Сжато-изгибаемые элементы





Сжато-изгибаемыми элементами называются такие, на которые действует изгибающий момент и централь­но приложенное продольное сжимающее усилие. Изги­бающий момент может создаваться: а) внецентренно приложенной сжимающей силой и тогда элемент назы­вают внецентренно сжатым или б) поперечной нагруз­кой. При расчете сжато-изгибаемых деревянных стерж­ней применяют теорию краевых напряжений, предложен­ную проф. д-ром техн. наук К. С. Завриевым. В соответст­вии с этой теорией несущая способность стержня счита­ется исчерпанной в тот момент, когда краевое напряжение сжатию делается равным расчетному сопротивлению.

Эта теория менее точная, чем теория устойчивости, однако она дает более простое решение и поэтому при­нята в действующих нормах проектирования СНиП П-25-80.

Так как жесткость стержня не является бесконечной, то он под влиянием изгибающего момента прогибается.

При этом центрально приложенная сжимающая сила теперь уже будет иметь эксцентриситет, равный дефор­мации стержня от момента, и таким образом создаст дополнительный момент (рис. II 1.8). Появление допол­нительного момента от нормальной силы увеличит де­формацию стержня, что приведет к еще большему воз­растанию дополнительного момента. Такое наращивание дополнительного момента и прогибов будет некоторое время продолжаться, но затем затухнет.

Полный прогиб стержня и уравнение кривой неизве­стно, поэтому непосредственно по формуле краевых на­пряжений нельзя найти эти напряжения:

Так как в двух написанных уравнениях есть три неиз­вестных Ос, у, Мх, то следует найти еще одно уравнение. Всякую кривую можно аналитически выразить в виде ряда, который при этом должен быть быстро сходящим­ся и удовлетворять краевым значениям. Таким является тригонометрический ряд

Геометрическая интерпретация ряда показана на рис. Ш.9. Как видно, /v есть максимальная ордината кривой каждого члена ряда.

При симметричной нагрузке первый член ряда дает точность, равную 95—97 %. Для упрощения решения бу­дем считать нагрузку симметричной. Тогда можно огра­ничиться только первым членом ряда.

 

 

Соединения на нагелях

Нагели являются одним из наиболее широко применяющихся до настоящего времени механических рабо­чих связей. Нагелем называется гибкий стержень, кото­рый соединяет элементы деревянных конструкций и препятствует их взаимному сдвигу, а сам в основном работает на изгиб.

Работу нагеля можно рассмотреть на примере соединения двух сдвигаемых элементов (рис. IV, 14). Силы, вдвигающие сплачиваемые элементы, стремятся опроки­нуть нагель. Под действием этих сил нагель после неко­торого поворота, обусловленного неплотностями и обмятием древесины, упирается в нее сначала по краям эле­ментов, а затем начинает изгибаться. При изгибе наге­ля увеличивается поверхность его контакта с древесиной, что вызывает появление в ней неравномерных напряже­ний смятия по всей длине нагеля. Напря­жения смятия древесины нагелем имеют разные знаки, и их равнодействующие образуют две пары взаимно уравновешенных продольных сил, пре­пятствующих повороту нагеля. По условию равновесия нагеля моменты этих пар равны: Tiei = T2e2 или TilT2= =е2{.

Таким образом, равновесие нагеля в отличие от рав­новесия шпонки обеспечивается только продольными си­лами, параллельными направлению сдвига соединяемых элементов. В нагельных соединениях отсутствуют попе­речные силы, образующие распор, для восприятия кото­рых в шпоночных соединениях приходится ставить рас­тянутые связи.

Цилиндрические нагели изготовляют в виде гладких стержней круглого сечения из стали, металлических сплавов, твердых пород древесины и из пластмасс. По характеру своей работы в соединениях сдвигаемых эле­ментов к цилиндрическим нагелям относятся также бол­ты, гвозди, глухари (винты большого диаметра с шести­гранной или четырехгранной головкой) и шурупы (рис. IV.15). Цилиндрические нагели устанавливают в предварительно рассверленные гнезда. Диаметр отверстия для нагеля обычно принимают равным диаметру нагеля. Однако нормами некоторых стран с целью увеличения плотности соединений, особенно при переменной влаж­ности и усушке древесины, предусматривается диаметр отверстия на 0,2—0,5 мм меньше диаметра нагеля. Для шурупов и глухарей необходимо предварительное про­сверливание отверстия сверлом диаметром меньше диа­метра нарезной части шурупов и глухарей. Обычные гвозди изготовляют из гладкой проволоки диаметром до 6 мм и чаще забивают в древесину без предварительного сверления гнезд.

