Испытание нагельного соединения

3.4.1. Конструкция нагельного соединения и материалы

Испытанию подвергается двухсрезное, симметричное соединение деревянных элементов на стальных нагелях (рис. 3.1). Образцы изготовлены из сосновых досок, остроганных по пласти, влажностью 10-15 %. Нагели стальные из круглой стали марки СтЗ. Фактические размеры образца устанавливаем измерением образца с точностью до 1 мм. Размеры образца и основные данные для расчета:

- толщина крайних элементов, а = см; - толщина средних элементов, с = см;

- диаметр нагелей, d = см; - толщина пакета соединяемых элементов, В= см;

- количество нагелей m =; - количество "срезов"(швов сплачивания) одного нагеля n_ср =.

Поскольку, требуемая надежность соединения из условия скалывания обеспечивается соблюдением шага расстановки нагелей необходимо проверить правильность их расстановки. Для В< 10d расстояния:

- от торцов элемента до оси нагеля - S₁ = см > 6d; - между осями нагелей поперек волокон - S₂ = см > 3d; - от кромки доски до оси нагеля - S₃ = см > 2,5d.

 

3.4.2. Определение теоретической величины расчетной несущей способности

нагельного соединения

Для определения теоретической величины расчетной несущей способности соединения необходимо определить несущую способность цилиндрического нагеля на один шов сплачивания ("условный срез") из условий смятия древесины в нагельном гнезде и изгиба самого нагеля. Несущая способность нагеля на один шов сплачивания ("срез") равна формулы (3.1...3.3) МУ:

а) из условия смятия среднего элемента - Т_с = 0,5сd = = кН,

б) из условия смятия крайнего элемента - Т_а = 0,8аd = = кН,

в) из условия изгиба нагеля - Т_и = 1,8d²+0,02а² = = кН,

но не более 2,5d² = кН.

Теоретическая расчетная несущая способность всего соединения равна

N_Т = Т_minn_срm = = кН,

где Т_min = кН наименьшая несущая способность, найденная по формулам (3.1)-(3.3) МУ; n_ср = - число швов сплачивания в соединении; m = - количество нагелей.

 

3.4.3. Проведение испытания нагельного соединения

Испытание проводим на прессе ПСУ-10 с постоянной скоростью нагружения и разгрузки. Деформации соединения определяем с помощью двух индикаторов часового типа (ИЧ) с ценой деления 0,01 мм (рис. 3.1). В процессе испытания снимаем и записываем в журнал (табл. 3.1) отсчеты по индикаторам, а также фиксируем разрушающую нагрузку N_р. Моментом разрушения считается резкое падение усилия или непрерывный рост деформаций без изменения величины усилия. Разрушающая нагрузка равна N_р= кН.

Рис. 3.1. Конструкция соединения и схема испытания нагельного соединения:

1-крайние элементы; 2-средний элемент; 3-нагель; 4-скосы для устранения влияния перекоса элементов; 5-деревянные планки для устранения влияния перекоса крайних элементов; 6-шурупы

 

3.4.4. Обработка результатов испытаний и оценка несущей

способности нагельного соединения

По записанным в табл. 3.1 отсчетам вычисляем остаточные за цикл D^ц_о и упругие D_у осевые деформации по формулам (3.5, 3.6) МУ

D^ц_{о, i} = D_{о, (i+1)} - D_{о, i}; D_{у, i} = D_{п, i} - D_{о, i},

По вычисленным деформациям строим график зависимости остаточных деформаций за цикл D^ц_о от упругих деформаций D_у (рис. 3.2). По графику находим верхнюю границу I области прочной работы нагельного соединения (усилие N_I-II) и принимаем ее за несущую способность соединения. Величину экспериментальной несущей способности N_I-II (полученную при кратковременных испытаниях) корректируем на срок службы конструкции, введением коэффициента равного 1,3. Следовательно, должно быть выполнено условие (3.7) МУ

.

