Напряженно-деформированное состояние нагельного соединения

Работу нагельного соединения рассмотрим на примере соединения двух сдвигаемых элементов (рис. 4.8). Под действием приложенной нагрузки элементы начинают сдвигаться и стремятся опрокинуть нагель, который, после некоторого поворота, упирается в древесину и начинает

Схема работы нагельного соединения:

сминать древесину, вначале по краям гнезда. С увеличением нагрузки поверхность контакта нагеля с древесиной увеличивается: в древесине по­являются неравномерные напряжения смятия по всей длине нагеля, а сам нагель изгибается. Напряженно-деформированное состояние нагельного соединения характеризуется: изгибом самого нагеля; смятием древесины нагельного гнезда; скалыванием древесины между нагелями; раскалыва­нием древесины поперек волокон.

Практически опасность скалывания и раскалывания древесины устраня­ется правильной расстановкой нагелей. Минимальные расстояния между на­гелями назначаются таким образом, чтобы несущая способность нагеля по скалыванию и раскалыванию древесины заведомо превышала несущую спо­собность нагеля по прочности на изгиб самого нагеля и прочности древесины нагельного гнезда на смятие.

Размещение цилиндрических нагелей в соединениях

Минимальные допустимые расстояния между осями нагелей (табл. 4.1) зависят от материала нагелей, выражаются в диаметрах нагеля и обозначаются (см. рис. 4.7): S ₁ — расстояние вдоль волокон древесины; S ₂ —расстояние поперек волокон древесины; S ₃ —расстояние поперек во­локон от кромок элемента до оси нагеля.

По ширине элемента нагели рекомендуется располагать в четное коли­чество продольных рядов (два или четыре). Нельзя ставить нагели по оси элемента, чтобы нагели не оказались в зоне усушечных трещин. В конст­рукциях из круглых лесоматериалов допускается шахматное расположе­ние нагелей в два ряда с расстояниями между осями нагелей вдоль воло­кон S ₁  поперек волокон S ₂ ≥ 2,5 d.

Расчет нагельных соединений

Точный расчет несущей способности нагеля с учетом всего сложного комплекса взаимосвязанных напряжений смятия и изгиба довольно сложен и громоздок. Проведенные исследования позволяют упростить расчет при введении следующих допущений: предельная деформация нагельного со­единения — 2 мм; нагель рассматривается как балка малой изгибной жестко­сти на упругопластичном основании, каковым является древесина; силы тре­ния не учитываются ввиду возможности появления зазора между соединяе­мыми элементами при усушке их поперек волокон.

С учетом этих допущений несущая способность нагеля [Т ⃞ на один срез определяется по формулам табл. 4.2 исходя из трех условий: изгиба самого нагеля, смятия древесины в крайних элементах, смятия древесины в средних элементах, а в формулу (4.7) подставляется минимальное значение [ Т ].

В тех случаях, когда передаваемое нагелем усилие направлено под углом а к волокнам соединяемых элементов, [ Т ] умножается на коэф­фициент К_α при расчете из условия смятия древесины и на при рас­чете на изгиб самого нагеля. К_а определяется по табл. 19 СНиП [2], за­висит от угла а и диаметра нагеля (уменьшается с увеличением угла и диаметра нагеля). При определении несущей способности нагеля учитываются также порода древесины и все необходимые коэффициен­ты условий работы: [Т] умножается на эти коэффициенты при расчете из условия смятия древесины нагельного гнезда и умножается на ко­рень квадратный из произведения этих коэффициентов при расчете из условия изгиба самого нагеля. Несущая способность соединения на ци­линдрических нагелях из одного материала, но разных диаметров опре­деляется как сумма несущих способностей всех нагелей, за исключени­ем растянутых стыков, для которых несущая способность умножается на понижающий коэффициент 0,9.

 

 

Таблица 4.2

Расчетная несущая способность Т цилиндрического нагеля на