Соединения на механических связях

3.3.1. Понятие о соединениях на шпонках и шайбах шпоночного типа

Шпонки - это вкладыши из твердых пород древесины, стали или пластмасс, которые устанавливают между сплачиваемыми элементами и препятствуют сдвигу. Для сплачивания деревянных элементов издавна применялись призматические шпонки из твердых пород древесины. Различают призматические деревянные продольные шпонки (рис.3.11, а), когда направления волокон древесины шпонок и соединяемых элементов совпадают, и поперечные, когда направление волокон в шпонках перпендикулярно к на­правлению волокон соединяемых элементов. Во втором случае для обеспечения более плотной посадки шпонок они могут быть выполнены из двух клиновидных элементов.

Призматические шпонки, передавая от одного элемента другому сдвигающие силы, работают на смятие и скалывание. По надежности из деревянных призматических шпонок следует выделить наклонные шпонки. Отличительный признак шпонок - появление опрокидывающего шпонку момента и как результат этого возникновение распора между соединяемыми элементами (рис.3.11, 6). Рассмотрев равновесие шпонки без учета сил трения, можно приближенно определить распор

С учетом сил трения

Для восприятия распора необходимо устанавливать рабочие связи - стяжные болты. Во избежание чрезмерной деформативности шпоночных соединений, а также для уменьшения количества стяжных болтов, длину шпонки по нормам принимают не менее Глубину врезки шпонки в брусья следует принимать не менее 2 см и не более 1/5 высоты бруса, а бревна - не менее 3 см и более 1/4 диаметра бревна.

Расчет соединений на призматических шпонках подобно расчету соединений на лобовых врубках сводится к проверке несущей способности по смятию древесины шпонок, а также сплачиваемых брусьев или бревен. При расчете на скалывание в многорядовых соединениях в связи с вероятностью неравномерного распределения усилий между шпонками и снижения несущей способности соединения вводят коэффициент 0, 7. При расчете соединений на шпонках требуется подбор стяжных болтов и шайб под головку (юлта и под гайку для восприятия распора.

В настоящее время в зарубежной практике строительства нашли широкое применение тавровые металлические шпонки (рис.3.11, в). Они занимают промежуточное положение между шпонками и пластинчатыми нагелями. Несомненным их преимуществом является простота сборки, упрощенное изготовление гнезда небольшого размера и возможность в связи с ним расположения большего количества шпонок без снижения несущей способности деревянных элементов на скалывание.

Для соединения элементов деревянных конструкций под различными углами в узлах ставят круглые центровые шпонки. Характерная особенность всех центровых шпонок - наличие в центре отверстия для стяжного болта. Отверстие для этого болта в соединяемом элементе можно использовать при нарезке круглых или кольцевых гнезд в каждом элементе порознь.

На рис.3.12 показано развитие центровых шпонок и их переход к шайбам шпоночного типа. Центровые односторонние шайбы шпоночного типа воспринимают усилия от центрального болта и рассредоточение передают их на деревянный элемент.

а) б) в) г)

Рис. 3.12. Развитие соединений на центровых шпонках: а - дисковых деревянных; б - тарельчатых чугунных; в - гладкокольцевых; г - зубчатых

В определенный период времени наблюдается спад интереса к применению шпонок. Это объяснялось главным образом тем, что при их применении для соединения деревянных элементов цельного сечения, из-за устройства гнезд под шпонки ослабляло поперечное сечение. Появление клеевых деревянных элементов расширило возможности применения и создания большепролетных деревянных конструкций. Одновременно с этим возникла необходимость устройства соединения клеевых элементов для увеличения их длины, а нередко поперечного сечения, так как при больших пролетах бывает экономичнее делать сечение из нескольких клеевых элементов, соединенных между собой на механических связях. При этом ослабление поперечного сечения в соединениях клеевых элементов составляет не столь ощутимую долю от всего поперечного сечения.

Наибольшее распространение в современных деревянных клеевых конструкциях за рубежом нашли шайбы шпоночного и нагельного типов.

Из центровых шайб наиболее технологичными и надежными для сборных узловых соединений элементов деревянных конструкций являются зубчатые и когтевые шпонки. Они получаются из листовой стали штамповкой на специальных прессах. Зубчатые шпонки могут иметь зубья или когти с одной или двух сторон. Односторонние зубчатые шпонки применяют обычно для устройства сборно-разборочных соединений или для при­крепления деревянных элементов к металлическим. В нашей стране проф. В.Г. Ленновым были предложены штампованные когтевые шайбы (рис. 3.13, а). Этот тип зубчатых шпонок нашел применение и дальнейшее развитие в зарубежной практике строительства.

Соединения на зубчатых шпонках характеризуются высокой несущей способностью и вязкостью. Зубчатые шпонки вдавливаются в тело древесины ударным способом или специальными зажимами. К недостаткам соединений на зубчатых шпонках относится образование трещин в сопрягаемых элементах, а также уменьшение несущей способности из-за неравномерности запрессовки шпонок в многорядовых соединениях. Вследствие этого ко­личество зубчатых шпонок в одном ряду ограничивается девятью.

Основные формы и виды шайб шпоночного типа современных деревянных конструкций показаны на рис.3.13. В табл. 3.3 даны их основные характеристики. При сплачивании клеевых деревянных элементов с помощью шайб шпоночного типа они могут иметь прямую расстановку или распола­гаться в шахматном порядке с шагом пропорционально диаметру шпонок (см. табл.3.3).

Металлические шпонки, расположенные внутри деревянных элементов, не требуют в обычных условиях антикоррозийной защиты. При использовании шпоночных соединений в условиях повышенной химической агрессивности окружающей среды применяют антикоррозионное покрытие металлических шпонок, чаще оцинковывание.