25. Соединения на клеях. Требования к клеям для деревянных конструкций. Виды клеевых соединений. Соединения на вклеенных стержнях – область применения. Конструирование и расчет.

Равнопрочность, монолитность и долговечность кле­евых соединений в деревянных конструкциях могут быть достигнуты только применением водостойких конструк­ционных клеев. Долговечность и надежность клеевого соединения зависят от устойчивости адгезионных свя­зей, вида клея, его качества, технологии склеивания, эк­сплуатационных условий и поверхностной обработки до­сок.

Клеевой шов должен обеспечивать прочность соеди­нения, не уступающую прочности древесины на скалы­вание вдоль волокон и на растяжение поперек волокон. Прочность клеевого шва, соответствующую прочности древесины на растяжение вдоль волокон, пока еще не удается получить, поэтому в растянутых стыках пло­щадь склеиваемых поверхностей приходится увеличи­вать примерно в 10 раз косой срезкой торца на ус или на зубчатый шип.

Плотность (беспустотность) контакта клеящего ве­щества со склеиваемыми поверхностями должна созда­ваться еще в вязкожидкой фазе конструкционного клея, заполняющего все углубления и шероховатости, благода­ря способности смачивать склеиваемую поверхность. Чем ровнее и чище остроганы склеиваемые поверхности и чем плотнее они прилегают одни к другим, тем полнее моно­литность склеивания, тем равномернее и тоньше клеевой шов. Деревянная конструкция, монолитно склеенная из сухих тонких досок, обладает значительными преимуществами перед брусом, вырезанным из цельного бревна, но для реализации этих преимуществ необходимо строгое соблюдение всех условий технологии инду­стриального производства клееных деревянных конст­рукций.

После отверждения конструкционного клея от сфор­мировавшегося клеевого шва требуется не только равнопрочность и монолитность, но и водостойкость, тепло­стойкость и биостойкость. При испытаниях разрушение опытных образцов клеевых соединений должно проис­ходить в основном по склеиваемой древесине, а не по клеевому шву (с разрушением внутренних, когезионных связей) и не в пограничном слое между клеевым швом и склеиваемым материалом (с разрушением погранич­ных, адгезионных связей).

Виды клея

В отличие от казеиновых и других белковых клеев синтетические конструкционные клеи образуют прочный водостойкий клеевой шов в результате реакции поли­меризации или поликонденсации. В настоящее время в основном применяют резорциновые, фенольнорезорциновые, алкилрезорциновые, фенольные клеи. Согласно СП 64.13330.2011  Деревянные конструкции выбор типа клея зависит от температурно-влажностных условий, при которых будут эксплуа­тироваться клееные конструкции.

Эластичность и вязкость клеевого шва особенно важ­на при соединении деревянных элементов с металличес­кими, фанерными, пластмассовыми и другими конструк­ционными элементами, имеющими температурные, уса­дочные и упругие характеристики. Однако использование эластичных каучуковых клеев в напряженных соеди­нениях как правило недопустимо из-за недостаточной прочности таких соединений и чрезмерной ползучести их при длительном нагружении.

Чем суше и тоньше склеиваемые доски, тем меньше опасность образования в них трещин. Если усушечное коробление недосушенных досок произойдет еще до от­верждения клеевого шва, но после прекращения давле­ния пресса, то склеивание будет необратимо нарушено, хотя возможно, что этот брак обнаружится лишь позд­нее, когда трещина раскроется по клеевому шву,

Виды соединений на клею

Растянутый стык клееных элементов в заводских ус­ловиях изготовляют на зубчатый шип с уклоном склеиваемых поверхностей зуба примерно 1 : 10. Это унифицированное решение, по прочности не уступающее решению стыка на ус (при том же уклоне), более экономично по затрате древесины и более техно­логично в производстве; поэтому оно должно полностью заменить при заводском изготовлении все остальные ви­ды стыков.

Зубчатый шип одинаково хорошо работает на растя­жение, изгиб, кручение или сжатие. Согласно испытани­ям, прочность такого стыка на клее даже на разрыв оказалась не ниже прочности цельного бруска, ослаб­ленного «нормальным» для I категории сучком размером 1/4-1/6 ширины соответствующей стороны элемента.

