Как работают гвозди и болты в соединениях под углом и со стальными накладками?

При стальных накладках работают на изгиб лучше ввиду их частичного защемления в отверстиях накладок. Меньшая несущая способность болтового соединения на изгибаемых болтах под углом обуславливается меньшей прочностью и большей податливостью древесины при смятии под углом к волокнам. Аналогичное соединение на гвоздях работает также, как и соединение на болтах. Гвозди работают на изгиб, а окружающая древесина – на смятие, но с некоторыми особенностями. Гвозди имеют повышенную по сравнению с болтами прочность, поскольку холоднотянутая проволока, из которой они приготовлены, имеет более высокий предел текучести. Из-за малой толщины и плотного защемления в древесине несущая способность гвоздевых соединений не зависит от угла действия усилий по отношению к направлению волокон древесины соединяемых элементов и при расчете не учитывается.

Почему нельзя учитывать в расчете одновременно разные виды связей?

Так как разные виды связей обладают неодинаковой податливостью, то их нельзя учитывать в расчете одновременно.

Клеевые соединения

К недостаткам клеевых соединений относятся: незначительная тепловая стойкость (при температуре выше +90° С прочность их резко снижается), склонность к ползучести при длительном воздействии больших статических нагрузок, длительные сроки сушки, необходимость нагрева для получения стойких и герметичных соединений, низкая прочность на сдвиг и др.

Надежное соединение деталей малой толщины, как правило, возможно только склеиванием.

Рис. 1. Рекомендуемые конструктивные формы клеевых соединений: а — плоскостные; б — тавровые; в — цилиндрические: I — нахлесточнЫе соединения; II — врезные (шпунтовые); III — стыковые

Клеевые соединения осуществляют различными способами. Чаще всего применяется соединение внах-рстку и встык с помощью планки, втулки и т. п.

Соединения на нагелях препятствуют взаимному сдвигу стыкуемых элементов, поэтому гвозди и шурупы в некоторой степени можно считать разновидностью нагелей. В нагельном соединении, находящемся под воздействием внешней нагрузки, сам нагель работает на изгиб, а древесина соединяемых элементов под нагелями подвергается смятию. Нагели бывают стальные, пластмассовые и деревянные, а по форме — цилиндрические и пластинчатые (рис. 6). В конструкциях, которые находятся в агрессивной среде, используют алюминиевые, пластмассовые и дубовые нагели.

Древесина для нагеля подбирается из твердых пород, а ее влажность должна быть на 3-5% ниже, чем влажность основной древесины. В этом случае при достижении баланса влажности нагель плотно заклинивается в гнезде, создавая прочное соединение. Если влажность нагеля и основной древесины будет одинаковой, то при высыхании древесины плотность посадки нагеля уменьшается и соединение может разрушиться. Выбор того или иного диаметра нагеля целиком и полностью зависит от толщины соединяемых деталей и от требований к прочности соединения. Расчетную несущую способность на один срез нагеля определяют исходя из трех условий: изгиба металлического нагеля;
смятия древесины крайнего соединяемого, а также более тонкого элемента толщиной а;
смятия древесины среднего соединяемого, а также более толстого элемента толщиной с.

Рис. 23. Соединения на нагелях:
1 — дубовый нагель; 2 — стальной нагель-болт; 3 — пустотелый нагель; 4 — стальной нагель без шляпки; 5 — нагель-гвоздь; 6 — пластинчатые нагели

Размещение нагелей и гвоздей в образцах должно осуществляться с соблюдением требований СНиП II-25-80, определяющих наименьшие допустимые расстояния S1; S2; S3  для предотвращения преждевременного скалывания и раскалывания древесины нагельных гнезд. В соединении нагели работают на изгиб, и древесина - на смятие, что и учитывается при определении расчетной несущей способности “Т” каждого образца по формуле:

,              (1), где

Т min  - наименьшая расчётная несущая способность нагеля на один шов (срез);

n ш - число расчётных швов одного нагеля;

n н - количество нагелей в соединении.

                   Швами или срезами в нагельных соединениях называются пересечения нагелей плоскостями сдвига между элементами.

                       

 

Расчётная несущая способность цилиндрического нагеля на один срез определяется по следующим формулам (СНиП II-25-80, табл. 17):

·          для соединений на болтах и штырях:

 , - из условия смятия в крайних досках;

                   , - из условия смятия средней доски;

                    , - из условия изгиба нагеля;

·          для соединений на гвоздях:

 , - из условия смятия в крайних досках;

                   , - из условия смятия средней доски;

 , - из условия изгиба гвоздя;

где            а - толщина крайних элементов, см;

             с - толщина средних элементов, см;

              d - диаметр нагеля в см.

                   Та, Тс, Ти  - в кН; в формулу (1) подставляется наименьшее        значение из этих трёх расчётных условиях.

                   Деревянные конструкции на нагельных, болтовых и гвоздевых соединениях должны быть изготовлены с соблюдением требований СНиП III-19-75 “Правила производства и приёмки работ. Деревянные конструкции”, основными из которых являются следующие:

· отверстия для металлических нагелей, болтов и шурупов должны соответствовать диаметрам последних;

· передний конец нагелей должен быть обработан на усечённый конус (снята краска);

· отверстия для нагелей просверливаются сразу через все соединяемые элементы по шаблонам;

· отклонения в расстояниях между центрами отверстий для нагелей должны быть не более: для входных ± 2 мм, для выходных поперек волокон ± 5 мм, вдоль волокон ± 10 мм

· гвозди при встречной забивке не должен пробиваться через пакет насквозь (в противном случае концы гвоздей следует забивать поперёк волокон с натяжением);

· гвозди диаметром более 6 мм должны забиваться в предварительно просверленные отверстия диаметром, равным 0,9 диаметра гвоздя, гнезда сверлятся на глубину не менее 0,6 длины гвоздя.

                   При определении расчётной несущей способности гвоздя на один шов необходимо учитывать конструктивные особенности:

· в случае сквозной пробивки, расчетная толщина доски уменьшается на  из-за отщепления;

· при глухой забивке, расчетная длина защемления конца гвоздя “а1” определяется с учетом возможных зазоров между соединяемыми досками по 2 мм на каждый шов и не учитывается острие гвоздя - , т.е.:

, (см).

                   Если расчётная длина защемления конца гвоздя получилась меньше , его работа в примыкающем к нему шве не учитывается.

                   При определении расчётной несущей способности нагельных соединений по приведенным выше формулам необходимо учесть то, что они применимы для длительного действия нагрузки (срок эксплуатации) и нормальной влажности древесины (порядка 12-15%). Поэтому для сопоставления с опытными данными кратковременных испытаний расчётная несущая способность образца по формуле (1) должна быть скорректирована:

;        ;    ;

 

где mдл = 0.66 – базисное значение коэффициента, учитывающего длительность нагружения при совместном действии постоянной и кратковременной нагрузок, приводящее к снижению разрушающих усилий при длительном воздействии нагрузки;

                   kw  – коэффициент, учитывающий влажность;