Классификация и область применения различных видов соединяемых элементов ДК.

Соединение деревянных элементов по длине называется сращиванием, по ширине – сплачиванием, под углом – связыванием, прикрепление к опорам – анкерованием.

При изготовлении узлов и стыков деревянных соединений изготавливают всевозможные гнезда, отверстия и врезки, что уменьшает сечения и ослабляет деревянные конструкции. Разрушение деревянных конструкций, как правило, начинается с соединений. От правильности выбора вида соединения его расчета и изготовления, зависит прочность и надежность конструкции в целом.

При соединении сжатых элементов усилия сжатия передаются непосредственно от одного элемента другому. Это наиболее простой вид соединений, в котором не требуются рабочие связи. В соединении изгибаемых элементов уже необходимы рабочие связи – это более сложный вид соединений. Наиболее сложные узлы и стыки у соединений растянутых элементов. Здесь наиболее часто применяются металлические связи.

Существует, примерно, 40-50 различных типов соединений деревянных элементов (рис. 1), которые по характеру работы разделяются на две группы:

· Соединения без расчетных связей. В узлах присутствуют только конструктивные связи обеспечивающие пространственную и геометрическую неподвижность соединения. К этому типу соединений, например, относятся упоры и врубки работающие на сжатие.

· Соединения с расчетными связями. Работающими на сжатие (шпонками, колодками). Работающими на изгиб (нагелями, болтами, штырями, гвоздями, винтами, деревянными пластинками). Работающими на растяжение (болтами, гвоздями, винтами, хомутами, тяжами). Работающими на сдвиг (клеевыми швами).

рис. 1. Примеры соединений деревянных элементов (сращивание, сплачивание, связывание)

Так как в различных типах соединений могут присутствовать одинаковые виды связей целесообразно рассматривать соединения по следующей классификации:

· Без специальных связей.

· С деревянными связями.

· С металлическими связями.

· С клеевыми связями.

Главные требования предъявляемые ко всем соединениям деревянных элементов: обеспечение в узлах и стыках вязкости, дробности и плотности.

При работе древесины на сжатие, растяжение, растягивание и сдвиг в ней, в отличие от металлических соединений, не происходит пластических перераспределений напряжения, а наоборот, присутствует хрупкое разрушение: скалывание вдоль и поперек волокон. Нейтрализация скалывания обеспечивается, прежде всего, работой соединения на смятие древесины, это называется вязкостью соединения. Для наращивания вязкости, соединение «дробят»: увеличивают насколько возможно количество связей, за счет которых напряжения смятия передаются более равномерно. Для устранения «рыхлых» деформаций, соединение делают плотным. Иными словами, например, врубка одного деревянного элемента в другой, должна иметь достаточную площадь для передачи нагрузки, эта площадь для предотвращения скалывания, должна быть раздроблена на несколько площадей, а все соединение должно быть без зазоров, т.е. плотным.

Клеевые соединения. 5.4. При расчете конструкций клеевые соединения следует рассматривать как неподатливые соединения.
5.5. Клеевые соединения следует использовать:
а) для стыкования отдельных слоев на зубчатом соединении (рис. 6, а);
б) для образования сплошного сечения (пакетов) путем сплачивания слоев по высоте и ширине сечения. При этом по ширине пакета швы склеиваемых кромок в соседних слоях следует сдвигать не менее чем на толщину слоя по отношению друг к другу (рис. 6, б);
в) для стыкования клееных пакетов, сопрягаемых под углом на зубчатый шип по всей высоте сечения (рис. 6, в).

Рис. 6. Клеевые соединения
а -при стыковании отдельных слоев по длине зубчатым шипом, выходящим на пласть; б - при образовании пакетов и сплачивании по пласти и кромке; в-при стыковании клееных элементов под углом зубчатым шипом

Величина внутреннего угла между осями сопрягаемых под углом элементов должна быть не менее 104°.
5.6. Применение усового соединения допускается для фанеры вдоль волокон наружных слоев. Длину усового соединения следует принимать не менее 10 толщин стыкуемых элементов.
5.7. Толщину склеиваемых слоев в элементах, как правило, не следует принимать более 33 мм. В прямолинейных элементах допускается толщина слоев до 42 мм при условии устройства в них продольных прорезей.
5.8. В клееных элементах из фанеры с древесиной не следует применять доски шириной более 100 мм при склеивании их с фанерой и более 150 мм в примыканиях элементов под углом от 30 до 45°.

