Классификация соединений элементов ДК.

По действующему сортаменту на лесоматериалы применяемые в строительстве размеры цельной древесины ограничены как по площади поперечного сечения, так и по длине. Применяемый для нужд строительства лесоматериал в виде бревен и пиломатериала имеет максимальные размеры поперечного сечения 25…28 см и предельную длину 6,5 м. Вследствие ограниченности размеров дерева создание из него стройконструкций больших пролетов или высоты невозможно без соединения отдельных элементов. Соединения деревянных элементов для увеличения поперечного сечения конструкции назыв. сплачиванием, а для увеличения их продольной длины – сращиванием. Если необходимо увеличить размеры деревянных элементов, а также образовать узловые сопряжения, применяют следующие способы соединений:

а) сплачивание (в поперечном направлении);

б) сращивание или наращивание (в продольном направлении);

в) узловые соединения (под углом).

Для осуществления этих соединений используются весьма разнообразные средства (связи).

По характеру работы средства соединений в ДК можно разбить на семь групп: врубки; шпонки; нагели; шайбы; связи, работающие на растяжение; связи, работающие на выдергивание; клей.

Основным недостатком этих средств связи (за исключением клея) является то, что они не создают монолитного соединения, а обладают той или иной степенью податливости.

Допустимые деформации соединений при полном использовании их расчетной несущей способности не должны превышать следующих размеров:

В соединениях на врубках под углом , в сжатых стыках и нагельных соединениях всех видов – 1,5…2 мм;

Во врубках поперек волокон и под углом , а также в шпоночных соединениях – 2…3 мм;

В соединениях на колодках – до 4 мм;

В соединениях на гвоздях – 0,5…1,5 мм.

Развитие деформаций для различных видов связей не одинаково. Для врубок, например, деформации в основном появляются в период загружения конструкции; величина их зависит от точности изготовления врубки, а в процессе эксплуатации нарастание деформации незначительно. Гвозди же обладают хорошей плотностью в начальный период загружения, но со временем дают большие деформации. Поскольку отдельные связи обладают различной податливостью, не разрешается в одном сопряжении применять различные типы связей.

Соединения элементов ДК по способу передачи усилий разделяются на виды:

1) соединения, в которых усилия передаются непосредственным упором контактных поверхностей соединяемых элементов (примыканием в опорных частях элементов, врубкой и т.д.)

2) соединения на механических связях;

3) соединения на клеях.

Механическими в соединениях ДК называют рабочие связи различных видов из твердых пород древесины, стали, различных сплавов или пластмасс, которые могут вставляться, врезаться, ввинчиваться или запрессовываться в тело древесины соединяемых элементов.

К механическим связям относятся шпонки, нагели, болты, глухари, гвозди, шурупы, шайбы шпоночного типа, нагельные пластинки и металлические зубчатые пластинки.

Распределение силы по поверхности контакта и в глубину элемента зависит от вида мех. связей.

Несущая способность и деформативность ДК в целом зависит в большей мере от способа соединения из отдельных элементов.

16.Контактные соединения деревянных элементов. Особенности конструирования и основы расчета.

При контактных соединениях деревянных элементов подразумеваются соединения, в которых усилия от одного элемента другому передаются ч/з их соответственно обработанные и опиленные контактные поверхности. Дополнительно поставленные в таких соединениях рабочие связи несут обычно функции фиксации отдельных элементов или служат аварийными связями, включающимися в работу при разрушении соединении.

При контактных соединениях деревянных элементов в местах примыканий м/у собой и с элементами из других строй материалов решающим оказывается работа древесины на смятие.

Значительным преимуществом решений соединений деревянных элементов простым опиранием одних на другие является незначительное влияние на их работу деформаций древесины при колебаниях температурно-влажностного режима в период эксплуатации конструкции, особенно если силы сжатия соединяемых деревянных элементов направлены вдоль волокон.

Контактные соединения со сжатием перпендикулярно к волокнам встречаются в соединениях стоек в местах примыканий к горизонтальным ригелям, опираний прогонов, балок, ферм на стены и т.д. В этих случаях расчет напряжений смятия по контактным поверхностям в деревянном элементе, в котором силы сжатия приложены перпендикулярно к волокнам, исравнению их с соответствующим расчетным сопротивлением. Поскольку сопротивление др-ны на смятие поперек волокон незначительно, то при действии больших усилий часто приходится увеличивать опорные площадки или контакные поверхности соединяемых элементов.

Площадка контакта и распределение усилий сжатия на большую поверхность может быть увеличена с помощью подкладок из твердых пород древесины, имеющих повышенное сопротивление смятию поперек волокон или подкладки из Ме профилей, а также деревянными вставками в опорные части стоек.

Если опорную площадь нельзя увеличить по каким-то конструктивным соображениям, то для поднятия сопротивляемости др-ны смятию в этой части применяют различные накладки (из фанеры) прикрепляемые к боковым граням нагелями или клеями. Эффект повышения сопротивляемости смятию в этом случае достигается не столько вследствие увеличения площади опирания, сколько передачей и распределением усилий с помощью накладок на большую глубину элемента.

Контактные соединения деревянных элементов с действием сил вдоль волокон имеются, например, при наращивании стоек по длине. В этом случае сопротивление смятию вдоль волокон максимально и совпадает с сопротивлением сжатию вдоль волокон. Однако при этом возникает опасность взаимопроникновения деревянных элементов из-за того, что более плотные слои др-ны в одном элементе совпадают с менее плотными в другом. В результате этого может произойти деформация древесины в торцах.

 

Концы соединяемых элементов должны быть точно совмещены и приторцованы. Чтобы предотвратить смещение концов элементов, устанавливают цилиндрические нагели в торцах или боковые накладки.

Расчет торцов элемента на смятие при передаче усилий по всей площади поперечного сечения обычно не производят.

Работа др-ны в местах соединения по контактным поверхностям на смятие под углом возникает в соединениях деревянных элементов, находящихся под различными углами. В этих случаях древесину по контактной поверхности проверяют на смятие под углом.

Боковые накладки или различные вкладыши м/у соединяемыми элементами служат для фиксации элементов и восприятия поперечнх сил. Соединение наклонных сжатых деревянных элементов с горизонтальными растянутыми элементами без рабочих связей осуществляют чаще на врубках.

19.Нагельные соединения. Виды нагельных соедине-ний.

Нагель -гибкий стержень, соединяющий элементы дере-вянных конструкций и препятствует их взаимному сдвигу,а сам работает на изгиб.

Схема работы нагеля.( на примере соединения2сдвигаемых элементов )

Силы,сдвигающие сплачиваемые элементы,,стремятся опрокинуть нагель.Нагель после некоторого поворота упирается в древесину и начинает изгибаться.,При этом увеличивается поверхность контакта с древесиной,что вызывает появление в ней напряжений смятия по всей длине нагеля.Напряжения смятия древесины нагелем имеют разные знаки,их равнодействующие образуют две пары продольных сил,препятствующих повороту нагеля. Условие равновесия: Т₁/Т₂=е₂/е₁. Равновесие нагеля обес-печивается продольными силами,параллельными направлению сдвига соединяемых элементов.В нагельных соединениях отсутствуют поперечные силы,образующие распор.

Виды нагельных соединений.

-цилиндрические нагели-гладкие стержни круглого сече­ния из стали, пластмасс и твердых пород древесины.По характеру работы к цилиндрическим нагелям можно отнести болты,гвозди,глухари(винты большого диаметра с 6-ти,80ми гранной головкой) и шурупы.

-нагельные соединения со вставками в узлах-различные вставки в виде узловых пластин из стали и фанеры, которые увеличивают площадь узла и одновременно создают многосрезность рабочих связей.

-соединения на металлических зубчатых пластинах(МЗП) применяются для узловых соединений и представляют собой стальные пластинки толщиной 1-2мм,на одной стороне которых после штампования на специальных прессах получаются зубья различной формы и длины МЗП ставят попарно по обе стороны соединяемых эле-ментов,чтобы они располагались в направлении волокон присоединяемого деревянного элемента.

20.Особенности конструирования нагельных соеди-нений. Расчет нагельных соединений.

Соединения деревянных элементов на нагелях бывают симметричными и несимметричными. На плотность сое-динений влияет совпадение отверстий под нагели в сое-диняемых элементах.В растянутых элементах количество рядов при установке нагелей должно быть четным.(если нечетное,то средний ряд оказывается по середине доски в зоне наиболее возможного появления продольных тре-щин в результате усушки древесины).Каждое пересе-чение нагеля с рабочим швом называется срезом.Термин срез употребляется не для учета напряжений среза(их нет,т.к. срезать деревянным элементом нагель невоз-можно),а для характеристики соединения по количеству плоскостей относительного сдвига между соединяемыми элементами, которые пересекаются нагелями.Рисунки смотри в СНиПе.

Расчет нагельных соединений.

Основан на том,что действующее на соединение усилие не должно превышать расчетной несущей способности соединения. Расчетное количество нагелей принимают не менее 2-х с d=12-24мм и определяют по ф-ле:

,где N-расчетное усилие,n_ср-количество срезов нагеля,Т_н—наименьшая несущая способность одного среза нагеля

Несущая способность Т_н:

-по изгибу: ,где d-диаметр нагеля, а - толщина крайнего элемента,Rсм- расчетное сопротивление древесины смятию и изгибу, Ru-условное сопротивление нагеля изгибу,к₂-коэф-т,учитывает угол между соединяемыми элементами.

-по смятию: ,с-толщина среднего элемента.

-иногда получается большим(например по сравнению с пределом текучести стали),так как при таком условном расчете учитывается пластическая работа нагеля.

23. Расчет элементов составного сечения на поперечный изгиб

Возьмем три деревянные балки, у которых нагруз­ки, пролеты и поперечные сечения одинаковы (рис. V.I, а). Пусть нагрузка этих балок равномерно распре деленная. Первая балка цельного сечения, т. е. состоит из одного бруса. Назовем эту балку Ц. Момент инерции поперечного сечения балки J u,=bh³/12, момент сопротив­ления Wц=.bh²/6; прогиб fц=5q_hL⁴/384 ЕJц.

