Tiêu chuẩn TCVN 8164:2009 Thử nghiệm, đánh giá gỗ phân cấp theo độ bền

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 8164:2009

ISO 13910:2005

GỖ KẾT CẤU - GIÁ TRỊ ĐẶC TRƯNG CỦA GỖ PHÂN CẤP THEO ĐỘ BỀN - LẤY MẪU, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ TRÊN TOÀN BỘ KÍCH THƯỚC MẶT CẮT NGANG

Structural timber - Characteristic values of strength graded timber - Sampling, full-size testing and evaluation

Lời nói đầu

TCVN 8164 : 2009 hoàn toàn tương đương với ISO 13910 : 2005.

TCVN 8164 : 2009 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC165 Gỗ và sản phẩm gỗ biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Lời giới thiệu

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu về lấy mẫu, thử nghiệm và đánh giá các giá trị đặc trưng của các chỉ tiêu kết cấu đối với gỗ xẻ có cấp và kích cỡ xác định để sử dụng trong quy chuẩn thiết kế kết cấu xây dựng. Tiêu chuẩn này đưa ra các yêu cầu mang tính định tính và các chỉ tiêu cần xác định cũng tương tự như các chỉ tiêu đó trong điều kiện sử dụng thực tế và các giá trị độ bền đặc trưng thu được sẽ được sử dụng trong quy chuẩn thiết kế kết cấu xây dựng. Mục đích của việc xác định các giá trị độ bền đặc trưng nhằm đưa ra được khả năng chịu tải xác thực. Do đó, các thuật ngữ như “độ bền uốn”, “độ bền trượt”, “độ bền kéo” v.v... liên quan đến các giá trị tải trọng sử dụng và kiểu phá hủy dự kiến.

Tiêu chuẩn này không nhằm đánh giá tất cả các chỉ tiêu của tất cả các cấp và kích cỡ của gỗ được sử dụng trong công trình xây dựng. Các yêu cầu đánh giá đặc biệt được quy định trong quy chuẩn xây dựng, sổ tay chất lượng hoặc các quy định kỹ thuật và tiêu chuẩn vật liệu khác.

Tài liệu này là tiêu chuẩn đã được đồng thuận cấp quốc tế để xác định các chỉ tiêu kết cấu đối với gỗ phân cấp theo độ bền. Các tiêu chuẩn khác liên quan đến phép xác định các chỉ tiêu kết cấu có thể phù hợp với tiêu chuẩn này miễn là thiết lập được sự tương đương giữa các tiêu chuẩn với nhau.

Phiên bản đầu tiên của ISO 13910 còn có các điều liên quan đến lấy mẫu và đánh giá các giá trị đặc trưng của gỗ phân cấp theo độ bền. Ban kỹ thuật ISO/TC 165 đã soát xét có bổ sung thêm một số điều (liên quan đến lấy mẫu, thử nghiệm và đánh giá từng chỉ tiêu riêng).

GỖ KẾT CẤU - GIÁ TRỊ ĐẶC TRƯNG CỦA GỖ PHÂN CẤP THEO ĐỘ BỀN - LẤY MẪU, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ TRÊN TOÀN BỘ KÍCH THƯỚC MẶT CẮT NGANG

Structural timber - Characteristic values of strength-graded timber - Sampling, full-size testing and evaluation

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp lấy mẫu, quy trình thử nghiệm và đánh giá trên toàn bộ kích thước mặt cắt ngang của gỗ xẻ để xác định các giá trị đặc trưng của các chỉ tiêu kết cấu đối với gỗ xẻ sử dụng trong các quy chuẩn thiết kế kết cấu xây dựng. Tiêu chuẩn này đưa ra các phương pháp thiết lập mức độ tương đương với các tiêu chuẩn khác để thử nghiệm và đánh giá các chỉ tiêu đặc trưng của gỗ kết cấu.

