4.7. Растянуто-изгибаемые элементы

В растянуто-изгибаемых элементах кроме изгибаю­щего момента действует центрально-приложенное уси­лие, которое растягивает стержень (рис. 4.10), т. е. на­правлено в обратную сторону по сравнению со сжато-изгибаемым элементом.

Поэтому после прогиба стержня, вызванного изгибающим моментом, нормальное усилие будет создавать дополнительный момент противополож­ного знака и таким образом уменьшать основной мо­мент. Так как на деревянные элементы при растяжении сильно влияют пороки древесины, снижая их прочность, то растянуто-изгибаемые элементы рас-
	Рис. 4.10 Прогибы растянуто-изгибаемого элемента y – полный прогиб элемента при x= от 0 до  ; fq - максимальный прогиб элемента от поперечной нагрузки q; fq,N -максимальный полный прогиб элемента с учётом дополнительного момента от продольной силы.

считывают в за­пас прочности без учёта дополнительного момента от продольных сил при деформации стержня по формуле

_р = N/F_нт + M_qR_р/W_нтR_и  R_р, (4.41)

где F_нт — площадь сечения нетто; R_p, R_и — расчётные сопротивления растяжению и изгибу.

При определении W_HT ослабления, расположенные на участке элемента длиной 20 см, совмещаются в одно сечение. Не учитывается уменьшение прогиба от дополнительного момента также при проверке элемента по второму предельному состоянию.

Лекция №5.

СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ.

5.1 Основные виды соединений и предъявляемые к ним требования

Появление новых видов и методов изготовления сое- динений деревянных элементов обусловило значитель- ный прогресс в развитии деревянных конструкций в последние десятилетия. В современных деревянных конст- рукциях наряду с традиционными, вручную изготовляе- мыми соединениями, применяют новые соединения усо- вершенствованного типа.

Применяемый для нужд строительства лесоматериал в виде бревен и пиломатериала имеет максимальные размеры поперечного сечения 25—28 см и предельную длину 6,5 м. Вследствие ограниченности размеров дере- ва создание из него строительных конструкций больших пролётов или высоты невозможно без соединения от- дельных элементов.

Соединения деревянных элементов для увеличения поперечного сечения конструкции называют сплачивани- ем, а для увеличения их продольной длины — сращива- нием. Наряду со сплачиванием и сращиванием деревян- ные элементы могут соединяться в узлах конструкций под различными углами.

Необходимость правильного решения соединений от- дельных деревянных элементов для работы конструкции в целом объясняется еще и тем, что анизотропное строе- ние древесины проявляет свои отрицательные качества в большей степени в местах соединений.

Развитие соединений деревянных конструкций ведёт свою историю ещё от древних деревянных сооружений. Одними из первых стали применяться соединения, в ко- торых усилия передавались от одного элемента другому непосредственно через контактные поверхности и вызы- вали в основном напряжения смятия (лобовые врубки, упор и др.). Использование таких соединений вело к большому перерасходу древесины. Позже, благодаря применению в соединениях рабочих связей, удалось передавать большие растягивающие усилия. Наконец, важной ступенью развития отдельных элементов и дере­вянных конструкций в целом стало возникновение кле­евых соединений. Этому способствовало создание но­вых отраслей химической промышленности по про­изводству синтетических полимерных материалов и строительных клеёв на их основе.

Применение того или другого вида соединений опре­деляется видом всей конструкции, в некоторых случаях можно использовать различные виды соединений в одной конструкции.

Преимущество цельной древесины по стоимости по сравнению с клеёной делает целесообразным её приме­нение практически во всех случаях, где позволяют запа­сы природной древесины или возможно её использование на обычных (неклееных) соединениях. Применение до­щато-клееных конструкций рационально в тех случаях, когда требуется большое поперечное сечение элементов, когда необходимо свести к минимуму количество метал­лических вкладышей, для увеличения огнестойкости, уменьшения воздействия химически агрессивных сред или в случае, когда предъявляются особые требования к архитектурной выразительности сооружения. Фанера, древесно-стружечные и древесно-волокнистые плиты и другие листовые материалы применяют в качестве об­шивок и присоединяют к деревянному каркасу клеем или различными рабочими связями.

