Соединения деревянных элементов на пластичных нагелях. Работа соединений и принцип расчета

Применение дубовых или березовых пластинчатых нагелей (пластинок) допускается для сплачивания брусьев в составных элементах со строительным подъемом, работающих на изгиб и на сжатие с изгибом. Направление волокон в пластинках должно быть перпендикулярно плоскости сплачивания элементов.

Сплачивание по высоте сечения более трех элементов, а также применение элементов, срощенных по длине, не допускается.

Расчетную несущую способность, кН (кгс), дубового или березового пластинчатого нагеля размерами по рис. 13 в соединениях элементов из сосны и ели следует определять по формуле

Т = 0,75bпл (Т = 75bпл),

где bпл - ширина пластинчатого нагеля, см, которую следует принимать равной ширине сплачиваемых элементов bпл = b при сквозных пластинках и bпл = 0,5b при глухих.

В случаях применения для сплачивания элементов из других древесных пород следует вводить поправочный коэффициент по табл. 4 (для скалывающих напряжений).

Для конструкций в условиях повышенной влажности или температуры, рассчитываемых на действие кратковременных или постоянной и длительной временной нагрузок, расчетную несущую способность пластинчатого нагеля следует умножать на поправочные коэффициенты

28. Соединение деревянных элементов на растянутых металлических связях: гвоздях, винтах, скобах, хомутах, подвесках, тяжах, болтах. Работа связей и принцип расчета.

Гвозди сопротивляются выдергиванию только усилиями поверхнос­ти трения между ними и древесиной гнезда. Силы трения могут уменьшить­ся при образовании в древесине трещин, которые снижают силу сжатия гвоздя, поэтому для гвоздей, работающих на выдергивание, обязательно со­блюдение тех же норм расстановки, которые приняты для гвоздей, работа­ющих как нагели на изгиб.

Соединения на гвоздях, нагруженных по оси, допускается использовать во второстепенных элементах (настилы, подшивка потолков и др.) и в конструкциях с совместным действием на гвоздь осевого и поперечного усилий. Гвозди, забитые в торец, в заранее просверленные отверстия, а также при динамических воздействиях считаются неспособными передавать нагрузку.

Расчетную несущую способность одного гладкого гвоздя на выдергивание, забитого в древесину поперек волокон, следует определять по формуле

где — расчетное сопротивление выдергиванию на единицу поверхности соприкосновения гвоздя с древесиной, принимаемое равным 0,3 МПа для воздушно-сухой древесины
и 0,1 МПа — для сырой древесины;

d — диаметр гвоздя;

— расчетная длина защемленной, сопротивляющейся выдергиванию, части гвоздя.

Длина защемленной части гвоздя должна быть не менее двух толщин пробиваемого элемента и не менее 10d. При диаметре гвоздей более 5 мм в расчете следует принимать диаметр 5 мм.

Шурупы (винты, завинчиваемые отверткой) и глухари (винты диаме­тром 12-20 см, завинчиваемые ключом) удерживаются в древесине не толь­ко силами трения, но и упором винтовой нарезки в прорезаемые ею в дре­весине винтовые желобки.

Расстояние между осями шурупов должно быть не менее:

— вдоль волокон между осями шурупов и до торца элемента — 10d;

— поперек волокон между осями шурупов и до торца элемента — 5d.

Диаметр прилегающей к шву части гнезда должен точно соответствовать диаметру ненарезной части стержня глухаря. Для надежного упора винтовой нарезки выдергиваемого шурупами глухаря диаметр заглубленной части гнезда по всей длине нарезной части глухаря должен быть на 2-4 мм меньше полного его диаметра.

Если при конструировании можно допустить разреженную расста­новку шурупов и глухарей диаметром не более 8-16 мм, то сверлят гнезда уменьшенного на 2-3 мм диаметра на всю длину защемления.

