adhesive joints. Advances in Science and Technology, 12(3), 47-54. doi: 10.12913/22998624/92099.
[30] Rudavska, A., Stančeková, D., Müller, M., Vitenko, T., & Iasnii, V. (2020). The strength of the adhesive joints of the medium-density fireboards and particle boards with the PVC film. Advances in Science and Technology, 14(1), 58-68. doi: 10.12913/22998624/113612.
[31] Sobczak-Piąstka, J., Gomon, S.S., Polishchuk, M., Homon, S., Gomon, P., & Karavan, V. (2020). Deformability of glued laminated beams with combined reinforcement. Buildings, 10(5), article number 92. doi: 10.3390/buildings10050092.
[32] Song, J-K., Kim, S-Y., & Oh, S-W. (2007). The compressive stress-strain relationship of timber. Retrieved from https://www.irbnet.de/daten/iconda/CIB8227.pdf.
[33] Thygesen, L.G., Tang Engelund, E., & Hofmeyer, P. (2010). Water sorption in wood and modifed wood at high values of relative humidity. Part I: Results for untreated, acetylated, and furfurylated Norway spruce. Holzforsch, 64, 315-323. doi: 10.1515/hf.2010.044.
[34] Varenik, K., Varenik, A., Sanzharovsky, R., & Labudin, B. (2019). Wood moisture accounting in creep equations. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 656, article number 012054. doi: 10.1088/1757-899X/656/1/012054.
[35] Vasic, S., & Stanzl-Tschegg, S. (2007). Experimental and numerical investigation of wood fracture mechanisms at different humidity levels. Holzforschung, 61, 367-374. doi: 10.1515/HF.2007.056.
[36] Yasniy, P., Homon, S., Iasnii, V, Gomon, S.S., Gomon, P., & Savitskiy, V. (2022). Strength properties of chemically modified solid woods. Procedia Structural Integrity, 36, 211-216. doi: 10.1016/j.prostr.2022.01.026.
[37] Zakic, B.D. (1974). Inelastic bending of wood beams. Journal of the Structural Division, 99(10), 2079-2092. doi: 10.1061/JSDEAG.0003621.
[38] Zhou, A., Bian, Y., Shen, Y., Huang, D., & Zhou, M. (2018). Inelastic bending performances of laminated bamboo beams: Experimental investigation and analytical study. BioResources, 13(1), 131-146. doi: 10.15376/biores.13.1.131-146.