בדיקות על עץ

עץ הוא חומר נפוץ ששימש בבנייה מהזמנים הקדומים ביותר. מתחדש ובר קיימא, עץ הוא חומר מבני הנמצא בשימוש נרחב בהנדסה לבניית בנייני מגורים חד משפחתיים וגם למסגור מחיצות ואלמנטים לא מבניים אחרים במבנים מסחריים ותעשייתיים.

בשל מקורו הטבעי, לעץ יש תכונות מכניות הקשורות למיני העץ הבודדים. תכולת הלחות ומשתנים אחרים, למשל, נוכחות של פגמים. עבור יישום ספציפי, על המתכנן לשקול היטב את העומסים הצפויים על איבר עץ או מבנה על מנת להבטיח יעילות מקסימלית של החומר.

סרטון זה ימחיש כיצד לבדוק את התכונות המכניות של סוגי עץ שונים ולקבוע את התנהגות המתח-מתח שלהם ואת ביצועי הפלקטורה שלהם.

עץ מורכב מתאים דמויי צינור מוארכים, עגולים או מלבניים שהם ארוכים בהרבה מרוחבם. בתוך הקיר יש כמה שכבות העשויות ממיקרופיברילים, שהם צרורות של פולימרים תאית.

שרשראות מיקרופיבריל מיושרות בכיוונים שונים בתוך שכבות הקירות. הדופן האמצעית עם השרשראות המיושרות לאורך הממד הארוך יותר של התא מספקת את רוב החוזק לתא, בעוד שהשרשראות האלכסוניות של הקירות הפנימיים והחיצוניים מספקות יציבות. ליגנין קושר יחד את פולימרי התאית כמו גם את שרשראות המיקרופיבריל ותאי הדפנות. אפקט החבילה של תאים רבים יחד מביא לחומר בנייה חזק מאוד.

עץ הוא חומר ביולוגי, ולכן הוא רגיש מאוד לריקבון סביבתי ולהתקפת מזיקים. חלק גדול מהעץ המשמש כיום מטופל מראש בכימיקלים כדי להגן עליו מפני הסביבה ומתקפת חרקים.

עץ הוא חומר לא הומוגני המאופיין במספר רב של פגמים או פגמים כמו למשל קשרים ופיצולים. כתוצאה מכך, גורמים גדולים של בטיחות או יחסים בין חוזק העיצוב לחוזק האולטימטיבי בפועל משמשים כדי להסביר שונות גדולה בתכונות ההנדסיות של חלקי עץ שונים.

בשל ההרכב הסלולרי שלו, עץ הוא חומר אורתוטרופי, בעל תכונות שונות לאורך צירי האורך ובהתאמה הצירים הרוחביים ביחס לכיוון התבואה. כתוצאה מכך, החומר יתנהג אחרת לעומסים מקבילים או מאונכים לסיבי העץ. ניתן לשפר את התכונות האורתוטרופיות של העץ בשיטות שונות.

למינציה כגון דיקט עשויה משכבות עם סיבים מיושרים בכיוונים מאונכים, וכתוצאה מכך חומר איזוטרופי. לחלופין, גלולם עשוי מרצועות דקות של סיבים המיושרים באותו כיוון ומודבקים בלחץ, ושואב את חוזקו מהפצת פגמים.

ההרכב התאי של העץ מסביר גם את המים החופשיים בתוך חללי התא והמים הקשורים לדפנות התא. כתוצאה מכך, תכולת הלחות היא פרמטר מרכזי בקביעת חוזק העץ, ובאופן כללי, הפחתת הלחות תביא לעלייה בחוזק. שינויים נפחיים הקשורים לייבוש עלולים לגרום להתכווצות ועיוות לא אחידים כגון פיתול, קשת, כוס או עקום.

מכיוון שעץ הוא חומר פולימרי, הוא גם נוטה לזחול או, בעומס קבוע, לעיוות דמוי צמיג מתמשך. כאשר העומס משתחרר, רוב העיוות מתאושש. כתוצאה מכך, עץ יכול בדרך כלל לתמוך בלחצים גבוהים בהרבה אם משך ההעמסה קצר. מכיוון שכל הגורמים הללו יהיו מורכבים מדי לשימוש בתכנון יומיומי, למטרות מבניות אנו משתמשים בדברים הבאים: ניתוח סטטיסטי של ערכי החוזק האולטימטיביים ללא פגמים עבור מינים רבים, תיקונים לתכולת הלחות ויחסי חוזק המבוססים על דרגת עץ כדי לתקן השפעות מפחיתות חוזק.

המאפיינים הניתנים בדרך כלל עבור רוב העצים מתפרסמים בצורה טבלאית לעיון קל. מאפיינים אלה הם: מתח כיפוף מותר, מתח מקביל לתבואה, גזירה אופקית, דחיסה בניצב לגרגר, דחיסה מקבילה לתבואה ומודול האלסטיות. בנוסף לתכונות הבסיסיות הספציפיות לכיוון של מיני העץ, צריך להיות ברור שלא כל העץ מתנהג באותו אופן תחת עומס.

כעת, לאחר שהבנתם את התכונות הפיזיקליות של העץ ואת העקרונות של בדיקות עץ, בואו נשתמש בהם כדי לבצע כמה בדיקות.