Цилиндрические нагели и болты применяют для спла­чивания элементов деревянных конструкций, соединения их по длине (рис. IV. 16, а), а также в узловых примыканиях (рис. IV. 16, б). Соединения деревянных элемен­тов на нагелях бывают симметричными и несимметрич­ными.

На плотность соединений на нагелях значительно вли­яет совпадение отверстий под нагели в соединяемых эле­ментах. Чтобы получить хорошее совпадение отверстий и достичь максимальной плотности соединения, необхо­димо сверлить отверстия в предварительно собранном и обжатом пакете. Для обжатия соединений ставят стяж­ные болты в количестве около 25 % общего числа наге­лей. Если стяжные болты сделаны из того же материала, что и нагели, то их включают в расчетное количество нагелей.

В растянутых стыках по ширине элемента следует ставить только четное количество продольных рядов на­гелей. Это требование объясняется тем, что при нечетном числе рядов средний оказывается по оси доски в зоне наиболее возможного появления продольных трещин в результате усушки древесины.

По аналогии с соединениями на заклепках в металли­ческих конструкциях каждое пересечение нагеля с рабо­чим швом называется «срезом». Однако при общности действующих явлений в том и в другом случае работа нагеля в соединениях деревянных элементов значительно отличается от работы заклепки в металлических элемен­тах. Заклепка соединяет тонкие стальные элементы. От­ношение длины заклепки к ее диаметру невелико, что характеризует большую относительную жесткость, при которой изгибные напряжения не имеют существенного значения и могут не учитываться. Несущую способность заклепки определяют из расчета на смятие и срез.

В соединениях деревянных элементов отношение дли­ны нагеля к его диаметру значительно больше, поэтому нагель работает как гибкий стержень главным образом на изгиб и неравномерно сминает древесину в гнезде.

 

Настилы и обрешетка

Настилы являются несущими элементами огражда­ющих деревянных покрытий. На их изготовление расхо­дуется до 70 % объема древесины, используемой при сооружении деревянных покрытий. Поэтому проектиро­вание рациональных конструкций настилов во многом определяет экономическую эффективность покрытий в целом.

Настилы из досок применяют в покрытиях в виде сплошной конструкции или обрешетки под кровли раз­ных типов. Под трехслойную рубероидную кровлю не­отапливаемых зданий основанием служит настил из двух слоев досок, которые соединяются гвоздями (рис. VI.2, с). Верхний защитный слой досок толщиной 16—25 мм и шириной до 100 мм укладывают под углом 45° к ниж­нему. Для лучшего проветривания всего настила ниж­ний рабочий настил с толщиной досок по расчету выпол­няют разреженным.

В покрытиях различных отапливаемых зданий (рис. VI.3, б) для укладки утеплителя применяют одинарный дощатый настил. Доски соединяют впритык или чет­верть, толщину их определяют расчетом. Они скрепля­ются поперечными досками и раскосами из досок.

Для кровли из волнистых асбестоцементных или стек-лопластиковых листов и кровельной стали устраивают обрешетку из досок или брусков, расположенных одни от других на расстоянии, зависящем от кровельного ма­териала (рис. VI.4).

Защитный настил образует сплошную поверхность, обеспечивает совместную работу всех досок настила, распределяет сосредоточенные нагрузки на полосу ра­бочего настила шириной 50 см.

Расчет настилов и обрешеток, работающих на попе­речный изгиб, производят по схеме двухпролетной бал­ки при двух сочетаниях нагрузки (рис. VI.5):

нагрузки от собственного веса покрытия и снеговой нагрузки — на прочность и прогиб:

Нагрузки от собственного веса покрытия и сосредо­точенной нагрузки в одном пролете Рн=1 кН, а с уче­том коэффициента перегрузки 1,2, равной Рр1,2 кН— только на прочность.

