43 Средства соединения элементов деревянных конструкций. Их сравнительная оценка

1 а) Наращивание – увеличение длины

б) Сплачивание – увеличение сечения

в) Соединение под углом

2 Соединения делятся на:

2.1 соединение без механических связей – усилия с одного эл-та на др.передаются ч/з контактные площадки.

а) упоры; б) врубка с упорами

торцевой упор см. соединение под углом

2.2 соединение с механическими связями – усилия с эл-та на эл-нт передается ч/з вспомогательную:

а) нагельное соединение – связь работает на изгиб, древесина под нагелем на сжатие

- Соединение пластинчатых нагелей(работ на смятие)

пластинки сквозной нагель глухой нагель пластинчатый нагель из более тв. пород (дуб) или стеклопластик

- Соединение на цилиндрических нагелях

Соединения ДК рассчитываются по готовым формулам, определяется несущая способность соединения и она должна быть больше действующих усилий.

б) шпоночные соединения – это такие соединения, в кот связь или древесина соединяемых эл-ов работают на скалывание. Разрушение хрупкое – это плохо, соединения запрещены в постоянных конструкциях.

- соединение на призматических шпонках - соединение на кольцевой стальной шпонке

в) соединение на растянутых связях – связь работает на растяжение г) соединение на зубчатых пластинах

работает как группа нагелей

д) соединение на вклеенных стержнях – заранее просверленные отверстия на 3/4 слоя заполнены эпоксидным клеем, с другой вставляются арматурные стержни периодического профиля

е) клеевые соединения

Основное требование к клеевым соединениям – прочность клеевого шва д/б не ниже прочности древесины. Если это требование выполняется, то клееный эл-нт рассчитывается как эл-нт цельного сечения.

44. Соединения элементов металлических конструкций. Их сравнительная оценка.

В современной практике основную роль несут: 1) сварные соединения;

2) заклепочные и болтовые соединения.

Сварные соединения.

Вид сварного соединения определяется взаимным расположени­ем свариваемых элементов. Различают стыковые, угловые, тавровые и нахлесточные соединения (рис. 4.4).

Стыковые соединения (рис.4.4, а) наиболее рациональны по рас­ходу присадочного металла и удобны для контроля качества сварного шва. Для обеспечения равномерного сквозного проплавления выби­рают рациональную форму подготовки кромок (рис.4.5). Разделку кромок применяют в том случае, когда односторонняя или двусто­ронняя сварка не позволяет обеспечить полный провар. Форма подготовки кромок зависит от толщины свариваемого металла и способа сварки.

Нахлесточные соединения (рис. 4.4, б) просты в сборке, обеспечи­вают возможность подгонки размеров за счет регулирования вели­чины нахлестки, не требуют подготовки кромок. Недостатками нахлесточных соединений являются изменение на­правления силового пото­ка и возможность образо­вания щели между эле­ментами. Неравномерное распределение силового потока вызывает концен­трацию напряжений, и поэтому такие соединения не рекомендуется приме­нять в конструкциях, вос­принимающих переменные или динамические нагрузки, а также эксплуатируемые при низ­ких температурах; проникновение влаги в щель между соединяемы­ми элементами может привести к щелевой коррозии и разрушению сварных швов за счет распирающего воздействия продуктов корро­зии.

Угловые и тавровые соединения (рис. 4.4, в, г) применяют при из­готовлении сварных стержней (двутавров, швеллеров) и других кон­структивных элементов. Для качественного выполнения сварного шва также предусматривают различные формы подготовки кромок (рис. 4.5, б, в).

Сварные соединения, выполненные контактной сваркой, определя­ются видом сварки. При точечной сварке соединение нахлесточное (рис.4.6, а). Точечной контактной сваркой соединяют элементы, имеющие малые толщины - от долей до нескольких миллиметров.

