Соединения на растянутых связях

К растянутым связям относят гвозди, винты (шуру­пы и глухари), работающие на выдергивание, скобы, хомуты, стяжные болты и тяжи. Различают связи на­тяжные и ненатяжные, временные (монтажные) и посто­янные. Все виды связей, и особенно постоянные, воспри­нимающие расчетные усилия, должны быть защищены от коррозии (оцинковкой, покрытием водостойкими ла­ками и т.п.). Расчет связей на растяжение производят в соответствии с нормами расчета металлических конст­рукций. Гвозди сопротивляются выдергиванию только уси­лиями поверхностного трения между ними и древесиной гнезда. Силы трения могут уменьшиться при образова­нии в древесине трещин, которые снижают силу сжатия гвоздя, поэтому для гвоздей, работающих на выдергива-

ние, обязательно соблюдение тех же норм расстановки, которые приняты для гвоздей, работающих как нагели па изгиб.

При статическом приложении нагрузки расчетную несущую способность на выдергивание одного гвоздя, забитого поперек волокон с соблюдением норм расста­новки, определяют по формуле

где R выд — расчетное сопротивление выдергиванию на единицу по­верхности соприкасания гвоздя с древесиной, которое следует при­нимать для воздушно-сухой древесины 0,3 МПа, а для сырой, высы­хающей Ъ конструкции, —0,1 МПа; dгв— диаметр гвоздя, м; lзащ— расчетная длина защемленной, сопротивляющейся выдергиванию час­ти гвоздя м.

В деревянных конструкциях (для временных соору­жений) принимают значения Рвыа, указанные на рис. IV.33. При определении R выд расчетный диаметр гвоздя принимают не более 5 мм, даже в случае использования гвоздей большей толщины.

Расчетная длина защемления гвоздя lзащ (без уче­та острия 1,5 dгв) должна быть не менее 10 dгв и не ме­нее чем две толщины прибиваемой доски. В свою оче­редь толщина прибиваемой доски должна быть не ме­нее 4dгв.

Шурупы (винты, завинчиваемые отверткой) и глу­хари (винты диаметром 12—20 см, завинчиваемые клю­чом) удерживаются в древесине не только силами тре­ния, но и упором винтовой нарезки в прорезаемые ею в древесине винтовые желобки.

Расстановка шурупов и глухарей и размеры просвер­ленных гнезд должны обеспечивать плотный обжим стержня глухаря древесиной без ее раскалывания. Рас­стояния между осями винтов в продольном направлении должны быть не менее Si=10 dв; а поперек волокон s2=sз=5dв. Диаметр прилегающей к шву части гнезда должен точно соответствовать диаметру ненарезной части стержня глухаря. Для надежного упора винтовой нарез­ки выдергиваемого шурупами глухаря диаметр заглуб­ленной части гнезда по всей длине нарезной части глу­харя должен быть на 2—4мм меньше полного его диа­метра.

Если при конструировании можно допустить разре­женную расстановку шурупов и глухарей диаметром не более 8—16 мм, то сверлят гнезда уменьшенного на 2— 3 мм диаметра на всю длину защемления.

При соблюдении указанных требований расчетную несущую способность на выдергивание шурупа или глу­харя определяют по формуле

где Rвыд — расчетное сопротивление выдергиванию неразрезной-час-ти шурупа или глухаря, которое для воздушно-сухой древесины принимают 1 МПа; dвинт—наружный диаметр нарезной части, м;

Lзащ — длина нарезной части шурупа или глухаря, м.

Все поправочные коэффициенты к R выд вводят в соот­ветствии с поправками на сопротивление смятию поперек волокон.

