Соединение элементов под углом и прикрепление к опорам: общие сведения — ТехЛиб СПБ УВТ – Тема 3. Соединения деревянных элементов

Классификация соединений деревянных элементов

Соединение деревянных элементов по длине  называется сращиванием, по ширине – сплачиванием, под углом – связыванием, прикрепление к опорам  – анкерованием.

При изготовлении узлов и стыков деревянных соединений изготавливают всевозможные гнезда, отверстия и врезки, что уменьшает сечения и ослабляет деревянные конструкции. Разрушение деревянных конструкций, как правило, начинается с соединений. От правильности выбора вида соединения его расчета и изготовления, зависит прочность и надежность конструкции в целом.

При соединении сжатых элементов усилия сжатия передаются непосредственно от одного элемента другому. Это наиболее простой вид соединений, в котором не требуются рабочие связи. В соединении изгибаемых элементов уже необходимы рабочие связи – это более сложный вид соединений. Наиболее сложные узлы и стыки у соединений растянутых элементов. Здесь наиболее часто применяются металлические связи.

Существует, примерно, 40–50 различных типов соединений деревянных элементов (рис. 1), которые по характеру работы разделяются на две группы:

  • Соединения без расчетных связей. В узлах присутствуют только конструктивные связи обеспечивающие пространственную и геометрическую неподвижность соединения. К этому типу соединений, например, относятся упоры и врубки работающие на сжатие.
  • Соединения с расчетными связями. Работающими на сжатие (шпонками, колодками). Работающими на изгиб (нагелями, болтами, штырями, гвоздями, винтами, деревянными пластинками). Работающими на растяжение (болтами, гвоздями, винтами, хомутами, тяжами). Работающими на сдвиг (клеевыми швами).
Сращивание, сплачивание, связывание деревянных элементоврис. 1. Примеры соединений деревянных элементов (сращивание, сплачивание, связывание)

Так как в различных типах соединений могут присутствовать одинаковые виды связей целесообразно рассматривать соединения по следующей классификации:

  • Без специальных связей.
  • С деревянными связями.
  • С металлическими связями.
  • С клеевыми связями.

Главные требования предъявляемые ко всем соединениям деревянных элементов: обеспечение в узлах и стыках вязкости, дробности и плотности

.

При работе древесины на сжатие, растяжение, растягивание и сдвиг в ней, в отличие от металлических соединений, не происходит пластических перераспределений напряжения, а наоборот, присутствует хрупкое разрушение: скалывание вдоль и поперек волокон. Нейтрализация скалывания обеспечивается, прежде всего, работой соединения на смятие древесины, это называется вязкостью соединения. Для наращивания вязкости, соединение «дробят»: увеличивают насколько возможно количество связей, за счет которых напряжения смятия передаются более равномерно. Для устранения «рыхлых» деформаций, соединение делают плотным. Иными словами, например, врубка одного деревянного элемента в другой, должна иметь достаточную площадь для передачи нагрузки, эта площадь для предотвращения скалывания, должна быть раздроблена на несколько площадей, а все соединение должно быть без зазоров, т.е. плотным.

Классификация соединений деревянных элементов | Мастремонт.ру

Автор Optimist На чтение 2 мин. Опубликовано

Соединение деревянных элементов по длине называется сращиванием, по ширине – сплачиванием, под углом – связыванием, прикрепление к опорам – анкерованием.

При изготовлении узлов и стыков деревянных соединений изготавливают всевозможные гнезда, отверстия и врезки, что уменьшает сечения и ослабляет деревянные конструкции. Разрушение деревянных конструкций, как правило, начинается с соединений. От правильности выбора вида соединения его расчета и изготовления, зависит прочность и надежность конструкции в целом.

При соединении сжатых элементов усилия сжатия передаются непосредственно от одного элемента другому. Это наиболее простой вид соединений, в котором не требуются рабочие связи. В соединении изгибаемых элементов уже необходимы рабочие связи – это более сложный вид соединений. Наиболее сложные узлы и стыки у соединений растянутых элементов. Здесь наиболее часто применяются металлические связи.

Существует, примерно, 40-50 различных типов соединений деревянных элементов (рис. 1), которые по характеру работы разделяются на две группы:
Соединения без расчетных связей. В узлах присутствуют только конструктивные связи обеспечивающие пространственную и геометрическую неподвижность соединения. К этому типу соединений, например, относятся упоры и врубки работающие на сжатие.