В дополнение к условию (3.7) проверяем условие (3.8) МУ

,

где k(t) - коэффициент, определяемый в зависимости от продолжительности проведения испытания, который определяется по формуле

к(t) = 1,38[1,94-0,116^.lg(n^2.t’ / 38,2)] =,

здесь t’= () c – продолжительность изменения усилия на величину одной ступени;

n = – число ступеней до разрушения;

Оценка деформативности соединения проводим сравнением предельной деформации D_T =2 мм, с экспериментальным значением полной деформации соединения D_п, определенной при нагрузке равной N_I-II, с введением к D_п коэффициента 1,3. Оценка проводим по условию (3.9) МУ

 

.

Таблица 3.1 Определение деформаций сдвига нагельного соединения

Номера ступеней	Усилие, кН	Индикатор № 1	Индикатор № 2	Деформации осевые, мм
Отсчет	Деформация, мм	Отсчет	Деформация, мм	Полная Dп	Остаточная Dо	Остаточная за цикл D^цо	Упругая Dу
Полная D^1п	Остаточная D^1о	Полная D^2п	Остаточная D^2о
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
0	0(0,8)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Рис. 3.2. График зависимости остаточной деформации за цикл D^ц_о от упругой деформации D_у
3.5. Испытание соединения древесины на МЗП

3.5.1. Конструкция соединения и материалы

Образец изготовлен из сосновых досок, оструганных по пласти и кромке. Запрессовка пластин производилась на прессе ПСУ-10. Фактические размеры образца и МЗП устанавливаем измерением с точностью до 1 мм.

Данные для расчета (рис. 3.2)

Длина МЗП по одну сторону от стыка, l = мм, ширина МЗП, b= мм.

Площадь контакта МЗП по одну сторону от стыка, F = = мм².

R = МПа – расчетная несущая способность МЗП на 1 см² рабочей площади соединения.

R_р = Н/мм – расчетная несущая способность МЗП при растяжении на 1 мм рабочего сечения пластины.

Влажность древесины определенная прибором – электронным влагомером древесины «HYDRO CONDTROL» равна w = %.

Рис. 3.2. Вид образца для испытания на растяжение с впрессованными МЗП

1 – соединяемый деревянный элемент; 2 – МЗП; 3 – отверстие для передачи через специальное устройства растягивающего усилия на образец и МЗП

3.5.2. Несущая способность соединения древесины на МЗП

Теоретическую несущую способность соединения на МЗП при действие растягивающего (вдоль волокон древесины) усилия на соединение определяем:

- по условию смятия древесины и изгиба зубьев по формуле (3.10) МУ

N_Т = 2^.RF_p = = Н,

где F_p= = мм² –расчетная площадь поверхности МЗП на стыкуемом элементе;

- по условию растяжения пластины по формуле (3.11) МУ

N_Т = 2^.b^.R_p = = Н,

где b = мм – размер пластины в направлении, перпендикулярном направлению усилия.

 

3.5.3. Проведение испытания соединения на МЗП

Испытание данного соединения проводилось по упрощенной методике – непрерывным нагружением с постоянной скоростью без разгрузки доводя образец до разрушения.

Испытание проводится на разрывной машине Р-10, с установкой шкалы на усилие 50 кН. Образец устанавливается в специальные крепления. Время испытания от начала нагружения должно составлять с. Нагрузку N_р, при которой произошло разрушение, определяем по максимальному отклонению стрелки силоизмерителя пресса при непрерывном росте деформаций. Величина разрушающей нагрузки, равна N_р = Н.

Величину экспериментальной несущей способности N_р (полученную при кратковременных испытаниях) корректируем на срок службы конструкции, введением коэффициента k(t) ( для пластического разрушения соединения) по формуле (3.12) МУ. Следовательно, для оценки несущей способности испытанного соединения проверяем условие

,

где k(t) - коэффициент, определяемый в зависимости от продолжительности проведения испытания по формуле

к(t) = 1,38[1,94-0,116^.lg(t / 38,2)] =,

здесь t = c – продолжительность испытания.

3.5.4. Сравнение теоретических величин с опытными

(N_р - N_Т )100% / N_Т = = %.