22. Соединения на цилиндрических нагелях. Расчет и правила расстановки.

Соединения на нагелях.

Нагели являются одним из наиболее широко приме¬няющихся до настоящего времени механических рабо-чих связей. Нагелем называется гибкий стержень, кото¬рый соединяет элементы деревянных конструкций и препятствует их взаимному сдвигу, а сам в основном работает на изгиб. Работу нагеля можно рассмотреть на примере соеди¬нения двух сдвигаемых элементов. Силы, сдвигающие сплачиваемые элементы, стремятся опроки¬нуть нагель. Под действием этих сил нагель после некоторого поворота, обусловленного неплотностями и обмя-тием древесины, упирается в нее сначала по краям эле¬ментов, а затем начинает изгибаться. При изгибе наге¬ля увеличивается поверхность его контакта с древесиной, что вызывает появление в ней неравномерных напряже¬ний смятия по всей длине нагеля. Таким образом, равновесие нагеля в отличие от рав¬новесия шпонки обеспечивается только продольными си¬лами, параллельными направлению сдвига соединяемых элементов. В нагельных соединениях отсутствуют попе¬речные силы. Цилиндрические нагели устанавливают в предварительно рассверленные гнезда. Диаметр отверстия для нагеля обычно принимают равным диаметру нагеля. Однако нормами некоторых стран с целью увеличения плотности соединений, особенно при переменной влаж¬ности и усушке древесины, предусматривается диаметр отверстия на 0,2—0,5 мм меньше диаметра нагеля. Для шурупов и глухарей необходимо предварительное про¬сверливание отверстия сверлом диаметром меньше диа¬метра нарезной части шурупов и глухарей. Обычные гвозди изготовляют из гладкой проволоки диаметром до 6 мм и чаще забивают в древесину без предварительного сверления гнезд.

Цилиндрические нагели и болты применяют для спла¬чивания элементов деревянных конструкций, соединения их по длине), а также в узловых примыканиях.

Соединения деревянных элементов на нагелях бывают симметричными и несимметричными.

На плотность соединений на нагелях значительно влияет совпадение отверстий под нагели в соединяемых элементах. Чтобы получить хорошее совпадение отверстий л достичь максимальной плотности соединения необхо¬димо сверлить отверстия в предварительно собранном и обжатом пакете. Для обжатия соединений ставят стяж¬ные болты в количестве около 25 % общего числа наге¬лей. Если болты сделаны из того же материала 1 нагели, то их включают в расчетное количество нагелей. В растянутых стыках по ширине элемента следует ставить только четное количество продольных рядов на-гелей, Т.К. при нечетном числе рядов средний оказывается по оси доски в зоне наиболее возможного появления продольных трещин в результате усушки древесины. В соединениях деревянных элементов отношение дли¬ны нагеля к его диаметру значительно больше, поэтому «гель работает как гибкий стержень главным образом на изгиб и неравномерно сминает древесину в гнезде .Напряжения среза в нагеле не учитываются в расчете' поскольку срезать деревянным элементом нагель даже деревянный, не говоря уже о стальном, нельзя. Термин «срез» употребляется для характеристики соединения по количеству плоскостей относительного сдвига между со¬единяемыми элементами, которые пересекаются наге¬лями. В зависимости от расположения срезов по отноше¬нию к осям действия сил различают симметричные и не¬симметричные соединения. Расчет нагельных соединений основан на том поло¬жении, что действующее на соединение (связь) усилие не должно превышать расчетной несущей способности соединения (связи) Т. Расчетное количество нагелей принимают не менее двух с диаметром 12 — 24 мм и оп¬ределяют по формуле: n н = N/ n СР * ТН ; где N — расчетное усилие, действующее в растянутом стыке, Н; n СР — количество срезов нагеля; ТН — наименьшая расчетная несу¬щая способность одного среза нагеля, Н. Определение расчетной несущей способности одного «среза» нагеля. Напряжения смятия в древесине по длине нагеля неравномерны. Эта неравномерность тем значительнее, чем меньше жест¬кость нагеля. Неравномерно также распре¬деление сминающих напряжений по контуру нагельного гнезда. Равнодействующие радиальных на-пряжений, расположенных выше и ниже продольной оси х—х, направлены под углом к этой оси и, будучи разло¬жены, дают две составляющие — продольную Т и попе¬речную <2. Продольная составляющая Т=Тн + ТВ вызы¬вает появление напряжений скалывания по площадкам а—а и а'—а-'. Поперечные составляющие QН и QВ стре¬мятся расколоть деревянный элемент по линии б—б. Сложное напряженно-деформированное состояние на¬гельного соединения характеризуется изгибом нагеля, смятием древесины нагельного гнезда, скалыванием и раскалыванием древесины между нагелями. Несущая способность нагеля из условий скалывания и раскалывания древесины главным образом зависит от расстановки нагелей. Минимальные расстояния между нагелями назначают таким образом, чтобы несущая спо¬собность нагеля по скалыванию и раскалыванию заведо¬мо превышала несущую способность нагеля по его изги¬бу и смятию древесины нагельного гнезда.

Схема работы нагеля

а — первоначальное положение; б — поворот; в — деформированный нагель; г — эпюры сминающих упругопластических напряжений древесины; Т — сдви¬гающее усилие; Т1, Т2 — равнодействующие сминающих напряжений древе¬сины