Соединения с расчетными связями. Работающими на сжатие (шпонками, колодками). Работающими на изгиб (нагелями, болтами, штырями, гвоздями, винтами, деревянными пластинками). Работающими на растяжение (болтами, гвоздями, винтами, хомутами, тяжами). Работающими на сдвиг (клеевыми швами).Классификация соединений деревянных элементовТак как в различных типах соединений могут присутствовать одинаковые виды связей целесообразно рассматривать соединения по следующей классификации:

  1. Без специальных связей
  2. С деревянными связями
  3. С металлическими связями
  4. С клеевыми связями

Главные требования предъявляемые ко всем соединениям деревянных элементов: обеспечение в узлах и стыках вязкости, дробности и плотности.
При работе древесины на сжатие, растяжение, растягивание и сдвиг в ней, в отличие от металлических соединений, не происходит пластических перераспределений напряжения, а наоборот, присутствует хрупкое разрушение: скалывание вдоль и поперек волокон. Нейтрализация скалывания обеспечивается, прежде всего, работой соединения на смятие древесины, это называется вязкостью соединения. Для наращивания вязкости, соединение «дробят»: увеличивают насколько возможно количество связей, за счет которых напряжения смятия передаются более равномерно.

Для устранения «рыхлых» деформаций, соединение делают плотным. Иными словами, например, врубка одного деревянного элемента в другой, должна иметь достаточную площадь для передачи нагрузки, эта площадь для предотвращения скалывания, должна быть раздроблена на несколько площадей, а все соединение должно быть без зазоров, т.е. плотным.

Деревянные конструкции. Общие сведения о конструкциях из дерева, страница 9

1.  Как рассчитываются деревянные конструкции при центральном сжатии?

2.  Как рассчитываются деревянные конструкции при центральном сжатии?

3.  Как выполняется расчет изгибаемых элементов пот двум группам предельных состояний?

  Глава 22. Расчет и конструирование соединений деревянных конструкций

22.2. Классификация соединений

          Соединения являются наиболее ответственными частями деревянных конструкций.

          Соединение элементов по длине называют сращиванием, по ширине – сплачиванием, под углом и прикрепление к опорам – анкеровкой.

          При изготовлении многих соединений в элементах конструкций делаются отверстия и врезки, ослабляющие их сечения и повышающие деформативность. Разрушения деревянных конструкций в большинстве случаев начинается в соединениях.

           От правильного решения соединения, его расчета и изготовления зависит прочность и деформативность конструкций в целом.

          По характеру работы все соединения могут быть разделены на следующие группы:

·  без специальных связей, требующих расчета - -лобовые врубки и упоры.

·  со связями, работающими на сжатие – шпонками и колодками.

·  со связями, работающими на изгиб – болтами, стержнями, гвоздями, винтами и пластинами.

·  со связями, работающими на растяжение – болтами, гвоздями, винтами и хомутами.

·  со связями, работающими на сдвиг – скалывание – клеевыми швами.

Так как одни и реже связи в ходят в разные группы, удобно рассматривать соединения деревянных конструкций в следующем порядке: соединения без специальных связей, с деревянными связями, с металлическими связями, с клеевыми связями.

Все соединения, за исключением клеевых, являются податливыми.

Конструктивные врубки (рис.22.1) являются соединения, в которых возникают усилия, намного меньше, чем их несущая способность и они не нуждаются в расчете.

Лобовые упоры (рис. 22.2) являются наиболее простыми и надежными соединениями  и применяются в большинстве видов деревянных конструкций для крепления сжатых элементов. Они работают и рассчитываются на смятие, от действия сжимающей продольной силы.

Соединения со стальными связями – это соединения деревянных элементов, в которых действующие в них усилия передаются при помощи стальных болтов, стержней, гвоздей, винтов, хомутов, зубчатых пластинок и других изделий. Наиболее распространенными стальными соединениями являются болты и гвозди. Наибольшее распространение получили болты с диаметрами 12,16 и 20мм и гвозди диаметром 3,4.5, и 6мм,м длиной 80, 100,150, и 200 мм.

Для постановки болтов в соединяемых элементах  просверливаются отверстия такого же диаметра, что и болты. Болтовые соединения бывают со стяжными, растянутыми и изгибаемыми болтами (рис22.3, рис. 22.4).

Гвоздевые соединения применяются при не большом объеме изготавливаемых конструкций.

Соединение с конструктивными гвоздями применяют для крепления обшивок и настилов, в которых гвозди не несут расчетных усилий и не рассчитываются.

Соединения с выдергиваемыми гвоздями относятся к классу соединений с растянутыми гвоздями. Они применяются для крепления досок подшивок потолков, щитов перекрытия и опалубки железобетона.

Соединения с изгибаемыми гвоздями (рис.22.5) относятся к тому же классу соединений с изгибаемыми связями, что и болтовые соединения с изгибаемыми болтами. Они применяются в стыках и узлах дощатых конструкций; гвозди работают на изгиб, а древесина – на смятие.

Винтовые соединения (рис.22.6) представляют стальное изделие. Винты диаметром 12мм называются шурупами. Винты применяют для крепления стальных накладок и деталей  к деревянным элементам в узлах конструкций.

Соединения с хомутами относятся к классу соединений с растянутыми связями. Болты хомутов работают и рассчитываются на растяжение , а поперечные элементы - на изгиб.

Соединения на скобах относятся к классу конструктивных соединений. Скобы изготавливаются из прутковой стали диаметром 8…16 мм и имеют П – образную форму с заостренными и зазубренными концами (рис.22.7).