Нагельные соединения. 5.16. Нагельное соединение со стальными накладками и прокладками на болтах или глухих цилиндрических нагелях (рис. 9) допускается применять в тех случаях, когда обеспечена необходимая плотность постановки нагелей.

Рис. 9. Нагельные соединения со стальными накладкамиа - на болтах; б - на глухих цилиндрических нагелях
Глухие стальные цилиндрические нагели должны иметь заглубление в древесину не менее 5 диаметров нагеля.
Нагельные соединения со стальными накладками и прокладками, следует рассчитывать согласно указаниям пп. 5.13-5.15, причем в расчете из условия изгиба (п. 3 табл. 17) следует принимать наибольшее значение несущей способности нагеля.
Стальные накладки и прокладки следует проверять на растяжение по ослабленному сечению и на смятие под нагелем.
5.17. Несущую способность соединения на цилиндрических нагелях из одного материала, но разных диаметров следует определять как сумму несущих способностей всех нагелей, за исключением растянутых стыков, для которых вводится снижающий коэффициент 0, 9.
5.18. Расстояние между осями цилиндрических нагелей вдоль волокон древесины S1, поперек волокон S2 и от кромки элемента S3 (рис. 10) следует принимать не менее:

Рис. 10. Расстановка нагелей
а -прямая; б - в шахматном порядке
для стальных нагелей S1 = 7d; S2 = 3, 5d; S3 = 3d;
для алюминиевых и стеклопластиковых нагелей S1 = 6d; S2 = 3, 5d; S3 = 3d;
для дубовых нагелей S1 = 5d; S2 = 3d; S3 = 2, 5d.
При толщине пакета bменьше 10d (см. рис. 10) допускается принимать:
для стальных, алюминиевых и стеклопластиковых нагелей S1 = 6d; S2 = 3d; S3 = 2, 5d;
для дубовых нагелей S1 = 4d; S2 = S3 = 2, 5d.
5.19. Нагели в растянутых стыках следует располагать в два или четыре продольных ряда; в конструкциях из круглых лесоматериалов допускается шахматное расположение нагелей в два ряда с расстоянием между осями нагелей вдоль волокон 2S1, а поперек волокон S2 = 2, 5d.
5.20. При определении расчетной длины защемления конца гвоздя не следует учитывать заостренную часть гвоздя длиной 1, 5d; кроме того, из длины гвоздя следует вычитать по 2 мм на каждый шов между соединяемыми элементами.
Если расчетная длина защемления конца гвоздя получается меньше 4d, его работу в примыкающем к нему шве учитывать не следует.
При свободном выходе гвоздя из пакета расчетную толщину последнего элемента следует уменьшать на 1, 5d (рис. 11).

Рис. 11. Определение расчетной длины защемления конца гвоздя

Диаметр гвоздей следует принимать не более 0, 25 толщины пробиваемых элементов.
5.21. Расстояние между осями гвоздей вдоль волокон древесины следует принимать не менее:
S1 = 15d при толщине пробиваемого элемента с > = 10d;
S1 = 25d при толщине пробиваемого элемента с =4d.
Для промежуточных значений толщины с наименьшее расстояние следует определять по интерполяции.
Для элементов, не пробиваемых гвоздями насквозь, независимо от их толщины, расстояние между осями гвоздей следует принимать равным S1 > = 15d.
Расстояние вдоль волокон древесины от гвоздя до торца элемента во всех случаях следует принимать не менее S1 = 15d.
Расстояние между осями гвоздей поперек волокон древесины при прямой расстановке гвоздей следует принимать не менее S2 = 4d; при шахматной расстановке или расстановке их косыми рядами под углом =< 45° (рис. 12) расстояние может быть уменьшено до 3d.