Расчетную несущую способность на выдергивание одного шурупа или гвоздя с нарезкой (витых гвоздей), установленных поперек волокон древесины, следует определять по формуле

где — расчетное сопротивление выдергиванию шурупа или глухаря на единицу поверхности соприкасания нарезанной части шурупа с древесиной, которое следует принимать для воздушно-сухой древесины равным 1 МПа;

d — наружный диаметр нарезанной части шурупа;

ld1 — расчетная длина защемленной части шурупа, равная длине нарезанной части.

Все поправочные коэффициенты к вводят в соответствии с по­правками на сопротивление смятию поперек волокон.

Глухари и шурупы лучше всего использовать для крепления к дере­вянным брусьям и доскам металлических накладок, хомутов, шайб и т.п.

При этом глухари и шурупы заменяют не только нагели, но и стяжные бол­ты. Если с помощью глухарей или шурупов присоединяют деревянные или фанерные элементы, работающие на отрыв, решающее значение приобрета­ет не сопротивление выдергиванию нарезной части, а сопротивление смя­тию древесины головкой глухаря или шурупа. В таком случае необходимо пол головку подкладывать металлическую шайбу размером 3,5d винтx3,5

Скобы (рис.3.33) из круглой (или квадратной) стали толщиной 10-18 мм применяют в качестве вспомогательных или фиксирующих связей в со­оружениях из круглого леса или брусьев, в мостовых опорах, лесах, бревен­чатых фермах и т.п. В дощатых деревянных конструкциях скобы не приме­няют, так как они раскалывают доски. Скобы, как правило, забивают конца­ми (шипами) в цельную древесину без сверления гнезд. Несущая способ­ность одной скобы, забитой без сверления, даже при соблюдении увеличен­ных норм расстановки неопределенна.

Хомуты, так же как и скобы, относятся к растянутым связям. Отли­чительной особенностью хомутов является охватывающее их положение по отношению к соединяемым деревянным элементам.

Рабочие болты и тяжи, т.е. растянутые металлические элементы, применяют в качестве анкеров, подвесок, растянутых элементов металлодеревянных конструкций, затяжек арочных и сводчатых конструкций и т.п. Все элементы тяжей и рабочих болтов следует проверять расчетом по нор­мам для стальных конструкций и принимать диаметром не менее 12 мм.

При определении несущей способности растянутых стальных чер­ных болтов, ослабленных нарезкой, учитывают уменьшенную площадь FHm и местную концентрацию напряжений стр; поэтому принимают пониженные расчетные сопротивления. Расчетные сопротивления стали в параллельно работающих двойных и более тяжах и болтах снижают уменьшением на ко­эффициент 0,85, учитывая неравномерность распределения усилий. В ме­таллических тяжах следует избегать местного ослабления рабочего сечения.

Рабочие болтовые связи и стяжные муфты применяют лишь в тех случаях, когда требуется монтажное или эксплуатационное регулирование длины. Располагают их в наиболее доступных местах металлодеревянных арок и ферм. Ненатяжное стыковое соединение затяжки из круглой стали, позволяющее транспортировать ее без разборки, показано на рис. 3.34,а.

Стяжные болты, имеющие преимущественно монтажное значение и не рассчитываемые на восприятие определенного усилия, применяют почти во всех видах соединений, в том числе в нагельных соединениях и в вруб­ках для обеспечения плотного прилегания сплачиваемых досок, брусьев или бревен. Сечение стяжных болтов определяют по монтажным соображени­ям; оно должно быть тем больше, чем толще элементы соединяемого узла, т.е. чем больше ожидаемое сопротивление спрямляющему выгибу покороб­ленных или перекошенных досок или брусьев. В случае разбухания древе­сины плотно стянутого болтом пакета досок стержень болта подвергается большим продольным растягивающим усилиям. Чтобы избежать при этом разрыва болта по сечению, ослабленного нарезкой, шайбы стяжных болтов назначают с уменьшенной площадью смятия древесины.

Соединение деревянных элементов на клеях. Клеевые стыки. Требования к древесине и клеям. Виды клеев. Особенности конструирования и расчета клееных конструкций из древесины и фанеры.