Тема 3. Соединения элементов конструкций из дерева

3.1. Общие сведения

3.1.1. Основные виды соединений.

Появление новых видов и методов изготовления соединений элементов обусловило значительный прогресс в развитии деревянных конструкций. В современных деревянных конструкциях наряду с традиционными, вручную изготовляемыми соединениями, применяют новые соединения усовершенствованного типа.

Применяемый для нужд строительства лесоматериал в виде бревен и пиломатериала имеет максимальные размеры поперечного сечения 25-28 см. и предельную длину 6.5 м. Вследствие ограниченности размеров дерева создание из него строительных конструкций больших пролетов или высоты невозможно без соединения отдельных элементов.

Соединения деревянных элементов для увеличения поперечного сечения конструкции называют сплачиванием, а для увеличения их продольной длины - сращиванием. Наряду со сплачиванием и сращиванием, деревянные элементы могут соединяться в узлах конструкций под различными углами.

Необходимость правильного решения соединений отдельных деревянных элементов для работы конструкции в целом объясняется еще и тем, что анизотропное строение древесины проявляет свои отрицательные качества в большей степени в местах соединений.

Развитие соединений деревянных конструкций ведет свою историю от древних деревянных сооружений. Одними из первых стали применяться соединения, в которых усилия передавались от одного элемента другому непосредственно через контактные поверхности и вызывали в основном напряжения смятия (лобовые врубки, упор и др.) Использование таких соединений вело к большому перерасходу древесины. Позже, благодаря применению в соединениях рабочих связей, удалось передавать большие растягивающие усилия. Наконец, важной ступенью развития отдельных элементов и деревянных конструкций в целом стало возникновение клеевых соединений. Этому способствовало создание новых отраслей химической промышленности по производству синтетических полимерных материалов и строительных клеев на их основе.

Применение того или другого вида соединений определяется видом всей конструкции, в некоторых случаях можно использовать различные виды соединений в одной конструкции.

Преимущество цельной древесины по стоимости по сравнению с клееной делает целесообразным ее применение практически во всех случаях, где позволяют запасы природной древесины или возможно ее использование на обычных (не клееных) соединениях. Применение дощато-клееных конструкций рационально в тех случаях, когда требуется большое поперечное сечение элементов, когда необходимо свести к минимуму количество металлических вкладышей, для увеличения огнестойкости, уменьшения воздействия химически агрессивных сред или в случае, когда предъявляются особые требования к архитектурной выразительности сооружения. Фанера, древесностружечные и древесноволокнистые плиты и другие листовые материалы применяют в качестве обшивок и присоединяют к деревянному каркасу клеем или различными рабочими связями.

Соединения элементов деревянных конструкций по способу передачи усилий разделяются на следующие виды: 1) соединения, в которых усилия передаются непосредственно упором контактных поверхностей соединяемых элементов, например, примыканием в опорных частях элементов, врубкой и т.д.; 2) соединения на механических связях; 3) соединения на клеях.

Механическими в соединениях деревянных конструкций называют рабочие связи различных видов из твердых пород древесины, стали, различных сплавов или пластмасс, которые могут вставляться, врезаться, ввинчиваться или запрессовываться в тело древесины соединяемых элементов. К механическим связям, наиболее широко применяемым в современных деревянных конструкциях, относятся шпонки, нагели, болты, глухари, гвозди, шурупы, шайбы шпоночного типа, нагельные пластинки и металлические зубчатые пластинки. Использование механических связей усовершенствованного типа расширяет возможность применения конструкций из цельной древесины, а также упрощает сборку клееных конструкций на строительной площадке. Передача сил в соединениях с механическими связями происходит от одного элемента другому через отдельные точки (дискретно). Распределение силы по поверхности контакта и в глубину элемента зависит от вида механических связей.

Соединения элементов деревянных конструкций Приемы увеличения размеров

Соединения элементов деревянных конструкций Соединения элементов деревянных конструкций

Приемы увеличения размеров деревянных элементов Сращивание • Соединение деревянных элементов по длине. Сплачивание • Приемы увеличения размеров деревянных элементов Сращивание • Соединение деревянных элементов по длине. Сплачивание • Соединение деревянных элементов по ширине.

Другие варианты соединения деревянных элементов Узловое • Соединение деревянных элементов под углом в узлах. Другие варианты соединения деревянных элементов Узловое • Соединение деревянных элементов под углом в узлах. Анкеровка • Прикрепление деревянных элементов к опоре.

Сложность соединений деревянных элементов в зависимости от работы материала Сжатые –не требует специальных рабочих Сложность соединений деревянных элементов в зависимости от работы материала Сжатые –не требует специальных рабочих связей Изгибаемые – требуются для передачи усилий рабочие связи. Растянутые – имеется опасность хрупкого разрушения – податливые связи или замена деревянных растянутых элементов на металлические.

Виды соединений деревянных элементов по характеру работы на: Смятие и скалывание – врубки, шпонки. Виды соединений деревянных элементов по характеру работы на: Смятие и скалывание – врубки, шпонки. Растяжение – тяжи, накладки, хомуты, болты. Изгиб –все виды нагелей. Сдвиг – клеевые соединения. Выдергивание – шурупы, гвозди. Аварийные связи – болты, скобы, хомуты и др.

