Соединение на цилиндрических нагелях

Нагелем называется гибкий стержень, который соединяет элементы деревянных конструкций, препятствует их взаимному сдвигу, а сам при этом работает на изгиб. Нагели изготавливают из стали, древесины твердых пород и пластмасс, в виде стержней круглого сечения. Их устанавливают в предварительно просверленные отверстия. Диаметр отверстий для нагеля делают равным диаметру самого нагеля, чем обеспечивается плотность соединения и уменьшается опасность раскалывания. Гвозди забивают в древесину без предварительного сверления гнезд.

Считается, что нагели работают на срез, хотя на самом деле среза по телу нагеля не происходит. Древесина мягче нагеля и происходит ее смятие, а сами нагели — изгибаются, тем не менее, по аналогии с заклепочными соединениями металла, нагели рассчитываются на срез, а место среза (которого фактически нет) называют «условным срезом».

Растянутые стыки на цилиндрических нагелях могут быть симметричными и несимметричными (рис. 11). Для обжатия нагельного соединения, в сопряжение сплачиваемых элементов устанавливают стяжные болты, в количестве примерно равном 25% от общего количества нагелей Стяжные болты включаются в расчетное (требуемое) количество нагелей Нагели устанавливаются не менее чем в 2 ряда, количество нагелей в ряду ограничено шириной сплачиваемых элементов.

рис. 11. Несимметричный и симметричный нагельные стыки

Расчетную несущую способность одного цилиндрического нагеля на один шов сплачивания в соединениях элементов из сосны и ели при направлении усилий, передаваемых нагелями вдоль волокон и гвоздями под любым углом, следует определять по таблице из СНИПА!!!.

Схемы соединений	Напряженное состояние соединения	Расчетная несущая способность Т на один шов сплачивания (условный срез), кН (кгс)
гвоздя, стального, алюминиевого, стеклопластикового нагеля	дубового нагеля
1. Симметричные соединения	а) смятие в средних элементах	0,5cd; (50cd)	0,3cd; (30cd)
б) смятие в крайних элементах	0,8ad; (80ad)	0,5ad; (50ad)
2. Несимметричные соединения	а) смятие во всех элементах равной толщины, а также в более толстых элементах односрезных соединений	0,35cd; (35cd)	0,2cd; (20cd)
б) смятие в более толстых средних элементах двухсрезных соединений при a≤0,5c	0,25cd; (25cd)	0,14cd; (14cd)
в) смятие в более тонких крайних элементах при a≤0,35c	0,8ad; (80ad)	0,5ad; (50ad)
г) смятие в более тонких элементах односрезных соединений и в крайних элементах при c>a>0,35c	kad	kad
3. Симметричные и несимметричные соединения	а) изгиб гвоздя	2,5d² + 0,01a²; (250d² + a²), но не более 4d²; (400d²)	—
б) изгиб нагеля из стали С 38/23	1,8d² + 0,02a²; (180d² + 2a²), но не более 2,5d²; (250d²)	—
в) изгиб нагеля из алюминиевого сплава Д16-Т	1,6d² + 0,02a²; (160d² + 2a²), но не более 2,2d²; (220d²)	—
г) изгиб нагеля из стеклопластика АГ-4С	1,45d² + 0,02a²; (145d² + 2a²), но не более 1,8d²; (180d²)	—
д) изгиб нагеля из древесно-слоистого пластика ДСПБ	0,8d² + 0,02a²; (80d² + 2a²), но не более d²; (100d²)	—
е) изгиб дубового нагеля	—	0,45d² + 0,02a²; (45d² + 2a²), но не более 0,65d²; (65d²)

Примечания:

1. В таблице: с — толщина средних элементов, а также равных по толщине или более толстых элементов односрезных соединений, а — толщина крайних элементов, а также более тонких элементов односрезных соединений; d — диаметр нагеля; все размеры в см.

2. Расчетную несущую способность нагеля в двухсрезных несимметричных соединениях при неодинаковой толщине элементов следует определять с учетом следующего:

а) расчетную несущую способность нагеля из условия смятия в среднем элементе толщиной c при промежуточных значениях a между c и 0,5c следует определять интерполяцией между значениями по пп.2,а и 2,б таблицы;

б) при толщине крайних элементов a>c расчетную несущую способность нагеля следует определять из условия смятия в крайних элементах по п.2,а таблицы с заменой с на а;

в) при определении расчетной несущей способности из условий изгиба нагеля толщину крайнего элемента а в п.3 таблицы следует принимать не более 0,6с.

3. Значения коэффициента k для определения расчетной несущей способности при смятии в более тонких элементах односрезных соединений и в крайних элементах несимметричных соединений c > a > 0,35c приведены в табл.18 СНиП II-25-80.

4. Расчетную несущую способность нагеля в рассматриваемом шве следует принимать равной меньшему из всех значений, полученных по формулам таблицы.

5. Расчет нагельных соединений на скалывание производить не следует, если выполняются условия расстановки нагелей в соответствии с пп.5.18 и 5.22 СНиП II-25-80.

6. Диаметр нагеля d следует назначать из условия наиболее полного использования его несущей способности по изгибу.

Расчетное количество нагелей определится по формуле:

Nн ≥ N/Т×Nср,

где Nн — количество нагелей, которое ставится с одной стороны стыка; N — расчетное усилие, действующее на нагельный стык; Nср — количество плоскостей сплачивания; Т — несущая способность одного условного среза нагеля, определяемая в кгс или в кН.

Для того чтобы в нагельном соединении не произошло раскалывания древесины, нагели устанавливают на определенном расстоянии друг от друга (рис. 12).

