- •Лекция 1
- •1. Структура и состав древесины
- •2. Влага в древесине
- •3.Достоинства и недостатки древесины
- •Лекция 2 Защита древесины от гниения и огня
- •1. Конструктивные меры борьбы с увлажнением.
- •2. Химические меры борьбы с гниением.
- •3. Меры борьбы с огнеопасностью в деревянных конструкциях
- •4.Конструктивные меры борьбы с огнеопасностью
- •5. Химические меры защиты от огня
- •Лекция 3 Механические свойства древесины
- •1. Временное, нормативное и расчетное сопротивления древесины
- •2. Длительное сопротивление древесины
- •Влияние длительного действия нагрузки на деформативность
- •4. Влияние угла между усилием и направлением волокон древесины на прочность и деформативность
- •5. Влияние влажности и температуры на прочность и деформативность
- •6. Модуль упругости древесины
- •Лекция 4
- •1.Основы расчета деревянных конструкций по методу предельных состояний
- •2. Центрально растянутые элементы
- •2.1. Особенности работы древесины на растяжение вдоль волокон
- •Расчет центрально растянутых элементов
- •3. Центрально-сжатые элементы
- •3.1. Особенности работы древесины на сжатие вдоль волокон
- •3.2. Расчет центрально сжатых элементов
- •4. Изгибаемые элементы
- •4.1. Особенности работы древесины при поперечном изгибе
- •4.2. Расчет деревянных элементов на поперечный изгиб
- •5. Косой изгиб деревянных элементов.
- •5.1. Особенности работы элемента при косом изгибе
- •5.2. Расчет деревянных элементов на косой изгиб
- •6. Сжато-изгибаемые элементы
- •6.1. Особенности работы сжато-изгибаемых элементов
- •6.2. Расчет сжато-изгибаемых элементов
- •Расчет элементов
- •9. Скалывание древесины
- •9.1. Особенности работы древесины на скалывание
- •9.2. Расчет элементов
- •Лекция 5 Конструкционные пластмассы, применяемые в строительстве
- •Общие сведения о пластмассах
- •2. Основные виды конструкционных пластмасс, их свойства и области применения.
- •Древесные пластики
- •Лекция 6 соединения элементов деревянных конструкций
- •1.Основные виды соединений
- •2. Требования, предъявляемые к соединениям
- •2. Указания по расчету
- •3. Лобовая врубка с одним зубом
- •Лобовая врубка с одним зубом
- •Лекция 7 нагельные соединения
- •1.Общие сведения о нагельных соединениях
- •2. Расчет нагельного соединения
- •4. Особенности работы гвоздей
- •Лекция 8 составные стержни
- •1. Основы учета податливости связей.
- •2. Расчет на поперечный изгиб.
- •3.Расчет на продольный изгиб
- •3.1.Стержни-пакеты
- •3.2. Стержни с короткими прокладками.
- •3.3.Стержни, часть ветвей которых не оперта по концам.
- •Приведенная гибкость с учетом податливости связи:
- •4. Расчет сжато-изгибаемых элементов
- •При вычислении коэффициента с учетом приведенной гибкости элемента , где
- •Лекция 9 Производство клееных деревянных конструкций
- •1.Введение
- •2.Подготовка древесины, сушка, сортировка
- •3.Сортировка пиломатериалов
- •4.Окончательная обработка конструкций
Лекция 7 нагельные соединения
Содержание: Общие сведения о нагельных соединениях. Расчет нагельного соединения. Определение минимальной несущей способности одного среза нагеля. Особенности работы гвоздей
1.Общие сведения о нагельных соединениях
Нагелями называются гибкие стержни или тонкие пластины, которые препятствуют взаимному сдвигу сопрягаемых элементов, а сами в основном работают на изгиб.
К нагелям относятся в первую очередь болты с резьбой, цилиндрические стальные стержни, как правило, без гайки и резьбы, шурупы, глухари, гвозди.
Нагели применяются в растянутых стыках элементов сквозных конструкций, в узловых соединениях. Пластинчатые нагели применяются в балках составного сечения для сплачивания брусьев по высоте.
Нагели могут выполняться из стали, стеклопластика или древесины твердых пород.
По способу постановки различают нагели, закладываемые в заранее подготовленные отверстия (болты, цилиндрические стальные стержни, шурупы, глухари), и нагели, забиваемые в цельную древесину (гвозди).
Диаметр отверстия под рабочий болт должен быть равен диаметру болта. Для нерабочих болтов диаметр отверстия может быть на 1 мм больше.
Цилиндрические стальные стержни вставляются в просверленные отверстия диаметром на 0,2—0,5 мм меньше диаметра стержня.
Шурупы с минимальным диаметром 4 мм могут использоваться как несущие в соединениях. При этом древесина должна предварительно просверливаться сверлом с диаметром, равным диаметру шурупа, на всю длину его гладкой части. Забитый шуруп не обладает высокой несущей способностью, поскольку резьба сильно разрушает древесину, и он ведет себя практически как обычный проволочный гвоздь.
Чтобы получить плотное соединение, сверлить отверстия необходимо в предварительно собранном и обжатом пакете элементов.
В зависимости от вида деформации нагелей под нагрузкой различают: симметричные соединения (при симметричной относительно середины длины нагеля кривой изгиба его оси) и несимметричные.
Здесь понятие «срез» означает только место пересечения нагелем рабочего шва сплачивания и не относится к характеру разрушения. Этот термин заимствован у металлических конструкций.
В деревянных соединениях отношение длины нагеля к его диаметру значительно больше, чем в металлических. В связи с этим нагель является гибким стержнем, работающим на изгиб, срезывающие напряжения в этом случае имеют второстепенное значение.