Клеевые соединения • Клеевые стыки: • • • а — поперечные; б — продольные; Клеевые соединения • Клеевые стыки: • • • а — поперечные; б — продольные; в — фанеры; г — под углом; 1 — по пластям: , 2 — по пласти и кромкам; 3 —кромка с пластью; 4 — зубчатый с выходом зубьев на кромки; 5 — зубчатый с выходом зубьев на пласти; 6 — усовое соединение фанеры; 7 — клееный элемент в карнизном узле

Клеевые соединения • • а – по пласти; б – по кромке; в - Клеевые соединения • • а – по пласти; б – по кромке; в - по длине в стык; г - по длине на «ус» ; д - по длине на зубчатом шипе с выходом зубьев на пласти заготовки; е - по длине на зубчатом шипе с выходом зубьев на кромки заготовки;

Клеевые соединения • Клеевые соединения элементов деревянных конструкций под углом на зубчатом шипе: • Клеевые соединения • Клеевые соединения элементов деревянных конструкций под углом на зубчатом шипе: • а – в карнизном узле рам трехшарнирныз рам; • б – в коньковом узле треугольных двухшарнирных арок

Соединения без специальных связей • Конструктивные врубки: • а - врубка в полдерева; б Соединения без специальных связей • Конструктивные врубки: • а - врубка в полдерева; б - косой прируб; в - соединения в четверть; г - соединения в шпунт; - соединяемые элементы; 2 - стяжные болты

Соединения без специальных связей • Лобовые упоры: • а - продольные; б - поперечные; Соединения без специальных связей • Лобовые упоры: • а - продольные; б - поперечные; в - наклонные; • 1 - стяжной болт; 2 - узловое крепление; 3 - опора; 4 -штырь

Соединения с деревянными связями • а - шпонки; б - колодки; в – пластинчатые Соединения с деревянными связями • а - шпонки; б - колодки; в – пластинчатые нагели;

Соединения со стальными связями • Нагельные соединения: • • а – симметричное двухсрезное; б Соединения со стальными связями • Нагельные соединения: • • а – симметричное двухсрезное; б – несимметричное односрезное;

Соединения со стальными связями • Нагельные соединения: • • в – несимметричное двухсрезное; г Соединения со стальными связями • Нагельные соединения: • • в – несимметричное двухсрезное; г – узловые соединения;

Соединения со стальными связями • Нагельные соединения со стальными накладками и вкладками: • • Соединения со стальными связями • Нагельные соединения со стальными накладками и вкладками: • • • а – со стальными накладками на болтах; б – со стальными накладками на глухарях; в – со стальными вкладками.

Соединения со стальными связями • Гвоздевые соединения: • а - односрезное; б - двухсрезное; Соединения со стальными связями • Гвоздевые соединения: • а - односрезное; б - двухсрезное;

Соединения со стальными связями • Растянутые болты: • а - общий вид; б - Соединения со стальными связями • Растянутые болты: • а - общий вид; б - схема работы болта и древесины; в - схема работы шайбы; 1 - гайка; 2 - стержень; 3 - головка; 4 - шайба; 5 - соединяемые элементы

Соединения со стальными связями • Растянутые болты: • а - общий вид; б -

Соединения со стальными связями • Изгибаемые болты: • • • a - схемы расстановки; Соединения со стальными связями • Изгибаемые болты: • • • a - схемы расстановки; б - расчетные схемы; в - схема работы; 1 - прямая расстановка; 2 - шахматная; 3 - в стальных накладках; 4 - в соединениях под углом; 5 - симметричная двухсрезная схема; 6 – несимметричная односрезная; 7 двухсрезная -

Соединения со стальными связями • Выдергиваемые гвозди: • а - общий вид; б - Соединения со стальными связями • Выдергиваемые гвозди: • а - общий вид; б - схема работы; 1 - шляпка; 2 - стержень; 3 - острие; 4 - соединяемые элементы; 5 - эпюра напряжений трения

Соединения со стальными связями • Изгибаемые гвозди: • • • а — схемы расстановки; Соединения со стальными связями • Изгибаемые гвозди: • • • а — схемы расстановки; б — расчетные схемы; в — схема - работы; 1 — прямая расстановка; 2 — шахматная; 3 — в стальных накладках; 4 — в соединениях под углом; 5 — симметричная двухсрезная схема; 6— несимметричная односрезная; 7 — несимметричная со стальными накладками; 8 — условные эпюры напряжений смятия

Соединения со стальными связями • Винты и хомуты: • а — винты; • I Соединения со стальными связями • Винты и хомуты: • а — винты; • I — схема работы изгибаемого винта; • II — схема работы выдергиваемого винта; • б — хомуты; • 1 — глухарь; 2 — шуруп; 3— прямой хомут; • 4 — полугнутый хомут; • 5—гнутый хомут

