Соединения элементов лобовой врубкой

Лобовые упоры являются наиболее простыми и надежными соединениями, применяемыми в большинстве видов деревянных конструкций для крепления сжатых стержней. Они работают и рассчитываются на смятие, возникающее в них от действия сжимающих усилий. На растяжение они работать не могут. Лобовые упоры бывают продольными, поперечными и наклонными.

Продольный лобовой упор – это соединение обрезанного под прямым углом конца сжатого стержня с опорой, диафрагмой узла или торца другого такого же стержня в сжатом стыке. В стыке упор перекрывается конструктивно двусторонними накладками толщиной не менее ¹/_з толщины стержней и длиной не менее трех высот сечений на болтах. В продольном лобовом упоре древесина работает на смятие вдоль волокон и имеет наиболее высокое расчетное сопротивление. В большинстве случаев напряжения смятия достигают значительной величины и требуют проверки по формуле (5.15) только в упорах, где на смятие работает только часть пло­щади торца.

Поперечный лобовой упор – это соединение двух стержней под прямым углом, когда торец сжатого стержня упирается в пласть другого и закрепляется конструктивными накладками на болтах. Так, например, соединяются стойки с верхними и нижними элементами каркаса. В этом соединении древесина торца работает на смятие вдоль волокон, а древесина пласти - поперек волокон. Соединение рассчитывается только по меньшей прочности древесины при местном смятии поперек волокон по формулам (5.13) и (5.15) в порядке.

Наклонный лобовой упор представляет собой соединение двух сжатых стержней под углом меньше прямого. При этом конец одного из них образуется под прямым углом. Так, например, соединяются подкосы с ригелями в подкосных конструкциях. В этом соединении площадь, где смятие происходит под углом к волокнам древесины, имеет меньшее сопротивление смятию и должна быть проверена по прочности при общем смятии под углом по формулам (5.14) и (5.15). Формула (5.14) может быть упрощена путем подстановки значений расчетных сопротивлений смятию вдоль и поперек волокон:

(1)

Лобовая врубка с одним зубом является простым в изготовлении соединением двух стержней углом. Она применяется главным образом для соединения стержней малопролетных дерм и подкосных систем в узлах при их построечном изготовлении, причем один из врубаемый, должен быть обязательно сжат. Примером лобовой врубки является опорный узел треугольной брусчатой малопролетной фермы (рис. 1).

Рисунок 1 - Лобовая врубка:

1 — аварийный болт; 2 — врубаемый элемент; 3 —опорный элемент; 4 — гвозди; 5 — подбалка; 6 —опорная подкладка

 

Врубаемый стержень верхнего пояса фермы час­тью обрезанного под прямым углом и срезанного снизу конца «зубом» вводится во врезку в стержне нижнего пояса и упирается в ее рабочую поверхность. Узкий клиновидный зазор исключает нежелательное сжатие нерабочих поверхностей врубки. Глубина врубки h _вр должна быть не более ¹/з, а расстояние от ее вершины до конца нижнего пояса l _ск - не менее 1,5 высоты его сечения h для получения достаточных площадей растяжения и скалывания. Врубка должна быть центрирована по осям опоры, верхнего пояса и ослабленного врубкой сечения нижнего пояса, для того чтобы в этом сечении не возникло кроме растяжения еще и изгиба от эксцентриситета растягивающего усилия. Врубка стягивается дополнительно наклонным болтом, перпендикулярным верхнему поясу и называемым аварийным. Он препятствует расхождению стержней в процессе монтажа фермы в случае возникновения в верхнем поясе растяжения. При разрушении врубки от скалывания аварийный болт включается в работу и предотвращает опасность внезапного обрушения фермы. Опорная подбалка, прибиваемая гвоздями, предохраняет нижний пояс от местного смятия на опоре и необходимости устройства в нем ослабляющей его врезки для шайбы аварийного болта.

Лобовая врубка работает и рассчитывается на смятие от действия сжимающего усилия во врубаемом стержне N и скалывание от действия горизонтальной проекции этого усилия Т, равного растягивающему усилию в нижнем поясе фермы.

Смятие древесины. От действия сжимающего усилия N по площади упора торца сжатого стержня в рабочую поверхность врезки растянутого возникают равномерные напряжения смятия . Площадь смятия F определяют в зависимости от глубины врубки h _вр, угла наклона сжатого стержня а и ширины врубки b, которая в брусьях равна ширине сечения, а в бревнах диаметром d находят из выражения . Соответственно площадь смятия равна во врубках брусьев ; во врубках бревен .