Tiêu chuẩn này áp dụng cho gỗ xẻ có mặt cắt ngang hình chữ nhật chịu tải trọng ngắn hạn (khoảng 1 min). Quy trình đánh giá này không phục vụ mục đích quản lý chất lượng hoặc nghiệm thu lô gỗ.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

ASTM D198, Standard test methods of static tests of lumber in structural sizes (Tiêu chuẩn phương pháp thử tĩnh đối với gỗ xẻ ở kích thước kết cấu).

3. Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1

Giá trị đặc trưng (characteristic value)

Phân vị chuẩn của phân bố thống kê được đánh giá với mức độ chính xác quy định.

CHÚ THÍCH: Giá trị đặc trưng được sử dụng là giá trị trung bình của mẫu hoặc là giá trị phân vị chuẩn 5 ước lượng (95 phần trăm giá trị độ tin cậy).

3.2.

Cấp (grade)

Tập hợp gỗ có cùng giá trị đặc trưng xác định.

3.3.

Phân vị chuẩn p (p-percentile)

Giá trị để xác suất có giá trị thấp hơn là p phần trăm.

3.4.

Thanh gỗ (piece of timber)

Gỗ có mặt cắt ngang hình chữ nhật và chiều dài được sản xuất theo mục đích xây dựng.

3.5.

Tập hợp gỗ phân cấp theo độ bền (population of strength-graded timber)

Tất cả các thanh gỗ để làm kết cấu trong một nhóm xác định có cùng các thông số như nguồn gốc, loài gỗ, kích cỡ và cấp.

3.6

Tập hợp chuẩn (reference population)

Tập hợp gỗ phân cấp theo độ bền, có các chỉ tiêu về độ bền đặc trưng đo được dự kiến không thay đổi.

3.7.

Cỡ mẫu (sample size)

Số lượng các thanh gỗ hoặc mẫu gỗ được chọn từ một tập hợp xác định.

3.8

Mẫu thử (test specimen)

Chiều dài của gỗ được cắt từ một thanh gỗ cho mục đích thử nghiệm để đánh giá các chỉ tiêu của gỗ.

3.9.

Chiều dày (thickness)

d

Kích thước nhỏ hơn và vuông góc với trục dọc của thanh gỗ.

3.10

Chiều rộng (width)

b

Kích thước lớn hơn và vuông góc với trục dọc của thanh gỗ.

4. Ký hiệu và thuật ngữ viết tắt

4.1. Ký hiệu cơ bản

4.2. Các chỉ số dưới

5. Lấy mẫu

Các thông số để xác định tập hợp chuẩn phải được xác định một cách toàn diện theo loài và các yếu tố khác như nguồn gốc, kích cỡ, cấp và phương pháp phân cấp.

Tất cả các mẫu thử phải được cắt từ thanh gỗ đã được lựa chọn để đại diện cho tập hợp chuẩn.

Sự đại diện cho tập hợp chuẩn có thể nhận được bằng cách chọn các thanh gỗ một cách ngẫu nhiên từ tập hợp chuẩn. Tuy nhiên, tính đại diện sẽ tốt hơn nếu tất cả các thông số tập hợp, ví dụ như tỷ lệ các thanh gỗ được sản xuất theo từng phân xưởng, được lặp lại trong mẫu đã chọn cho thử nghiệm.

Ứng với mỗi cấp, kích cỡ hoặc chỉ tiêu cần đánh giá, phải lấy cỡ mẫu tối thiểu là 40. Khuyến nghị sử dụng cỡ mẫu lớn hơn 40 trong trường hợp cần nhiều hơn các giá trị đặc trưng tin cậy đối với độ bền mà không có hệ số bất lợi đối với cỡ mẫu (xem 9.2.1).

6. Mẫu thử

Tất cả các mẫu thử có toàn bộ kích thước mặt cắt ngang. Chiều dài của từng mẫu phải phù hợp với yêu cầu của từng phép thử (xem Điều 8).