Соединения на стальных пластинках • а - Узловые соединения на стальных пластинках типа «Грэйм» Соединения на стальных пластинках • а - Узловые соединения на стальных пластинках типа «Грэйм» ; • б - Узловые соединения на стальных пластинках типа «Гэнг-Нейл» ;

Соединения без специальных связей - расчет • Лобовая врубка: • 1 — аварийный болт; Соединения без специальных связей - расчет • Лобовая врубка: • 1 — аварийный болт; 2 — врубаемый элемент; 3 —опорный элемент; 4 — гвозди; 5 — подбалка; 6 —опорная подкладка

§ 3. Соединения со стальными связями

Рисунок 4 - Растянутые болты:

а - общий вид; б - схема работы болта и древесины; в - схема работы шайбы; 1 - гайка; 2 - стержень; 3 - головка; 4 - шайба; 5 - соединяемые элементы

Соединения, в которых усилия отсутствуют или действуют рас­тягивающие, сжимающие или сдвигающие силы, успешно решаются при помощи стальных связей. В число этих связей входят болты, стержни, гвозди, винты, когтевые шайбы, хомуты и некоторые другие связи. Стальные связи в зависимости от характера их работы могут входить в состав стяжных, растянутых или изгибаемых - нагельных соединений. Они являются наиболее универсальными и применяются как при заводском, так и построечном изготовлении деревянных конструкций. Наиболее распространенными стальными связями являются болты и гвозди.

Болтовые соединения. Болты (рис. 4) представляют собой стандартизованные изделия из строительной стали марки С38/23. Болты, применяемые в большинстве деревянных конструкций, называются черными и изготовляются без точной обработки. Они отличаются значительной длиной, соответствующей крупным сечениям деревянных элементов, и снабжаются большими квадратными шайбами, необходимыми для распределения усилия в болте на достаточную площадь древесины. Размеры сечений болтов приведены в приложении V. Наибольшее распространение получили болты диаметром 12, 16 и 20 мм.

Для постановки болтов в соединяемых элементах просверливают отверстия такого же диаметра, как и болт. Для надежного совпадения отверстий при сборке конструкций сверлить отверстия следует одним проходом сверла через соединяемые элементы или в отдельных элементах по шаблонам. Болтовые соединения бывают со стяжными, растянутыми и изгибаемыми болтами.

Соединения со стяжными болтами служат для плотного соединения отдельных элементов при их поперечном сплачивании и в некоторых узлах конструкций. В них могут возникать лишь незначительные усилия, и расчет их не требуется. Сечения стяжных болтов устанавливаются по конструктивным соображениям. Диаметр болтов не должен быть меньше 12 мм и меньше 1/20 общей толщины соединяемых элементов.

Шайбы стяжных болтов должны иметь ширину не менее 3,5 и толщину не менее 0,25 размера их диаметра. В первые годы эксплуатации стяжные болты нередко ослабевают и нуждаются в подтяжке.

Соединения с растянутыми болтами применяются при анкерном креплении деревянных конструкций к опорам, при подвеске к конструкциям перекрытий и оборудования и в узловых соединениях. Они воспринимают действующие в соединениях растягивающие усилия N.

Болт работает и рассчитывается на растяжение по площади сечения ослабленной нарезкой F. Расчетное сопротивление стали принимается уменьшенным на 20% с учетом концентрации растягивающих напряжений а в зоне нарезки. Расчет производят по формуле

.(3)

По этой же формуле, переписанной относительно требуемой площади сечения болта , с помощью табличных данных можно подобрать сечение болта.

Древесина под шайбами болта работает и рассчитывается на местное смятие. Расчетное сопротивление смятию под шайбами при углах смятия от 90 до 60° принимается с учетом малой площади смятия и значительного поддерживающего действия окружающих участков древесины, с повышенным коэффициентом условий работы и составляет Расчетное сопротивление смятию под шайбами под углом а к волокнам определяют по формуле (5.14), которая после подстановки числовых значений расчетных сопротивлений имеет вид

(4)

Расчет на смятие под шайбами производят по формуле (5.15).

Шайбы болтов работают и рассчитываются на изгиб от реактивного давления сминаемой древесины как квадратные пластинки шириной b, опертые в центре на гайку болта. Наибольший изгибающий момент М в среднем сечении шайбы, ослабленном отверстием диаметром d, и требуемую толщину шайбы можно приближенно определить из выражений

.

Аналогично рассчитывают растянутые стержни сквозных конструкций круглого сечения с шайбами и гайками на концах. Их максимальная гибкость не должна превышать 400. Если в соединении применен ряд болтов, расчетное сопротивление снижается на 0,85, учитывая возможную неравномерность его распределения между болтами.