Рис. 12. Расстановка гвоздей косыми рядами

Расстояние S3от крайнего ряда гвоздей до продольной кромки элемента следует принимать не менее 4d.
Примечание. Расстояние между гвоздями вдоль волокон древесины в элементах из осины, ольхи и тополя следуе увеличивать на 50 % по сравнению с указанными выше.
5.22. Применение шурупов и глухарей в качестве нагелей, работающих на сдвиг, допускается в односрезных соединениях со стальными накладками и накладками из бакелизированной фанеры. Расстояния между осями шурупов следует принимать по указаниям п. 5.18, как для стальных цилиндрических нагелей.
5.23. Несущую способность шурупов и глухарей при заглублении их ненарезной части в древесину не менее чем на два диаметра следует определять по правилам для стальных цилиндрических нагелей.
10. Гвоздевые соединения. 5.24. Сопротивление гвоздей выдергиванию допускается учитывать во второстепенных элементах (настилы, подшивка потолков и т.д.) или в конструкциях, где выдергивание гвоздей сопровождается одновременной работой их как нагелей.
Не допускается учитывать работу на выдергивание гвоздей, забитых в заранее просверленные отверстия, забитых в торец (вдоль волокон), а также при динамических воздействиях на конструкцию.
5.25. Расчетную несущую способность на выдергивание одного гвоздя в МН (кгс), забитого в древесину поперек волокон, следует определять по формуле

, (56)

где Rв.г - расчетное сопротивление выдергиванию на единицу поверхности соприкасания гвоздя с древесиной, которое следует принимать для воздушно-сухой древесины равным 0, 3 МПа (3 кгс/см2), а для сырой, высыхающей в конструкции, -0, 1 МПа (1 кгс/см2);
d -диаметр гвоздя, м (см);
l1 - расчетная длина защемленной, сопротивляющейся выдергиванию части гвоздя, м (см), определяемая согласно п. 5.20.
Примечания: 1. В условиях повышенной влажности или температуры, а также при расчете на действие кратковременной или постоянной и длительной временной нагрузок расчетное сопротивление выдергиванию для воздушно-сухой древесины следует умножать на коэффициенты, приведенные в табл. 5, 6 и пп. 3.2б и 3.2в настоящих норм.
2. При диаметре гвоздей более 5 мм в расчет вводят диаметр, равный 5 мм.

5.26. Длина защемленной части гвоздя должна быть не менее двух толщин пробиваемого деревянного элемента и не менее 10d.
Расстановку гвоздей, работающих на выдергивание, следует производить по правилам расстановки гвоздей, работающих на сдвиг (см. п. 5.21).
5.27. Расчетную несущую способность на выдергивание одного шурупа или глухаря в МН (кгс), завинченного в древесину поперек волокон, следует определять по формуле

, (57)

где Rв.ш - расчетное сопротивление выдергиванию шурупа или глухаря на единицу поверхности соприкасания нарезной части шурупа с древесиной, которое следует принимать для воздушно-сухой древесины равным 1 МПа (10 кгс/см2); расчетное сопротивление выдергиванию следует умножать в соответствующих случаях на коэффициенты, приведенные в табл. 5, 6 и пп. 3.2б и 3.2в настоящих норм;
d -наружный диаметр нарезной части шурупа, м (см);
l1 - длина нарезной части шурупа, сопротивляющаяся выдергиванию, м (см).
Расстояние между осями винтов должно быть не менее: S1 = 10d; S2 = S3 = 5d (см. рис. 10).

Соединения на винтах. Металлические крепления. Растянутые связи (болты и тяжи, работающие на растяжение). Вспомогательные металлические крепления. Гвозди работающие на выдергивание.

Шурупы, болты, гвозди, стальные хомутики, уголки, накладки и другие используют для крепления деревянных соединений.

Шурупы по сравнению с гвоздями обеспечивают более надежное соединение (3.21).

Длина шурупов 10...150 мм, головки до 13 мм. Петли, ручки, замки окон и дверей, а также штапики, обкладки и т. д. закрепляют шурупами. Шуруп в соединяемую деталь ввинчивают отверткой, а не забивают молотком, чтобы не нарушить целостность древесины вокруг гнезда. Шурупы большего диаметра ввинчивают в предварительно просверленное отверстие, составляющее 0, 7...0, 8 диаметра и глубиной 1/3 длины шурупа (3.22). Для утопления головки шурупа заподлицо с поверхностью древесины предусматривают коническое расширение.

В соединениях встроенной мебели головки шурупа втапливают ниже поверхности с последующей шпатлевкой. Шурупы с овальной хромированной головкой скрепляют детали и придают соединению декоративный вид.

Шурупы используют для крепления гардинных штанг, картин, керамических изделий и т. д.

Ввинчивание шурупов в деревянные, шлакобетонные стены не представляет трудностей. Ввинчивание шурупов в кирпичные и бетонные стены показано на 3.23.

