Деревянные конструкции. Лабораторные работы. Задачи. / Методички / 2

5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.

Испытание соединений деревянных элементов

на стальных нагелях и гвоздях.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: определить прочность и деформативность нагельных соединений; установить разрушающую нагрузку и сравнить ее с расчетной несущей способностью соединения; построить зависимость деформаций сдвига в соединении от нагрузки и определить деформацию соединения, отвечающую расчетной несущей способности; установить нагрузку, соответствующую величине предельно допустимого сдвига соединения.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ.

Испытывают два образца: соединение на стальных цилиндрических нагелях или болтах и соединение на гвоздях. Образцы изготавливают одинаковых размеров из стандартной древесины без пороков в зоне размещения нагелей и представляют собой симметричные двухсрезные нагельные соединения.

Размещение нагелей и гвоздей в образцах должно осуществляться с соблюдением требований СНиП II-25-80, определяющих наименьшие допустимые расстояния S₁; S₂; S₃ для предотвращения преждевременного скалывания и раскалывания древесины нагельных гнезд. В соединении нагели работают на изгиб, и древесина - на смятие, что и учитывается при определении расчетной несущей способности “Т” каждого образца по формуле:

, (1), где

Т _min - наименьшая расчётная несущая способность нагеля на один шов (срез);

n _ш - число расчётных швов одного нагеля;

n _н - количество нагелей в соединении.

Швами или срезами в нагельных соединениях называются пересечения нагелей плоскостями сдвига между элементами.

Расчётная несущая способность цилиндрического нагеля на один срез определяется по следующим формулам (СНиП II-25-80, табл. 17):

• для соединений на болтах и штырях:

, - из условия смятия в крайних досках;

, - из условия смятия средней доски;

, - из условия изгиба нагеля;

• для соединений на гвоздях:

, - из условия смятия в крайних досках;

, - из условия смятия средней доски;

, - из условия изгиба гвоздя;

где а - толщина крайних элементов, см;

с - толщина средних элементов, см;

d - диаметр нагеля в см.

Т_а, Т_с, Т_и - в кН; в формулу (1) подставляется наименьшее значение из этих трёх расчётных условиях.

Деревянные конструкции на нагельных, болтовых и гвоздевых соединениях должны быть изготовлены с соблюдением требований СНиП III-19-75 “Правила производства и приёмки работ. Деревянные конструкции”, основными из которых являются следующие:

• отверстия для металлических нагелей, болтов и шурупов должны соответствовать диаметрам последних;

• передний конец нагелей должен быть обработан на усечённый конус (снята краска);

• отверстия для нагелей просверливаются сразу через все соединяемые элементы по шаблонам;

• отклонения в расстояниях между центрами отверстий для нагелей должны быть не более: для входных  2 мм, для выходных поперек волокон  5 мм, вдоль волокон  10 мм;

• гвозди при встречной забивке не должен пробиваться через пакет насквозь (в противном случае концы гвоздей следует забивать поперёк волокон с натяжением);

• гвозди диаметром более 6 мм должны забиваться в предварительно просверленные отверстия диаметром, равным 0,9 диаметра гвоздя, гнезда сверлятся на глубину не менее 0,6 длины гвоздя.

При определении расчётной несущей способности гвоздя на один шов необходимо учитывать конструктивные особенности:

• в случае сквозной пробивки, расчетная толщина доски уменьшается на из-за отщепления;

• при глухой забивке, расчетная длина защемления конца гвоздя “а₁” определяется с учетом возможных зазоров между соединяемыми досками по 2 мм на каждый шов и не учитывается острие гвоздя - , т.е.:

, (см).

Если расчётная длина защемления конца гвоздя получилась меньше , его работа в примыкающем к нему шве не учитывается.

