загрузка...
загрузка...
На головну

З'єднання на шпонках і шайбах шпоночного типу

Дивіться також:
  1. II. Перериваним з'єднання - діартрози (суглоби)
  2. II. Способи з'єднання головних тризвуків.
  3. II. Сульфирование комплексними сполуками триоксида сірки
  4. А. С - Оксіметілірованіе аренов формальдегідом йде тільки з активованими сполуками.
  5. Амінокислоти - амфотерні сполуки-, вони утворюють солі з основами (за рахунок карбоксильної групи) і з кислотами (за рахунок аміногрупи).
  6. Блокуванням його активних центрів вуглистими відкладеннями (коксом) або металоорганічними сполуками, що містяться в нафтовій сировині.
  7. Болтові з'єднання металевих конструкцій
  8. вітаміноподібні з'єднання
  9. Водневі сполуки галогенів
  10. Питання з'єднання з Гетьманщиною
  11. Газоподібні сполуки сірки, вуглецю, азоту

ГЛАВА 3. З'ЄДНАННЯ НА МЕХАНІЧНИХ ЗВ'ЯЗКАХ

Шпонки - це вкладиші з твердих порід деревини, сталі або з пластмас, які встановлюються між згуртовує елементами і перешкоджають здвигу. Для згуртовування дерев'яних елементів здавна застосовувалися призматичні шпонки з твердих порід деревини. Розрізняють призматичні дерев'яні поздовжні шпонки (рис. IV. 11, а), коли напрямки волокон деревини шпонок і з'єднуються збігаються, і поперечні, коли напрямок волокон в шпонках перпендикулярно до напрямку волокон, що з'єднуються. У другому випадку для забезпечення більш щільної посадки шпонок вони можуть бути виконані з двох клиновидних елементів.

Призматичні шпонки, передаючи від одного елемента іншому зсувні сили, працюють на зминання і сколювання. За надійності з дерев'яних призматичних шпонок слід виділити похилі шпонки. Відмітна ознака шпонок - поява перекидального шпонку моменту і як результат цього виникнення розпору між сполучаються елементами (рис. IV.11, б).


Розглянувши рівновагу шпонки без урахування сил тертя, можна наближено визначити розпір

Для сприйняття розпору необхідно встановлювати робочі зв'язку-стяжні болти. Щоб уникнути надмірної деформативности шпонкових з'єднань, а також для зменшення кількості стяжних болтів, довжину шпонки за нормами приймають не менше lШп?5hвр. Глибину врізки шпонок в бруси слід приймати не менше 2 см і не більше Vs висоти бруса, а колоди - не менше 3 см і не більше 1/4 діаметра колоди.

Мал. IV.11. З'єднання на шпонках

а - призматичних поздовжніх дерев'яних; б - робота призматичних шпонок, а-а-площину сколювання; в - таврових металевих

Розрахунок з'єднань на призматичних шпонках подібно розрахунку з'єднань на лобовому врубками зводиться до перевірки несучої здатності по зім'яту і сколювання деревини шпонок, а також згуртовують брусів або колод. При розрахунку на сколювання в многорядових з'єднаннях в зв'язку з ймовірністю нерівномірного розподілу зусиль між шпонками і зниження несучої здатності вводять коефіцієнт 0,7. При розрахунку з'єднань на шпонках потрібно підбір стяжних болтів і шайб під його головку і під гайку для сприйняття розпору.

В даний час в зарубіжній практиці будівництва знайшли широке застосування таврові металеві шпонки (рис. IV. 11, в). Вони займають проміжне положення між шпонками і пластинчастими нагелями. Безсумнівним їх перевагою є простота зборки, спрощене виготовлення гнізда невеликого розміру і можливість в зв'язку з цим розташування більшої кількості шпонок без зниження несучої здатності дерев'яних елементів на сколювання.