Глухари и шурупы' лучше всего использовать для крепления к деревянным брусьям и доскам металличес­ких накладок, хомутов, шайб и т. п. При этом глухари и шурупы заменяют не только нагели, но и стяжные болты. Если с помощью глухарей или шурупов присоединяют деревянные или фанерные элементы, ра­ботающие на отрыв, решающее значение приобретает не сопротивление выдергиванию нарезной части, а сопро­тивление смятию древесины головкой глухаря или шу­рупа. В таком случае необходимо под головку подкладывать металлическую шайбу размером 3,5 dвинтХ

Х3,5 dвинтХ0,25dвинт. Скобы (рис. IV.34) из круглой (или квадратной) стали толщиной 10—18 мм применяют в качестве вспо­могательных растянутых или фиксирующих связей в со­оружениях из круглого леса или брусьев, в мостовых опорах, лесах, бревенчатых фермах и т. п. В дощатых деревянных конструкциях скобы не применяют, так как они раскалывают доски. Скобы как правило забивают концами (шипами) в цельную древесину без сверления гнезд. Несущая способность одной скобы, забитой без сверления, даже при соблюдении увеличенных норм рас­становки неопределенна.

Экспериментальные исследования выявили эффек­тивность забивки без сверления скоб из проката кресто­вого профиля dск= 15 мм (dск диаметр описанной ок­ружности). При достаточной длине шипа (6—7 dск) не­сущая способность таких скоб приблизительно равна несущей способности нагеля из круглой стали диамет­ром 15 мм.

Хомуты, так же как и скобы, относятся к растяну­тым связям. Отличительной особенностью хомутов яв­ляется охватывающее их положение по отношению к со­единяемым деревянным элементам.

Рабочие болты и тяжи, т. е. растянутые металличес­кие элементы, применяют в качестве анкеров, подвесок, растянутых элементов металлодеревянных конструкций. затяжек арочных и сводчатых конструкций и т. п. Все элементы тяжей и рабочих болтов следует проверять расчетом по нормам для стальных конструкций и прини­мать диаметром не менее 12 мм.

При определении несущей способности растянутых стальных черных болтов, ослабленных нарезкой, учиты­вают уменьшенную площадь Fнт и местную концентра­цию напряжений Gр; поэтому принимают пониженные расчетные сопротивления. Расчетные сопротивления стали в параллельно работающих двойных и более тяжах и болтах снижают умножением на коэффициент 0,85, учитывая неравномерность распределения усилий. В ме­таллических тяжах следует избегать местного ослабле­ния рабочего сечения.

Рабочие болтовые связи и стяжные муфты применя­ют лишь в тех случаях, когда требуется монтажное или эксплуатационное регулирование их длины. Располага­ют их в наиболее доступных местах металлодеревянных арок и ферм. Ненатяжное стыковое соединение затяжки из круглой стали, позволяющее транспортировать ее без разборки, показано на рис. IV. 35, а.

Необходимые лишь в редких случаях натяжные сты­ки затяжек из круглой стали осуществляют с помощью натяжных муфт с разносторонней резьбой. При отсутст­вии муфт заводского производства можно изготовлять сварные муфты из двух (или лучше из четырех) квад­ратных гаек левой и правой резьбы, скрепленных на сварке двумя стальными планками (рис. IV.35, б).

Стяжные болты, имеющие преимущественно монтаж­ное значение и не рассчитываемые на восприятие опре­деленного эксплуатационного усилия, применяют почти во всех видах соединений, в том числе в нагельных сое­динениях и врубках для обеспечения плотного прилега­ния сплачиваемых досок, брусьев или бревен. Сечение стяжных болтов определяют по монтажным соображе ниям; оно должно быть тем больше, чем толще элемен­ты соединяемого узла, т. е. чем больше ожидаемое со­противление спрямляющему выгибу покоробленных или перекошенных досок или брусьев. В случае разбухания древесины плотно стянутого болтом пакета досок стер­жень болта подвергается большим продольным растяги­вающим усилиям. Чтобы избежать при этом разрыва бол­та по сечению, ослабленному нарезкой, шайбы стяжных болтов назначают с уменьшенной площадью смятия дре­весины. Безопасное для соединения вмятие шайбы в древесину в случае разбухания должно произойти рань­ше, чем напряжение стержня болта на разрыв достиг­нет опасного значения.