В отверстие в кирпичной или железобетонной стене закладывают согнутый П-образно отрезок двужильного электрического провода с поливинилхлоридной изоляцией. Выступающие наружу концы провода обрезают и ввинчивают шуруп (3.23, а).

Для крепления к стене угольника гардинной штанги в отверстие вставляют отрезок резиновой трубки или кусочек свернутого в трубку рубероида (3.23, в), а затем туда ввинчивают шуруп. За счет сопротивления выдергиванию шуруп надежно удерживает угольник. Шуруп может заменить болт с гайкой, помещенный в отверстие (см. 3.23, б).

Шуруп со спирально намотанной на резьбе медной проволокой вставляют в отверстие, предварительно заполненное раствором гипса. Затвердевший гипс надежно удерживает шуруп и при необходимости его можно вывинчивать и вновь ввинчивать в отверстие (3.23, г).

Размельченный капрон (например, часть чулка) в отверстии стены расплавляют нагретым гвоздем и ввинчивают шуруп (3.23, д).

Для закрепления в стене болта с резьбой наружу его стержень изгибают под углом 30°, что обеспечит прочность заделки болта после затвердения гипса в отверстии (3.23, е).

Плотность заделки шурупа в древесине вдоль волокон (3.23, ж) обеспечивается вложением в отверстие кончиков многоканального электрического провода с поливинилхлоридной изоляцией.

Надежность крепления шурупов в древесно-стружечной плите обеспечивает заливка горячего столярного клея и предварительно просверленные отверстия и вставкой туда отрезка мягкой пластмассовой трубки и ввинчивания шурупа или болта. После твердения клея шуруп или болт будет прочно закреплен в плите.

Помимо вышеуказанных способов крепления шурупов в каменных стенах используют деревянную пробку из твердой и сухой древесины. Это требует устройства отверстия, плотной забивки туда деревянной пробки и ввинчивания шурупа соответствующей длины и диаметра.

Гвозди изготовляют из проволоки круглого и квадратного сечения. Круглые гвозди меньше перерезают волокна древесины, чем квадратные (3.24). Однако квадратные гвозди прочнее соединяют детали и больше сопротивляются выдергиванию. Диаметр гвоздя равен 1/20 части его длины. Для соединения детали из крупнослойной влажной древесины используют более толстые гвозди. Гвозди в замерзшую древесину забивают в предварительно просверленное отверстие диаметром, чуть меньшим гвоздя, и глубиной не менее 1/3 длины. Толстые гвозди в детали из твердых древесных пород забивают в заранее просверленные отверстия на глубину не менее 1/2 длины гвоздя. Это предупреждает гнутие забиваемых гвоздей и растрескивание древесины.

Гвозди в стыках конструкции размещают по прямым параллельным линиям или под углом 45° относительно продольной оси детали. Расстояние (шаг) между гвоздями в направлении волокон не менее 15cf (d— диаметр гвоздя) гарантирует от появления трещин в древесине. Расстояние между продольными рядами забитых гвоздей не менее 4d, при размещении в шахматном порядке — не менее 3d. От конца детали (доски, бруска) до крайнего поперечного ряда гвоздей расстояние не менее IBd, а от края детали до продольного ряда гвоздей — не менее Ad (3.25).

Отклонения от шага между гвоздями в узлах деревянной конструкции поперек волокон — не более диаметра гвоздя, вдоль волокон — двух диаметров.

Тонкие детали обычно прибивают к толстым. В противном случае выбирают гвозди по толщине и длине, соответствующие тонкому материалу. Длина гвоздей в 2, 5...3 раза превышает толщину прибиваемого материала. При наклонной (косой) забивке гвоздей прибитый элемент труднее оторвать от основного. Перекрестная косая забивка гвоздей надежнее параллельной косой.

При толщине соединяемых деталей меньше длины гвоздей, их выступающие концы загибают поперек волокон, что повышает на 25 % прочность соединения.

Прочность соединения гвоздями опиленного или обтесанного материала с круглым уменьшается на 30 %. Круглые элементы не соединяются между собой гвоздями из-за недостаточной силы трения. Поэтому при соединении в местах сопряжения круглых деталей выпиливают или обтесывают прямую накладку впол-дерева, усиливая установкой болтов (табл. 3.2 и 3.3).

