Механические соединения

Для шпонок и стержнеобразных соединений подбор размеров включает расчет соответствия допустимых нагрузок и напряжений.

Одновременно следует также предусмотреть такое расположение средств соединения, чтобы были выдержаны минимальные расстояния между ними и от торца балки. Поскольку это только в исключительных случаях может быть доверено исполнителю, расчет стержней и соединений необходимо производить совместно и порядок исполнения должен быть указан в конструктивных чертежах. 

Прямоугольная шпонка

Напряжения внутренних поверхностей Ql, принимаемые равномерно распределенными по торцовой площади, вычисляются по формуле

Допускаемые напряжения внутренних поверхностей Ql Н/мм², параллельно направлению волокон даны в таблице:

Для расчета длины шпонки l_d определяющим является скалывающее напряжение доп Ta материала, из которого изготовлена шпонка:

Величина доп Ta для дуба и бука составляет 1 Н/мм², а для металлических стержней необходим расчет.

Точно так же следует рассчитывать минимальный шаг шпонок при допускаемом напряжении на скалывание в соединяемых брусьях (доп Ta = 0,9 Н/мм²). Распор шпонки V воспринимают стяжные болты, располагаемые с обеих сторон и обеспечивающие устойчивость шпонки.

Шпонки особой конструкции. Допускаемые усилия на шпонку и минимальные расстояния между ними для хвойных пород древесины, отвечающих по качеству, по крайней мере, требованиям II класса, для шпонок различного вида даны в DIN 1052, ч. 2. Эти величины взяты из первоначальных условий допуска на основании испытаний нагрузкой. В табл. 54 приведены данные для используемых сейчас способов строительства.

Болты и нагели. Допускаемая нагрузка на болт или нагель (в ньютонах) при приложении усилия вдоль волокон независимо от класса качества древесины вычисляется по формуле

а максимальная

где доп Ql - допускаемое среднее напряжение стенки отверстия в древесине, Н мм^: (табл. 55); а - минимальная толщина деревянного элемента, мм; Db.st - диаметр болта или стержня, мм.; А - константа. Н/мм² (см. табл. 55).

где доп Ql - допускаемое среднее напряжение стенки отверстия в древесине, Н мм^: (табл. 55); а - минимальная толщина деревянного элемента, мм; Db.st - диаметр болта или стержня, мм.; А - константа. Н/мм² (см. табл. 55).

При косом приложении силы допускаемые величины доп N следует уменьшить,

54 - Допускаемые нагрузки на шнонки особой конструкции

где d - диаметр гвоздя, мм

В табл. 58 приведены характеристики только для гвоздей по DIN 1151. Допускаемая нагрузка рассчитана по приведенной выше формуле.

55 - Данные для расчета допускаемых нагрузок на болты и стержни для европейских хвойных пород древесины, дуба и бука

умножив на (1 - a/360), где a - угол между направлениями силы и волокон.

При соединениях «цельная древесина-листовая сталь», если обеспечены прочность стенок отверстий в стали, допустимая нагрузка на болты или нагели может быть увеличена на 25%.

При распределении болтов и штырей следует соблюдать минимальные расстояния между ними, данные на рис. 56 и 57.

Гвозди. Допускаемая нагрузка на гвоздь (в ньютонах) при приложении силы под прямым углом к направлению его стержня рассчитывается для хвойной древесины по площади среза без учета направления волокон древесины по формуле

где d - диаметр гвоздя, мм

В табл. 58 приведены характеристики только для гвоздей по DIN 1151. Допускаемая нагрузка рассчитана по приведенной выше формуле.

Допускаемая нагрузка на особые гвозди (винтовые или рифленые), а также на скобки, несущая способность которых равна несущей способности двух отдельных гвоздей, рассчитывается по той же формуле, если только для отдельных особых гвоздей нет строительных допусков, в которых даны более высокие значения.

В DIN 1052 приведены показатели для гвоздей с предварительно просверленными отверстиями.

Для определения размеров гвоздей, испытывающих кратковременные усилия выдергивания под действием ветра, следует исходить из показателей, приведенных в DIN 1052. В то же время для гвоздей опалубки 31 х 70 и 34 х 90 установлены твердые размеры, для гвоздей стропил и прогонов допускаемые нагрузки на 1 см длины забивки установлены для диаметров от 4,6 до 8 мм.

Шурупы. Как правило, соединения с помощью шурупов бывают односрезными

и работают по восприятию усилий, действующих иод прямым углом к направлению стержня:

но не более, чем

где ds - толщина древесины или плиты, мм; d - диаметр стержня шурупа, мм; доп N измеряется в Н.

Если диаметр стержня шурупа меньше 10 мм, то направление волокон древесины для допустимой нагрузки, как и при креплении гвоздями, не играет никакой роли.

При ds > 10 мм допускаемая нагрузка должна быть уменьшена путем умножения на (1 - а/360), где а - угол между направлением силы и направлением волокон.

При выдергивании можно считать, что:

но не более, чем

где доп N z - допустимая нагрузка в направлении стержня, Н; Sg - глубина ввинчивания резьбовой части, мм. минимум 4d.

можно ожидать, что прочность шва окажется выше сопротивления скалыванию древесины или древесного материала. В связи с этим

Крепления гвоздевыми плитами рассчитывают либо по числу рабочих стержней, либо по допустимой для этой площади нагрузке. Нагрузки на плиту не должны превышать допустимых сил на 1 см длины плиты брутто в расчетном поперечном сечении стальною листа гвоздевой плиты. Допустимые для большинства типов плит величины зависят от угла a между направлениями силы и плиты и угла B между направлениями силы и волокон. Для практического определения размеров нужно использовать строительные допуски, где приведены допустимые нагрузки, расстояния от края и размеры плит.

Клеевые соединения. Для стыков и креплений с накладками нельзя применять склеивание, показанное на рис. 51, поскольку из-за жесткости и незначительного сопротивления поперечному растяжению не может быть обеспечена прочность клеевого шва. Поэтому технология склейки ограничивается соединением отдельных элементов поперечного сечения в такие составные конструкции, как пакеты клееных досок, двутавровые балки и щиты, у которых клеевые швы подвергаются действию сдвигающих сил. Допускаемое напряжение среза клеевого шва равно допускаемому напряжению скалывания соединяемых элементов вдоль волокон, поскольку при доброкачественной склейке

58 - Толщина древесины, глубина забоя и допускаемая нагрузка на гвозди

и расчет ведется по допускаемым напряжениям скалывания соединяемых элементов.

Продольные стыки брусьев осуществляются в настоящее время практически исключительно зубчатым соединением в соответствии с DIN 68140. Поскольку благодаря малому наклону шипов изломы в результате среза или поперечного растяжения при доброкачественной склейке исключаются, расчет ограничивается определением напряжений в ослабленном поперечном сечении

где f_HT - площадь поперечною сечения нетто; v - коэффициент ослабления, с = b/t.

Напряжение в ослабленном поперечном сечении не должно быть выше допускаемого напряжения древесины.

t - расстояние между шинами; b - ширина основания шипа

У соединяемых зубчатым стыком слоистых материалов коэффициент ослабления учитывать не нужно.