Лекция №10

Основные виды соединений и требования, предъявляемые к ним.

Соединения элементов деревянных конструкций по способу передачи усилий разделяются на следующие виды:

1) соединения, в которых усилия передаются не­посредственным упором контактных поверхностей соеди­няемых элементов - контактные соединения;

2) соединения на ме­ханических связях;

3) клеевые соединения.

Несущая способность и деформативность деревянных конструкций в целом зависит от надежности соединения их отдельных элементов.

Соединение растянутых деревянных элементов, как правило, связано с их местным ослаблением. В ослабленном сечении растя­нутых деревянных элементов наблюдается концентра­ция опасных местных напря­жений, не учитываемых расчетом. Наибольшую опасность в стыковых и узловых соединениях растянутых деревянных элементов пред­ставляют сдвигающие и раскалывающие напряжения. Эта опасность усугубляется в случае наложения этих напряжений на напряжения, которые возникают в древесине вслед­ствие её усушки.

Скалывание и разрыв вдоль и поперек волокон отно­сятся к хрупким видам разрушения древесины. В отличие от работы конструкционной стали, в древесине не происходит пластического выравнивания напряжений в местах соединений. Для того, чтобы уменьшить опасность последовательного, по частям, хрупкого разрушения от скалывания или раз­рыва в растянутых элементах деревянных конструкций, приходится снижать природную хрупкость древе­сины вязкой податливостью работы их соединений.

Наиболее вязким видом работы древесины является смятие. Следовательно, в соединениях элементов деревянных конструкций должно происходить выравнивание напряжений за счет вязкой податливости работы древесины на смя­тие, прежде чем произойдет хрупкое разруше­ние от разрыва или скалывания.

Для придания вязкости соединениям растянутых деревянных элементов, как правило, используют принцип дискретной передачи усилий.

Согласно этого принципа, усилие в узле передается от одного конструктивного элемента другому небольшими частями, через возможно большее число рабочих связей (соединительных деталей).

Рис. 10.1. Проявление принципа дискретной передачи усилий в работе стыкового соединения растянутых досок сечением 50×120 мм при замене одного стального нагеля диаметром 24 мм (а) шестнадцатью тонкими нагелями диаметром 5 мм (б).

К при­меру, использование вместо одной, сосредоточенно прило­женной связи диаметром 24 мм (чрезмерно жесткой для досок толщиной 50 мм), шестнадцати рассредоточено приложенных вязкоподатливых связей диаметром 5 мм, при одинаковой затрате стали значительно увеличивает несущую способность (рис. 10.1).

Вязкость соединений сжатых деревянных элементов обеспечивается вязкой работой древесины на смятие.

Указания по расчету соединений.

Расчетное усилие, действующее на соединение, не должно превышать несущей способности соединения.

Сложное напряженное состояние в соединениях из-за наложения различных напряжений требует опре­деления несущей способности соединения исходя из не­скольких условий.

Несущая способность соединения определяется расчетом соединяемых элементов на смя­тие и скалывание с учетом угла между действующей силой и направ­лением волокон в древесине.

Кроме клеевых, соединения элементов деревянных конструкций практически невозможно сделать жесткими, поэтому при расчете деревян­ных конструкций необходимо учитывать податливость их соединений. Клеевые соединения при расчете конструкций следует рассматривать как неподатливые.

Из опыта эксплуатации деревянных зданий и соору­жений, предельный относительный сдвиг между соеди­няемыми элементами ограничивается 2 мм.

Усилие, которое вызывает предельный сдвиг, принимают за не­сущую способность соединения, если оно меньше несу­щей способности, определенной из условий смятия и скалывания.

Передача сил от одного соединяемого элемента дру­гому осуществляется непосредственно через поверхность их контакта или через рабочие связи.

Сравнение различных видов соединений растянутого симметричного стыка показывает, что наибольшей несущей способно­стью, приведенной к единице контактной поверхности, обладает клеевой шов.

Наибольшую несущую способ­ность среди всех других соединений имеют нагели не­большого диаметра (до 5 мм), устанавливаемые в пред­варительно рассверленные отверстия с шагом, принятым как для цилиндрических нагелей согласно СНиП II-25-80.

Силы трения между соединяемыми элементами оказывают разгружающее действие и в расчете сое­динений элементов деревянных конструкций не учитываются, за исключением случаев однократного, кратковременного действия прижимающих сил (при аварии и монтаже).

Расчет соединений сводится к определению действу­ющих на них усилий и сравнению их с несущей способ­ностью соединения Т.

Расчетную несущую способность соединения, работа­ющего на смятие и скалывание, следует определять по формулам:

а) из условий смятия древесины:

б) из условия скалывания древесины:

где F_cм - расчетная площадь смятия;

F_ск - расчетная площадь скалывания;

- расчетное сопротивление древесины смятию под углом к направлению волокон;

- расчетное среднее по площадке скалывания сопротивление древесины.

Среднее по площадке скалывания расчетное сопротивление скалыванию следует определять по формуле:

где R_ск – расчетное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон (при расчете по максимальному напряжению);

l_ск – расчетная длина плоскости скалывания, принимаемая не более 10 глубин врезки в элемент;

е – плечо сил скалывания, принимаемое равным 0,5h при расчете элементов с несимметричной врезкой в соединениях без зазора между элементами (рис.10.2, а) и 0,25h при расчете симметрично загруженных элементов с симметричной врезкой (рис.10.2, б); отношение l_ск /е должно быть не менее 3:

Рис. 10.2. Врезки (врубки) в элементах соединений:

а – несимметричная;

б – симметричная;

h – полная высота поперечного сечения элемента;

β – коэффициент, принимаемый равным 0,25 при расчете соединений, работающих по схеме, показанной на рис. 10.3., (а) и β = 0,125 при расчете соединений, работающих по схеме согласно рис. 10.3., (б), если обеспечено обжатие по плоскостям скалывания.

Рис. 10.3. Схемы скалывания в соединениях.

Для того, чтобы уменьшить опасное влияние растягивающих напряжений поперек во­локон и торцевых усушечных трещин на несущую способ­ность соединения, длина площадки скалывания l_ск должна быть не менее 3е.

Расчетное сопротивление древесины смятию под углом  к направлению волокон определяется по формуле:

Увеличение длины площадки скалывания l_ск за пределами десяти глубин врезки h_вр в расчете на ска­лывание не учитывается, поскольку, при допускае­мом нормами косослое скалывание может прои­зойти на длине l_ск = 10h_вр и при большей длине запроектированной площадки скалывания.