Строительные скобы (табл. 3.4) используют в соединениях деревянных конструкций.

В стыках несущих конструкций не используют гвозди, бывшие в употреблении, с затупленным концом, деформирующие древесину и снижающие прочность соединения (3.24).

В соответствии с разметкой сначала забивают гвозди крайних рядов, затем остальные. Гвозди, забитые вдоль волокон, имеют непрочное соединение.

Гвозди размещают одинаково по обе стороны действующей силы (см. 3.25). Нарушение этого требования приведет к деформации стыка конструкции.

Для разметки места забивки гвоздей применяют шаблон (масштаб 1: 1), изготовленный из фанеры.

Размером гвоздей соответствует минимальный шаг между ними, зависящий от направления действующей силы. Требуемое количество гвоздей в месте соединения определяют по данным табл. 3.8 (гр. 6).

Болты используют для соединения бревен, брусьев толстых досок (3.26, а). Их изготовляют из стали диаметром 10...28 мм. Болты отстоят от концов соединяемых деталей не менее чем на 15 см. Их забивают молотком в отверстия соединяемых деталей меньше диаметра болта (0.7...0.8 d). Шайбы толщиной 4...6 мм с наружным диаметром в З...3, 5 раза больше диаметра болта устанавливают с обеих сторон. В стыках несущих конструкций устанавливают не менее двух болтов диаметром до 12, 7 мм, с шайбами толщиной 6 мм. Шайбы предотвращают вдавливание в древесину головки и гайки при затягивании болта и при работе под нагрузкой. Самовольное откручивание гайки предотвращает навинчивание контргайки. Пружинистая шайба (гровер) постоянно затягивает стык, обусловленный высыханием древесины.

Болты используют в стыках несущих конструкций. Характеристика черных болтов дана в табл. 3.2, а характеристика гаек и шайб — в табл. 3.3.

Хомутами из полосовой стали толщиной 10...15 и шириной 30...100 мм (3.26, 6) укрепляют соединения строительных конструкций. Место соединения обхватывают хомутом, а затем стягивают его болтом или прибивают гвоздем. В зависимости от формы соединяемых деталей применяют хомуты круглые или прямоугольные.

Уголками закрепляют угловые соединения конструкций (3.26, в). Их изготовляют под прямым углом, широкими и комбинированными, из стальных полос толщиной 2...10 и шириной 20...80 мм. Уголки закрепляют шурупами или болтами с одной или обеих сторон соединения. Ими крепят углы створок ворот, оконных и парниковых рам и др. В конструкциях ворот уголки объединены с петлями.

Утапливаемые кольцевидные и квадратные стальные шпонки (3.26, г) применяют для бокового крепления двух или трех деталей. Диаметр кольцевидной шпонки 5...20 см, высота (включая выступы) — 3... 5 мм. В местах установки выфрезеровывают соответствующие пазы, куда вставляют шпонку, чтобы половина высоты шпонки входила в каждую деталь. Соединение со шпонкой укрепляют болтами. Соединяемые детали должны быть высушены, а шпонки плотно с натягом вставлены в пазы.

Впрессованные шпонки из стального листа толщиной 1 мм бывают кольцевидные и квадратные (3.26, (9). Их высота 25 мм с прочными острыми зубьями по обоим краям.

В местах соединения строительных конструкций выполняют отверстия под болты, затем острыми зубьями шпонку закрепляют на одной детали и накрывают второй. Вставив болты, затягивают гайки и сжимают соединение, впрессовывая шпонку в древесину. Зубья шпонок, впрессованные в древесину, обеспечивают жесткое и прочное соединение. Битумная мастика, покрывающая шпонки, защищает их от коррозии во влажной среде. Впрессовываемые шпонки употребляют в стыках крыш и других конструкций, требующих жесткости и прочности соединения.

Накладки изготовляют из полосовой стали толщиной 10 и шириной 40...60 мм, длиной 20...80 см (3.27). Их крепят гвоздями (желательно коваными) и шурупами. Концы накладок закрепляют прямыми скобами. Накладки применяют при наращивании соединений.

Глухари и крюки изготовляют из квадратной стали сечением 10ХЮ--12Х12 мм или цилиндрической стали диаметром 10...12 мм. Длина глухарей 100... 120мм. Глухари бывают двух видов (рис.3.28, а и б). Ими закрепляют оконные и дверные коробки в проемах каменных стен, если в них не заложены деревянные пробки, покрытые битумом.