На практике рекомендуется использовать наиболее технологичный вариант с нарезкой ши­пов перпендикулярно пласти. Этот вариант применим при любой ширине склеиваемых досок, даже слегка по­коробленных. При стыковании клееных блоков больших сечений приходится применять склеива­ние холодным (или теплым) способом.

Для сращивания фанерных листов в заводском про­изводстве таким же унифицированным неразборным видом соединения служит стыковое соединение на ус; его применение в напряженных элементах кон­струкций требует соблюдения следующих условий: дли­ну уса принимают равной 10—12 толщинам фанеры, а направление волокон наружных шпонов (рубашек) должно совпадать с направлением действующих усилий. Ослабление обычной фанеры стыком на ус учитывают коэффициентом К_осл=0,6, а бакелизированной фанеры коэффициентом 0,8.

Рис. 1. Рекомендуемые конструктивные формы клеевых соединений: а — плоскостные; б — тавровые; в — цилиндрические: I — нахлесточные соединения; II — врезные (шпунтовые); III — стыковые

Клеевые соединения осуществляют различными способами. Чаще всего применяется соединение внахлестку и встык с помощью планки, втулки и т. п.

Наиболее распространенные клеевые соединения показаны на рис. 1.

Основной дефект, который часто имеет место при склеивании, — так называемый «непроклей» (участки, на которых не осуществилось соединение склеиванием).

Причины непрочности клеевых соединений: – плохая очистка склеиваемых поверхностей; – неравномерное нанесение слоя на склеиваемые поверхности, отдельные участки поверхности клеем не смазаны или смазаны густо; – затвердевание нанесенного на поверхности клея до их соединения; – недостаточное давление на соединяемые части склеиваемых деталей; – неправильный температурный режим и недостаточное время сушки соединенных частей.

Рис. 2. Виды клеевых соединений а — внахлестку; б — на ус; в — зубчато-шиповое; г — встык с односторонней накладкой; д — встык с двумя накладками.

При расчете конструкций клеевые соединения следует рассматривать как неподатливые соединения

Клеевые соединения следует использовать: а) для стыкования отдельных слоев на зубчатом соединении.

б) для образования сплошного сечения (пакетов) путем сплачивания слоев по высоте и ширине сечения. При этом по ширине пакета швы склеиваемых кромок в соседних слоях следует сдвигать не менее чем на толщину слоя δ по отношению друг к другу.

в) для стыкования клееных пакетов, сопрягаемых под углом на зубчатый шип по всей высоте сечения.

Величина внутреннего угла между осями сопрягаемых под углом элементов должна быть не менее 104°.

Применение усового соединения допускается для фанеры вдоль волокон наружных слоев. Длину усового соединения следует принимать не менее 10 толщин стыкуемых элементов.

Толщину склеиваемых слоев в элементах, как правило, не следует принимать более 33 мм. В прямолинейных элементах допускается толщина слоев до 42 мм при условии устройства в них продольных прорезей.

В клееных элементах из фанеры с древесиной не следует применять доски шириной более 100 мм при склеивании их с фанерой и более 150 мм в примыканиях элементов под углом от 30 до 45°.

 В зависимости от конструкции соединения (стыка) и действующих в нем усилий штыри работают на продавливание или выдергивание вдоль, поперек и под углом к волокнам деревянных элементов.  Расчетная несущая способность вклеенного штыря определяется по формуле 

где Р_ск — расчетное сопротивление древесины скалыванию;  d — диаметр вклеенного штыря;  l — длина заделываемой части штыря (для стержней из арматуры класса А-II — l = 20d; A-III — l = 25d);  k_c — коэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряжений сдвига в заделке, определяемый по формуле 

Вдоль волокон древесины R_ск — 0,21 МПа; поперек волокон — в соединениях элементов из цельной древесины R_ск90 = 1 МПа; в соединениях элементов из клееной древесины R_ск90 = 0,7 МПа; под углом к волокнам R_ск определяется формулой.

В зависимости от вида древесины применяются различные коэффициенты.