Для з'єднання елементів дерев'яних конструкцій під різними кутами в вузлах ставлять круглі центрові шпонки. Характерна особливість усіх центрових шпонок - наявність в центрі отвору для стяжного болта. Отвір для цього болта в містив елементи можна використовувати при нарізці круглих або кільцевих гнізд в кожному елементі порізно. На рис. IV. 12 показано розвиток центрових шпонок і їх перехід до шайб шпоночного типу. Центрові односторонні шайби шпоночного типу сприймають зусилля від центрального болта і розосереджено передають їх на дерев'яний елемент.


У певний період часу спостерігався спад інтересу до застосування шпонок. Це пояснювалося головним чином тим, що при їх застосуванні для з'єднання дерев'яних елементів цільного перетину, через пристрої гнізд під шпонки сильно послаблювалося поперечний переріз. Поява клеєних дерев'яних елементів розширило можливості застосування і створення великопрольотних дерев'яних конструкцій. Одночасно з цим виникла необхідність влаштування з'єднання клеєних елементів для збільшення їх довжини, а нерідко поперечного перерізу, так як при великих прольотах буває економічніше робити розтин з декількох клеєних елемен1-тов, з'єднаних між собою на механічних зв'язках. При цьому ослаблення поперечного перерізу в з'єднаннях клеєних елементів становить не настільки відчутну частку від усього поперечного перерізу.

Найбільшого поширення в сучасних дерев'яних клеєних конструкціях за кордоном знайшли шайби шпоночного і нагельного типів.

З центрових шайб найбільш технологічними і надійними для збірних вузлових з'єднань елементів дерев'яних конструкцій є зубчасті та Когтевая шпонки. Вони виходять з листової сталі штампуванням на спеціальних пресах.


Зубчасті шпонки можуть мати зуби або кігті з однієї або двох сторін. Односторонні зубчасті шпонки застосовують зазвичай для пристрою збірно-розбірних з'єднань або для прикріплення дерев'яних елементів до металевих. У нашій країні проф. В. Г. Ленновим були запропоновані штамповані нігтьові шайби (рис. IV. 13, а). Цей тип зубчастих шпонок знайшов застосування і подальший розвиток в зару-
 бежной практиці будівництва. .

З'єднання на зубчастих шпонках характеризуються високою несучою здатністю і в'язкістю. Зубчасті шпонки вдавлюють в тіло деревини ударним способом або спеціальними зажимами. "До недоліків з'єднань на зубчастих шпонках відноситься утворення тріщин в сполучених елементах, а також зменшення несучої здатності через нерівномірність запрессовки шпонок в многорядових з'єднаннях. Внаслідок цього кількість зубчастих шпонок в одному ряду обмежується десятьма.

Основні форми і види шайб шпоночного типу сучасних дерев'яних конструкцій показані на рис. IV. 13. У табл. IV.3 дано їх основні характеристики. При згуртовуванні клеєних дерев'яних елементів за допомогою шайб шпоночного типу Вони можуть мати пряму розстановку або розташовуватися в шаховому порядку з кроком пропорційно діаметру шпонок (див. Табл. IV.3).

Металеві шпонки, розташовані всередині дерев'яних елементів, не вимагають у звичайних умовах антикорозійного захисту. При використанні шпонкових з'єднань в умовах підвищеної хімічної агресивності навколишнього середовища застосовують антикорозійне покриття металевих шпонок, частіше оцинкування.

§ 3.2. З'єднання на нагелях

Нагелі є одним з найбільш широко застосовуються до теперішнього часу механічних робочих зв'язків. Нагелем називається гнучкий стрижень, який з'єднує елементи дерев'яних конструкцій і перешкоджає їх взаємною зрушення, а сам в основному працює на вигин.

Роботу нагеля можна розглянути на прикладі з'єднання двох зсуваються елементів (рис. IV, 14).