Строительные скобы изготовляют из квадратной стали размером 10ХЮ...18x18 мм или цилиндрической—диаметром 10...18 мм (3.28, 0, г, (9) длиной 200...500 мм. Заостренные концы скобы согнуты в одну или в разные стороны под углом 90 или 180°.

Характеристика строительных скоб дана в табл. 3.4.

Анкерные болты используют для крепления концов балок в наружных и капитальных стенах (3.29). Их прикрепляют к концам балок с помощью болтов и скоб.

Изготовляют болты из листовой стали толщиной 10...12 мм и шириной 40...50 мм. Длина анкерного болта для закрепления конца балки в наружной стене 80...100 см.

Стальная подножка (стремя) служит для подвески промежуточной (короткой) балки к главной в местах пропуска труб. Подножку изготовляют из листовой стали толщиной 10 мм и шириной 50...70 мм. Конец короткой балки опирается на стремя, закрепленное на основной балке (3.30).

Конекторы — это квадратные стальные пластины с игольчатыми гвоздями (3.31), предназначенные для соединения узлов в несущих конструкциях.

Конекторы изготовляют в виде лент, разрезая затем по длине на нужные размеры. Их различают по номерам, толщине материала, по размерам игольчатых гвоздей, размещению и конфигурации. Ширина конекторов 25...152 мм, длина зависит от величины нагрузки. В угловых стыках конекторы впрессовывают попарно (3.32).

Конекторы впрессовывают перпендикулярно волокнам, деформируя их, но не разрушая. Деформированные' волокна древесины надежно удерживают гвозди конектора, что обеспечивает прочность соединения. Игольчатые гвозди конектора располагают рядами, в шахматном порядке или. кольцеобразно. Оцинкованная поверхность конекторов не подвержена коррозии. До установки конекторов деревянные соединения обрабатывают антисептиками.

Конекторы устанавливают в узлах конструкций, перекрывающих пролеты 7, 5...30 м (3.33). Высота таких ферм 1...3, 85 м.

Выбор конектора производится в зависимости от толщины используемых пиломатериалов (№ 14, 18, 20).

Схема крепления конекторов и распределение нагрузки в узлах треугольных ферм показана на 3.34.

У решетчатых балок верхний и нижний пояс из пиломатериалов хвойных пород, узлы — из штампованной профильной стали. Деревянные и металлические элементы скреплены конекторами (3.35). Решетчатые балки по высоте имеют разглеры 34, 45 и 65 см.

За счет сопротивления волокон древесины хорошо удерживает гвозди, шурупы, болты и шпонки. Волокна древесины изгибаются и давят на поверхность забитого гвоздя, препятствуя его выдергиванию. Сопротивляемость древесины вбиванию гвоздей зависит от диаметра и длины гвоздя, плотности, твердости древесины, степени влажности, особенностей направления ее волокон и забивки гвоздя. Выдергивание гвоздей зависит от продолжительности времени нахождения их в древесине. В свилеватой древесине гвозди удерживаются крепче, чем в породах с прямыми волокнами. Только что забитый гвоздь удерживается в древесине крепче, чем по истечении времени.

Гвозди, забитые в торец (вдоль волокон), удерживаются на 25...30 % меньше, чем забитые поперек волокон. Способность древесины удерживать гвозди, забитые в радиальном или тангентальном направлении, примерно одинаковая.

Способность древесины удерживать гвозди, шурупы и другие крепления определяется силой их выдергивания. Древесина березы больше сопротивляется выдергиванию гвоздей, чем сосна, сохраняя эту способность в период эксплуатации конструкции. Во влажных условиях применяют оцинкованные гвозди.

Способность гвоздя сопротивляться нагрузкам при двойном смятии показана на 3.36. На рисунке видно, как гвоздь, изгибаясь, сопротивляется выдергиванию. С увеличением нагрузки больше деформация гвоздя и древесины. Они пропорциональны прилагаемому усилию. Наибольшие напряжения возникают при соприкосновении среднего элемента с крайними на границе, уменьшаясь к середине.

Соединения на растянутых связях.

