1.1. Цель лабораторной работы

Лабораторная работа имеет целью ознакомление с характерными особенностями работы стальных цилиндрических нагелей в соединениях деревянных элементов и особенностями испытания соединений.

При проведении испытания нагельного соединения (в данной работе симметричного "двух срезного") определяют нижеследующие величины, характеризующие его несущую способность и деформативность:

1. Разрушающую нагрузку P_вр;

2. Нагрузку P_nn, при которой резко возрастают остаточные деформации:

3. Коэффициенты k₁=P_пп / T, k₂=P_вр / T, k₃=P_пп / P_вр

где T – расчетная несущая способность нагелей, определяемая по СНиП-25-80.

4. Фактическую деформацию соединения (взаимный сдвиг элементов) при действии расчетной нагрузки.

1.2. Особенности работы и расчета соединений на стальных

цилиндрических нагелях

Характерной особенностью соединений на нагелях является работа нагелей под нагрузкой на изгиб, что сопровождается объятием окружающей нагель древесины. Разрушение соединений на нагелях происходит либо от смятия соединяемых элементов, либо от изгиба нагелей с образованием по длине нагеля одного или нескольких пластических шарниров. Возможно также разрушение таких соединений от раскалывания или скалывания древесины соединений от раскалывания или скалывания древесины соединяемых элементов, но оба эти вида разрушения исключаются соответствующей расстановкой нагелей.

Как известно, расчетная несущая способность стальных цилиндрических нагелей на один условный срез в симметричных соединениях определяется как наименьшая величина:

а) из условия смятия древесины крайних элементов

(1.1)

б) из условия смятия древесины среднего элемента

(1.2)

в) из условия изгиба нагеля

(1.3)

В формулах (1.1…1.3) a и с – соответственно толщина крайних и среднего элементов в см,  – диаметр нагеля в см.

1.3. Методика проведения испытания

Испытуемый образец, схема его загружения, размеры и оснащение измерительными приборами и приспособлениями показаны на рис. 1.1. При изготовлении образца между соединяемыми элементами отставляются зазоры 0,5…1мм, исключающие влияние сил трения. Для избежание перекоса крайне элементы вверху и внизу жестко соединяются планками на клею или шурупах. Роль верхних планок выполняют обоймы для индикаторов часового типа, с помощью которых замеряется взаимный сдвиг элементов соединения. Столики для упора игл индикаторов поставлены на среднем элементе. Такая установка индикаторов обеспечивает при испытания выход игл индикаторов из их корпусов, что исключает возможность повреждения индикаторов и повреждения индикаторов и позволяет оставлять их на образце до момента разрушения последнего.

При испытании нагрузка на образец передается через центрирующие призмы. Испытание проводится непрерывно возрастающей нагрузкой с доведением образца до разрушения. Для ликвидации рыхлых деформаций образец перед испытанием нагружают нагрузкой в 100-150 кгс.

Рис. 1.1. Испытуемый образец и схема его загружения:

1 – соединяемые элементы; 2 – планки; индикаторы; 3 – индикаторы;

4 – столики для упора игл индикаторы; 5 – центрирующие призмы.

Величины ступеней нагрузки, при которых снимают отсчеты с индикаторов, принимают в 0,08…0,1 разрушающей нагрузки. Обычно ее определяют испытанием пробных образцов. Для испытуемого образца предполагаемую разрушающую нагрузку можно вычислить по формуле:

P_вр = 3T…4T, где T – расчетная несущая способность соединения, равная

где T_мин – минимальная расчетная несущая способность нагеля на одни шов сплачивания (один условный срез), определяемая из величин, вычисленных по формулам (1.1…1.3); h_н – число нагелей; h_ш – число швов, по которым происходит взаимный сдвиг соединяемых элементов.

Для испытуемого образца:

T_ = 8041,2 = 384 кгс,

T_c = 5041,2 = 240 кгс,

T_n = 1801,2²+24² = 291кгс < 2501,2² = 360кгс.

Тогда T = 24022 = 960 кгс, а Р_вр = 3960…4960 = 2880…3840кгс

Таким образом, величина ступени нагрузки может быть принята в пределах от 250 до 400 кгс. По назначенной ступени нагрузки подготавливают журнал испытания (см. табл. 1.1).

Испытание образцов производят на машине УИМ-50, которую настраивают на предел нагружения до 5 тонн, или другой испытательной машине с пределом нагружения, превышающим ожидаемую разрушавшую нагрузку не более, чем в 1,5…2 раза. Отсчеты по обоим индикаторам снимают синхронно в моменты достижения очередной ступени нагрузки и записывают в журнал испытания.

Величину разрушающей нагрузки устанавливают по силоизмерителю испытательной машины. Если в конце испытания не отмечено разрушения с нарушением сплошности материала элементов соединения (например, раскалывания), то моментом разрушения считают резкое падение усилия или непрерывный рост деформации без изменения величины прилагаемого усилия, что должно быть отмечено в графе "Примечания" журнала испытания.

После испытания производят осмотр разрушенного образца, описывают характер разрушения в журнале и определяют влажность древесины.