Сили, що зрушують об'єднуваних елементи, прагнуть перекинути нагель. Під дією цих сил нагель після деякого повороту, обумовленого нещільно і обминути-ством деревини, впирається в неї спочатку по краях елементів, а потім починає згинатися. При вигині нагеля збільшується поверхня його контакту з деревиною, що викликає появу в ній нерівномірних напруг зминання по всій довжині нагеля (рис. IV. 14, в). Напруження зминання деревини нагелем мають різні знаки, і їх рівнодіюча утворюють дві пари взаємно врівноважених поздовжніх сил (рис. ГУ. 14, г), що перешкоджають повороту нагеля. За умовою рівноваги нагеля моменти цих пар рівні: T1e1 = T2e2 або T1/ T2= е2/ е1

Таким чином, рівновага нагеля на відміну від рівноваги шпонки забезпечується тільки поздовжніми силами, паралельними напрямку зсуву, що з'єднуються. У нагельних з'єднаннях відсутні поперечні сили, що утворюють розпір, для сприйняття яких в шпонкових з'єднаннях доводиться ставити розтягнуті зв'язку.

Циліндричні нагелі виготовляють у вигляді гладких стрижнів круглого перетину зі сталі, металевих сплавів, твердих порід деревини і з пластмас. За характером своєї роботи в з'єднаннях зсуваються елементів до циліндричних нагелях відносяться також болти, цвяхи, глухарі (гвинти великого діаметру з шестигранною або чотиригранної головкою) і шурупи (рис. IV. 15). Циліндричні нагелі встановлюють в попередньо розсвердлений гнізда.

Діаметр отвору для нагеля зазвичай приймають рівним діаметру нагеля. Однак нормами деяких країн з метою збільшення щільності з'єднань, особливо при змінної вологості і усушку деревини, передбачається діаметр отвору на 0,2-0,5 мм менше діаметра нагеля. Для шурупів і глухарів необхідно попереднє просвердлення отвори свердлом діаметром менше діаметра нарізної частини шурупів і глухарів. Звичайні цвяхи виготовляють з гладкого дроту діаметром до 6 мм і частіше забивають в деревину без попереднього свердління гнізд.

Циліндричні нагелі і болти застосовують для згуртовування елементів дерев'яних конструкцій, з'єднання їх по довжині (рис. IV. 16, а), а також в вузлових примиканнях (рис. IV. 16, б). З'єднання дерев'яних елементів на нагелях бувають симетричними і несиметричними.

На щільність з'єднань на нагелях значно впливає збіг отворів під нагелі в з'єднуються елементах. Щоб отримати хороший збіг отворів і досягти максимальної щільності з'єднання, необхідно свердлити отвори в попередньо зібраному і обтиснутому пакеті. Для обтиску з'єднань ставлять стяжні болти в кількості близько 25% загального числа нагелів. Якщо стягнуті болти зроблені з того ж матеріалу, що і нагелі, то їх включають в розрахункову кількість нагелів.

В розтягнутих стиках по ширині елемента слід ставити тільки четнбе кількість поздовжніх рядів нагелів. Ця вимога пояснюється тим, що при непарному числі рядів середній виявляється по осі дошки в зоні найбільш можливого появи поздовжніх тріщин в результаті усушки деревини.

За аналогією з сполуками на заклепках в металевих конструкціях кожен перетин нагеля з робочим швом називається «зрізом». Однак при спільності діючих явищ в тому і в іншому випадку робота нагеля в з'єднаннях дерев'яних елементів значно відрізняється від роботи заклепки в металевих елементах. Заклепка з'єднує тонкі сталеві елементи. Відношення довжини заклепки до її діаметру невелика, що характеризує велику відносну жорсткість, при якій ізгібние напруги не мають істотного значення і можуть не враховуватися. Несучу здатність заклепки визначають з розрахунку на зминання і зріз.

У з'єднаннях дерев'яних елементів відношення довжини нагеля до його діаметру значно більше, тому нагель працює як гнучкий стрижень головним чином на вигин і нерівномірно мне деревину в гнізді. Напруження зрізу в нагелі не враховуються в розрахунку, оскільки зрізати дерев'яним елементом нагель, навіть дерев'яний, не кажучи вже про сталевому, не можна. Термін «зріз» вживається для характеристики з'єднання за кількістю площин відносного зсуву між сполучаються елементами, які перетинаються нагелями. Залежно від розташування зрізів по відношенню до осей дії сил розрізняють симетричні і несиметричні з'єднання (рис. IV.17).

