Соединения на растянутых связях
19. 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 должны быть защищены от коррозии.
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 выдергивание, обязательно соблюдение тех же норм расстановки, которые приняты для гвоздей, работающих как нагели на изгиб (S1 = 15d, S2,3 = 4d).
При статическом приложении нагрузки расчетную несущую способность на выдергивание одного гвоздя, забитого поперек волокон с соблюдением норм расстановки, определяют по формуле:
Твыд £ Rвыдpdгвlзащ,
где Rвыд – расчетное сопротивление выдергиванию на единицу поверхности соприкосания гвоздя с древесиной, dгв – диаметр гвоздя, lзащ – расчетная длина защемленной, сопротивляющейся выдергиванию части гвоздя, м.
В деревянных конструкциях (для временных сооружений) Rвыд,. При определении Твыд расчетный диаметр гвоздя принимают не более 5 мм, даже в случае использования гвоздей большей толщины.
Расчетная длина защемления гвоздя lзащ (без учета острия 1.5d) должна быть не менее 10d и не менее чем две толщины прибиваемой доски. В свою очередь толщина прибиваемой доски должна быть не менее 4d.
Рекомендуемые материалы
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. S1 = 10d, S2,3 = 5d. 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 2-4 мм 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:
Твыд £ Rвыдpdвинтlзащ,
где Rвыд – расчетное сопротивление выдергиванию неразрезной части шурупа или глухаря, dвинт – наружный диаметр нарезной части, м, lзащ –длина нарезной части шурупа или глухаря, м.
Все поправочные коэффициенты к Rвыд 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.д. 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 3.5d x 3.5d x 0.25d.
Скобы 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 в цельную древесину без сверления гнезд. Несущая способность одной скобы, даже при соблюдении увеличенных норм не определенна.
Экспериментальные исследования выявили эффективность забивки без сверления скоб из проката крестового профиля dск = 15 мм. 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 sр; 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.
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 изготовить сварные муфты из двух (или лучше 4-х) квадратных гаек левой и правой резьбы, скрепленных на сварке двумя стальными планками.
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 соображениям; 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.
Сборно-разборный стык с двойным обжимом для растянутых клееных элементов. Клеевые стыки растянутых деревянных элементов были исследованы В.Г. Михайловым. Разрушение стыков происходило от раскалывания при низких напряжениях сдвига по плоскости разрушения. Наивысшее среднее напряжение сдвига при разрушении, равное 2.4 МПа, было достигнуто в стыке с обжимными клиньями.
Стык с двойным обжимом перекрывается накладками 1 из полосовой стали, к которым приварены уголки 2. Усилия от растянутых деревянных элементов передаются на стальные накладки через перекрестные болты 3 и 4 и коротыши с нарезкой 5. К стыкуемым элементам приклеивают на концах деревянные накладки 7 со скошенными торцами для упора уголков 6 с таким расчетом, чтобы плоскость скалывания, начинающаяся от уголка, не совпадала с клеевым швом.
Анализ испытаний растянутых стыков показывает, что сила, обжимающая элемент у начала плоскости разрушения при скалывании, противодействуя растягивающим напряжениям, одновременно создает дополнительные напряжения сдвига и тем самым увеличивает их концентрацию в опасной зоне. При создании на противоположном конце плоскости скалывания дополнительной силы обжима поперек волокон (как это имеет место в рассматриваемом стыке) напряжения сдвига выравниваются, уменьшаются их концентрация и возможность возникновения
растягивающих поперек волокон напряжений.
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:
где b = 0.125; e = 0.125h.
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 более 35°С.
В лекции "20 Национально-освободительное движение" также много полезной информации.
Предварительно очищенные и обезжиренные стержни вклеивают составми на основе эпоксидных смол в просверленные отверстия или в профрезерованные пазы. Диаметры отверстий или размеры пазов следует принимать на 5 мм больше диаметов вклеиваемых стержней.
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:
Т = Rск×p×(d + 0.005)×l×kс,
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; kс – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряжений сдвига в зависимости от длины заделываемой части стержня, который определяют по формуле: kс = 1.2 – 0.02×(l/d); Rск – расчетное сопротивление древесины скалыванию.
Расстояние между осями вклеенных стержней, вдоль волокон принимать не менее S2 = 3d, а до наружных граней – не менее S3 = 2d.