Рис. 6.5. Изгибаемые болты:

a - схемы расстановки; б - расчетные схемы; в - схема работы; 1 - прямая расстановка; 2 - шахматная; 3 - в стальных накладках; 4 - в соединениях под углом; 5 - симметричная двухсрезная схема; 6 - несимметричная односрезная; 7 двухсрезная - со стальными накладками; 8 - условные эпюры напряжений смятия

С оединения с изгибаемыми болтами (рис. 6.5) относятся к классу нагельных, в которых связи, в данном случае болты, работают главным образом на изгиб без распора. Эти соединения широко применяются в стыках и узлах деревянных конструкций, препятствуя взаимным сдвигам соединяемых элементов, причем усилия в них могут быть знакопеременными. Шайбы этих болтов не воспринимают расчетных усилий и имеют те же размеры, что и стяжные болты. От продольных усилий, действующих в таком соеди­нении, по площади контакта болта с отверстием в древесине соединяемых элементов возникают не­равномерные по периметру и Длине напряжения смятия, а также скалывания и растяжения поперек волокон между отверстиями. В результате реактивного давления древесины в болте возникают усилия изгиба и среза.

Расстановку болтов в соединении производят по правилам, исключающим опасность преждевременного разрушения древесины элементов от скалывания и растяжения поперек волокон. Расстояние между осями болтов вдоль волокон и до торцов элементов должно быть не меньше 7d, а поперек волокон между осями — 3,5 d и до кромок — 3 d.

Болтовые соединения могут быть симметричными, когда продольные силы действуют вдоль одной оси, относительно которой симметрично расположены элементы, и несимметричными, когда оси элементов не совпадают и симметрия соединения отсутствует. Соединяемые элементы могут располагаться по одной оси вдоль волокон или под углом друг к другу.

Срезами в болтовых соединениях называются пересечения болтов с плоскостями сдвига между элементами, от числа которых прямо зависит несущая способность соединения. Однако напряжения среза в болтах незначительны и не определяют их несущей: способности.

Например, наиболее распространенный болтовой стык растянутых стержней с двусторонними деревянными накладками является симметричным "двухсрезным соединением, а стык элементов, рас­положенных в разных плоскостях, без накладок, - несимметричным односрезным соединением.

Расчет болтового соединения производят по несущей способности в одном срезе болта по изгибу и древесины соединяемых элементов по смятию. Несущая способность болтовых соединений была определена теоретически, причем болт считался балкой, лежащей на упругом основании - древесине соединяемых элементов.

Несущая способность одного среза болта (МН) зависит от размеров (м) его диаметра d, толщины среднего элемента симметричных и более толстого или равного элемента несимметричных соединений с, толщины крайнего элемента симметричных и более тонкого элемента несимметричных соединений а и угла наклона волокон соединяемых элементов а и определяется по следующим формулам:

по изгибу болта

,но не более ; (5)

по смятию среднего элемента

; (6)

по смятию крайнего и тонкого элемента

; (7)

по смятию более толстого элемента

. (8)

Коэффициенты учитывают меньшую несущую способность болтовых соединений элементов под углом в результате большей податливости древесины при смятии. Они зависят от размеров угла а, диаметра болта d и принимаются по табл. 1 для основных размеров диаметров, а для промежуточных - по интерполяции.

Таблица 1

Угол а, град

Коэффициенты при диаметре d

12

16

20

25

30

60

90

0,95

0,75

0,70

0,90

0,70

0,60

0,90

0,65

0,55

0,90

0,60

0,50

Расчетная несущая способность болта в одном срезе Т является наименьшей из величин, определенных по этим формулам. Несущая способность болтового соединения прямо пропорциональна количеству болтов n, количеству срезов nср и несущей способности одного среза болта. Количество болтов в соединении, где действует усилие N, определяют по формуле

. (9)

В симметричных стыках это количество должно быть удвоено.

Болтовые соединения со стальными накладками применяются в узлах конструкций. Накладки обычно делаются двусторонними из листовой стали. Расстояние от осей болтов до краев накладок должно быть не менее двух диаметров болтов вдоль и полутора - поперек усилия. Эти соединения на изгибаемых болтах являются симметричными и двусрезными. Несущую способность одного среза болта по смятию древесины определяют по формуле (6), а по изгибу болта, учитывая его частичное защемление в накладках,- по формуле

. (10)

Соединения с изгибаемыми стальными стержнями выполняются с применением арматурной стали класса A-I со снятыми фасками. Они тоже относятся к классу нагельных с цилиндрическими нагелями. Эти соединения работают и рассчитываются так же, как соединения с изгибаемыми болтами. Расставляются они по тем же правилам, что и болты. В болтовых соединениях с целью снижения их стоимости может быть заменено до 75% болтов стержнями. Короткие стержни в соединениях со стальными накладками вставляются в несквозные отверстия в древесине. Они работают и рассчитываются как односрезные, несимметричные изгибаемые соедине­ния и называются глухими нагелями.

Подбор сечений болтов, и стержней производят из условия, чтобы сумма допускаемых расстояний между продольными осями и до кромок элемента, зависящих от их диаметра, не превышала высоты сечения элемента. Так, например, диаметр болтов d при расстановке в два продольных ряда в элементе высотой сечения h должен быть не более .

