3. 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+0,5l_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:

4. 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.