5.3 Лобовая врубка

Врубкой называют соединение (рис. 5.7), в котором усилие элемента, работающего на сжатие, передается другому элементу непосредственно без вкладышей или иных рабочих связей. За этим видом соединения сохра­нилось старое название «врубка», хотя в настоящее время врезки и гнезда выполняют не топором, а электро- или мотопилой, цепнодолбёжником и т. п.

Основной областью применения врубок являются уз­ловые соединения в брусчатых и бревенчатых фермах, в том числе в опорных узлах примыкания сжатого верхне­го пояса к растянутому нижнему поясу.

Соединяемые врубкой элементы деревянных конст­рукций (д. к.) должны быть скреплены вспомогательны­ми связями —

Рис. 5.7. Лобовая врубка в опорных узлах брусчатых ферм, несущих узло­вые нагрузки

болтами, хомутами, скобами и т. п., кото­рые следует рассчитывать в основном на монтажные на­грузки.

Лобовая врубка может утратить несущую способ­ность при достижении одного из трёх предельных состо­яний: 1) по смятию площадки упора F_CM; 2) по скалы­ванию площадки F_CK, 3) по разрыву ослабленного вруб­кой нижнего пояса.

Площадь смятия определяют глубиной врубки h_вр, которая ограничивается нормами h_вр ≤ h_бр/3, где h_бр — высота растянутого элемента. При этом несущая способ­ность врубки из условия разрыва растянутого элемента в ослабленном сечении при правильном центрировании узла всегда обеспечивается с избыточным запасом проч­ности. Решающее значение имеет как правило несущая способность врубки, исходя из условий скалывания.

Согласно СНиП П-25-80, лобовую врубку на скалы­вание рассчитывают определением среднего по длине площадки скалывания напряжения сдвига по формуле

где Rск — расчётное сопротивление древесины скалыванию для мак­симального напряжения; _ск — расчётная длина плоскости скалыва­ния, принимается не более 10 глубин врезки в элемент; е — плечо сил сдвига, принимаемое 0,5h при расчёте элементов с несимметрич­ной врезкой в соединениях без зазора между элементами (см. рис. 5.7) и 0,25h при расчёте симметрично загружаемых элементов с симметричной врезкой; β — коэффициент, принимаемый 0,25. Отно­шение _ск/е должно быть не менее 3.

О днако выполненный анализ сложного напряженного состояния, возникающего по плоскости скалывания (Рис. 5.8 и 5.9), по­казал, что вышеприведенная формула СНиП П-25-80 приемлема только для угла а=45°. А для угла а=30°, при котором несущая способность врубки повышается, формула СНиП не верна и должна быть заменена дру­гой:

Рис. 5.8. Распределение каса­тельных (а) и нормальных (б) напряжений по плоскости ска­лывания для lCK / e=5	Рис. 5.9. Распределение каса­тельных (а) и нормальных (б) напряжений по плоскости ска­лывания для lCK / e=10

В результате анализа установлено, что с увеличением глубины врубки h_вр при постоянной длине плоскости скалывания _ск снижается коэффициент концентрации напряжений сдвига и уменьшаются напряжения сжатия поперек волокон в начале плоскости скалывания. Выяв­лена зависимость коэффициента концентрации напряжений сдвига t_max/t_cpeд от отношения t_ск/е и от угла смятия а (табл. 5.2).

Таблица 5.2. Коэффициенты концентрации kt

ск /е	kt=tmax/tcред
	а = 0	а = 30°	а = 45°	kt-45°/ / kt-30°
3 4 5 6 8 10	0,500/0,333=1,500 0,375/0,250=1,500 0,312/0 200=1,560 0,287/0,167=1,720 0,271/0,125=2,170 0,266/0,100=2,660	0,505/0,333=1,515 0,401/0,250=1,605 0,357/0,200=1,785 0,356/0,167=2,130 0,322/0,125=2,580 0,303/0,100=3,030	0,563/0,333=1,690 0,503/0,250=2,010 0,460/0,200=2,300 0,427/0,167=2,560 0,374/0,125=2,990 0,330/0,100=3,300	1,114 1,250 1,290 1,200 1,160 1,088

На основе данных, приведенных в табл. 5. 1, можно сделать следующие выводы:

1. чем больше отношение длины плоскости скалыва­ния к е, тем больше коэффициент концентрации напря­жений сдвига;

2. чем меньше угол а, тем меньше коэффициент кон­центрации напряжений сдвига;

3. чем больше нормальная к плоскости сдвига со­ставляющая, тем выше значение концентрации напряже­ний сдвига.

При этом необходимо отметить, что нормальные к плоскости сдвига напряжения сжатия поперек волокон повышают сопротивление скалыванию вдоль волокон¹.