Расчет элементов деревянных конструкций по предельным состояниям второй группы

П рогиб изгибаемых элементов следует определять по моменту инерции поперечного сечения брутто. Наибольший прогиб шарнирно-опертых и консольных изгибаемых элементов постоянного и переменного сечений f следует определять по формуле , где fо - прогиб балки постоянного сечения высотой h без учета деформаций сдвига; h -наибольшая высота сечения; l -пролет балки; k -коэффициент, учитывающий влияние переменности высоты сечения, принимаемый равным 1 для балок постоянного сечения;     с -коэффициент, учитывающий влияние деформаций сдвига от поперечной силы.     Значения коэффициентов k и с для основных расчетных схем балок приведены в табл. 3 прил. 4. Прогиб сжато-изгибаемых шарнирно-опертых симметрично нагруженных элементов и консольных элементов следует определять по формуле        , где f - прогиб, определяемый по формуле; - коэффициент, определяемый по формуле.

Классификация и область применения различных видов соединяемых элементов деревянных конструкций. Требования к соединениям. Принцип дробности.

Клеевые соединения. Клеештыревые соединения. Нагельные соединения. Расчет соединений на стальных нагелях. Расстановка нагелей. Почему нельзя учитывать в расчете одновременно равные виды связей? Гвоздевые соединения. Расчет гвоздевого соединения на выдергивание. Как работают гвозди и болты в соединениях под углом и со стальными накладками?

По характеру работы все основные соединения деревянных конструкций могут быть разделены на группы:

1.Соединения без специальных связей (конструктивные врубки, соединения в четверть, в шпунт, врубка в полдерева, косой прируб, продольный, поперечный и наклонный лобовые упоры). В них действуют незначительные усилия или усилия передаются непосредственно от одного элемента к другому.

2.С металлическими связями (соединения на стяжных, растянутых, изгибаемых болтах, болтовые соединения со стальными накладками, гвоздевые соединения, соединения на выдергиваемых гвоздях, соединения с глухими нагелями, соединения на винтах, скобах, хомутах, гвоздевых пластинах). Соединения с металлическими связями – соединения деревянных элементов, в которых действующие в них усилия передаются с помощью болтов, стержней, гвоздей, винтов, хомутов, зубчатых пластинок и других изделий.

3.С клеевыми связями (клеевые стыки, соединения на вклеенных стальных стержнях).Данные соединения являются наиболее прогрессивными при заводском изготовлении деревянных конструкций. Их основой служат конструкционные синтетические клеи.

4.С деревянными связями (пластинчатые нагели, шпонки и колодки). Они применяются для сплачивания двух или трех брусьев, составных балок, совместно работающих на изгиб. Связями служат деревянные вкладыши, которые плотно вставляются в соответствующие гнезда или отверстия и воспринимают сдвигающие силы, возникающие при изгибе.

По характеру работы соединения деревянных конструкций делятся на податливые и жесткие.

Податливые соединения изготовляются без применения клеев. Деформации в них возникают в результате неплотностей, образующихся при изготовлении, при усушке и смятия древесины, особенно поперек волокон, и от изгиба связей. Величина этих деформаций при длительном действии нагрузок в соединениях где древесина работает поперек волокон, принимается равной 3 мм, в остальных случаях – 1,5-2 мм.

В большинстве соединений деревянных конструкций, кроме клеевых, в результате действия сжимающих сил или начального обжима (например при постановке болтов), возникают между изгибаемыми элементами силы трения, которые уменьшают усилия в связях. Однако эти силы в результате знакопеременности усилий, усушки древесины и ослабления начальных натяжений болтов могут снизиться до нуля и в расчет не принимаются. Они учитываются только при кратковременном действии сжатия с коэффициентами трения пласти по пласти 0,2 и торца по пласти 0,3 и когда они вызывают дополнительные напряжения с коэффициентом трения 0,6. Жесткие клеевые соединения такой податливости не имеют.

Как расставляются цилиндрические нагели в соединении и почему?

Расстановка цилиндрических нагелей в соединении может быть прямая, шахматная и производится по правилам, исключающим опасность преждевременного разрушения древесины от скалывания и растяжения поперек волокон. Расстояния между осями болтов вдоль волокон древесины и до торцов элемента дложны быть не меньше , а поперек волокон между осями – не более и до кромок - .

Как работает нагель (болт, штырь) и древесина в соединении?

В соединениях деревянных конструкций нагели работают главным образом на изгиб и в незначительной степени на срез. От действия продольных сил в таком соединении по площади контакта нагеля со стенками отверстия в древесине возникают неравномерные по длине и периметру напряжения смятия, а также растяжения поперек волокон. В результате реактивного давления древесины в болте возникают усилия изгиба и среза.

Как определить требуемое количество нагелей в соединении?

Число нагелей в симметричном соединении, кроме гвоздевого, следует определять по формуле где - расчетное усилие, - наименьшая несущая способность нагеля в одном шве, - число рабочих швов одного нагеля.

Как расставляются гвозди в соединении?

Правила расстановки гвоздей в соединениях исключают опасность раскалывания древесины соединяемых элементов, которая уменьшается по мере их толщины, и поэтому диаметр гвоздей должен быть не более четверти толщины элементов. Расстояние между осями гвоздей диаметром d вдоль волокон древесины соединяемых элементов должно быть не менее: от торцов – 15d, между осями в элементах толщиной, равной и большей 10d – 15d, между осями в элементах толщиной 4d – 25d, а в элементах промежуточной толщины это расстояние принимается по интерполяции. Расстояние между осями гвоздей поперек волокон и до кромок элементов должно быть при прямой расстановке не менее 4d, при шахматной и косой – не менее 3d.

Как определить требуемое количество гвоздей в соединении?

где - расчетная сила от расчетных нагрузок; - несущая способность гвоздя при выдергивании;

- расчетное сопротивление сухой древесины выдергиванию из нее гвоздя поперек волокон;

- диаметр гвоздя;

- расчетная длина гвоздя, равная его общей длине, из которой исключены толщина прибиваемых досок , длина острия , длина возможной щели , между соединяемыми элементами.

Размеры выдергиваемых гвоздей подбираются из условия , чтобы расчетная длина гвоздя была не меньше и не меньше двойной толщины прибиваемых досок .

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.