Срезать деревянным элементом нагель, даже деревянный, нельзя, не говоря уже о металлическом нагеле.
2. Расчет нагельного соединения
Расчет нагельных соединений строится на основе общих положений расчета конструкций по предельным состояниям.
Расчет нагельного соединения чаще всего сводится к определению количества нагелей, необходимых для восприятия, действующего на соединение усилия
nн=
где N - расчетное усилие (кН); пср - количество срезов или швов, которое пересекает нагель; Tmin – минимальная несущая способность одного среза нагеля.
Силы стягивания в болтовых соединениях не велики, они зависят от силы закручивания гайки. Эти силы не могут быть сильно увеличены из-за смятия древесины поперек волокон, поэтому силы трения в расчетах не учитываются.
3. Определение минимальной несущей способности одного среза нагеля
Для того чтобы определить несущую способность одного среза нагеля, следует рассмотреть напряженное состояние нагельного соединения.
В нагельных соединениях сплачиваемые элементы под нагрузкой сдвигаются и стремятся вначале развернуть нагель, который после некоторого поворота, обусловленного неплотностями и обмятием древесины, упирается в неё сначала по краям элемента, а затем вовлекается в работу и начинает изгибаться. Древесина под нагелем начинает работать на смятие. Равнодействующие образуют две пары взаимоуравновешенных продольных сил.
Условие равновесия нагеля может быть записано в виде
Т1е1 = Т2е2.
Равновесие нагеля обеспечивается только продольными силами. Нагельное соединение является безраспорным.
Таким образом, при сдвиге одного элемента относительно другого нагель работает на изгиб, однако его изгиб не свободен, он зависит от жесткости нагеля и смятия древесины.
Напряжения смятия древесины по всей длине нагеля неравномерны и имеют разные знаки. Смятие древесины под нагелем будет неравномерным также и по его контуру.
продольную Т,
поперечную Q.
Продольная составляющая вызывает появление напряжений скалывания по площадкам а — а и ах — ах.
Поперечные составляющие стремятся расколоть деревянный элемент по линии b -b.
Итак, видим, что напряженное состояние нагельного соединения довольно сложное.
Несущая способность нагельного соединения определяется прочностью нагеля на изгиб, древесины на смятие, скалывание и раскалывание.
Следовательно, расчетная несущая способность одного среза нагеля должна определяться из всех четырех условий.
Несущая способность нагеля по скалыванию и раскалыванию древесины зависит от расстояния между нагелями. Можно найти такие минимальные расстояния, при которых несущая способность нагеля по скалыванию и раскалыванию будет заведомо больше несущей способности нагеля по изгибу и смятию древесины.
В нормах проектирования принято минимальные расстояния выражать в диаметрах нагеля. Они зависят от вида нагеля и толщины соединяемых элементов.
С учетом этого при конструировании нагельных соединений необходимо выполнять следующие условия расстановки нагелей при толщине пакета b>10d
При в < 10d расстановка нагелей должна выполняться по схеме:
S1≥6d; S2≥3d; S3≥2,5d
При соблюдении данных условий расстановки несущая способность одного среза нагеля определяется только из условия изгиба нагеля и смятия древесины.
Существующие на данный момент формулы для определения несущей способности нагеля получены экспериментально-теоретическим путем. В основу положен ряд предпосылок.
Древесина при смятии и нагель при изгибе рассматриваются как идеально упруголастические материалы. Несущая способность нагеля определяется предельными деформациями. Ось нагеля остается прямолинейной до момента образования шарнира пластичности.
В результате решения теоретической задачи получена в общем виде формула для определения несущей способности (кН) одного среза нагеля из условия работы его на изгиб для симметричного соединения
Tu=
Для соединений с разной толщиной элементов формула для определения несущей способности по изгибу нагеля имеет вид
Tu= +k3a
Формулы несущей способности (кН) одного среза нагеля из условия смятия древесины соответственно имеют вид:
для крайних элементов Тсма =kаdн Rсм;
для среднего элемента Тсма =k2с dн Rсм.
Для инженерных расчетов в СНИП 11 -25-80 (табл. 17) представлены формулы для определения несущей способности нагельных соединений из условия смятия крайнего и среднего элементов
Тсма =0,8adн; Тсма =0,5 cdн.
Для стального нагеля и действия сдвигающего усилия вдоль волокон деревянного элемента (сосна) формулы для определения несущей способности одного среза нагеля из условия изгиба соответственно имеют вид:
Tu = 1,8 d2 + 0,02 а2 < 2,5 d2.
Если усилия действуют под углом к волокнам или используется пиломатериал других пород, в расчетные формулы вводятся соответствующие коэффициенты kа, kп.
Tu = 2,5 d2 ; Тсма =0,8аdнkаkп; Тссм=0,5сdнkаkп.
При конструировании нагельных соединений предпочтение следует отдавать симметричным соединениям.
Применение односрезных несимметричных соединений вызывает отклонение силового потока в одну сторону от оси действия усилия, что приводит к изгибу элементов. Поэтому в таких соединениях количество болтов на 10—15% больше, чем в симметричных соединениях.
По ширине элемента нагели следует ставить в четное число рядов. Рабочие болтовые соединения должны иметь не менее двух болтов диаметром > 8, но не более 24 мм. По обе стороны необходимо ставить толстые шайбы. Для обжатия нагельных соединений без нарезки обычно рекомендуется ставить стяжные болты в количестве около 25% от общего числа нагелей при деревянных накладках и в количестве 50% при металлических накладках.
Соединения, содержащие в ряду шесть и более болтов, имеют неравномерное распределение нагрузки между болтами. Два конечных болта вместе обычно несут на себе свыше 50% нагрузки.