Рисунок 6 - Выдергиваемые гвозди:

а - общий вид; б - схема работы; 1 - шляпка; 2 - стержень; 3 - острие; 4 - соединяемые элементы; 5 - эпюра напряжений трения

Гвоздевые соединения. Гвозди (рис. 6) изготовляют из холод­нотянутой проволоки в соответствии с ГОСТ 4028—63. Острие гвоздя имеет четырехгранную форму и длину, равную полутора диаметрам. Круглая шляпка имеет диаметр, равный двум диаметрам гвоздя. Наибольшее применение в, деревянных конструкциях находят гвозди диаметром 3, 4, 5 и 6 мм г и длиной соответственно 80, 100, 150 и 200 мм. Гвозди забивают в цельную древесину ударами ручного или пневматического молотка. Гвоздевые соед-инения являются простыми и общедоступными, но трудо-емкими и применяются главным образом при построечном изготовлении дощатых деревянных конструкций.

Гвоздь при забивке частично разрывает, а частично раздвигает волокна древесины, образуя в ней отверстие с уплотненными стенками. Благодаря этому он прочно зажимается в древесине и хорошо сопротивляется выдергиванию, однако по этой же причине в ней возникают дополнительные усилия растяжения поперек волокон. Кроме того, малая изгибная жесткость гвоздей приводит к по­вышенной ползучести гвоздевых соединений. Расхождению соединений препятствуют стяжные болты.

Правила расстановки гвоздей в соединениях исключают опасность преждевременного скалывания и раскалывания соединяемых элементов, которая повышается по мере уменьшения их толщины.

Поэтому диаметр гвоздей должен быть не более 1/4 толщины эле­ментов.

Расстояния между гвоздями диаметром d вдоль волокон соединяемых элементов должны быть не менее: от торцов—15d, между осями в элементах толщиной, равной и большей 10d,— 15d, между осями в элементах толщиной, равной 4d, 25d, а в элементах промежуточной толщины принимают по интерполяции.

Расстояния между гвоздями поперек волокон и до кромок элементов должны быть при прямой расстановке не менее 4d, а при расстановках шахматной и косыми рядами — не менее 3d.

Соединения с конструктивными гвоздями применяются для крепления дощатых обшивок и настилов. Гвозди в них не несут су­щественных усилий и не рассчитываются.

Соединения с выдергиваемыми гвоздями (см. рис. 6) относятся к классу соединений с растянутыми связями. Они применяются для крепления досок подшивок потолков, щитов перекрытий и опалубки. От действия нагрузок в этих соединениях возникают растягивающие усилия N, стремящиеся выдернуть гвозди из древесины элемента, к которому прибиты доски. Этому усилию сопротивляются силы трения между поверхностью гвоздей и окружающей древесиной.

Расчетное сопротивление выдергиванию гвоздя, забитого в сухую древесину поперек волокон, составляет , а в сырую, учитывая опасность появления трещин усушки в зоне гвоздевого отверстия после высыхания древесины элементов . Несущую способность гвоздя диаметром d на выдергивание Тг определяют по формуле (11) как произведение расчетного сопротивления на площадь поверхности трения. При этом рабочую длину гвоздя l1 находят по его общей длине, из которой исключается толщина прибиваемых досок, а также длина острия гвоздя, равная 1,5d, и возможная щель между элементами шириной 0,002 м, не участвующие в работе на трение. Формула имеет вид

(11)

Требуемое количество выдергиваемых гвоздей, необходимых для восприятия растягивающего усилия, находят из выражения

Размеры выдергиваемых гвоздей подбирают из условий, чтобы расчетная длина гвоздя l1 была не меньше 10d и не меньше двойной толщины прибиваемых досок.

Соединения с изгибаемыми гвоздями (рис. 7) относятся к тому же классу нагельных соединений, что и изгибаемые болтовые соединения. Они применяются в стыках и узлах дощатых конструкций, препятствуя взаимным смещениям соединяемых элементов. Соединения с изги­баемыми гвоздями работают и рассчитываются аналогично соединениям с изгибаемыми болтами — гвозди работают на изгиб, а окружающая древесина — на смятие с некоторыми особенностями.

Гвозди имеют повышенное по сравнению с болтами сопротивление изгибу, поскольку их холоднотянутая проволока имеет более высокий предел текучести. Ввиду малой толщины и плотного защемления в древесине несущая способность гвоздевых соединений не зависит от угла действия усилий по отношению к направлениям волокон в соединениях под углом и коэффициент при расчете не учитывается. Если гвоздь пробивает все элементы соединения насквозь, расчетная толщина последнего элемента уменьшается на 1,5, учитывая опасность отщепления крайних волокон при выходе острия. Если гвоздь не пробивает соединения насквозь, учитывается только глубина его защемления a1 в последнем элементе, определяемая так же, как и l1 у выдергиваемых гвоздей, при условии, что она не менее 4d.