Максимальный момент -находится под . сосредоточен­ным грузом, расположенным на расстоянии от левой опоры х=0,432 и равен приближенно Mmax = 0,Q7ql2+ +0,207 Рр/, где q — собственный вес покрытия.

Сосредоточенный Р=1,2 кН груз считается прило­женным к одной доске полностью (рис. VI.5, в) при ша­ге досок более 15 см, а при шаге менее 15 см к одной доске прикладывается 0,5Р (рис. VI.5, г). При двойном перекрестном настиле рассчитывают на изгиб только ра­бочий (нижний) настил и только от нормальных состав­ляющих нагрузок, поскольку скатные составляющие вос­принимаются защитным настилом (рис. VI.5, д). Расчет­ную ширину настила принимают 50 см с учетом всех входящих в нее досок или, иначе можно сказать, что со­средоточенные грузы распределяются здесь на ширину 50 см.

Соединительные гвозди слоев настила (см. рис. VIД а) или настила с раскосами (см. рис. V.3, б) в боль­шинстве случаев работают с большими запасами проч­ности.

 

Клеефанерные балки

Клеефанерные балки состоят из фанерных стенок и дощатых поясов (рис. VI.19). Поперечное сечение клеё-фанерной балки может быть двутавровым или коробча­тым. Так как при этом пояса удалены от нейтральной оси, то материал в таких балках используется более эф­фективно.

Фанерная стенка помимо работы на сдвигающие уси­лия может воспринимать и нормальные напряжения (при условии, если волокна наружных шпонов расположены вдоль оси балки). Для лучшего использования несущей способности фанерной стенки целесообразно распола­гать фанеру так, чтобы волокна ее наружных шпонов были направлены вдоль оси балки. При продольном рас­положении волокон наружных шпонов модуль упругости фанеры примерно на 50 % больше, чем при поперечном их расположении, что предопределяет лучшее использо­вание фанеры на сжатие и растяжение при изгибе На ребро. Кроме того, продольное расположение волокон наружных шпонов позволяет стыковать фанеру «на ус». При поперечном расположении волокон этих шпонов стыки можно выполнять только, используя накладки, что менее надежно; к тому же накладки перекрывают стык стенки лишь в чистоте между поясами и, таким образом, уменьшается момент инерции сечения в стыке,

Клеефанерные балки могут быть постоянной высоты, двускатными, а также с криволинейным верхним поясом (см. рис. VI.19, в). Радиус кривизны верхнего пояса кру­гового очертания определяют по уравнению окружности

Одним из важных преимуществ клеефанерных балок с криволинейным верхним поясом по сравнению с дву­скатными является то, что они не имеют стыка в-коньке и поэтому могут быть выполнены полностью безметаль­ными, что делает их более пригодными к применений в помещениях с агрессивной средой, в частности для хими­ческих производств.

Клеефанерные балки с плоской фанерной стенкой ре­комендуется использовать для пролетов до 15 м. Их вы­соту обычно назначают в пределах '/s—Vi2^, при этом следует учитывать стандартные размеры фанерных лис­тов. Толщину стенки принимают не менее 8 мм.

Специфическая особенность клеефанерных балок — наличие в них тонкой фанерной стенки, которая требует специальных мер для ее закрепления от потери устойчи­вости. Придание жесткости фанерной стенке можно обес­печить двумя способами: а) постановкой дощатых-ребер

жесткости (см. рис. VI.19); б) устройством волнистой стенки (рис. VI.20). Для придания волнистости стенке на копировальном станке в досках пояса выбирают криво­линейные пазы клиновидного сечения, в которые на клею вставляют фанерную стенку.