Стык с двойным обжа­тием является натяжным

сборно-разборным соединением, создающим начальную плотность и позволяющим поддерживать ее в дальней­шем в условиях эксплуатации (если произойдет некото­рая усушка соединяемых элементов).

Стык на скалывание по древесине рассчитывают из условия

Среднее значение расчетного сопротивления сдвигу определяют по формуле
Соединения на вклеенных стальных стержнях, рабо­тающих на выдергивание или продавливание. Примене­ние соединений на вклеенных стержнях из арматуры пе­риодического профиля диаметром 12—25 мм, работаю­щих на выдергивание и продавливание, допускается в условиях эксплуатации конструкций при температуре окружающего воздуха, не превышающей 35 °С.

Предварительно очищенные и обезжиренные стерж­ни вклеивают составами на основе эпоксидных смол в просверленные отверстия или в профрезерованные пазы (рис. IV 39). Диаметры отверстий или размеры пазов следует принимать на 5 мм больше диаметров вклеивае­мых стрежней.

Расчетную несущую способность такого стержня на выдергивание или продавливание вдоль и поперек волокон в растянутых и сжатых стыках элементов деревян­ных конструкций из сосны и ели следует определять по формуле

где d— диаметр вклеиваемого стержня, м; l— длина заделываемой части стержня, м, которую следует принимать по расчету, но не ме­нее 10d и не более 30d; kc — коэффициент, учитывающий неравно­мерность распределения напряжений сдвига в зависимости от дли­ны заделываемой части стержня, который определяют по формулй kс=1,2— 0,02 (l /d), Rск-— расчетное сопротивление древесины ска­лыванию.,Расстояние между осями вклеенных стержней, вдоль волокон следует принимать не менее S2=3d, а до на­ружных граней—не менее Sз=2d.

22. СОЕДИНЕНИЯ НА КЛЕЯХ Требования, предъявляемые к клеям для несущих конструкций. Равнопрочность, монолитность и долговечность кле­евых соединений в деревянных конструкциях могут быть достигнуты только применением водостойких конструк­ционных клеев. Долговечность и надежность клеевого соединения зависят от устойчивости адгезионных свя­зей, вида клея, его качества, технологии склеивания, эк­сплуатационных условий и поверхностной обработки до­сок.

Клеевой шов должен обеспечивать прочность соеди­нения, не уступающую прочности древесины на скалы­вание вдоль волокон и на растяжение поперек волокон. Прочность клеевого шва, соответствующую прочности древесины на растяжение вдоль волокон, пока еще не удается получить, поэтому в растянутых стыках пло­щадь склеиваемых поверхностей приходится увеличи­вать примерно в 10 раз косой срезкой торца на ус или на зубчатый шип.

Плотность (беспустотность) контакта клеящего ве­щества со склеиваемыми поверхностями должна созда­ваться еще в вязкожидкой фазе конструкционного клея, заполняющего все углубления и шероховатости, благода­ря способности смачивать склеиваемую поверхность. Чем

ровнее и чище остроганы склеиваемые поверхности и чем плотнее они прилегают одни к другим, тем полнее моно­литность склеивания, тем равномернее и тоньше клее­вой шов. Деревянная конструкция, монолитно склеенная из сухих тонких досок, обладает значительными преи­муществами перед брусом, вырезанным из цельного бревна, но для реализации этих преимуществ необходи­мо строгое соблюдение всех условий технологии инду­стриального производства клееных деревянных конст­рукций.

После отверждения конструкционного клея от сфор­мировавшегося клеевого шва требуется не только рав-нопрочность и монолитность, но и водостойкость, тепло­стойкость и биостойкость. При испытаниях разрушение опытных образцов клеевых соединений должно проис­ходить в основном по склеиваемой древесине, а не по клеевому шву (с разрушением внутренних, когезионных связей) и не в пограничном слое между клеевым швом и склеиваемым материалом (с разрушением погранич­ных, адгезионных связей).