К растянутым связям относят гвозди, винты (шурупы и глухари), работающие на выдергивание, скобы, хомуты, стяжные болты и тяжи. Различают связи натяжные и ненатяжные, временные (монтажные) и постоянные. Все виды связей должны быть защищены от коррозии.

Гвозди сопротивляются выдергиванию только усилиями поверхностного трения между ними и древесиной гнезда. Силы трения могут уменьшиться при образовании в древесине трещин, которые снижают силу сжатия гвоздя, поэтому для гвоздей, работающих на выдергивание, обязательно соблюдение тех же норм расстановки, которые приняты для гвоздей, работающих как нагели на изгиб (S₁ = 15d, S_{2, 3} = 4d).

При статическом приложении нагрузки расчетную несущую способность на выдергивание одного гвоздя, забитого поперек волокон с соблюдением норм расстановки, определяют по формуле:

Т_выд £ R_выдpd_гвl_защ,

где R_выд – расчетное сопротивление выдергиванию на единицу поверхности соприкосания гвоздя с древесиной, d_гв – диаметр гвоздя, l_защ – расчетная длина защемленной, сопротивляющейся выдергиванию части гвоздя, м.

В деревянных конструкциях (для временных сооружений) R_выд,. При определении Т_выд расчетный диаметр гвоздя принимают не более 5 мм, даже в случае использования гвоздей большей толщины.

Расчетная длина защемления гвоздя l_защ (без учета острия 1.5d) должна быть не менее 10d и не менее чем две толщины прибиваемой доски. В свою очередь толщина прибиваемой доски должна быть не менее 4d.

Шурупы (винты, завинчиваемые отверткой) и глухари (винты диаметром 12-20 см, завинчиваемые ключом) удерживаются в древесине не только силами трения, но и упором винтовой нарезки в прорезаемые ею в древесине винтовые желобки.

Расстановка шурупов и глухарей и размеры просверленных гнезд должны обеспечивать плотный обжим стержня глухаря древесиной без ее раскалывания. S₁ = 10d, S_{2, 3} = 5d. Диаметр прилегающей к шву части гнезда должен точно соответствовать диаметру ненарезной части стержня глухаря. Для надежного упора винтовой нарезки выдергиваемого шурупами глухаря диаметр заглубленной части гнезда по всей длине нарезной части глухаря должен быть на 2-4 мм меньше полного его диаметра.

Если при конструировании можно допустить разреженную расстановку шурупов и глухарей диаметром не более 8-16 мм, то сверлят гнезда уменьшенного на 2-3 мм диаметра на всю длину защемления.

При соблюдении указанных требований расчетную несущую способность на выдергивание шурупа или глухаря определяют по формуле:

Т_выд £ R_выдpd_винтl_защ,

где R_выд – расчетное сопротивление выдергиванию неразрезной части шурупа или глухаря, d_винт – наружный диаметр нарезной части, м, l_защ –длина нарезной части шурупа или глухаря, м.

Все поправочные коэффициенты к R_выд вводят в соответствии с поправками на сопротивление смятию поперек волокон.

Глухари и шурупы лучше всего использовать для крепления к деревянным брусьям и доскам металлических накладок, хомутов, шайб и т.д. При этом глухари и шурупы заменяют не только нагели, но и стяжные болты. Если с помощью глухарей или шурупов присоединяют деревянные или фанерные элементы, работающие на отрыв, решающее значение приобретает не сопротивление выдергиванию нарезной части, а сопротивление смятию древесины головкой глухаря или шурупа. В таком случае необходимо под головку подкладывать металлическую шайбу размером 3.5d x 3.5d x 0.25d.

Скобы из круглой (или квадратной) стали толщиной 10-18 мм применяют в качестве вспомогательных растянутых или фиксирующих связей в сооружениях из круглого леса или брусьев, в мостовых опорах, лесах, бревенчатых фермах и т.п. В дощатых деревянных конструкциях скобы не применяют, так как они раскалывают доски. Скобы как правило забивают концами в цельную древесину без сверления гнезд. Несущая способность одной скобы, даже при соблюдении увеличенных норм не определенна.

Экспериментальные исследования выявили эффективность забивки без сверления скоб из проката крестового профиля d_ск = 15 мм. При достаточной длине шипа (6-7 d_ск) несущая способность таких скоб приблизительно равна несущей способности нагеля из круглой стали диаметром 15 мм.