Однако не рекомен­дуется выполнять то­чечные соединения элементов, отношение толщин которых > 3. В сварном точеч­ном соединении при­няты следующие обо­значения (рис.4.6, а):' d - диаметр точки ; t -шаг точек; t₁ - рас­стояние от центра сварной точки до края детали в направ­лении действия внешнего усилия N; t₂ - расстояние от центра сварной точки до сво­бодной кромки в направлении, перпендикулярном действию силы N. Значения t₁ и t₂ нормируются с учетом технологических факторов.

Точки в сварном соединении следует располагать таким образом, чтобы они работали преимущественно на срез, а не на отрыв.

Шовная контактная сварка допускает возможность соединять элементы от весьма малых толщин до суммарной толщины 4... 6 мм из сталей и алюминиевых сплавов. При шовной сварке между со­единяемыми элементами образуется шов путем постановки ряда то­чек, перекрывающих друг друга.

Стыковая контактная сварка эффективно используется при сварке изделий в массовом производстве - арматуры железобетонных конструкций, стержней решетчатых и сплошных конструктивных элементов при безотходной технологии производства. Контактным способом получают стыковые соединения элементов с круглыми, квадратными, прямоугольными трубчатыми, профильными сечения­ми. Наиболее хорошо соединяются элементы одинакового попереч­ного сечения.

Для получения качественных контактных стыковых соединений диаметры d₁ и d₂ соединяемых элементов круглого поперечного се­чения, а также толщины труб s₁ и s₂ не должны отличаться друг от друга более чем на 15 % (рис.4.6, б).

Расчет на прочность стыков, выполненных контактной стыковой сваркой и воспринимающих статическую нагрузку, обычно не производят. При этом считают, что стык равнопрочен стали сваривае­мых элементов.

Классификация сварных швов производится по различным при­знакам в зависимости от условий изготовления и эксплуатации сварных конструкций.

По форме поперечного сечения швы подразделяют на стыковые и угловые. Стыковые швы выполняют в сварных стыковых соединени­ях, угловые швы используют в угловых, тавровых и нахлесточных соединениях.

По форме разделки кромок свариваемых элементов швы подразде­ляются на: без разделки ; V - образные; U - образные; К - образные; Х-образные.

По положению в пространстве швы в момент их выполнения подразделяют на нижние, вертикальные, горизонтальные и потолоч­ные (рис. 4.7). Такое деление вызвано технологическими особенно­стями выполнения швов, оказывающими влияние на качество швов и их прочность. Наиболее просто выполняются швы в нижнем по­ложении и наиболее трудно - в потолочном. Поэтому при конструи­ровании сварных соединений необходимо стремиться обеспечивать возможность выполнения сварных швов в нижнем положении, осо­бенно в условиях монтажа.

По назначению сварные швы делят на рабочие, предназначенные для восприятия или передачи расчетных усилий, и связующие, предназначенные для соединения частей элементов конструкций в одно целое.

По протяженности швы бывают сплошные и прерывистые. Пре­рывистые швы применяют в тех случаях, когда сплошные швы яв­ляются слабонагруженными или в соединениях не требуется созда­ние герметично сти.

Заклепочные и болтовые соединения.

Заклепочные и болтовые соединения осуществляют путем поста­новки металлических стержней в совмещенные отверстия соединяе­мых элементов.

Заклепочные соединения в настоящее время не применяют при изготовлении строительных стальных конструкций вследствие своей нетехнологичности. Однако инженеру приходится сталкиваться с этими соединениями при анализе работы эксплуатируемых конструк­ций. Имеются примеры высокой долговечности заклепочных соеди­нений как при работе на статические нагрузки (более 100 лет), так и при динамических нагрузках (мосты, подкрановые балки - 50...75 лет). Эти факты являются предметом исследований механизмов износа за­клепочных соединений и причин их высокой надежности.