Виды клеев

Клеевые содинения применялись давно, главным об­разом в столярных изделиях. В начале XX в. в Швей­царии, Швеции и Германии стали применять несу­щие деревянные конструкции, соединенные на казеино­вом клее. Некоторые из этих деревянных конструкций, надежно защищенные от увлажнения, сохранились до наших дней. Однако в полной мере удовлетворить тре­бованиям, предъявляемым к соединениям элементов не­сущих конструкций современных капитальных сооруже­ний, белковые клеи животного и тем более растительно­го происхождения не могли.

Решающее значение для современного индустриаль­ного производства клееных деревянных конструкций на новой технологической базе имеет развитие химии поли­мерных материалов и производства синтетических кле­ев. Синтетические полимерные материалы с запланиро­ванными свойствами позволяют обеспечить требуемые прочность и долговечность клеевых соединений. Поиск оптимального ассортимента конструкционных клеев и соответствующих режимов поточного производства кле­еных конструкций продолжается, но уже сейчас имеется

набор синтетических клеев, которые позволяют соеди­нять деревянные строительные детали не только с дере­вом, но и с синтетическими полимерными материалами и даже с металлическими деталями.

В отличие от казеиновых и других белковых клеев синтетические конструкционные клеи образуют прочный водостойкий клеевой шов в результате реакции поли­меризации или поликонденсации. В настоящее время в основном применяют резорциновые, фенольно-резорциновые, алкилрезорциновые, фенольные клеи. Согласно СНиП II-25-80, выбор типа клея зависит от температур-но-влажностных условий, при которых будут эксплуа­тироваться клееные конструкции.

Эластичность и вязкость клеевого шва особенно важ­на при соединении деревянных элементов с металличес-кини, фанерными, пластмассовыми и другими конструк­ционными элементами, имеющими температурные, уса­дочные и упругие характеристики. Однако использование эластичных каучуковых клеев в напряженных соеди­нениях как правило недопустимо из-за недостаточной прочности таких соединений и чрезмерной ползучести их при длительном нагружении.

Чем суше и тоньше склеиваемые доски, тем меньше опасность образования в них трещин. Если усушечное коробление недосушенных досок произойдет еще до от-верждения клеевого шва, но после прекращения давле­ния пресса, то склеивание будет необратимо нарушено, хотя возможно, что этот брак обнаружится лишь позд­нее, когда трещина раскроется по клеевому шву. Виды соединений на клею Растянутый стык клееных элементов в заводских ус­ловиях изготовляют на зубчатый шип (рис. IV.40, а, б) с уклоном склеиваемых поверхностей зуба примерно 1:10. Это унифицированное решение, по прочности не уступающее решению стыка на ус (при том же уклоне), более экономично по затрате древесины и более техно­логично в производстве; поэтому оно должно полностью заменить при заводском изготовлении все остальные ви­ды стыков.

Зубчатый шип одинаково хорошо работает на растя­жение, изгиб, кручение или сжатие. Согласно испытани­ям, прочность такого стыка на клее К.Б-3 даже на разрыв оказалась не ниже прочности цельного бруска, ослаб­ленного «нормальным» для I категории сучком размером ¼-1/6 ширины соответствующей стороны элемента.

На практике рекомендуется использовать наиболее технологичный вариант (рис. IV.40, б) с нарезкой ши­пов перпендикулярно пласти Этот вариант применим при любой ширине склеиваемых досок, даже слегка по­коробленных (рис. IV.40, в). При стыковании клееных блоков больших сечений приходится применять склеива­ние холодным (или теплым) способом.

Для сращивания фанерных листов в заводском про­изводстве таким же унифицированным неразборным видом соединения служит стыковое соединение на ус (рис. IV.40, г); его применение в напряженных элементах кон­струкций требует соблюдения следующих условий: дли­ну уса принимают равной 10—12 толщинам фанеры, а направление волокон наружных шпонов (рубашек) должно совпадать с направлением действующих усилий Ослабление обычной фанеры стыком на ус учитывают коэффициентом К.осл=0,6, а бакелизированной фанеры коэффициентом 0,8.