Клеевые конструкции могут быть прямыми, изогнутыми, постоянного, переменного, профильного сечений, длиной до десятков метров и высотой поперечного сечения, измеряемой метрами. Клеевые соединения прочны и монолитны, их податливость так мала, что ее не учитывают, поэтому клееные элементы рассчитывают как элементы цельного сечения. Эти соединения водостойки, стойки против загнивания и в химически агрессивных средах, что обеспечивает их надежность и долговечность.

Типы клеевых стыков древесины

Поперечные стыки досок служат для создания клееных элементов с поперечными сечениями требуемых размеров и форм и придания им изогнутой формы по длине. В их число входят стык по пластям, стык по кромкам и стык по пласти и кромке.

Стык по пластям представляет собой клеевое соединение досок пластями. Этот стык применяется для создания клееных, элементов требуемой высоты сечения и для обеспечения их изогнутой формы по длине, поскольку он препятствует распрямлению, изогнутых досок в клееном элементе.

Стык по кромкам представляет собой клеевое соединение досок кромками. Его применяют для создания клееных элементов с шириной сечения, большей ширины отдельных досок. По высоте сечения эти стыки в соседних досках располагаются вразбежку в плоскости изгиба. В этих стыках обычно не возникают скалывающие напряжения, и они не требуют расчетных проверок.

Стык по пласти и кромке представляет собой клеевое соединение пласти одной доски с кромкой другой. Его применяют для создания клееных элементов тавровой, двутавровой и рельсо видной формы со стенками из досок на ребро. Работает и рассчитывается стык на скалывание при изгибе по формуле (14).

Продольные стыки служат для создания клееных элементов требуемой длины. В число продольных стыков входят зубчатое и усовое соединения. Зубчатое соединение применяют для стыкования досок концами по длине вдоль волокон, оно является основным видом продольного стыка и представляет собой соединение концов досок" клеевыми швами по зубчатой поверхности ряда острых клиньев, которые могут выходить на пласти или на кромки досок.

Усовое соединение представляет собой клеевое соединение концов досок по поверхности, образованной их срезкой с уклоном к поверхности 1:10, и применяют его для продольного стыкования досок. Клеевой шов работает здесь аналогично швам зубчатого соединения, и усовое соединение считается тоже равнопрочным с древесиной элементов независимо от их категории качества. Этот стык менее экономичен, поскольку имеет значительную длину и нерационален для стыкования коротких досок. Он менее технологичен, чем зубчатый, так как имеет тенденцию к сдвигам по клеевому раствору при склеивании, и допускается только при отсутствии оборудования для зубчатого стыкования.

Угловые стыки представляют собой клеевые соединения досок и клееных элементов, расположенных друг к другу под углом. Зубчатое соединение под углом применяют главным образом для соединения концов клееных элементов рам в жестких узлах, расположенных под углами более 120°. Зубья этого соединения должны выходить только на верхние и нижние кромки элементов в зоне упора их срезанных под углом концов.

Усовое соединение фанеры имеет ту же конструкцию и уклон склеиваемых кромок 1:12, и применяют его для соединения фанерных листов кромками подлине и по ширине.

Клеи в зависимости от исходного сырья и способа изготовления делятся на клеи животного происхождения и на клеи из искусственных (синтетических) смол. К первым относятся глютиновые, казеиновые и альбумидные клеи, ко вторым — клеи на основе синтетических смол. Из синтетических клеев наибольшее распространение получили фенолформальдегидные, карбомидные, каучуковые клеи и мочевино-меломиновая пленка.

Требования к клеям :

-по вязкости (чем выше вязкость, тем хуже клей смачивает поверхность материала, при малой вязкости клей интенсивно впитывается в древесину и клеевая прослойка «обедняется».

-по жизнеспособности (период отверждения смолы, время, в течение кот. вязкость клея не превышает определенного значения, и клей может быть использован.) Не должна превышать 2-4 часа от момента смешивания компонентов.

-по времени отверждения или полной полимеризации

Расчет клееных элементов из фанеры с древесиной следует выполнять по методу приведенного поперечного сечения.