3.2 Соединения на механических связях

Механическими связями в соединениях деревянных конструкций называют рабочие связи различных видов из твердых пород древесины, стали, различных сплавов или пластмасс, которые могут вставляться, врезаться, ввинчиваться или запрессовываться в тело соединяемых элементов. К механическим связям, наиболее широко применяемым в современных деревянных конструкциях, относятся шпонки, нагели, болты, глухари, гвозди, шурупы, шайбы шпоночного типа, нагельные пластины, металлические зубчатые пластинки и вклеенные стальные стержни.

Передача сил в соединениях с механическими связями происходит от одного элемента другому через отдельные точки - дискретно. Распределение силы по поверхности контакта и в глубину элемента зависит от вида механических связей.

Нагелями в деревянных конструкциях называют плотно защемленные в толще соединяемых элементов цилиндрические или пластинчатые вкладыши, которые, работая на изгиб, препятствуют взаимному сдвигу элементов.

Под влиянием действующих на соединение сил нагель работает не только на изгиб, но и на срез, а между телом нагеля и древесиной сплачиваемых элементов появляются напряжения смятия.

Опыты показывают, что разрушение нагельных соединений (в отличие от заклепочных соединений в стальных конструкциях) происходит не от среза нагелей, а от их изгиба, сопровождаемого сильным местным смятием древесины. Поэтому применительно к деревянным конструкциям выражение «срез» является условным. Под срезом понимается каждое рабочее пересечение нагеля с плоскостью сплачивания.

Цилиндрические нагели изготовляют в виде гладких стержней круглого сечения из металла сплавов, твердых пород древесины и пластмасс. По характеру работы в соединениях сдвигаемых элементов к цилиндрическим нагелям относятся также болты, гвозди, глухари (винты большого диаметра с шестигранной или четырехгранной головкой) и шурупы. Цилиндрические нагели устанавливают в предварительно рассверленные гнезда. Диаметр отверстия для нагеля обычно делают равным диаметру нагеля. Однако иногда для увеличения плотности соединений, особенно при переменной влажности и усушке древесины, предусматривается диаметр отверстия на 0,2...0,5 мм меньше диаметра нагеля. Для шурупов и глухарей просверливают отверстие сверлом, диаметр которого меньше диаметра нарезной части шурупов и глухарей. Обычные гвозди изготовляют из гладкой проволоки диаметром до 6 мм и чаще забивают в древесину без предварительного сверления гнезд.

Нагельные соединения различают в зависимости от:

• характера приложения внешних сил различают соединения (симметричные и несимметричные, рис. 2.5);

• размещения - прямыми рядами и в шахматном порядке (рис. 2.6);

• количества плоскостей (швов), по которым может произойти смещение соединяемых элементов (односрезные, двухсрезные и многосрезные, рис. 2.7).

симметричные соединения

несимметричные соединения

Рис. 2.5. Симметричные и несимметричные соединения.

размещение стальных нагелей прямыми рядами

размещение стальных нагелей в шахматном порядке

Рис. 2.6. Размещение прямыми рядами и в шахматном порядке.

двухсрезное соединение со стальными накладками

односрезное соединение со стальными накладками

Рис. 2.7. Односрезное и двухсрезное соединение.

В нагельных соединениях общее усилие распределяется между множеством податливых нагелей, что делает эти соединения малочувствительными к местным дефектам древесины и повышает их надежность. Нагели в сопряжениях элементов конструкций доступны для осмотра, что упрощает контроль качества производства работ.

При расчете нагельных соединений исходят из того, что усилие, действующее на соединение не должно превышать расчетной несущей способности соединения Т. Расчетное количество нагелей (не менее двух с диаметром 12...24 мм) определяют по формуле

,

где N - расчетное усилие, действующее в растянутом стыке;

n_cp - количество срезов нагеля;

T_н - наименьшая расчетная несущая способность одного среза нагеля, определяемая по таблице 2.8.

В соединениях число нагелей должно быть не менее двух. Исключение могут составлять нагели, устанавливаемые конструктивно.

Таблица 2.8.