В заклепочном соединении заклепки ставят в горячем состоянии (800...850°С) и выполняют вторую замыкающую головку, при этом в результате осадки стержня происходит заполнение отвер­стия (рис. 4.28, а). Клепку ведут специальной клепальной скобой (на заводах металлических конструкций) или клепальным молотком (на монтажных площадках). Заканчивают клепку при температуре за­клепки ниже распада аустенита, что обеспечивает качественное со­единение. При остывании заклепка стягивает пакет соединяемых элементов, обеспечивая передачу внешних усилий через силы тре­ния. Материал заклепок должен обладать высокими пластическими свойствами, так как их изготовление и работа связаны.с большими пластическими деформациями, а форма - с концентрацией напря­жений в точках перехода от стержня к головке. Поэтому для закле­пок применялись специальные стали: заклепочная Ст 2 и Ст 3 или низколегированная 09Г2С. Эти стали подвергаются специальным испытаниям (проба на осаживание), гарантирующим требуемую пла­стичность.

Болтовые соединения в строительных конструкциях начали при­менять несколько раньше заклепочных - одновременно с появлени­ем чугунных конструкций (примерно с половины XVIII в.), а прак­тика использования болтовых соединений также показала их надеж­ность в работе.

Болтовые соединения широко применяют при монтаже конст­рукций. Это объясняется простотой выполнения соединения и от­сутствием сложного оборудования.

В соединениях стальных конструкций применяют обычные бол­ты (ГОСТ 22356 - 70*), высокопрочные болты (ГОСТ 22356 - 77) и болты анкерные (фундаментные) (ГОСТ 24379.1 - 80). Болты обыч­ные и высокопрочные используют для соединения элементов сталь­ных конструкций друг с другом, а болты анкерные - для присоеди­нения конструкций к фундаменту. Обычные болты изготовляют гру бой, нормальной и повышенной точности или классов точности С, В и А соответственно. Для нерасчетных монтажных соединений сле­дует применять болты класса точности С, а для соединений, вос­принимающих расчетные усилия, - болты класса точности В и А (рис. 4.28, б).

Болты класса точности С ставят в отверстия, диаметр которых на 2...3 мм больше диаметра стержня болта. При этом достигается лег­кость постановки болтов в отверстия с небольшой "чернотой", т.е. с некоторым несовпадением стенок отверстий смежных соединяемых элементов конструкции. При приложении к такому соединению внешнего усилия имеют место значительные перемещения, обуслов­ленные разностью в диаметрах болта и отверстия, а также неодно­временностью вступления в работу всех болтов соединения. По этой причине болты класса точности С ставятся конструктивно без расче­тов.

Болты класса точности В устанавливают в отверстия, диаметр которых на 1 - 1,5 мм больше диаметра стержня болта. Поэтому та­кие соединения менее деформативны по сравнению с соединениями на болтах класса точности С и требуют более высокой точности при образовании отверстий в соединяемых элементах конструкций.

Болты класса точности А устанавливают в отверстия, которые просверлены на проектный диаметр в собранных элементах и их диаметр больше диаметра стержня болта на 0,25 - 0,30 мм, а сами болты имеют только минусовой допуск на диаметр стержня. Такие болты изготовляют точением и поэтому имеют высокую стоимость. При приложении нагрузки к такому соединению все болты практи­чески одновременно вступают в работу и поэтому соединение мало-деформативно, однако требует высокой точности исполнения отвер­стий в соединяемых деталях.

По прочности болты подразделяют на классы прочности. Класс прочности болта обозначают двумя цифрами, разделенными точкой, например 4.6, 5.8, 6.6. В обозначении класса прочности болта зако­дированы механические свойства материала болта:

• первая цифра, умноженная на 10, обозначает минимальное временное сопротивление материала болта в кН/см²;

• произведение чисел - предел текучести материала болта в кН/см²;

• вторая цифра, умноженная на 10, обозначает соотношение σ_Y / σ_U в %.

Класс прочности указывают на головке болта выпуклыми циф­рами. В зависимости от условий эксплуатации требования к классу прочности болтов дифференцированы.