Клеефанерные балки, так же как панели покрытия, рассчитывают с учетом различных модулей упругости древесины поясов н фанерной стейки по приведенным геометрическим характеристикам. Приведение осущест­вляют к материалу, в котором находят напряжения. При определении напряжений в поясах приведенные* характе-» ристики сечения вычисляют по следующим формулам; ,

где Fs, /д, 5Д —■ соответственно площадь, момеит инерции « статяг-ческий момент поясов, F+, /ф и 5ф — соответоменно площадь, «о* мент инерции и статический момент фанерной стенки; f* — соответ-стве«но модуль упругости фапфы и древесины поясов

 

 

33-35. § 7.2. Дощатоклееные арки

Дощатоклееные арки применяют кругового или стрельчатого очертания с затяжками или с непосредст­венным опиранием на фундаменты или контрфорсы. Приналичии затяжек пролеты арок обычно не превышают 24 м, при опирании на фундаменты или контрфорсы про­леты зданий, осуществленных в СССР, достигали 63 м (здание летнего катка в Архангельске). За рубежом имеются отдельные примеры применения арок с проле­тами более 100 м.

Арки обычно склеивают из пакета досок прямоуголь­ного по высоте сечения, что менее трудоемко. При боль­ших пролетах может оказаться целесообразным приме­нение арок переменного по высоте сечения, принятого с учетом изменения момента по длине арки.

Дощатоклееные арки бывают двух- и трехшарнирны-ми (рис. VI.28). При пролетах до 24 м и ///=1/8—1/6 целесообразно применять двухшарнирные арки как бо­лее экономичные во всех случаях, когда возможна транспортировка криволинейных элементов арок. Кри­волинейные арки, Как правило, делают с постоянным радиусом кривизны, так как изогнуть доски по окружно­сти легче. В дощатоклееных арках толщину слоев (досок после острожки) для удобства их гнутья целесообразно применять, как правило, не более 1/300 радиуса кривиз­ны и не более 33 мм.

Коньковый узел в трехшарнирных арках можно вы­полнять с деревянными накладками на болтах, воспринимающими поперечную силу от временной нагрузки и обеспечивающими жесткость узла арки из ее плоскости. В случае, если распор воспринимается затяжкой, она вы­полняется из профильной или круглой стали.

Арки рассчитываются на нагрузки и воздействия в соответствии со СНиП П-6-74. В результате расчета арок определяют значения М, N, Q.

Нормальные напряжения в арках вычисляют по обычной формуле для сжато-изгибаемого стержня в се­чении с максимальным изгибающим моментом и соот­ветствующей ему нормальной силой.

принимают: а) при расчете на прочность по деформиро­ванной схеме:

для двухшарнирных арок при симметричной нагруз­
ке /0=0,35S;

для трехшарнирных арок при симметричной нагруз­
ке /0=0,585; _. '

для двухшарнирных и трехшарнирных арок при ко-сосимметричной нагрузке — по формуле

/0 = nS/2 У яг—а2 г ' (VI. 93)

где а — центральный угол полуарки, рад; S — полная длина дуги арки.

Для трехшарнирных арок при расчете на несиммет­ричную нагрузку расчетную длину допускается прини­мать /o=O,58S, Для трехшарнирных стрельчатых арок с углом перелома в ключе более 10° при всех видах на­грузок /0=0,5S.

Накладки в коньковом узле рассчитывают на попереч­ную силу при несимметричном загружении арки. Наклад­ки работают на поперечный изгиб. (VI.97)

Несущую способность болтов определяют с учетом направления сил поперек волокон; она должна быть больше действующих усилий R\, /?г.

Крепление арки в опорных узлах рассчитывают на максимальную поперечную силу, действующую в этих узлах. В арках больших пролетов опорный и конько­вый узлы конструктивно сложнее. Их можно выполнить

 

 

Рис. VI.29. Опорный узел дощатоклееной арки большого пролета





Читайте также:
Назначение, устройство и принцип работы автосцепки СА-3 и поглощающего аппарата: Дальнейшее развитие автосцепки подвижного состава...
Основные направления социальной политики: В Конституции Российской Федерации (ст. 7) характеризуется как...
Образцы сочинений-рассуждений по русскому языку: Я думаю, что счастье – это чувство и состояние полного...
Своеобразие романтизма К. Н. Батюшкова: Его творчество очень противоречиво и сложно. До сих пор...

Рекомендуемые страницы:



Вам нужно быстро и легко написать вашу работу? Тогда вам сюда...

Поиск по сайту

©2015-2021 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-02-16 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ!
Обратная связь
0.046 с.