Шпонка – это вкладыш из твердых пород древесины, стали и пластмасс, которые устанавливаются между сплачиваемыми элементами и препятствуют сдвигу.
Деревянные шпонки могут быть:
Продольными Рис.1
Поперечные Рис.2
Самые надежные из призматических шпонок – это наклонные шпонки. Рис.3
Призматические шпонки работающие на смятие и скалывание. В соединениях на шпонках появляется опрокидывающий момент и как результат этого возникновения распора между соединенными элементами. Для восприятия распора устанавливают стяжные болты. Рис.4.
В многорядовых соединениях происходит неравномерное распределение усилий скалывания, поэтому несущая способность шпонки скалыванию снижают на 30%.
Тавровые металлические шпонки занимают промежуточное положение между шпонками и нагелями. Их преимущество заключается в простоте сборке упрощенном изготовлении гнезда и возможности, в связи с этими расположениями большего количества шпонок без снижения несущей способности деревянных элементов на скалывание. Рис.5
Для соединения элементов деревянных конструкций под различными углами в узлах устанавливают круглые центровые шпонки. Рис.6
Альтернативой центровых шпонок является шайба шпоночного или нагельного типов. Это зубчатые или когтевые шпонки. Рис.7, Рис.8.
Когтевые или зубчатые шпонки получаются из листовой стали штамповоной на специальных прессах. Соединения получают путем вдавливания шпонок в тело древесины.
«+»
Высокая несущая способность
«- »
Возможность образования трещин в соединенных элементах. Уменьшение несущей способности из-за неравномерности запрессовки шпонки.
Соединения на вклеенных стальных стержнях.
Этосоединения, работающие на выдергивание или продавливание допускается применять при температуре эксплуатации не более 35⁰С. Стержни могут быть стальными или из стеклопластика при эксплуатации в агрессивной среде. Предварительно очищены и обезжиренные стальные стержни из арматуры периодического профиля диаметром от 12 до 25 мм вклеивают в просверленное отверстие профрезированные пазы. Размер отверстия или паза принимается на 5мм больше диаметра стержня. Клеящий состав на основе эпоксидных смол. Рис.1
Несущая способность на выдерживание вдоль волокон древесины одного стержня:
Т=Rскл(d+0.005)*L*Kск
L – защемление стержня в древесине
10d ≤ L ≤ 30d
Кск – коэффициент учитывающий неравномерность распределение напряжения скалывания.
Кск=1.2+0.02*(L/d)
Вклееные стальные стержни в соединениях могут располагаться под определенным углом к горизонту.
Такие соединения применяют:
Для ремонта и усиления находящихся в эксплуатации конструкции. Рис.2
Для армирования при изготовлении дощато-клеиных элементов. Рис.3
Для сплачивание или сращивания деревянных элементов; сплачивание Рис.4 сращивание Рис.5.
Для создания узлов соединений. Рис.6, Рис.7.
Рекомендуемая величина наклона стержней по отношению волокон древесины 30-45⁰. Наклонно вклеенные стержни в соединении работают на осевое растяжение или сжатие и растяжение с изгибом. В этом изгибе несущая способность зависит от напряженного состояния и угла вклеивания.
Соединения на клеях.
Долговечность и надежность клеевого соединения зависит от вида клея, его качества, технологии склеивания, эксплуатации, условий и качества обработки поверхности склеиваемых элементов.
Виды синтетических клеев:
Резорцированные
Фенольно – резорцированные
Алкин – резорцированные
Фенольные
Выбор клея зависит от температуры влажности условий и эксплуатации соединения. При склеивании материалов с различными коэффициентами температуры влажности деформаций при вибрационном воздействии применении клеющий состав обладающий повышенной эластичностью и вязкостью (каучуковый клей). Однако этот клей плохо работает при длительных нагрусках и при повышенных температурах. Клеевой шов растянутых элементов выполняется на зубчатый шип, только в заводских условиях, уклон зуба составляет 1:10
В пласте Рис.1
В ребре Рис.2
Зубчатый шип одинаково работает на растяжении, изгиб, сжатие и кручение. Стыкование фанерных листов производиться «на ус»… Рис. 3
Все клеевые соединения не являются податливыми. При испытании образцов клеевых соединений разушение должно происходить по древесине, а не по клеевому шву или не по пограничному слою.
Расчет элементов составного сечения на податливых связях на поперечный изгиб: общие сведения, рассмотрение расчета в сравнении с элементами цельного сечения и составного сечения без связей.
Податливость – это способность связей при деформативность конструкции давать возможность соединенным брусьям, бревнам или доскам сдвинуться один относительно другого. Податливость соединений влечет к уменьшению несущей способности конструкции, повышает деформативность, изменяет распределение сдвигающий усилий по длине элемента, поэтому при проектировании данных конструкций необходимо учитывать податливость связей.
В качестве податливых связей используют все виды нагелей (гвозди, болты, шпонки, вклеенные стержни. Для изучения работы этих елиментов на поперечный изгиб рассмотрим три элемента одинакового поперечного сечения нагруженного равномерно распределенной нагрузкой.
1-й Рис.1.
2-й элемент составленного сечения без связей Рис.2
3-й элемент составленного сечения с податливыми связями Рис.3
Для балки цельного сечения Рис.4
Yц= bh3/12; Wц= bh2/6; fц=(5qnl4)/(384EYц)
Для балки составленного сечения без податливых связей. Т.к отсутствуют связи, то элементы балки работают независимо. Рис.5
Yo=(bh3/12*8)*2=1/4 Yy
Wo= (bh2/6*4)*2=0.5Wy
fo=(5qnl4)/(384EYo)
Момент инерции для данной балки будет в 4 раза меньше момента инерции цельной балки, момент сопротивления сечения в 2 раза меньше, а прогиб в 4 раза больше. Для балки составного сечения на податливых связях с таким же сечением, что и для второй балки Yn, Wn,fn.
Ц
Рис.6
О
Рис.7
n
Рис.8
Анализируя полученное делаем вывод, что балка составного сечения на податливых связях занимает промежуточное положение, а следовательно и ее значение, т.е
Yo<Yn<Yц
Wo<Wn<Wц
fц <fn<fo
Характеристики балки составленного сечения на податливых связях можно выразить через характеристики балок цельного сечения путем введения коэффициента… Kw, Kж, т.е
Wn= Wц*Kw; Kw=1… Wo/ Wц=1…0,5
Yn= Yц* Kж; Kж=1… Yo / Wц=1…0,25
Расчет составной балкой на податливых связях сводиться к расчету балки цельного сечения, т.е
σ= Mmax/(Kw* Wц)≤Ru