Механические свойства древесины
Механические свойства древесины определяются сопротивлением воздействию внешних сил и нагрузкам, возникающим в самой конструкции опоры.
На прочность древесины оказывают влияние влажность, плотность, возраст и ряд других причин. Например, при повышении влажности сосновой древесины с 15 до 30% предел прочности изгибу уменьшается почти в 2 раза, поскольку вода, раздвигая волокна, уменьшает силу сцепления между ними. Наличие загнивания, сучков, трещин резко ухудшает сопротивление древесины нагрузке.
Технические условия ТУ 34-5602-72 на детали деревянных опор линий электропередачи, утвержденные Минэнерго СССР 22 июня 1972 г., устанавливают требования к древесине опор линий от 0,4 до 220 кВ. Применение ели и пихты разрешается только для изготовления стоек опор с приставками на линиях сельскохозяйственного назначения 35 кВ и ниже. При применении пихты диаметр стоек должен быть увеличен на 2 см.
Качество лесоматериалов для изготовления опор установлено ГОСТ 9463-72, в соответствии с которым для опор линий электропередачи напряжением 35 кВ и ниже должна поставляться древесина сосны, лиственницы, кедра, ели, пихты второго и третьего сорта следующих размеров:
Для опор линий электропередачи напряжением выше 35 кВ размер древесины устанавливается по заказу; должна применяться сосна и лиственница.
ГОСТ нормируются также допустимые пороки древесины.
СНиП П-В. 4-71 разделяет все деревянные конструкции (в том числе и опоры ВЛ) на 10 групп, определяемых температурно-влажностными условиями эксплуатации. Деревянные опоры воздушных линий электропередачи, связи и наружного освещения отнесены к группам В и Г1. К группе В относятся опоры, устанавливаемые на открытом воздухе, в том числе и с расчетной температурой ниже 40 °С, но не соприкасающиеся с грунтом (установленные на приставках). К группе Г1 относятся деревянные конструкции опор, устанавливаемых в грунт. Такая систематизация позволяет дифференцировать требования к различным конструкциям.
Одним из основных показателей механических свойств древесины является ее предел прочности. Пределы прочности древесины при сжатии, растяжении, изгибе и скалывании определяются по ГОСТ 11492-65— 11497-65.
Качественная древесина сосны и ели при влажности 15% должна иметь предел прочности: при сжатии вдоль волокон 30 МПа*, при статическом изгибе 50 МПа.
Средняя величина временного сопротивления древесины при влажности 15% приведена в табл. 1.
Порода | Растяжение вдоль волокон | Сжатие | Изгиб | Скалывание вдоль волокон | |
вдоль волокон | поперек волокон | ||||
Сосна Ель Лиственница Пихта |
100 100 120 80 |
40 40 48 32 |
4,7 4,7 5,6 3,8 |
75 75 90 60 |
6,8 6,8 8,1 5,4 |
Для обеспечения надежной работы конструкции в расчетах предусматривается определенный запас прочности, поэтому расчетное сопротивление древесины значительно меньше временного.
Расчетные сопротивления принимаются по СНиП из условий работы опоры или других деревянных конструкций, которые для нормальных режимов приведены в табл. 2.
Вид напряжения | Порода дерева | ||
сосна, ель | лиственница | пихта | |
1. Изгиб: а) круглые лесоматериалы без врезок б) элементы прямоугольного сечения с размерами сторон 14 см и более 2. Растяжение вдоль волокон: а) элементы, не имеющие ослабления в расчетном сечении б) элементы, имеющие ослабления в расчетном сечении 3. Сжатие и смятие вдоль волокон 4. Сжатие и смятие всей поверхности поперек волокон 5. Скалывание вдоль волокон при изгибе и в соединениях для максимального напряжения. |
16 15 10 8 13 1,8 2,4 |
19,2 18 12 9,6 15,6 2,2 2,9 |
12,8 12 8 6,4 10,8 1,4 1,9 |
* Здесь и далее давление, вакуум и другие единицы приведены системе СИ.