Mẫu thử phải được lựa chọn từ các vị trí ngẫu nhiên trong một thanh gỗ. Mẫu đã được cắt từ các vị trí định trước (ở trung điểm của thanh gỗ, một đầu chọn ngẫu nhiên trong thanh gỗ hoặc từ vị trí không có khuyết tật v.v...) có thể được coi là phù hợp với yêu cầu này nếu không có bất kỳ sai lệch nào về các chỉ tiêu được đo.

Mỗi mẫu thử ứng với một kích cỡ, cấp hoặc chỉ tiêu nhất định phải được cắt từ thanh gỗ khác nhau và mỗi thanh gỗ có thể cắt thành nhiều loại mẫu thử.

Ứng với từng cấp/kích cỡ/chỉ tiêu, phải lấy cỡ mẫu tối thiểu là 40 như quy định ở Điều 5.

7. Điều kiện thử nghiệm

Nếu không có quy định cụ thể thì áp dụng quy trình thử nghiệm theo ASTM D198. Độ ẩm chuẩn tại thời điểm thử nghiệm phải phù hợp với điều kiện ổn định ở nhiệt độ 20 °C và độ ẩm tương đối 65 %. Có thể áp dụng các quy trình thử nghiệm và tiêu chí ổn định khác miễn là các điều kiện đó đảm bảo tốt hơn; nếu không thì phải thiết lập một quy trình và điều kiện ổn định tương tự.

Ứng với ổn định chuẩn về nhiệt độ và độ ẩm, độ ẩm cân bằng của gỗ đặc phải khoảng 12 %.

Nhiệt độ chuẩn tại thời điểm thử nghiệm phải là 20 °C.

Tốc độ gia tải phải được chọn sao cho sau khoảng một phút thì xuất hiện sự phá hủy.

Tại thời điểm thử nghiệm, phải ghi lại độ ẩm, nhiệt độ của gỗ và thời điểm phá hủy.

8. Sơ đồ thử nghiệm

8.1. Khối lượng riêng

Mẫu gỗ để xác định khối lượng riêng phải đảm bảo toàn bộ kích thước mặt cắt ngang của thanh gỗ. Chiều dài của mẫu thử không nhỏ hơn b. Khối lượng, m, và độ ẩm, w, phải được đo cho từng mẫu thử. Khối lượng riêng tại thời điểm thử nghiệm, p_test được tính toán từ công thức sau:

P_test =                           (1)

Khối lượng riêng ở độ ẩm 12 % theo khối lượng, P₁₂, được tính từ công thức sau:

p₁₂ = p_test                                  (2)

trong đó: w là độ ẩm của mẫu thử tại thời điểm thử khi xác định theo phương pháp sấy khô kiệt.

Một cách khác cũng đảm bảo độ chính xác khi đo độ ẩm bằng cách sử dụng đồng hồ đo độ ẩm dạng điện trở, miễn là đồng hồ đã được hiệu chuẩn theo phép đo độ ẩm được xác định bằng phương pháp sấy khô kiệt. Nếu sử dụng đồng hồ điện đo độ ẩm thì đo tại hai hoặc ba điểm đọc theo từng mẫu gỗ.

8.2. Độ bền uốn và độ cứng vững

Sơ đồ thử nghiệm độ bền uốn và độ cứng vững được mô tả trên Hình 1. Dầm có khẩu độ 18b được gia tải ở hai điểm cách đều nhau nằm giữa hai gối đỡ, tải trọng tại mỗi điểm là F/2. Chọn một cạnh bất kỳ của dầm làm cạnh chịu kéo. Nếu dầm quá mỏng, có thể có xu hướng bị mất ổn định trong quá trình gia tải, thì có thể phải bố trí các gối cản giữ ngang để ngăn sự mất ổn định này. Các gối cản giữ ngang này phải đảm bảo không gây ra lực chống lại sự chuyển vị theo hướng gia tải.

