Соединения элементов из древесины на гвоздях и винтах (глухарях), работающих на поперечный изгиб. Работа соединений и принцип расчета.

Несущая способность гвоздей не зависит от угла между направ­лениями действующего усилия и волокон древесины.

Несущую способность шурупов и глухарей при заглублении их ненарезной части в древесину не менее чем на 2d следует определять как для стальных цилиндрических нагелей.

Защемление шурупов и глухарей должно быть не менее 4d. Для шурупов и глухарей диаметром более 6 мм следует предварительно сверлить отверстия диаметром 2/3d.

Под гвозди диаметром 6 мм и более следует предварительно сверлить отверстия диаметром 0,8d.

При определении расчетной длины защемления конца гвоздя не следует учитывать заостренную часть гвоздя длиной 1,5d; кроме того, из длины гвоздя следует вычитать по 2 мм на каждый шов между соединяемыми элементами.

При свободном выходе гвоздя из пакета расчетную длину последнего элемента следует уменьшать на 1,5d.

Диаметр гвоздей следует принимать не более 0,25 толщины пробиваемых элементов. Для гвоздей квадратного сечения следует принимать d равным размеру стороны поперечного сечения гвоздя.

В соединении должно быть не менее двух гвоздей. Минимальные расстояния между гвоздями следует принимать по таблице 9.7 в соответствии с обозначениями, приведенными на рисунке 9.7.

Расчетная несущая способность соединения (в конструкциях при долговременной нагрузке)

,кН,

где - минимальное значение несущей способности одного среза гвоздя.

– расчетные сопротивления смятию древесины в глухом нагельном гнезде.

= 8 Мпа (табл. 9.2); = 5 Мпа (табл. 9.3) – для симметричного двухсрезного соединения;

– расчетное сопротивление изгибу гвоздя. = 25 Мпа (табл. 9.4);

– коэффициент условий работы, учитывающий класс длительности нагружения и условия эксплуатации. Для нормальных условий эксплуатации = 1 (табл. 6.4);

– коэффициент, зависящий от отношения толщины более тонкого элемента к диаметру

гвоздя. . = 0,063; =0,775 (табл. 9.4);

kα – коэффициент, учитывающий угол между усилием и направлением волокон древесины (табл. 9.3). Для гвоздевых соединений kα= 1;

– количество швов в соединении для одного гвоздя.

– количество гвоздей в соединении.

Прогнозируемая несущая способность соединения при кратковременной нагрузке в лабораторных условиях

кН,

где kдл – коэффициент, учитывающий снижение прочности при длительном действии нагрузки. Принимают kдл = 0,67 (усредненное значение).

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 10 d. 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 — 10 d;

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

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 всейдлине нарезной части глухаря должен быть на2-4 мм меньше полного егодиаметра.

Если при конструировании можно допустить разреженную расста­новку шурупов и глухарей диаметром не более 8-16 мм, то сверлят гнезда уменьшенного на2-3 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;

l_{d 1} — 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.

Склеивание- наиболее эффективный способ соединения древесины. Прочность клеевого шва после завершения процесса схватывания и твердения клея, при условии соблюдения установленных правил склейки, значительно превосходит прочность самой древесины. Поэтому при хорошем качестве склейки разрушение клееного элемента при скалывании будет происходить по древесине.

Клеевые стыки по их расположению и особенностям работы мо­гут быть разделены на поперечные, продольные и угловые.

Поперечные стыки досок служат для создания клееных элемен­тов с поперечными сечениями требуемых размеров и форм и прида­ния им изогнутой формы по длине.

Рис. Клеевые стыки:

а — поперечные; б — продольные; в — фанеры; г — под углом; 1 — по пластям; 2 — по кромкам; 3 — по пласти и кромке; 4 к 5 — зубчатый с выходом зубь­ев на кромки и пласти; 5 — усовое соединение фане­ры; 7 — клееный элемент.

Для клееных конструкций применяется древесина хвойных, а в отдельных случаях—лиственных пород. При этом влажность древесины должна быть не свыше 15% и в крайнем случае не превышать 18%. Пиломатериалы для склеивания следует применять толщиной от 19 до 50 мм, при условии острожки.

Клеями принято называть такие составы, которые при определенных условиях химических реакций или от нагрева, или от охлаждения обладают свойством затвердевать и прочно соединять различные или однородные материалы. В клей входят: связующее, растворитель (ацетон), пластификатор (дибутилфталат), наполнитель (древесная мука, цемент, диабазовая мука), отвердитель.

Используют клеи на основе синтетических смол. В состав клея входит смола, марка кот. Соответствует марке клея и отвердитель. Наиболее распространенные клеи: разорциновые и фенол-резорциновые смолы ФР-12, ФРФ-50. Отвердитель для них – параформальдегид (параформ). Для склеивания древесины с металлом применяют эпоксидные клеи, отвердитель – полиэтиленполиамин.

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.

К примеру при расчете клеефанерных плит и панелей расчетные геометрические характеристики приведенного поперечного сечения следует определять по формулам:

,

,

, ,

где Ар, Jp, Sp и Ep — площадь поперечного сечения, момент инерции, статический момент фанерных обшивок и модуль упругости фанеры;

A0, J0, S0 и Е0 — площадь поперечного сечения, момент инерции, статический момент деревянных ребер каркаса и модуль упругости древесины;

у0 — расстояние от центра тяжести приведенного сечения до внешней грани обшивки.

Полностью расчет клееных элементов из фанеры с древесиной приведен в п. 7.8 ТКП 45-5.05-146-2009 «Деревянные конструкции. Строительные нормы проектирования».