Рисунок 7 - Изгибаемые гвозди: а — схемы расстановки; б — расчетные схемы; в — схема - работы; 1 — прямая расстановка; 2 — шахматная; 3 — в стальных накладках; 4 — в соединениях под углом; 5 — симметричная двухсрез ная схема; 5— несимметричная - односрезная; 7 — несимметричная со стальными накладками; 8 — условные эпюры напряжений смятия

Несущую способность гвоздя в одном срезе по изгибу определяют по формуле

но не более 40 d2 .

Несущая способность одного среза гвоздя по смятию среднего с и крайнего a элемента определяют по формулам (6), (7) и (8), в которых . Несущая способность одного среза гвоздя T является наименьшей из вычисленных. Общее требуемое количество гвоздей в соединении находят по формуле (6).

Соединения с изгибаемыми гвоздями и стальными накладками применяют в узлах некоторых конструкций. Гвозди здесь забивают через отверстия, просверленные в стальных листовых накладках. Это соединение по отношению к гвоздям является несимметричным и односрезным. Несущую способность одного среза гвоздя по смятию древесины определяют по формуле (5) с учетом глубины его защемления c1 а по изгибу с учетом его частичного защемления— по формуле

. (13)

Соединения с винтами (рис. 6.8). Винты представляют собой стандартизованные стальные изделия и состоят из головки, ненаре-занной и нарезанной частей. Их диаметр d измеряют по ненарезанной части. Винты диаметром меньше 12 мм называют шурупами. Они имеют сферические или плоские головки с прорезями для завертывания их отверткой. Винты диаметром 12 мм и более называют глухарями, которые имеют шестигранные или квадратные головки для завертывания их ключом.

Винты применяют для крепления стальных накладок и деталей к деревянным элементам в узлах конструкций. Они завертываются через отверстия в накладках в отверстия, просверленные в древесине. Диаметр отверстий в древесине должен быть равным 0,8d ненарезанной части винта, для того чтобы нарезка полностью врезалась в древесину.

Винты расставляют в соединениях на больших расстояниях, чем болты. Вдоль волокон между их осями должно быть не менее 10d,а поперек — 5d, поскольку уменьшенный диаметр отверстия вызывает дополнительные напряжения растяжения поперек волокон. Глубина защемления ненарезанной части винта в древесине должна быть не менее 4d.

Рисунок 8 - Винты и хомуты:

а — винты; 1 — схема работы изгибаемого винта;II — схема работы выдергиваемого винта; б — хомуты; / — глухарь; 2 — шуруп; 3'— прямой хомут; 4 — полугнутый; 5—гнутый

Соединения с выдерги- ваемыми винтами относятся к классу соединений с растянутыми связями. Винты здесь сопротивляются отрыву от дре­весины накладок или де­талей, в которых действуют растягивающие усилия. Выдергиванию винта сопротивляется главным образом древесина винтовых желобков нарезанной части длиной l1 работающая на смятие, благодаря чему расчетное сопротивление выдергиванию винтов выше, чем гвоздей, и составляет . Несущую способность винта на выдергивание определяют по формуле (8).

Соединения с изгибаемыми винтами относятся к классу нагельных соединений. Винты здесь сопротивляются смещению накладок по поверхности

древесины от действия сдвигающих усилий. Винты работают на изгиб, а окружающая древесина — на смятие, как в несимметричных болтовых соединениях со стальными накладками. Несущую способность винта определяют как наименьшую из определенных по формулам (8), и (9).

Соединения с хомутами относятся к классу соединений с растянутыми связями. Они охватывают поверхности соединяемых элементов и применяются главным образом при построечном изготовлении деревянных конструкций. Хомуты бывают проволочными, полосовыми со стяжными болтами и болтовыми с подкладками из листовой или профильной стали. По форме хомуты бывают круговыми в бревенчатых конструкциях и прямоугольными в конструкциях из пило­материалов. Хомуты работают и рассчитываются на растяжение, а древесина — на местное смятие.

Соединения со скобами относятся к классу конструктивных соединений. Скобы изготовляют из арматурной стали класса A-I диаметром 10—16 мм и имеют образную форму с заостренными и зазубренными концами. Они забиваются в цельную древесину и обеспечивают проектное положение соединяемых элементов при построечном изготовлении деревянных конструкций из бревен и брусьев.

Соединения с когтевыми шайбами относятся к классу соединений на шайбах шпоночного типа. Они представляют собой стальные пластинки, в которых методом штамповки образованы многочисленные односторонние острия — когти. Шайбы забиваются или впрессовываются с двух сторон в древесину соединяемых элементов. Известны два основных типа когтевых шайб — Леннова и «ГЭНГ-НЕЙЛ». Шайбы Леннова имеют круглую форму и центральное отверстие для болта. При сборке конструкций элементы соединяются стальными накладками, прикрепляемыми к гайкам болтами. Шайбы «ГЭНГ-НЕИЛ» имеют прямо­угольную форму, впрессовываются одновременно в соединяемые элементы при сборке и не требуют стальных накладок и болтов. Острия шайб работают на изгиб, а окружающая древесина — на смятие. Несущую способность шайб определяют экспериментально.

About Author


alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *