Лекции по "Деревянным конструкциям"

Как видно из рисунка разрушающие  нагрузки для 1 и 2 соединений одинаковы, однако, 2 более вязкое соединение (пластичное) следует оценивать как более надёжное. Вязкость, а следовательно надёжность соединения можно увеличить, воспользовавшись реконструировать приёмом дробной рассредоточенной передачи усилия с одного элемента на другой, например, в соединении можно заменить нагель большого диаметра тонкими нагелями (при одинаковой расчётной несущей способности, что приводит к увеличению вязкости соединения, поскольку при такой замене увеличивается количество плоскостей скалывания и уменьшается опасность хрупкого разрушения от скалывания и раскалывания древесины).

Нагели – крепления, работающие на изгиб в соединениях работающих на срез.

Более вязкий эквивалент – соединения на 3 нагелях. При применении этого  приёма увеличения вязкости (принцип  дробности) снижается и опасность  разрушения соединения от совпадения трещин, слабой сердцевины, и других местных дефектов древесины при сильном напряжёнии жёстко работающих деталей (крепёжных). Существенное достоинство таких соединений заключается ещё и в том, что в результате податливости происходит перераспределение и выравнивание усилий между крепёжными деталями, выравнивание напряжений по сечению сжатых или растянутых составных элементов. Долговечность соединений достигается надёжной защитой их стальных деталей от коррозии, а древесины от гниения. В местах расположения соединений особо тщательно защищают от возможного в процессе эксплуатации увеличения, т.е. предусматривают гидроизоляцию, защитные козырьки, накладки и т.д. При необходимости так же прибегают к её антисептированию, путём пропитки отдельных элементов антисептиком. В случаях, когда конструкции эксплотируются в особо агрессивных средах стальные крепёжные детали заменяют на стеклопластиковые, из древесины твёрдых пород, или из соответствующих коррозиестойких  алюминиевых сплавов. Соединения на магнитных радиопрозрачных конструкций выполняют с использованием крепёжных деталей, из материалов, отвечающих этим требованиям, например, стеклопластик.

32.Врубки.

Положительные и отрицательные  свойства соединений на врубках.

Достоинства:

- врубки не требуют большого расхода стали и неподвержены коррозии.

-изготовление врубок не требует  специального оборудования и  осуществляется с помощью простейших  инструментов.

- контроль за качеством изготовления  и поведения в эксплуатации  врубок имеет место, т.к. врубки  открыты для просмотра, конструирование на врубках допускают подтягивание натяжных устройств (тяжей), что позволяет выровнять их провисание при производстве ремонтных работ.

Недостатки:

-Врубки являются полукустарными  соединениями,  изготовление их  механизмами с применением эл. станков невозможно, т.к. это оборудование обеспечивает точность  2мм, что неприемлемо. Изготовление врубок может быть поручено лишь плотникам 1 квалификации.

-применение врубок сопряжено  со значительным ослаблением  соединяемых элемен6тов.

- в большинстве случаев врубки  разрушаются от скалывания древесины,  что обусловлено их хрупкой  невязкой работой.

- нам фактическую  несущую  способность сильно влияет  упругие  древесины, трещины, косослои  и другие пороки древесины.

Применение врубок целесообразно лишь в случаях, когда надо передать сжимающее усилие с одного элемента на другой.

К применению рекомендуется ортогональные  врубки с одиночным зубом с  центрированной насадкой смятия, лобовые упоры в подушке, а так же косые и прямые подруби.

Ортогональная  врубка с одиночным зубом: Такая конструкция врубок соответствует расчётной схеме, например, ферме, когда вертикальная нагрузка приложена только в узлах верхнего пояса.

33.Требования и рекомендации при изготовлении лобовых врубок.

При конструировании лобовых врубок в плоскости, работающей на смятие соединений в элементах, эти элементы не испытывают поперечного изгиба, следует располагать перпендикулярно к оси примыкающего сжатого элемента. Если примыкающий элемент помимо сжатия испытывает поперечный изгиб, то рабочую плоскость сжатия следует располагать перпендикулярно равнодействующей осевой и поперечной сил.

Осевую, сжимающую силу, а так  же равнодействующую осевой и поперечной сил следует центровать по центру тяжести площадок смятия. Усилие растяжения рекомендуется центрировать по центру тяжести расслабленного сечения.