CHÚ DẪN

1          gối đỡ dạng con lăn;

2          tấm đỡ

Hình 1 - Cách lắp đặt mẫu để đo độ bền uốn và độ cứng vững

Phép đo môđun đàn hồi, E, phải được thực hiện bằng cách đo độ võng e tại điểm giữa trục của dầm cân xứng với vị trí điểm giữa trục của hai đầu dầm, độ võng tại điểm B cân xứng với hai điểm A và C trên sơ đồ Hình 1. Khi không thể thực hiện được điều này thì cho phép đo độ võng tại điểm giữa của mặt dưới dầm cân xứng với hai gối đỡ của dầm.

Tăng tải trọng truyền lên mẫu F cho đến khi dầm bị phá hủy dạng uốn hoặc phá hủy ở dạng khác.

Để đánh giá mô đun đàn hồi khi uốn, E_m, độ võng gia tăng De ứng với tải trọng gia tăng DF phải được lựa chọn từ phần đàn hồi tuyến tính của đồ thị quan hệ tải trọng biến dạng và được tính theo công thức sau:

E_m = x                                      (3)

Dải tải trọng cực đại từ 10 % đến 40 % được sử dụng để xác định tỷ lệ DF/De.

E có thể được đánh giá bằng cách đo chuyển vị của các điểm khác với các điểm đã được mô tả ở trên, miễn sao thiết lập được sự tương đương có thể chấp nhận được với quy trình này.

Độ bền uốn f_m được xác định theo công thức sau:

f_m =                                 (4)

trong đó

F_ult là giá trị tải trọng truyền lên mẫu tại thời điểm phá hủy (tải trọng tới hạn).

8.3. Độ bền kéo song song thớ gỗ

Sơ đồ thử nghiệm độ bền kéo song song thớ gỗ được mô tả trên Hình 2. Chiều dài mẫu gỗ giữa hai điểm cặp phải đảm bảo 8b + 2 000 mm. Mẫu được gia tải đến khi bị phá hủy.

Kích thước tính bằng milimét

CHÚ DẪN

1 kẹp khi kéo

Hình 2 - Cách lắp đặt mẫu để đo độ bền kéo song song thớ gỗ

Độ bền kéo f_t,o được tính theo công thức sau:

f_t,o =                               (5)

trong đó

F_ult là giá trị tải trọng truyền lên mẫu tại thời điểm phá hủy (tải trọng tới hạn).

8.4. Độ bền nén song song thớ gỗ

Sơ đồ thử nghiệm độ bền nén song song thớ gỗ được mô tả trên Hình 3. Mẫu thử có chiều dài tổng số là 8b + 2 000 mm. Mẫu thử được nén dọc trục bằng một tải trọng F cho đến khi xuất hiện sự phá hủy. Mẫu phải được gia cố để chống lại sự mất ổn định ngang bằng cách bố trí các gối cản giữ ngang ở khoảng cách không lớn hơn 10d ứng với sự mất ổn định trên trục phụ và 10b ứng với sự mất ổn định trên trục chính. Gối cản giữ ngang phải đảm bảo không gây ra lực chống lại sự chuyển vị theo hướng gia tải.

Kích thước tính bằng milimét

CHÚ DẪN

1 gối cản giữ ngang

Hình 3 - Cách lắp đặt mẫu để đo độ bền nén song song thớ gỗ

Độ bền nén f_c,o được tính theo công thức sau:

f_c,o=                                                                       (6)

trong đó

F_ult là giá trị tải trọng truyền lên mẫu tại thời điểm phá hủy (tải trọng tới hạn).

Có thể áp dụng một quy trình thử khác với mô tả ở trên. Mẫu thử có thể được cắt thành các mẫu gỗ ngắn hơn nhưng không lớn hơn 10d miễn sao mẫu không bị cắt qua vùng có khuyết tật nghiêm trọng. Mỗi mẫu gỗ này được nén dọc trục cho đến khi bị phá hủy. Tải trọng tới hạn được lấy là giá trị tải trọng tới hạn nhỏ nhất trong số các mẫu gỗ ngắn.