Расчет производят по прочности рабочей площади врезки при местном смятии под углом к волокнам растянутого стержня . Расчетное сопротивление местному смятию под углом к волокнам ввиду малой длины площади смятия и значительного поддерживающего действия соседних участков древесины определяют по формуле (5.14) с учетом повышенного коэффициента условий работы :

(2)

Проверку прочности лобовой врубки при местном смятии производят по формуле (5.15). По этой же формуле, переписанной относительно сжимающего усилия N, определяют несущую способность врубки по смятию древесины.

Скалывание древесины. От действия скалывающих усилий Т вдоль волокон древесины по площади скалывания F равной "произведению ширины врубки b на длину скалывания l_ск возникают скалывающие напряжения . Длина площади скалывания l_ск равна расстоянию от нижней точки врубки до конца растянутого стержня, но учитывается не более длины, равной 10 глубинам врубки h _вр (см. гл. 5).

Напряжения скалывания распределяются по длине площади скалывания особенно неравномерно, так как силы скалывания действуют с одной стороны от площади скалывания и достигают максимума близ врубки. Напряжения же отрыва здесь несколько снижаются в результате прижима, создаваемого вертикальной составляющей усилия сжатия.

Расчет производят по прочности при скалывании по средним значениям скалывающих напряжений. Расчетное среднее сопротивление скалыванию определяют по формуле (5.17), где принимается коэффициент , а плечо пары сил скалывания . При учете длины площади скалывания, равной не более двойной высоты сечения растянутого стержня, разрешается принимать расчетное среднее сопротивление скалыванию равным Лобовую врубку проверяют по прочности на скалывание по формуле (5.18). По этой же формуле, но относительно скалывающих усилий Т можно определить несущую способность врубки по скалыванию.

Лобовая врубка с двумя зубьями отличается тем, что сжатый стержень врубается в другой двумя зубьями, в результате чего во врубке образуется две площади смятия и скалывания. Эта врубка является более сложной, трудоемкой и требует повышенной точности изготовления для обеспечения совместной работы всех рабочих площадей. Такая врубка применяется в некоторых случаях для соединения стержней под углом 45° и более.

Соединения с деревянными связями являются трудоемкими и устаревшими соединениями построечного изготовления. Связями служат здесь небольшие деревянные вкладыши. Они плотно вставляются в соответствующие отверстия в соединяемых элементах - бревнах или брусьях - и обеспечивают их совместную работу на изгиб, воспринимая сдвигающие усилия. Соединения бывают на шпонках, пластинках и штырях.

Соединения на шпонках выполняют при помощи брусков - шпонок или колодок, которые работают на смятие и скалывание и создают поперечный распор элементов, воспринимаемый болтами. Соединения на пластинках выполняют при помощи дубовых пластинок (пластинчатых нагелей), которые работают на изгиб и смятие древесины и не создают поперечного распора. Соединения на штырях выполняют при помощи дубовых штырей (дубовых нагелей), которые тоже работают на изгиб и смятие без поперечного распора.

Эти соединения применяются в некоторых временных деревянных конструкциях и гидротехническом строительстве.

Соединения на врубках

Лобовая врубка с одним зубом.

Рис. 2

 

h_вр ≤ 1/3h

h_вр > 2 см

l_ск ≥ 1,5h

l_ск < 10h_вр

На смятие проверяется растянутый стержень, т.к. у него смятие осуществляется под углом к волокнам.

N_с должно быть:

1. Из условия смятия:

N_с ≤ F_см×R_смα =

1. Из условия скалывания:

N_c ≤ l_ск×b×R_ск

Соединения на шпонках

Шпонки в деревянных конструкциях – это вкладыши, которые препятствуют взаимному сдвигу соединяемых элементов. Сами шпонки работают на смятие и скалывание. Отличительным признаком шпоночных соединений является распор, для восприятия которого необходимо устанавливать рабочие стяжные связи (наиболее часто - болты). Шпонки могут быть призматическими продольными (прямые и наклонные) и поперечными. Призматические шпонки, как правило, выполняются из твердых пород древесины.

Рис. 3

Рис. 4

 

h_вр ≤ 1/5h

h_вр > 2 см

l_ш ≥ 5h_вр – такой размер обеспечивает лучшее восприятие усилия шпонкой и экономию стали для стяжных болтов.

Соединения на призматических шпонках применяются для сплачивания брусьев или бревен в составных балках. Для обеспечения совместной работы шпонок требуется плотная их пригонка в гнездах, особенно в случае применения более жестких прямых и наклонных продольных шпонок.

Соединения на шпонках рассчитывают на смятие и на скалывание.

