4.2. Сдвиг в элементах соединений

Разрушение от сдвига в деревянных элементах вследствие анизотропии свойств этого материала может происходить либо в форме скалывания, либо в форме перерезания поперек волокон. Скалывание, т.е. разрушение древесины от сдвига по плоскости, параллельной волокнам древесины, может происходить вдоль волокон, поперек волокон и под углом к волокнам древесины. Перерезание волокон представляет собой разрушение деревянного элемента от сдвига по плоскости, перпендикулярной к направлению волокон древесины.

В элементах деревянных конструкций наиболее часто встречаются случаи работы на сдвиг, вызывающий скалывание древесины вдоль волокон, например, в лобовых врубках. Будем называть такую работу сдвигом.

Исследованиями установлено, что напряжения при сдвиге распределяются неравномерно по длине рабочей площадки. Среднее напряжение сдвига определяется по формуле

, (4.5)

где Т_ск – сдвигающая сила; F_ск – площадь работы на сдвиг.

Среднее напряжение сдвига меньше величины напряжений сдвига в точках их концентрации. Кроме того, средний предел прочности на сдвиг зависит от длины площадки , по которой происходит сдвиг, от отношения длины этой площадки к плечу е пары сдвигающих сил, а также от наличия прижимающих сил Q, препятствующих возможному раскалыванию древесины. Неравномерность наиболее сильно проявляется в случае, когда разрушение может произойти в форме двухстороннего (промежуточного) скалывания.

Расчетное сопротивление на сдвиг, вызывающий скалывание вдоль волокон, определяется по формуле (4.4).

4.3. Сопряжения на нагелях

Нагелями называются стержни или пластинки, препятствующие взаимному сдвигу сплачиваемых элементов деревянных конструкций и работающие в основном на изгиб. Они применяются при сращивании деревянных элементов (в стыках) при узловых сопряжениях (в узлах ферм) и при сплачивании (в составных стержнях и балках).

Чаще всего нагели изготавливают в виде простых стержней круглого сечения из стали, твердых пород древесины (например, дубовые) и из пластмасс (рис. 4.11). Нагели ставят в гнезда, предварительно просверленные перпендикулярно плоскостям сплачивания.

Рис. 4.11. Основные виды ци­линдрических нагелей:

а ) – болт с гайкой и круглыми (мо­гут быть также квадратными) шай­бами; б) – цилиндрический нагель из стали (1), из твердых пород древесины или стеклопластика (2); в) – гвоздь; г ) – шуруп с полукруг­лой головкой; д ) –шуруп с плоской головкой; е – глухарь с головкой болта; ж), з) –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% от общего числа нагелей. Если болты сделаны из того же материала, что и нагели (например, из стали или стеклопластика), то в расчетное количество нагелей включаются и болты.

В зависимости от характера приложения сил и количества пересекаемых нагелем рабочих швов сплачивания различают соединения: симметричные – двух- и многосрезные (рис. 4.12,а) и несимметричные – одно- и многосрезные (рис. 4.12, б,4.13).

Рис. 4.12. Нагельные соединения:

а)– симметричные; б) – несимметричные

Рис. 4.13. Нагельные соединения со стальными накладками:

а) – на болтах; б) – на глухих цилиндрических нагелях

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

(4.6)

где N – расчетное усилие, действующее в растянутом стыке, кН(кг); –количество срезов нагеля, т.е. число швов, которое они пересекают; – наименьшая расчетная несущая способность одного среза нагеля, кН (кгс) (см. табл. 17, [11] ).