Вторая балки П составного сечения состоит из двух брусьев, соединенных с помощью податливых связей, например бблтов. Моменты инерции и сопротивления ее соответственно будут Jп и Wn, прогиб f п.

Третья балка О составного сечения состоит из таких же двух брусьев, как вторая балка, но здесь связей не поставлено и поэтому оба бруса будут работать само­стоятельно. Момент инерции третьей балки Jo== bh³/ 48, что в 4 раза меньше, чем балки цельного сечения. Мо­мент сопротивления Wo = bh²/12, что в 2 раза меньше, чем балки цельного сечения. Прогиб fo == 5q_hL⁴/384 ЕJ о, что в 4 раза больше, чем прогиб балки цельного сече­ния (рис. V.I, в).

Рассмотрим, что будет происходить на левой опоре балки при деформировании ее под нагрузкой. Левая опо­ра балки цельного сечения повернется на угол φ(рис. V.I, б), а у балки составного сечения без связей кроме поворота на левой опоре произойдет сдвиг δо верхнего бруса относительно нижнего.

В составной балке на податливых связях сдвигу брусьев будут препятствовать болты, поэтому он здесь меньше, чем в балке без связей. Следовательно, состав­ная балка на податливых связях занимает промежуточ­ное положение между балкой цельного сечения и состав­ной балкой без связей. Поэтому можно написать:

Из этих неравенств следует, что геометрические ха­рактеристики составной балки на податливых связях Jn, w_п можно выразить через геометрические характе­ристики балки цельного сечения, умноженные на коэф­фициенты меньше единицы, которые учитывают подат­

ливость связей:

где к_ж меняется в пределах от 1 до Jo/ Jц в частности при двух брусьях Jo/ Jц =0,25;

где k_w меняется в пределах от 1 до w_о/w _ц, например при двух брусьях w_о/w _ц =0,5.

Прогиб балки увеличивается соответственно умень­шению момента инерции:

Расчет составной балки на податливых связях сво­дится, таким образом, к расчету балки цельного сече­ния с введением коэффициентов, учитывающих подат­ливость связей. Нормальные напряжения определяют по

формуле

где w _ц — момент сопротивления составной балки как цельной;

К_w--коэффициент, меньший единицы, учитывающий податливость связей.

Прогиб составной балки на податливых связях опре­деляют в общем случае по формуле

где Jц — момент сопротивления балки как цельной; К_ж— коэффици­ент, меньший единицы, учичывающий сдвиг, вызванный подагли-востью связей.

Значения коэффициентов k_w и; К_ж приводятся в СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции. Нормы проектиро­вания».

Количество связей определяют расчетом на сдвига­ющие усилия. Сдвигающее усилие Т по всей ширине балки, равное τb, вычисляют по формуле T=QS/J.

Распределение сдвигающих усилий по длине анало­гично распределению касательных напряжений и показа­но на рис. V.2 в виде прямой, проходящей под углом к горизонтали. Усилия Т (Н/м) на эпюре являются орди­натами. Полное сдвигающее усилие балки на участке от опоры до точки, где Т==0, будет геометрически равно площади треугольника АВС. В нашем случае при рав­номерно распределенной нагрузке Т==0, если х =1/2, и тогда полное сдвигающее усилие, Н

В составной балке на податливых связях значение полного сдвигающего усилия Т∫остается постоянным. Однако из-за податливости связей изменится характер распределение сдвигающих усилий по длине балки. В результате сдвига брусьев треугольная эпюра превратится в криволинейную, близкую к косинусоиде AFC Если связи размещать по длине балки равномерно то каждая связь может воспринять сдвигающее усилие, равное ее несущей способности Тс, а все они должны воспринять полное сдвигающее усилие. Та­им образом nсТс==МмахS/JТс

Работа такого количества связей (см. рис. V.2) будет соответствовать прямоугольнику ADEC, т.е. связи, на­ходящиеся около опор, будут перегружены. Следова­тельно, при расчете количества связей должны быть со­блюдены два условия:

1) число равномерно поставленных связей на участке балки от опоры до сечения с максимальным моментом должно воспринять полное сдвигающее усилие

2) связи, поставленные около опор, не должны быть перегружены.

Для соблюдения второго условия количество связей яадо увеличить так, чтобы их работа соответствовала прямоугольной эпюре AFGC. Так как площадь ADЕC= ADL/2 должна по первому условию быть равна пло­щади AFC ≈{2/3} AF {1/2), то ADL/2==(2/3)AFL/2), от­куда AF== 1,5 AD.

Связи около опор перегружены в 1,5 раза, поэтому для соблюдения второго условия надо увеличить их чис­ло в 1,5 раза. Таким образом, требуемое количество свя­зей на участке балки от опор до сечения с максималь­ным моментом будет