Глубину врубок (h_вр) следует назначать:

а. не менее 2 см для брусьев и  не менее 3 см для брёвен;

б. не более 1/3 толщины элемента в  опорных и не более ¼ в промежуточных  узлах сквозных ферм.

В лобовых врубках с 2-м зубом  глубина врубки 2 зуба должна быть более  глубины 1 зуба по крайней мере на 2 см.

Длину плоскости скалывания (l_ск) лобовых врубок следует принимать не менее 1.5H сечения, где H – полная высота сечения скалываемого элемента. Длина плоскости скалывания так же должна быть не более 2 глубин врубок.

При конструировании врубок следует  предусматривать постановку болтов или хомутов, стягивающих соединяемые  элементы (скобы, штыри), т.е. связи, надёжно  фиксирующие взаимное проектное положение элементов. Этим связям придают значение аварийных, которые воспринимают усилия, возникающие в соединении после скалывания врубки.

34.Расчёт лобовых врубок.

1. Расчёт врубок на смятие под торцом наклонного элемента.

, где  - расчётная площадь сжатия равная:

для соединения брусьев - = , для соединения брёвен - =

hВР/d	1/3	1/4	1/5	1/7
k	0,73	0,71	0,70	0,69

R_СМα – расчётное сопротивление древесины смятию под углом α к направлению волокон.

2. Расчёт врубок из условия скалывания древесины.

, где  -расчётная площадь скалывания, =b×l_СК,  l_СК – расчётная длина плоскости скалывания, - расчётное среднее по площадке скалывания сопротивление скалыванию вдоль волокон.

, где  - расчётное сопротивление древесины скалыванию вдоль колонны, принимая для лобовых врубок, для сортов древесины: 1сорт- =2,4 МПа; 2 сорт - =2,1 МПа.

- плечо сил скалывания, в данном  случае, =0,5 h

-коэффициент принимаемый равным: для одностороннего скалывания  =0,25, для промежуточного скалывания =0,125.

3. Проверка ослабленной внутренней на  действие растягивающей силы.

А. если растягивающая сила центрируется по центру тяжести ослабленного сечения, т.е. , где - площадь (нетто) ослабленной группы, для бруса =b(h-h_ВР), для бревна =0,25Πd²-kbh_ВР,

Б. В случаях, когда центрация  растягивающего усилия осуществляется по сечению (брутто) растянутого элемента, то проверку прочности расслабленного сечения производят на внецентренное  растяжение.

  , где - площадь, - момент сопротивления ослабленного сечения, - расчётное сопротивление древесине изгибу.

М=N_P×e, e=0,5h_BP, где М – изгибающий момент в ослабленном сечении, возникающий в следствии приложения растягивающей силы N_P с эксцентриситетом- e.

Работа аварийных связей.

Монтажные болты, которыми снабжают  опорные  узлы ферм на врубках выполняют  дополнительную функцию аварийной  связи, предотвращающее разрушение конструкции, которая может наступить  в результате скалывания врубок (усушечные трещины). После скалывания врубки аварийный болт вступает в работу на растяжение, при этом под торцом  пояса образуется местная вмятина, увеличивающаяся при сдвиге верхнего пояса по плоскости скалывания. В результате влияния торца верхнего пояса волокон нижнего пояса и развития сил  трения, усилие N_от (отпора) отклоняется от вертикального направления примерно на 31⁰ . С учётом этого отклонения расчётное усилие растяжения N_δ в аварийном болте оказывается равным:   N_δ = N_C tg(90⁰-31⁰-α)

По этому усилию назначают  d болта с учётом его ослабления навеской при этом расчётное сопротивление для стали, принимают по её временному сопротивлению. Поэтому гвозди скрепляющие под ферменную подкладку с нижним поясом рассчитывают на усилие сдвига.  

N_сдв = N_δ ×sinα-k_ТР(N_δ-cosα+A) , где

k_ТР – коэффициент трения древесины по пластику. k_ТР =0,2.

35.Нагельные соединения.

Соединения на нагелях обладают следующими достоинствами: выключаются  с использованием механического  инструмента и специального оборудования (гвоздобойными пистолетами, сверлильным и долбёжным инструментом, прессовым оборудованием). Т.о. производство конструкций с нагельными соединениями механизировано. В результате механизации обеспечивается высокая производительность труда и необходимое качество работ.

Соединения на нагелях  довольно просто контролируется и достаточно надежны. В нагельных соединениях  действие распределяется  между  большим числом податливых вязко работающих нагелей, что существенно повышает надёжность, и разрушение, как правило, происходит от скалывания древесины, а о изгиба нагелей и смятия нагельных гнёзд. Постановка нагелей мало ослабевает соединенные элементы, что даёт возможность уменьшить размеры их поперечных сечений (например, конструкции на  грунтах). Прочность нагельных соединений, что так же повышает их надёжность соединения на нагелях из твёрдых пород древесины, стекло и древесные  пластики, являются коррозиестойкими, немагнитными и радиопрозрачными  соединениями.

Недостатки: Работая на изгиб нагель, воспринимает на себя сравнительно небольшое усилие. В ряде случаев этот недостаток может быть возмещён за счёт многорядной постановки нагелей, однако, для большинства соединений под углом такой приём оказывается не пригодным, поэтому  в узловых сопряжениях нагели используют лишь тогда, когда усилия соединяемых элементов относительно невелики. Стальные нагели поражаются коррозией, что требует их антикоррозионную защиту.

Нагельными соединениями называются все связи, работающие на изгиб в  соединениях работающих на сдвиг, не создающий усилие распора.

Разновидности нагелей:

а) Цилиндрические нагели, могут быть в виде гладких стержней круглого сечения из стали, алюминия, твёрдых  пород древесины и из пластмасс.

1.Болты – шпильки d =10,12 мм 30[мм]

2.Гвозди, гвозди дюбели с высоким расчётным сопротивлением, гвозди из однонаправленного стеклопластика, гвозди крестообразного сечения, гвозди с профильной поверхностью.

В зарубежной практике преимущественно  применяют калиброванные гвозди (d 3, 3.5, 4….6 мм).

Если диаметр нагеля больше 6 мм, то предварительно перед его установкой соединяемых элементов предварительно необходимо просверливать отверстия.

l_гвоздя=5,7.5,…..200 мм,

б) Пластинчатые нагели могут быть из древесины дуба, березы, из стали, стеклопластика и т.д.

в)Зубчатые системы Ганг-Неил с зубьями  из дюбелей гвоздей, с заострёнными цилиндрическими нагелями. Соединения элементов с помощью зубчатых пластинок выполняют, как правило, с помощью прессового оборудования.

Нагельные соединения делят на симметричные и несимметричные.

При конструировании соединений на стальные цилиндрические нагели учитывается  возможность разрушения соединения от скалывания вдоль волокон и  раскалывания поперёк волокон. Несущая  способность соединения по скалыванию древесины между отверстиями  и раскалыванием зависят от  отношения размеров S₁ S₂ S₃ к диаметру нагеля.

Минимальные размеры S₁ S₂ S₃ назначаются таким образом, чтобы несущая способность нагеля по скалыванию и раскалыванию древесины заведомо превышала его несущую способность из условия изгиба нагеля и смятия древесины нагельного гнезда.

Минимальные расстояния S₁ S₂ S₃ в соответствии со СНиП для стальных цилиндрических нагелей следует принимать S₁ 7d,S₂ 3,5d, S₃ 3d. При этом учтена возможность увода сверла при сверлении, что в среднем равно 2,5-3%.

В связи с этим  разрешается, если толщина просверливаемого пакета меньше 10d нагеля, то

S₁ 6d,S₂ 3d, S₃ 2,5d.

Выделяют прямую и шахматную расстановку нагелей.

Нагели располагают в 2 или в 4 продольных рядах, но не по оси соединяемых  элементов, это связано с тем, что при усушке трещины и тем  самым нагели расположены по этой оси просто включаются из работы. Из соображений обжатия соединяемых элементов 25-40%.

Соединения под углом:

При забивке гвоздей, опасность  раскалывания элементов увеличивается, т.к. погружение гвоздя в древесину  сопровождается расклеиванием волокон  и образованием трещин. Это зависит  от отношения а/d. Поэтому расстояние S₁ необходимо увеличивать в сравнении с цилиндрическими нагелями:

S₁ 15d, при а 10d

S₁ 25d, при а=4d

Промежутки принимают по интерполяции.

Используют 2 расстановки гвоздей.

f₁ 15d, при а≤10d