Розрахунок нагельних з'єднань заснований на тому положенні, що діє на з'єднання (зв'язок) зусилля не повинно перевищувати розрахункової несучої здатності з'єднання (зв'язку) Т. Розрахункова кількість нагелів приймають не менше двох з діаметром 12-24 мм і визначають за формулою

nн > N / ncp, Tн

де N - Розрахункове зусилля, що діє в розтягнутому стику, Н; ІСР - кількість зрізів нагеля; Тн - Найменша розрахункова несуча здатність одного зрізу нагеля, Н.

Для згуртовування двох або трьох брусів, складених по висоті, застосовують пластинчасті нагелі, що вставляються в гнізда, прорізати цепнодолбежним верстатом (рис. IV. 18).

Застосування дубових або березових пластинчастих нагелів Допускається для згуртовування брусів в складових елементах з будівельним підйомом, що працюють на поперечний вигин і на стиск з вигином. Розміри пластинчастих нагелів і гнізд для них, а також розстановку в згуртовує елементах слід приймати за нормами (див. Рис. IV. 18). Напрямок волокон в пластинках має бути перпендикулярно площині згуртовування елементів.

Розрахункову несучу здатність дубового або березового пластинчастого нагеля з розмірами, що даються СНиП П-25-80 в з'єднуються елементах з деревини сосни і ялини, слід визначати за формулою:

Т = 0,75bпл

де bпл - Ширина пластинчастого нагеля, см, яку слід брати рівною ширині згуртовує елементів bпл = b при наскрізних пластинках, bПл = 0,5b - при глухих.

При застосуванні для згуртовування елементів з інших порід деревини слід вводити поправочний коефіцієнт (табл. 4 СНиП П-25-80).

Для конструкцій, що експлуатуються в умовах підвищеної вологості або температури і розраховуються на дію короткочасних або постійної і тривалої тимчасової навантажень, розрахункову несучу здатність пластинчастих нагелів слід множити на поправочні коефіцієнти по табл. 5 і 6 (СНиП П-25-80).

§ 3.3. Визначення розрахункової несучої здатності одного «зрізу» нагеля

Для визначення несучої здатності одного зрізу нагеля слід розглянути напружений стан нагельного з'єднання. Діючі в з'єднуються елементах зусилля прагнуть зрушити їх відносно один одного. Нагель, перешкоджаючи цьому, згинається. Вигин нагеля залежить від жорсткості самого нагеля і зминання деревини нагельного гнізда. Нагель можна розглядати як балку, що лежить на суцільному пружно підставі - деревині нагельного гнізда. Напруження зминання в деревині по довжині нагеля нерівномірні. Ця нерівномірність то більша, чим менше жорсткість нагеля (рис. IV. 19). Нерівномірно також розподіл мнуть напруг по контуру нагельного гнізда (рис. IV. 20). Равнодействующие радіальних напружень, розташованих вище і нижче поздовжньої осі x-х, спрямовані під кутом до цієї осі і, будучи розкладені, дають дві складові - подовжню Т і поперечну Q. Поздовжня складова Т = Тн + Тв викликає поява напруги сколювання по майданчиках а- а й А'-а '. Поперечні складові QH і QB прагнуть розколоти дерев'яний елемент по лінії б-б. Ще більш складно напружено-деформований стан нагельного з'єднання дерев'яних елементів, розташованих під різними кутами.


Складне напружено-деформований стан нагельного з'єднання характеризується вигином нагеля, зминанням деревини нагельного гнізда, сколюванням і розколюванням деревини між нагелями,

Критерієм ідеального підбору нагеля і кроку їх розстановки може служити рівність несучих здібностей нагеля, визначених на підставі умов вигину нагеля, зминання деревини в нагельного гнізді, сколювання і розколювання деревини між нагелями.