рис. 12. Порядок расстановки нагелей

Конструктивные требования по расстановке нагелей

Величина	Минимальные расстояния между нагелями
стальными	алюминиевыми и стеклопластиковыми	дубовыми
S1	≥ 7d	≥ 6d	≥ 5d
S2	≥ 3,5d	≥ 3,5d	≥ 3d
S3	≥ 3d	≥ 3d	≥ 2,5d

S 1 — расстояния между нагелями и от нагеля до торца элемента вдоль волокон; S 2 — расстояния между нагелями поперек волокон; S 3 — расстояние от нагеля до грани элемента поперек волокон; d — диаметр нагеля в см.

При обеспечении достаточной плотности посадки нагелей могут применяться соединения со стальными накладками. Чаще всего в них используются гвозди, шурупы, глухари или глухие стальные цилиндрические нагели (рис. 13). Глухие стальные цилиндрические нагели должны иметь заглубление в древесину сплачиваемого элемента на величину не менее 5d.

рис. 13. Нагельные соединения со стальными накладками: на болтах; на глухарях

Количество нагелей рассчитывается по выше приведенной формуле, а стальные накладки проверяют на прочность при растяжении по ослабленному отверстиями под нагели сечению.

41 Правила расстановки гвоздей в соединениях исключают опасность раскалывания древесины соединяемых элементов, которая повышается по мере уменьшения их толщины, и поэтому диаметр гвоздей должен быть не больше четверти толщины элементов. Расстояние между осями гвоздей диаметром d вдоль волокон древесины соединяемых элементов должно быть не менее: от торцов— 15d, между осями в элементах толщиной, равной и большей 10d— \5d, между осями в элементах толщиной Ad —25d, а в элементах промежуточной толщины это расстояние принимается по интерполяции. Расстояние между осями гвоздей поперек волокон и до кромок элементов должно быть при прямой расстановке не менее id, при шахматной и косой расстановке не менее 3d (рис. 3.5)

Рис. 3.5. Соединения на изгибаемых гвоздях: а - схемы расстановки; б - расчетные схемы; в - схема работы эпюры напряжений смятия древесины; /, I- прямая и шахматная расстановка; 3~в «^„«накладках- 4 — в соединениях под углом; 5 - симметрич
ное двухсрезное; 6 - несимметричное односрезное
ИЗ СНИПА

5.20. При определении расчетной длины защемления конца гвоздя не следует учитывать заостренную часть гвоздя длиной 1,5 d; кроме того, из длины гвоздя следует вычитать по 2 мм на каждый шов между соединяемыми элементами.

Если расчетная длина защемления конца гвоздя получается меньше 4 d, его работу в примыкающем к нему шве учитывать не следует.

При свободном выходе гвоздя из пакета расчетную толщину последнего элемента следует уменьшать на 1,5 d (рис. 11).

Рис. 11. Определение расчетной длины защемления конца гвоздя

Диаметр гвоздей следует принимать не более 0,25 толщины пробиваемых элементов.

5.21. Расстояние между осями гвоздей вдоль волокон древесины следует принимать не менее:

S ₁ = 15 d при толщине пробиваемого элемента с? 10 d;

S ₁ = 25 d при толщине пробиваемого элемента с = 4 d.

Для промежуточных значений толщины с наименьшее расстояние следует определять по интерполяции.

Для элементов, не пробиваемых гвоздями насквозь, независимо от их толщины, расстояние между осями гвоздей следует принимать равным S ₁? 15 d.

Расстояние вдоль волокон древесины от гвоздя до торца элемента во всех случаях следует принимать не менее S ₁ = 15 d.

Расстояние между осями гвоздей поперек волокон древесины при прямой расстановке гвоздей следует принимать не менее S ₂ = 4 d; при шахматной расстановке или расстановке их косыми рядами под углом?? 45° (рис. 12) расстояние может быть уменьшено до 3 d.

Рис. 12. Расстановка гвоздей косыми рядами

Расстояние S ₃ от крайнего ряда гвоздей до продольной кромки элемента следует принимать не менее 4 d.

Примечание. Расстояние между гвоздями вдоль волокон древесины в элементах из осины, ольхи и тополя следует увеличивать на 50 % по сравнению с указанными выше.

Соединения на вклеенных стальных стержнях представляют собой клеевые соединения клеедеревянных элементов при помощи коротких стержней из арматуры периодического профиля классов А-И и А-Ш диаметром 12...25 мм. Они вклеиваются в прямоугольные пазы с накладками или в круглые отверстия клеем (например, эпоксидно-цементным), обеспечивающим надежное соединение древесины со сталью (рис. 3.9)

Рис. 3.9. Соединение на вклеенных стержнях:
а — на продольно вклеенных; б—на наклонно вклеенных; в — схема работы; / — арматурный стержень; 2 — отверстие; 3 — паз; 4 — рейка

Глубина вклеивания / должна быть не менее 10 и не более 30 диаметров d стержня, ширина паза или диаметр отверстия выполняется на 5 мм больше диаметра стержня. Расстояние между осями стержней принимается не менее 3d, а до краев сечения — не менее 2d. Вклеенные стержни применяются для продольного и углового соединений клеедеревянных элементов, работающих на продольные силы или изгибающие моменты. Они воспринимают растягивающие продольные силы N (выдергивание) или сжимающие (вдавливание). Скрытые в толще древесины стальные стержни защищены от химически агрессивной среды и быстрого нагревания при пожаре, что повышает стойкость соединения против коррозии и предел огнестойкости конструкции

Соединения на продольно вклеенных стержнях работают на скалывание древесины вдоль волокон. Разрушаются они почти мгновенно без заметных деформаций, в основном от скалывания древесины по площади внутренней поверхности бывших отверстий. Напряжения скалывания по длине площади скалывания распределяются неравномерно и значительно увеличиваются у ее наружных концов, что учитывается коэффициентом неравномерности К-

Из СНИПА