Т_см=R_см×h_вр×b

T_ск=R_ск× l _ск×b

где Т_см и Т_ск – максимальные усилия смятия и скалывания, которые может воспринимать соединение

l _ск=S_o – для прямых шпонок,

l _cк=S_o+0,5 l _шп – для наклонных.

Поперечные шпонки более податливы, более мягкие чем продольные, что позволяет включать в равномерную работу все шпонки.

Круглые металлические шпонки

1. Гладкокольцевая шпонка представляет собой кольцо из тонкой полосовой стали толщиной 3-4мм, загнутой в холодном состоянии.

Рис. 5

При сборке элементов такие шпонки вставляются в высверленный в каждом элементе кольцевой желобок. В центре кольцевой шпонки ставится стяжной болт.

2. Зубчатокольцевая шпонка представляет собой штампованную стальную полоску с заострёнными кромками, согнутую в холодном состоянии и сваренную концами в кольцо.

Диаметр принимается 10-12см, ширина кольца – 3см.

Рис. 6

И та и другая шпонка рассчитывается по эмпирическим формулам в зависимости от диаметра.

3) Когтевая шайба профессора В.Г. Леннова.

Стальная штампованная круглая пластинка с заострёнными зубьями. Шайба предложена к применению по сортаменту: диаметром 8,10,12,15 см.

Шайбы устанавливаются ударным способом, сила удара:

Соединения на нагелях.

Нагелем называется деревянный, металлический и пластмассовый стержень, применяемый для соединения деревянных элементов и препятствующий их взаимному сдвигу. Нагель работает в основном на изгиб.

Нагели бывают:

- цилиндрические

- пластинчатые

К цилиндрическим нагелям относят болты, гвозди, винты и металлические стержни.

В отличие от шпоночного соединения в нагельных соединениях не возникает распор. Сдвигаясь, сплачиваемые элементы стремятся опрокинуть нагель, который после некоторого поворота обусловленного неплотностью и смятием древесины упирается в неё сначала по краям элемента, а затем начинает изгибаться. Поверхность контакта нагеля с древесиной увеличивается, что вызывает появление в ней напряжение смятия по всей длине нагеля, при этом напряжение смятия древесины по длине нагеля имеет разные знаки и их равнодействующие образуют две пары взаимноуравновешивающихся сил, что и обеспечивает равновесие нагеля.

Следовательно, равновесие нагеля обеспечивается только продольными силами. Для установки нагелей диаметром более 6мм необходимо просверливать отверстия. Гвозди, имеющие меньший диаметр забиваются в древесину без предварительного сверления. Соединения на нагелях должны быть обжаты, для чего ставятся стяжные болты в количестве около 25% общего количества нагелей. Растянутые соединения на цилиндрических нагелях могут быть симметричными и несимметричными.

Расстановка нагелей:

Несущая способность нагелей (нагельных соединений) зависит от расстояния между ними. Минимальные расстояния между нагелями назначют таким образом, чтобы несущая способность нагеля по скалыванию и раскалыванию древесины заведомо превышала несущую способность нагеля по его изгибу и смятию древесины нагельного гнезда.

Расстояние между отверстиями определяется видом нагелей и выражается в его диаметре

Стальные нагели:

S₁=7d_n

S₂=3,5d_n

S₃=3d_n

Дубовые:

S₁=5d

S₂=2d

S₃=3d

Для гвоздей:

S₁=15d

S₂=4d

S₃=4d

При соблюдении минимальных расстояний несущая способность нагеля вычисляется не из условия скалывания, а только из условия изгиба нагеля и смятия древесины.

 

Определение несущей способности нагелей.

Каждое сечение нагеля с рабочим швом называется срезом

Работа нагеля отличается от работы заклепки. Несущая способность заклепки определяется из расчета на срез и на смятие.

А изгибающие моменты в заклепке невелики, они не являются определяющими.

Отношение длины нагеля к его диаметру обычно значительное и несущая способность нагеля определяется из условия изгиба нагеля и смятия древесины нагельного гнезда.

Срезающие усилия в нагеле невелики. Срезать нагель даже деревянный практически невозможно.

Таблица по определению несущей способности каждого вида нагелей позволяет определить следующие параметры:

1. прочность из условий изгибаТ_u нагеля;

2. прочность из условий смятия

а) крайнего элемента T_с

б) среднего элемента Т_d

Количество нагелей в соединении определяется по формуле:

n=N/T_min

Растянутые связи - это гвозди, винты (шурупы - это винты d<10 мм и глухари), работающие на выдергивание.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: