Соединения деревянных элементов на вклеенных стержнях (продольных, наклонных). Работа соединений и принцип расчета

Рис. 3.9. Соединение на вклеенных стержнях:

а — на продольно вклеенных; 6 — на наклонно вклеенных; в — схема работы; / — арматурный стержень; 2 — отверс­тие; 3 — паз; 4 — рейка.

Соединения на вклеенных стальных стержнях представляют собой клеевые соединения клеедеревянных элементов при помощи коротких стержней из арматуры периодического профиля классов А-П и A-III диаметром 12...25 мм. Они вклеиваются в прямо­угольные пазы с накладками или в круглые отверстия клеем (например, эпоксидно-цементным), обеспечивающим надежное соединение древесины со сталью (рис. 3.9).

Глубина вклеивания / должна быть не менее 10 и не более 30 диаметров d стержня, ширина паза или диаметр отверстия выполняется на 5 мм больше диаметра стержня. Расстояние между осями стержней принимается не менее 3d, а до краев сечения — не менее 2d. Вклеенные стержни применяются для продольного и углового соединений клеедеревянных элементов, работающих на продольные силы или изгибающие моменты. Они воспринимают растягивающие продольные силы N (выдергива­ние) или сжимающие (вдавливание). Скрытые в толще древеси­ны стальные стержни защищены от химически агрессивной среды и быстрого нагревания при пожаре, что повышает стойкость соединения против коррозии и предел огнестойкости конструкции.

Соединения на продольно вклеенных стержнях работают на скалывание древесины вдоль волокон. Разрушаются они почти мгновенно без заметных деформаций, в основном от скалывания древесины по площади внутренней поверхности бывших отвер­стий. Напряжения скалывания по длине площади скалывания распределяются неравномерно и значительно увеличиваются у ее наружных концов, что учитывается коэффициентом неравномер­ности К.

Расчет соединения на продольно вклеенных стержнях произ­водится на действие максимальных сжимающих или растяги­вающих сил N от расчетных нагрузок в следующем порядке.

Расчетную несущую способность вклеенного вдоль волокон стержня на вдавливание или выдергивание следует определять по формуле

где — расчетное сопротивление древесины сдвигу вдоль волокон в соединении с круглыми арматурными стержнями периодического профиля, принимаемое для древесины сосны и ели равным 2,1 МПа;

dо — диаметр отверстия под вклеенный стержень;

ld — расчетная длина заделываемой части стержня;

kn3 — коэффициент, учитывающий неравномерность напряжений сдвига в зависимости от длины заделываемой части стержня.

Сами стальные вклеенные стержни работают в этом соедине­нии на растяжение обычно с большими запасами прочности.

Соединения на поперечно вклеенных стерж­нях работают аналогично, но более надежно, чем на продольно вклеенных, на сдвиг и смятие поперек волокон древесины близ поверхности отверстия. Работают они вначале упруго, затем пластично и разрушаются после больших деформаций, как при местном смятии древесины. Несущая способность такого соеди­нения выше, чем продольно работающего, и коэффициент не равномерности напряжений тоже выше.

Расчетную несущую способность соединения на вклеенных поперек волокон стержнях, работающих на вдавливание или выдергивание, следует определять по формуле

где fsv,90,d — расчетное сопротивление древесины срезу поперек волокон в соединении с круглыми арматурными стержнями периодического профиля, принимаемое для древесины сосны и ели равным 4,5 МПа;

ks — коэффициент, учитывающий снижение несущей способности соединения в зависимости от вида напряженного состояния в зоне установки стержней (сжатой или растянутой);

knF — коэффициент, учитывающий направление приложения усилия к стержню (сжатие или растяжение);

dо — диаметр отверстия под вклеенный стержень, м;

ld — расчетная длина заделываемой части стержня, м;

n — количество стержней;

kn4 — коэффициент, учитывающий неравномерность напряжений сдвига в зависимости
от длины заделываемой части стержня;

kn5 — коэффициент, учитывающий изменение расчетного сопротивления древесины срезу поперек волокон в зависимости от диаметра стержней;

kn6 — коэффициент, учитывающий неравномерность нагружения стержней.

Соединения на поперечно вклеенных стальных стержнях с большим эффектом применяются в опорных и промежуточных узлах конструкций. При этом исключается работа древесины элемента на смятие поперек волокон и размеры соединений су­щественно уменьшаются.

Соединения на наклонно вклеенных стальных стержнях ра­ботают так же, как и на поперечно вклеенных на растяжение стержней и на смятие древесины и могут рассчитываться анало­гично с учетом угла смятия.