36. Соединения на цилиндрических нагелях, расчет соединений.

Общие сведения

 

Нагелями называются вкладыши, препятствующие взаимному сдвигу соединяемых элементов и работающие в основном на изгиб. По форме нагели бывают цилиндрическими и пластинчатыми. К цилиндрическим нагелям относятся: болты, штыри, гвозди и винты. К пластинчатым нагелям относятся дубовые пластинки (закладываемые в гнездо) и стальные пластинки (закладные и забивные).  Область применения нагелей: болты и штыри — в стыках элементов для сплачивания составных сжатых элементов, в узловых соединениях; гвозди — для сплачивания составных сжатых элементов из досок, реже — в узловых соединениях; пластинчатые нагели — для сплачивания брусьев в составных балках; глухари и шурупы — в соединениях со стальными накладками. 

 

В зависимости от вида деформации нагелей (относительно середины их длины) различают: симметричные соединения (рис. 59) и несимметричные (рис. 60). По числу плоскостей сдвига между соединяемыми элементами соединения делятся на односрезные, двухсрезные и многосрезные. Здесь понятие «срез» не относится к характеру работы и разрушения нагеля, а означает только место пересечения им плоскости сдвига. 

Работа нагельного соединения

  В правильно запроектированном нагельном соединении происходит смятие древесины гнезда (вязкость соединения) и изгиб нагеля (рис. 61, а), при жестком нагеле может произойти раскалывание древесины между гнездами (хрупкое разрушение) (рис. 61, б). Поэтому применять жесткие нагели не рекомендуется. Нагельные соединения отличаются плотностью. На рис. 62 показана работа различных видов односрезных нагельных соединений и схемы действия на них сдвигающих сил в виде распределенных напряжений смятия σ_см, эпюр изгибающих моментов М и поперечных сил Q. Нагельные соединения (безраспорные) — Т₁е₁ = Т₂е₂. 

Соединения на цилиндрических нагелях. Стальные цилиндрические нагели изготовляются диаметром 12...24 мм с градацией через 2 мм, дубовые — диаметром 12...30 мм с градацией через 4 мм (вытачиваются из брусков). Нагели вставляются в отверстия равного с ними диаметра.  Нагели и болты могут выполняться также из других материалов. Металлические нагели неприемлемы при работе конструкций в химически агрессивной среде и для этих условий нагели изготовляются полностью деревянными или деревопластмассовыми, например, из ориентированного прессматериала АГ-4С и из ДСП-Б. Из этих материалов прессованием изготовляются болты, нагели, гайки и шайбы. 

Винты и шурупы диаметром до 10 мм и глухари диаметром до 20 мм завинчиваются в предварительно рассверленные сверлом меньшего диаметра отверстия.  Гвозди диаметром до 6 мм забиваются в цельную древесину; при большем диаметре гвоздей предварительно просверливаются гнезда сверлом меньшего диаметра (нерекомендуемое соединение).  Расчет соединения. Ввиду плотности нагельного соединения, деформации нагеля и древесины тесно связаны между собой. Поэтому несущая способность нагельного соединения определяется тем видом сопротивления (т. е. изгибом нагеля или смятием древесины стенок гнезда), который раньше достигает предельного состояния и находится для одного среза нагеля по формулам:  по смятию гнезда 

по изгибу нагеля 

В этих формулах с и а — толщины соединяемых элементов, k — коэффициенты, принимаемые по табл. 11. За расчетную несущую способность на один срез принимается минимальная из полученных величин. 

По формулам (65) и (66) рассчитываются соединения, работающие вдоль волокон. В тех случаях, когда передаваемое нагелем усилие направлено под углом а к волокнам элементов, расчетная несущая способность находится по указанным формулам с умножением на коэффициент k_α (табл. 12) при расчете по смятию древесины гнезда и на √k_α при расчете по изгибу нагеля. Угол принимается равным большему из углов смятия нагелем элементов, прилегающих к рассматриваемому шву. 

В соединении на нагелях из пластмасс кроме смятия древесины гнезда и изгиба нагеля может произойти срез нагеля. Несущая способность нагеля на один срез при этом виде сопротивления находится по формуле 

где R_cp — расчетное сопротивление материала нагеля срезу.  За расчетную несущую способность нагеля на один срез в этом случае принимается минимальное значение, получаемое по формулам (65), (66) и (67).  При проектировании соединений элементов, работающих при повышенной влажности или температуре, при проверке соединений на воздействие только постоянной и временной длительной нагрузок или рассчитываемых на воздействие кратковременных нагрузок, несущую способность на один срез следует определять по формулам (65)...(67) с умножением на соответствующие поправочные коэффициенты по табл. 1, 2, 3, 4 при расчете из условия смятия древесины и на корень квадратный из их коэффициентов при расчете из условия изгиба нагеля.  Число нагелей в соединении определяется по формуле 

где N — расчетное усилие в соединении;  Т_мин — расчетная несущая способность одного среза;  n_ср — число срезов нагеля.