לפני שתתחיל, בחר שלושה זני עץ להשוואה. עבור כל זן, הכינו שתי דגימות קוביות דחיסה עם מידות קצה נומינליות של 3.5 אינץ'. ודא שהקוביות נקיות מפגמים, והמשטחים הנגדיים שלהן מקבילים. סמן דגימה אחת מכל זן לבדיקה עם עומס המופעל במקביל לגרגר, ואת שאר הדגימות לבדיקה עם עומס המופעל בניצב לגרגר.

מדוד את גובה כיוון הטעינה של כל דגימת בדיקה באמצעות קליפר. וחזור על המדידה בכמה מיקומים כדי לקבוע את הממוצע המשוער. כשתסיים, השתמש באותו הליך כדי לקבוע את מידות החתך של כל דגימה.

הגדר את מכונת הבדיקה האוניברסלית כפי שמוצג בסרטון JoVE לגבי קבועי חומר. לאחר מכן, מרכז בזהירות דגימה בכיוון הנכון על משטח הדחיסה. הורד את ראש הצלב עד להפעלת עומס קל ולאחר מכן השתמש בפקדים העדינים כדי להחזיר את העומס קרוב ככל האפשר לאפס.

כעת הפעל את עומס הדחיסה בקצב טעינה של 40 psi לשנייה. בדיקת הדחיסה עשויה להימשך מספר דקות ככל שהעומס גדל ועם מתח גלוי משמעותי בדגימה. אפשר לבדיקה להמשיך עד להגעה לעומס מרבי ברור.

רשום את העומס המרבי בסיום הבדיקה ולאחר מכן חזור על ההליך עבור הדגימות הנותרות.

בצע בדיקת דחיסה נוספת, והפעם, הפעל את העומס בניצב לגרגר הדגימה. חזור על ההליך עבור זני העץ האחרים.

כעת הכינו כמה דגימות עצמות כלב תוך שימוש באותם שלושת זני העץ. הכן סט אחד של דגימות עם התבואה במקביל לממד הארוך, וסט שני עם התבואה בניצב לממד הארוך.

בצע בדיקות מתח על כל שש הדגימות כפי שמוצג בסרטון JoVE לגבי מאפייני מתח-מתח של פלדה.

השג שניים על ארבעה באורך של כ -24 אינץ 'מכל זן עץ. התקן את מכשיר בדיקת הכיפוף בעל ארבע הנקודות במכונת הבדיקה האוניברסלית. לאחר שהמנגנון מוכן, הפעל את מכונת הבדיקה. התאם את הגדרות הבדיקה כדי לתעד את העומסים וערכי הצלב, וללכוד את העומס המרבי. התקן את הדגימה במנגנון והפיל את ראש הצלב העליון עד שהמנגנון רק מתחיל ליצור מגע עם קורת העץ.

הפעל את העומס בקצב של 2,000 פאונד לדקה עד שהקרן נשברת. רשום את עומס הכשל בסיום הבדיקה ולאחר מכן חזור על הבדיקה עבור הדגימות הנותרות.

השתמש בטבלה כדי לסכם את התוצאות עבור בדיקות הדחיסה, המתח והכיפוף. לאחר מכן, בכל עמודה, נרמל את הנתונים לערך המקסימלי וצור טבלה חדשה.

כעת, תסתכל על התוצאות שלך. כפי שמוצג באופן עקבי בכל התוצאות, אלון הוא העץ החזק ביותר, ואחריו אשוחית ואורן דרומי. עבור שתי התכונות החשובות ביותר, חוזק כיפוף ודחיסה במקביל לגרגר, נראה שהאשוחית היא בערך 87% והאורן הדרומי בערך 78%, חזק כמו האלון. בהתחשב בהפרש המחירים הגדול מאוד בין היערות, אורן דרומי כזול שבהם הוא בחירה יעילה מאוד.

לבדיקות עץ יש חשיבות עליונה בהנדסת מבנים להערכת יכולתם של עיצובים סופיים להתמודד עם מתח ומתח במהלך שימוש שגרתי על מנת להבטיח את בטיחות המוצר ועמידה בתקנים בינלאומיים.

במבחן כיפוף של ארבע נקודות, קרן נתמכת בפשטות נטענת בשני עומסים שווים בנקודה השלישית שלה, וכתוצאה מכך חלק מרכזי עם מומנט קבוע ואפס גזירה. בדיקה זו היא קריטית עבור מערכות רצפה שבהן האלמנטים המבניים של העץ נטענים בעיקר על ידי מתחי כיפוף.

עד לאחרונה, מבני עץ הוגבלו לשלוש או ארבע קומות בדירה או בבניין משרדים קטן. פיתוחים של עץ למינציה צולבת הביאו לפיתוח מערכות מבניות המסוגלות להגיע לשמונה קומות או יותר. בעוד שבניינים גבוהים בהרבה, בסדר גודל של 20 קומות, עדיין נמצאים בפיתוח.

זה עתה צפיתם במבוא לבדיקות עץ של JoVE. כעת עליך להבין את המאפיינים ההנדסיים של העץ, וכיצד לבצע בדיקות מתיחה, דחיסה וכיפוף על דגימות עץ.

תודה שצפית!