2.2. Лобовые врубки

Врубкой называется примыкание сжатого элемента к растянутому под углом не более 45, при этом усилие передается непосредственным упором одного элемента в другой без применения дополнительных вкладышей. Врубки применяются при конструировании узлов деревянных и металлодеревянных ферм. Основное достоинство врубок: простота изготовления по шаблонам, практическое отсутствие металлических деталей. Недостатки врубок: передают только сжимающие усилия, ослабляют сечение растянутого элемента врезкой, разрушаются от скалывания, при этом разрушение имеет хрупкий внезапный характер. Классическим примером лобовой врубки с одним зубом является конструкция опорного узла треугольной брусчатой фермы (рис. 2.3). Применяются также лобовые врубки с двумя или тремя зубьями.

Рис. 2.3. Лобовая врубка с одним зубом:

1– опорная подушка; 2 – прибоина; 3 – подбалка; 4 – аварийный болт

Правила конструирования лобовой врубки с одним зубом для ферм из брусьев:

– ось сжатого элемента должна проходить через центр площадки смятия перпендикулярно к ней (ортогональные врубки);

– ось растянутого элемента центрируется по сечению нетто;

– минимальная глубина врезки должна быть не менее 20 мм, максимальная глубина врезки – не более 1/3 высоты сечения растянутого элемента в опорных узлах и не более 1/4 высоты сечения в промежуточных узлах ферм;

– длина площадки скалывания конструктивно должна быть не менее 1,5 высоты растянутого элемента, при проверке несущей способности на скалывание в расчетах принимается не более 10 глубины врезки с учетом нормируемой величины косослоя;

– врубка стягивается аварийным болтом, который ставится пер-пендикулярно к оси сжатого элемента, диаметр болта 16…24 мм;

– размеры подбалки и опорной подушки назначаются конструктивно.

Конструктивные особенности лобовой врубки (см. рис. 2.3):

А – В – площадка скалывания;

С – В – площадка смятия;

B – D – нерабочая площадка, зазор делается для уменьшения опасности раскалывания.

Аварийный болт служит для недопущения случайного взаимного смещения элементов при монтаже и эксплуатации, а также предотвращает полное разрушение узла при скалывании по площадке А – В.

Подбалка служит для упора аварийного болта и в некоторой степени предохраняет растянутый элемент от загнивания в опорной части. Для обеспечения надежного центрирования элементов в узле в подбалке делается подрезка либо к ней прибивается снизу дополнительный элемент, называемый прибоиной.

Порядок расчета лобовой врубки. Расчет лобовой врубки сводится к определению глубины врезки и длины площадки скалывания. Глубина врезки определяется из условия смятия, а длина площадки скалывания из условия проверки несущей способности на скалывание. Расчет выполняется в следующей последовательности:

1. Расчет на смятие по площадке С – В.

Площадка смятия в сжатом элементе расположена перпендикулярно направлению волокон древесины, а в растянутом элементе – под углом  к направлению волокон. Поэтому прочность на смятие рассчитывается в растянутом элементе по формуле

(2.1)

где _с – расчетная сжимающая сила; F_см – площадь смятия, bh_вр /cos ; B – ширина растянутого элемента; h_вр – глубина врезки; R_{см } – расчетное сопротивление древесины смятию под углом , с учетом всех необходимых коэффициенты условий работы, определяется по формуле

Подставляя в формулу (2.1) значение ,

получим

отсюда требуемая глубина врезки

, (2.2)

где N_р – растягивающее усилие в нижнем поясе, .

2. Расчет на скалывание по площадке А–В.

Проверка средних скалывающих напряжений по длине площадки скалывания производится по формуле

, (2.3)

где Т_ск – расчетная скалывающая сила, Т_ск = N_p = N_c cos α; F_ск – площадь скалывания, F_ск=bl_ск; l_ск – расчетная длина площадки скалывания; b – ширина растянутого элемента; – cреднее по длине площадки скалывания расчетное сопротивление древесины скалыванию, с учетом всех необходимых коэффициентов условий работы, определяется по формуле

.

Подставляя в формулу (2.2) значения и , получим ,

отсюда требуемая длина площадки скалывания

(2.4)

3. Расчет на растяжение нижнего пояса.

Проверка напряжений в нижнем поясе производится в месте наибольшего ослабления врезкой по формуле

(2.5)

где N_р – расчетное усилие растяжения; F_нт– площадь сечения нетто растяну-того элемента, R_р – расчетное сопротивление древесины на растяжение с учетом ослабления врезкой в расчетном сечении и всех других необходимых коэффициентов условий работы.