Соединения элементов деревянных конструкций по способу передачи усилий разделяются на следующие виды: 1) соединения, в которых усилия передаются не­посредственным упором контактных поверхностей соеди­няемых элементов, например примыканием в опорных частях элементов, врубкой и т. д.; 2) соединения на ме­ханических связях; 3) соединения на клеях.

Механическими в соединениях деревянных конструк­ций называют рабочие связи различных видов из твер­дых пород древесины, стали, различных сплавов или пластмасс, которые могут вставляться, врезаться, ввин­чиваться или запрессовываться в тело древесины соеди­няемых элементов. К механическим связям, наиболее широко применяемым в современных деревянных конст­рукциях, относятся шпонки, нагели, болты, глухари, гвозди, шурупы, шайбы шпоночного типа, нагельные пластинки и металлические зубчатые пластинки. Использование механических связей усовершенствованного ти­па расширяет возможность применения конструкций из цельной древесины, а также упрощает сборку клееных конструкций на строительной площадке.

Передача сил в соединениях с механическими связя­ми происходит от одного элемента другому через отдель­ные точки (дискретно). Распределение силы по поверх­ности контакта и в глубину элемента зависит от вида механических связей.

Несущая способность и деформативность деревянных конструкций в целом зависит в большей мере от спосо­ба соединения их отдельных элементов. Соединения растянутых деревянных элементов как правило связано с их местным ослаблением. В ослабленном сечении растя­нутых деревянных элементов наблюдается концентра­ция опасных, не учитываемых расчётом местных напря­жений. Наибольшую опасность в стыковых и узловых соединениях растянутых деревянных элементов пред­ставляют сдвигающие и раскалывающие напряжения. Она усугубляется в случае наложения этих напряжений на напряжения, которые возникают в древесине вслед­ствие её усушки.

Скалывание и разрыв вдоль и поперек волокон отно­сятся к хрупким видам работы древесины. В отличие от работы строительной стали в древесине не происходит в этих случаях пластического выравнивания напряжений. Для того чтобы уменьшить опасность последовательного, по частям, хрупкого разрушения от скалывания или раз­рыва в растянутых элементах деревянных конструкций, приходится обезвреживать природную хрупкость древе­сины вязкой податливостью работы их соединений. К на­иболее вязким видам работы древесины, характеризуе­мой наибольшим количеством работы прочного сопро­тивления, относится смятие. Другими словами, требование вязкости, предъявляемое к соединениям всех видов элементов деревянных конструкций, сводится к требованию обеспечения выравнивания напряжений в параллельно работающих брусьях или досках, использо­ванием вязкой податливости работы древесины на смя­тие, прежде чем могло бы произойти хрупкое разруше­ние от разрыва или скалывания.

Для придания вязкости соединениям растянутых де­ревянных элементов как правило используют принцип дробности, позволяющий избежать опасности скалывания древесины увеличением площади скалывания. К примеру, применение вместо одной сосредоточенно прило- женной связи (чрезмерно жёсткой для досок толщиной 5 см) несколько рассредоточено (дробно) приложенных вяз коподатливых связей при одинаковой затрате стали намного увеличивает несущую способность (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Проявление принципа дробности в работе стыкового со­единения растянутых досок (5x12 см) при замене одного стального нагеля диаметром 25 мм 16 тонкими нагелями диаметром 6 мм.

Вязкость соединений сжатых деревянных элементов обеспечивается вязкой работой древесины на смятие. В сжатых стыках, решаемых простым лобовым упором, не приходится опасаться хрупкого разрушения древесины, если приняты меры, предотвращающие раскалывание древесины поперек волокон.