Несуча спроможність нагеля з умов сколювання і розколювання деревини головним чином залежить від розстановки нагелів. Мінімальні відстані між нагелями призначають таким чином, щоб несуча здатність нагеля по сколювання і розколювання свідомо перевищувала несучу здатність нагеля по його вигину і зім'яту деревини нагельного гнізда.

\


Критерієм ідеального підбору нагеля і кроку їх розстановки може служити рівність несучих здібностей нагеля, визначених на підставі умов вигину нагеля, зминання деревини в нагельного гнізді, сколювання і розколювання деревини між нагелями.

Несуча спроможність нагеля з умов сколювання і розколювання деревини головним чином залежить від розстановки нагелів. Мінімальні відстані між нагелями призначають таким чином, щоб несуча здатність нагеля по сколювання і розколювання свідомо перевищувала несучу здатність нагеля по його вигину і зім'яту деревини нагельного гнізда.

Мінімальні відстані між осями нагелів прийнято виражати в діаметрах нагеля. Вони визначаються видом нагелів і товщиною, що з'єднуються. Розстановка нагелів в з'єднаннях може бути прямий або в шаховому порядку (рис. IV. 21). У табл. IV.4 наведені рекомендовані СНиП П-25-80 мінімальні відстані між циліндричними нагелями

При дотриманні розстановки нагелів розрахункова несуча здатність одного зрізу нагеля тн визначається тільки з умов вигину нагеля і зминання деревини нагельного гнізда в обох прилеглих до шву елементах. Теоретично нагель, як уже вказувалося, розглядають як балку, що лежить на пружному або пружно підставі, за яке приймають деревину, що з'єднуються. В основу розрахунку можуть бути покладені різні теоретичні передумови, що характеризують саму основу, режими навантаження, особливості деформування в часі та інші чинники. Однак розрахунок нагеля складніше, ніж розрахунок балки, що лежить на суцільній основі. Складність завдання полягає в наступному:

підставу, на яке спирається нагель, розділене на частини, наприклад, в симетричному двухсрезная з'єднанні є дві крайні і одна середня частина;

чинне зусилля докладено до дерев'яних елементів з'єднання і передається на нагель у вигляді напружень зминання нагельного гнізда;

епюра тиску по довжині нагеля нерівномірна і залежить від товщини елементів і діаметра нагеля.

Іншим більш зручним для інженерних розрахунків методом визначення несучої здатності нагеля є експериментально-теоретичний метод. В цьому випадку епюри напружень зминання задають по товщині елементів. Нагель також розглядають у вигляді стрижня, що працює в упругопластической середовищі, а з'єднання расчленяются на три основні схеми: для несиметричною односрезную, схеми для кососімметрічной двох-зрізний і симетричною двухсрезная (рис. IV.22). Вони можуть бути виражені однією узагальненою схемою (рис. IV, 22, г), яка при зміні співвідношень між силами Т1и Т2 і моментами МШ1 и Мш2 в межах від + 1 до -1 охоплює всі основні і проміжні схеми. Так, наприклад, при Т1= 0 і Mш1 = 0 отримаємо схему для односрезную або крайніх елементів двухсрезная з'єднань; при Т1 =2 і МШ1 = -Mm2 отримаємо схему середнього елемента кососімметрічного з'єднання; при Т1 =Т2 і МШ1 =Mm2 - Схему середнього елемента симетричного з'єднання.

При розробці цього методу (автор-д-р техн. Наук В. М. Коченов) для спрощення розрахунку були введені такі передумови:

1) прийнята діаграма деформування ідеального


Мал. IV.24. Епюри напружень зминання при ?п/ ?уп = 2

пружно-пластичного матеріалу (рис. IV.23) для зминання деревини і для вигину нагеля;

2. межах пластичного ділянки напруги залишаються постійними, рівними для деревини розрахункового опору зминанню, і для нагеля розрахункового опору вигину, що для стали прирівнюється межі текучості;

3. несучу здатність нагеля визначають не раз рушення з'єднання, а розрахункової граничної деформацією;

4. розрахункову граничну деформацію обмежують ставленням повної деформації до пружної (рис. IV.24), яке приймають ?п/ ?уп = 2;

5. вісь нагеля приймають прямолінійною до утворення в ньому пластичного шарніра.

