Соединение элементов деревянных конструкций на шпонках.

Шпонки – это призматические вкладыши, которые не дают сдвинутся элементам,увеличивают жесткость элемента. Влажность у шпонок (6-8%) при контакте с элементомконструкции они разбухают. Соединения на шпонках выполняют при помощи брусков - шпонок или колодок которые работают на смятие и скалывание и создают поперечный распор элементов, воспринимаемый болтами. Призматическая шпонка, изготовленная из твердых пород дерева, преимущественно дуба, применяется в составных брусчатых или бревенчатых балках. Волокна шпонок расположены параллельно волокнам сопрягаемых элементов.

Соединения на шпонках выполняют при помощи брусков - шпонок или колодок, которые работают на смятие и скалывание и создают поперечный распор элементов,воспринимаемый болтами. Расчетную несущую способность соединений, работающих на смятие и скалывание:

 а) из условия смятия Д T= R см a F см  

б) из условия скалывания древесины:

F см - расчетная площадь смятия;

F ск - расчетная площадь скалывания;

R смα - расчетное сопротивление Д смятию под углом α к направлению волокон;

R срск – расч. среднее по площадке скалывания сопр. Д скалыван. вдоль волокон

Среднее по площадке скалывания расчетное сопротивление Д скалыванию:

R ск - расчетное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон (при расчете по максимальному напряжению);

l ск - расчетная длина плоскости скалывания, принимаемая не более 10-кратной глубины врезки в элемент;

е - плечо сил скалывания, принимаемое равным 0,5 h при расчете элементов с несимметричной врезкой в соединениях без зазора между элементами и 0, 25h при расчете симметрично загруженных элементов с симметричной врезкой; (h – полная высота поперечного сечения элемента);

β – коэффициент, зависит от схемы работы.

Отношение l ск/ е должно быть не менее 3.

34. Соединение на цилиндрических      ях. Расстановка нагелей. Несущая способность. Соединения древесины с древесиной Расчетную несущую способность соединения на цилиндрических нагелях из одного материала и одинакового диаметра следует определять по формуле

R_d = R _{1 d,min} ∙ n_n ∙ n_s,                                                                                                  

R _{1 d ,min}— мин. значение несущей способности одного среза нагеля в соединении;

n_n — кол-во нагелей в соединении;

n_s — количество швов в соединении для одного нагеля,

для соединений с нагелями разных диаметров несущая способность определяется как сумма несущих способностей всех нагелей, за исключением растянутых стыков, для которых вводится пони­жающий коэффициент 0,9.

Расчетную несущая  способность одного среза:

где f _{h ,1, d} и f _{h ,2, d} — расчетное сопротивление Д смятию в глухом нагельном гнезде соответственно для симметричных и несимметричных соединений (по табл);

f _{n , d} — расчетное сопротивление нагеля изгибу (по табл.);

b _n — коэф., зависящий от отношения толщины более тонкого элемента к д. нагеля;

k _a — коэф., учитыв. угол a между силой и направлением волокон (по табл.).

Угол a следует принимать равным большему из углов смятия нагелем элементов, прилегающих  к рассматриваемому шву.

В несимметричных соединениях:

— расчетное значение сопр.среднего элемента смятию f _{h ,2, d} при t ₁ £ 0,5 t ₂ следует прин. равным 2,5 МПа. При t ₁ > 0,5 t ₂ — по интерп. между 2,5 и 3,5 МПа;

— при t ₁ > t ₂ расчетное значение сопротивления крайнего элемента смятию f _{h ,1, d} следует принимать равным 3,5 МПа. При t ₂ £ t ₁ — по таблице 9.2 как для более тонких элементов несимметричных соединений.

Коэффициент b _n определяют по формуле ,       

k_n — коэффициент, зависящий от типа нагеля, приведен в таблице.

При определении коэффициента b _n для нагеля, работающего в несимметричных соединениях, толщину t ₁ следует принимать не более 0,6 t ₂.

Если другая древесина - учесть k _х, k _mod и k_t.

При определении несущей способности нагельного соединения из условия смятия более толстых элементов несимметричных соединений, коэф. k _a следует умножать на доп. коэффициент 0,9 при t ₂ < 1,5 t ₁ и на 0,75 — при t ₂ ³ 1,5 t ₁.

Для нагельных соединений Д с фанерой следует применять требования как для соединения Д с Д. Расчетные значения сопротивления фанеры смятию следует определять путем умножения на коэф. 1,3.

Если количество нагелей в ряду по направлению действия нагрузки более шести, то несущую способность доп. нагелей следует уменьшить на 1/3, т. е. для n_n нагелей их расчетное количество равно

Схемы расстановки нагелей:

а — прямая; б — в шахматном порядке; в — косыми рядами (только для гвоздей)

Применение шурупов и глухарей в качестве нагелей в соединениях, работающих на сдвиг, доп. в односрезных соединениях с накладками из бакелизированной фанеры и со стальными накладками. Расстояния между осями шурупов и глухарей следует принимать как для стальных нагелей.

35. Соединения на гвоздях, шурупах.

Гвозди – сопротивляются выдергиванию только усилиями поверхностного трения. Сила трения меньше при образовании трещин; расстановка – как для гвоздей, работающих как нагели на изгиб.

Шурупы (винты, заворачиваемые отверткой) и глухари (винты диаметром 12-20см, завинчиваемые ключом) – не только сила трения, но и упор винтовой нарезки в прорезаемые в древесине винт желобки.

Соединения на гвоздях, нагруженных по оси, доп. исп. во второстепенных элементах и в конструкциях с совместным действием на гвоздь осевого и поперечного усилий. Гвозди, забитые в торец, а также при динамич. воздействиях считаются неспособн. передавать нагрузку.

Расчетную несущую способность одного гвоздя на выдергивание, забитого в Д поперек волокон, следует определять по формуле R _d = f _{v 1, d} ∙ p d l_{d 1},     

f _{v 1, d} — расчетное сопр. выдергиванию на единицу поверхности соприкосновения гвоздя с Д, принимаемое равным 0,3 МПа для воздушно-сухой Д
и 0,1 МПа — для сырой Д; d — диаметр гвоздя;

l_{d 1}— расчетная длина защемленной, сопротивл. выдергиванию, части гвоздя.

Длина защемл. части гвоздя l_{d 1} >= 2 толщин пробиваемого элемента и >= 10 d.

При диаметре гвоздей более 5 мм в расчете следует принимать диаметр 5 мм.

Расстановку гвоздей, работающих на выдергивание, следует принимать по правилам расстановки гвоздей, работающих на сдвиг. При наклонной забивке расстояние до нагруженной кромки должно быть не менее 10 d

Расчетную несущую способность на выдергивание одного шурупа или гвоздя с нарезкой (витых гвоздей), установленных поперек волокон древесины, следует определять по формуле R _d = f _{v 2, d} ∙ p d l_{d 1} ,

f _{v 2, d} для воздушно-сухой древесины = 1 МПа;

d — наружный диаметр нарезанной части шурупа;

l_{d 1} — расчетная длина защемленной части шурупа, равная длине нарезанной части.

Расстояние между осями шурупов >=:вдоль волокон между осями шурупов и до торца элемента— 10 d;  поперек волокон между осями шурупов и до торца элемента— 5 d.

Если отличается порода дерева – поправочные коэффициенты.

В соединениях с сочетанием осевого F_ax и поперечного F_la усилий должны быть выполнены следующие условия:

  для гладких гвоздей;  для гвоздей со спиральной нарезкой и шурупов

R_ax и R_la — несущая способность соединения, соответствующая только осевому или поперечному усилию.