16.Соединения деревянных элементов на цилиндрических нагелях. Виды нагелей, расчет соединений.

Нагелями называются стержни или пластинки препятствующие взаимному сдвигу сплачиваемых элементов деревянных конструкций и работающие в основном на изгиб. Они применяются при сращивании деревянных элементов при узловых сопряжениях и при сплачивании. Нагели ставят в гнёзда, предварительно просверленные перпендикулярно плоскостям сплачивания.

Виды цилиндрических нагелей: а — болт с гайкой и круглыми или квадратными шай­бами; б — цилиндрический нагель из стали, из твердых пород древесины или стеклопластика; в — гвоздь; г — шуруп с полукруг­лой головкой; д — шуруп с плоской головкой; е — глухарь с головкой болта; ж— особые виды гвоздей с профильной поверхностью.

Чтобы получить плотное соединение, отверстия необходимо сверлить в предварительно собранном и обжатом пакете элементов. Соединения на нагелях должны быть обжаты, для чего ставятся стяжные болты в количестве около 25% общего количества нагелей.

В зависимости от характера приложения сил и количества пересекаемых нагелем рабочих швов сплачивания различают соединения: а- симметричные двух- и б- многосрезные, в- несимметричные – одно- и е- многосрезные.

Если несущую способность нагеля привести к одному срезу, т.е. отнести её к одному рабочему шву, пересекаемому нагелем, то расчётное количество нагелей определяется по следующей формуле:

N – расчётное усилие, действующее в растянутом стыке, - количество срезов нагеля, - наименьшая расчётная несущая способность одного среза нагеля, кН (кгс)

От расстояния между нагелями зависит несущая способность нагеля по скалыванию и раскалыванию древесины. Можно найти такие минимальные расстояния, при которых несущая способность по скалыванию и раскалыванию заведомо будет превышать несущую способность нагеля по его изгибу и смятию древесины нагельного гнезда. Тогда несущая способность нагеля вычисляется только из условий изгиба нагеля и смятия древесины нагельного гнезда.

В растянутых стыках нагели располагают в два или четыре (чётных) продольных ряда во избежание совпадения среднего ряда с сердцевинной плоскостью, где может быть усушечная трещина.

Расстояния: м/д стальными нагелями вдоль волокон S₁>=7d, поперек волокон м/д осями нагелей S₂>=3,5d, от кромки элемента до оси нагеля S₃>=3d; дубовых нагелей вдоль волокон S₁>=5d, поперек волокон м/д осями нагелей S₂>=3d, от кромки элемента до оси нагеля S₃>=2,5d.

Существует два метода расчёта несущей способности нагеля: теоретический – когда нагель рассматривается как балка, лежащая на упругом или упруго-пластическом основании и экспериментально-теоретический, когда задают эпюры напряжений смятия по толщине элементов, а нагель также рассматривается как стержень, работающий в упругопластической среде.

Расчётные формулы из условия изгиба нагеля в общем виде имеют следующий вид:

а) полная несущая способность б) увеличивая толщину или то же самое длину нагеля, уменьшаем максимальный момент, тем самым увеличиваем несущую способность нагеля. Расчётные формулы из условия смятия элементов, примыкающих к шву: – коэффициенты, – толщина крайнего элемента, см; с – толщина среднего элемента, см; – диаметр нагеля, см; – расчётное сопротивление смятию древесины нагельного гнезда, МПа (кгс/см²); условно принимается постоянным для всех диаметров нагеля, – условное сопротивление нагеля изгибу;

После округления результатов графического решения и введения расчётных сопротивлений древесины получаем формулы для определения несущей способности одного среза различных видов нагелей. Коэффициент в этих формулах учитывает уменьшение несущей способности нагеля при действии усилия под углом α к направлению волокон древесины; он также зависит от диаметра нагеля. Чем меньше диаметр нагеля, тем сильнее сопротивление смятию древесины нагельного гнезда.