На підставі перерахованих передумов і основних розрахункових схем були прийняті прямолінійні епюри напружень зминання. Так, наприклад, якщо ?п/ ?уп = 1, то пластична зона деформування не утворюється і крайове напруга зминання дорівнюватиме Rсм. при ?п/ ?уп = 2зона смятия з боку більш напруженою кромки матиме дві рівні частини - пружну з напруженнями, рівними від 0 до RСм, і пластичну з постійними напругами, рівними RСм (рис. IV.24).

Прийняті епюри напружень зминання дають можливість побудувати графіки, координатами яких є відносна несуча здатність T / (adR), M / (a2dR), відносний ексцентриситет m = М / (Та) і інші відносні величини.

З'єднання в одне спільне завдання окремих рішень для двох сусідніх елементів виконують графічно. При цьому використовують рівність кутів нахилу пружної лінії нагеля в сусідніх елементах близько шва.

Розрахункові формули з умов вигину нагеля в загальному вигляді мають вигляд:

а) повна несуча здатність T 'H= Kиdн2v (R и* Rсм) ',

6) в деяких випадках характер епюри моментів по довжині нагеля залежить від товщини елементів. При збільшенні товщини або, що те ж саме, довжини нагеля максимальний момент зменшується (див. Рис. IV.19), що дозволяє збільшити несучу здатність. При цьому


Округляючи результати графічного рішення і вводячи розрахункові опори деревини зім'яту і нагеля вигину, отримаємо формули для визначення несучої здатності одного зрізу різних видів нагелів (табл. IV.5). Формули відрізняються тільки значеннями коефіцієнтів, рівних твору kиvRиRсм; k1 Rсм; k2 Rсм

У формулах, наведених в табл. IV.5, коефіцієнт ka враховує зменшення несучої здатності нагеля при дії зусилля під кутом а до напрямку волокон деревини. коефіцієнт k ? залежить не тільки від кута між напрямком дії сили і напрямком волокон деревини, а й від діаметра нагеля. Чим менше діаметр нагеля, тим сильніше опір зім'яту деревини нагельного гнізда. На рис. IV.25 наведені криві, що показують цю залежність. При діаметрах нагеля, рівних або менших 6 мм, зниження опору зминанню не спостерігається і ka = L.

В результаті досліджень (П. А. Дмитрієв, Ю. Д. Стрижаков) з'єднань дерев'яних елементів на нагелях зі склопластику АГ-4С були отримані розрахункові опори деревини смятию. Крім того встановлено: значення коефіцієнта ки для визначення несучої здатності нагеля з умови вигину при тривалій дії навантаження з урахуванням обмеження деформацій; значення коефіцієнтів k1, k2.

           
   
 
 
 
   


Мал. IV.25. коефіцієнти ka зниження розрахункового зусилля нагеля для з'єднань на сталевих циліндричних нагелях при направленні дії сили під кутом ?, до напрямку волокон деревини

Слід зазначити, що формули (див. Табл. IV.5) для визначення несучої здатності одного зрізу нагеля зі склопластику типу АГ-4С отримані при наступних умовах:

розрахунковий опір зім'яту вздовж волокон при всіх діаметрах нагеля Rдив= 10 МПа;

опір вигину нагеля зі склопластику АГ-4С Rи= 318 МПа;

прийнятий мінімальний коефіцієнт при вугіллі смятия ? = 0 °;kи= 0,264.

У зв'язку з виявленим явищем руйнування нагеля від сколювання при його вигині слід обмежити

kи?Rск/ v (RиRсм)

де Rск розрахункова опір склопластику АГ-4С сколювання при вигині, Па.

Контактні з'єднання дерев'яних елементів «-- попередня | наступна --» Особливості роботи цвяхів
загрузка...
© om.net.ua