Хомуты, так же, как и скобы относятся к растянутым связям. Отличительной особенностью хомутов является охватывающее их положение по отношению к соединяемым деревянным элементам.

Рабочие болты и тяжи, т.е. растянутые металлические элементы, применяют в качестве анкеров, подвесок, растянутых элементов металлодеревянных конструкций, затяжек арочных и сводчатых конструкций и т.п. Все элементы тяжей и рабочих болтов следует проверять расчетом по нормам для стальных конструкций и принимать диаметром не менее 12 мм.

При определении несущей способности растянутых стальных черных болтов, ослабленных нарезкой учитывают уменьшенную площадь F_нт и местную концентрацию напряжений s_р; поэтому принимают пониженные расчетные сопротивления. Расчетные сопротивления стали в параллельно работающих двойных и более тяжах и болтах снижают умножением на коэффициент 0.85, учитывая неравномерность распределения усилий. В металлических тяжах следует избегать местного ослабления рабочего сечения.

Рабочие болтовые связи и стяжные муфты применяют лишь в тех случаях, когда требуется монтажное или эксплуатационное регулирование их длины. Располагают их в наиболее доступных местах металлодеревянных арок и ферм. Ненатяжное стыковое соединение затяжки из круглой стали, позволяющее транспортировать ее без разборки.

Необходимые лишь в редких случаях натяжные стыки затяжек из круглой стали осуществляют с помощью натяжных муфт с разносторонней резьбой. При отсутствии муфт заводского производства можно изготовить сварные муфты из двух (или лучше 4-х) квадратных гаек левой и правой резьбы, скрепленных на сварке двумя стальными планками.

Стяжные болты, имеющие преимущественно монтажное значение и не рассчитываемые на восприятие определенного эксплуатационного усилия, применяют почти во всех видах соединений, в том числе в нагельных соединениях и врубках для обеспечения плотного прилегания сплачиваемых досок, брусьев или бревен. Сечение стяжных болтов определяют по монтажным соображениям; оно должно быть тем больше, чем толще элементы соединяемого узла, т.е. чем больше ожидаемое сопротивление спрямляющему выгибу покоробленных или перекошенных досок или брусьев. В случае разбухания древесины плотно стянутого болтом пакета досок стержень болта подвергается большим продольным растягивающим усилиям. Чтобы избежать при этом разрыва болта по сечению, ослабленному нарезкой, шайбы стяжных болтов назначают с уменьшенной площадью смятия древесины. Безопасное для соединения вмятие шайбы в древесину. В случае разбухания должно произойти раньше, чем напряжение стержня болта на разрыв достигнет опасного значения.

Сборно-разборный стык с двойным обжимом для растянутых клееных элементов. Клеевые стыки растянутых деревянных элементов были исследованы В.Г. Михайловым. Разрушение стыков происходило от раскалывания при низких напряжениях сдвига по плоскости разрушения. Наивысшее среднее напряжение сдвига при разрушении, равное 2.4 МПа, было достигнуто в стыке с обжимными клиньями.

Стык с двойным обжимом перекрывается накладками 1 из полосовой стали, к которым приварены уголки 2. Усилия от растянутых деревянных элементов передаются на стальные накладки через перекрестные болты 3 и 4 и коротыши с нарезкой 5. К стыкуемым элементам приклеивают на концах деревянные накладки 7 со скошенными торцами для упора уголков 6 с таким расчетом, чтобы плоскость скалывания, начинающаяся от уголка, не совпадала с клеевым швом.

Анализ испытаний растянутых стыков показывает, что сила, обжимающая элемент у начала плоскости разрушения при скалывании, противодействуя растягивающим напряжениям, одновременно создает дополнительные напряжения сдвига и тем самым увеличивает их концентрацию в опасной зоне. При создании на противоположном конце плоскости скалывания дополнительной силы обжима поперек волокон (как это имеет место в рассматриваемом стыке) напряжения сдвига выравниваются, уменьшаются их концентрация и возможность возникновения растягивающих поперек волокон напряжений.

Стык с двойным обжатием является натяжным сборно-разборным соединением, создающим начальную плотность и позволяющим поддерживать ее в дальнейшем в условиях эксплуатации (если произойдет некоторая усушка соединяемых элементов).

Стык на скалывание по древесине рассчитывают из условия:

Среднее значение расчетного сопротивления сдвигу определяют по формуле:

где b = 0.125; e = 0.125h.