8.5. Độ bền trượt song song thớ gỗ

Sơ đồ thử nghiệm độ bền trượt song song thớ gỗ được mô tả trên Hình 4. Tải trọng F được tăng dần cho đến khi đạt giá trị tới hạn F_ult, giá trị tại thời điểm xuất hiện sự phá hủy mẫu gỗ. Độ bền trượt f_v được tính theo công thức sau:

f_v =                             (7)

Một số dầm có thể bị phá hủy khác với kiểu trượt, ví dụ dạng phá hủy uốn hoặc phá hủy nén vuông góc với thớ gỗ. Tuy nhiên, tất cả các kết quả thử phải được sử dụng để đánh giá các chỉ tiêu độ bền trượt. Công thức (7) cho kết quả độ bền trượt danh nghĩa của dầm bằng cách cung cấp mô tả đã được chuẩn hóa về khả năng chịu tải của dầm.

Có thể sử dụng sơ đồ gia tải trên dầm liên tục hai nhịp như mô tả trong Phụ lục B, hoặc phương pháp thử trượt khác, miễn sao thiết lập được hiệu quả tương đương so với sơ đồ gia tải trên dầm một nhịp của điều này.

Kích thước tính bằng milimét

CHÚ DẪN

1          gối đỡ dạng con lăn;

2          tấm đỡ

3          gỗ

Hình 4 - Cách lắp đặt mẫu để xác định độ bền trượt song song thớ gỗ

8.6. Độ bền kéo vuông góc với thớ gỗ

Cách lắp đặt mẫu để xác định độ bền kéo vuông góc với thớ gỗ được mô tả trên Hình 5. Mẫu gỗ để xác định độ bền kéo vuông góc với thớ gỗ phải có toàn bộ kích thước mặt cắt ngang của thanh gỗ. Chiều dài, l_h, được cắt từ thanh gỗ và bằng b/3. Mẫu gỗ phải được gia tải tại ba điểm uốn như sơ đồ mô tả trên Hình 5.

CHÚ DẪN

1          gối đỡ dạng con lăn

2          tấm đỡ

3          hướng thớ gỗ.

Hình 5 - Cách lắp đặt mẫu để xác định độ bền kéo vuông góc với thớ gỗ

Độ bền kéo f_t,90 được tính theo công thức sau:

trong đó: F_ult là giá trị tải trọng truyền lên mẫu tại thời điểm phá hủy (tải trọng tới hạn).

CHÚ THÍCH Hệ số (0,03 dl_h²/800³)^0,2 được sử dụng để chuẩn hóa độ bền kéo với giá trị tương đương mẫu gỗ hình lập phương có chiều dài cạnh 800 mm.

8.7. Độ bền nén và độ cứng vững vuông góc với thớ gỗ

Cách lắp đặt mẫu để xác định độ bền nén và độ cứng vững vuông góc với thớ gỗ được mô tả trên Hình 6 a). Tải trọng F được truyền qua hai tấm đỡ bằng thép có chiều dài bằng 90 mm và chiều rộng bằng d + 10 mm. Đầu máy thử được cố định chắc chắn để không bị xoay. Trong quá trình gia tải, dựng đồ thị quan hệ tải trọng-biến dạng [xem Hình 6 c)], đồng thời gia tải cho đến khi mẫu thử bị phá hủy hoặc biến dạng đạt được 20 mm, tùy theo điều nào xảy ra trước. Nếu mẫu gỗ có xu hướng bị mất ổn định trong quá trình gia tải, có thể sử dụng các gối cản giữ ngang để chống lại sự mất ổn định.

CHÚ DẪN

X          biến dạng, e, tính bằng milimét;

Y          tải trọng truyền lên mẫu, F, tính bằng niutơn;

^a           điểm phá hủy.

(Mời xem tiếp trong file tải về)