При определении расчётной несущей способности нагельных соединений по приведенным выше формулам необходимо учесть то, что они применимы для длительного действия нагрузки (срок эксплуатации) и нормальной влажности древесины (порядка 12-15%). Поэтому для сопоставления с опытными данными кратковременных испытаний расчётная несущая способность образца по формуле (1) должна быть скорректирована:

; ; ;

где m_дл = 0.66 – базисное значение коэффициента, учитывающего длительность нагружения при совместном действии постоянной и кратковременной нагрузок, приводящее к снижению разрушающих усилий при длительном воздействии нагрузки;

k_w – коэффициент, учитывающий влажность;

- предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон при влажности 12%, принимаемый для стандартной древесины (сосны и ели) 44 МПа;

- то же, при данной влажности в момент испытания (влажность определяется электронным влагомером ЭВ-2К).

, при W30%;

, при W  30%, - для сосны, для ели (см. Л. р. № 1).

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ.

Испытание соединений проводится возрастающей нагрузкой с доведением образцов до разрушения на машине Р-5. Вначале каждое соединение испытывается с разгрузкой в целях измерения упругой и остаточной деформаций за цикл, для установления характера зависимости упругой деформации от усилия и определения верхней границы N_I-II области упругой работы соединения под нагрузкой (эта расширенная часть работы выполняется в рамках УИРС).

Образцы соединений испытывают на сжатие по схеме, представленной на рис. 4. Нагрузка прикладывается ступенчато, на каждой ступени загружения записываются отсчёты по приборам в журнале-отчёте (см. приложение ...) . Перед испытанием к образцам прикрепляют индикаторы часового типа (мессуры) для измерения деформаций (взаимных смещений соединяемых элементов). Два индикатора с ценой деления 0.01 мм устанавливаются с противоположных сторон образца. Прикрепляются индикаторы к крайним доскам, упоры для штифтов к средней доске, таким образом, чтобы под нагрузкой штифты выдвигались из корпусов индикаторов. При этом отсчёты по индикаторам идут по мере нагружения в сторону уменьшения, что должно учитываться при вычислении деформаций соединения. После исчерпания рабочего хода штифтов деформации определяются по смещению разрезанных полос предварительно наклеенной миллиметровой бумаги.

Во время испытаний также фиксируются различные изменения в образце (треск, трещины, перекос), которые фиксируются в отчёте для соответствующей ступени нагружения. Если в конце испытания не отмечено разрушения с нарушением сплошности древесины элементов (разрыв, раскалывание и т.д.), то моментом разрушения является резкое падение усилия на рабочем табло силоизмерителя или непрерывной рост деформации без изменения прилагаемого усилия. Для анализа характера разрушения (остаточные изменения формы гнезда, выгиб нагеля) образец раскалывается вдоль волокон по оси нагелей. После испытания определяется влажность древесины образца с помощью электронного влагомера ЭВ-2К.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ.

По записанным в журнале отсчётом подсчитываются деформации и строится график зависимости полной деформации сдвига от нагрузки. По графику определяют деформацию соединения от нагрузки равной кратковременной расчетной несущей способности образца.

Для каждого образца вычисляется в процентах:

• отношение измеренной деформации от кратковременной расчётной несущей способности, к расчётной предельно допустимой деформации, равной мм;

• отношение разрушающей нагрузки к кратковременной расчётной несущей способности соединения;

• отношение нагрузки, соответствующей расчетной деформации к кратковременной расчётной несущей способности.

; ; .

Определяется коэффициент податливости соединения, в кН/см: .

СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЁТА.

Работа оформляется по прилагаемому журналу-отчёту с отражением всех расчётов, эскизов, графиков.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Виды соединений деревянных элементов, какие из них являются податливыми, а какие - жёсткими?

2. Как расставляются цилиндрические нагели в соединении и почему?

3. Как работает нагель (болт, штырь) и древесина в соединении?

4. Как определить требуемое количество нагелей в соединении?

5. Как расставляются гвозди в соединении?

6. Как определить требуемое количество гвоздей в соединении?

7. Как работают гвозди и болты в соединениях под углом и со стальными накладками?

8. Почему нельзя учитывать в расчете одновременно равные виды связей?