Соединения на наклонных металлических стержнях без применения клея

Обновлено: 04.10.2024

Клеевые, соединения являются наиболее прогрессивными видами соединений элементов деревянных конструкций заводского изготовления. Их основой являются конструкционные синтетические клеи. Эти соединения характеризуются рядом важных достоинств. Склеивание дает возможность из досок ограниченных сечений и длин изготовлять клееные элементы несущих конструкций любых размеров и форм. Они могут быть прямыми и изогнутыми, постоянного, переменного и профильного сечения, длиной, измеряемой десятками метров, и высотой, измеряемой метрами.

Клеевые соединения являются прочными, монолитными и имеют такую малую податливость, что ее можно не учитывать при расчетах и считать клееные элементы как цельные. Клеевые соединения являются водостойкими, стойкими против загнивания и воздействия ряда химически агрессивных сред, что обеспечивает долговечность клееных элементов. Эти соединения технологичны, и их осуществление без затруднений механизируется и автоматизируется, требуя ограниченных трудозатрат. Однако склеивание допускается только в специально оборудованных отапливаемых цехах с приточно-вытяжной вентиляцией для удаления вредностей и под строгим лабораторным контролем. При склеивании имеется возможность использовать древесину маломерную и пониженного качества путем удаления значительных пороков с последующим стыкованием. Клеевые соединения являются безметалльными. Это оправдывает экономическую целесообразность применения склеивания и является причиной быстрого роста объемов производства клееных деревянных конструкций.

Рисунок 9 - Клеевые стыки: а — поперечные; б —продольные; в — фанеры; г — под углом; / — по пластям:, 2 — по коомкам; 3 — по пластн и кромке; 4 и 5 — зубчатый с выходом зубьев на кромки и пласти; 6 — усовое соединение фанеры; 7 — клееный элемент

Клеевые соединения применяют для склеивания досок из хвойной древесины толщиной не более 50 мм и влажностью не выше 12%. При нарушении этих ограничений клеевые соединения могут разрушиться от усилий, возникающих в результате коробления досок при высыхании. По качеству древесины доски должны относиться к категориям, соответствующим условиям их работы в клееных элементах и значениям действующих в них напряжений. Доски до склеивания должны быть остроганы по плоскостям склеивания, на толщину до 3 мм для обеспечения их плотного контакта и получения прочного клеевого шва минимальной толщины с наименьшими непроклейками.

Клееные элементы после склеивания должны быть остроганы по кромкам для получения гладкой поверхности.

Клеевые соединения применяют также для продольного склеивания цельных клееных элементов и для склеивания досок с фанерой и со стальными деталями.

Для клеевых соединений применяют конструктивные синтетические клеи на основе термореактивных смол (см. гл. 7). В настоящее время в отечественной практике для склеивания древесины и фанеры наибольшее применение находят фенолоформальдегидный клей КБ-3 и резорциновый клей РФ-12, а для склеивания древесины с металлом — эпоксидный клей ЭПЦ-1. Клеевые швы должны иметь минимальную толщину, измеряемую долями миллиметров, и высокую прочность, превосходящую прочность древесины на сжатие и скалывание вдоль волокон. Прочность швов на растяжение ввиду их хрупкости невелика и соответствует примерно прочности древесины на растяжение поперек волокон. Адгезионная и когезионная связи клеевых швов должны быть выше прочности древесины, и клеевые соединения должны разрушаться при нагружении выше предела прочности не по швам и граничным слоям, а по цельной древесине.

Клеевые стыки по их расположению и особенностям работы могут быть разделены на поперечные, продольные и угловые (рис. 9).

Поперечные стыки досок служат для создания клееных элементов с поперечными сечениями требуемых размеров и форм и придания им изогнутой формы по длине. В их число входят стык по пластям, стык по кромкам и стык по пласти и кромке.

Стык по пластям представляет собой клеевое соединение досок пластями. Этот стык применяется для создания клееных, элементов требуемой высоты сечения и для обеспечения их изогнутой формы по длине, поскольку он препятствует распрямлению, изогнутых досок в клееном элементе. В изгибаемых и сжато-изгибаемых элементах стыки по пластям работают и рассчитываются на скалывание при изгибе по формуле

В этой формуле коэффициент условий работы т_ск = 0,6 учитывает возможное возникновение непроклеек, уменьшающих расчетную ширину шва b.

Стык по кромкам представляет собой клеевое соединение досок кромками. Его применяют для создания клееных элементов с шириной сечения, большей ширины отдельных досок. По высоте сечения эти стыки в соседних досках располагаются вразбежку в плоскости изгиба. В этих стыках обычно не возникают скалывающие напряжения, и они не требуют расчетных проверок.

Стык по пласти и кромке представляет собой клеевое соединение пласти одной доски с кромкой другой. Его применяют для создания клееных элементов тавровой, двутавровой и рельсо видной формы со стенками из досок на ребро. Работает и рассчитывается стык на скалывание при изгибе по формуле (14).

Продольные стыки служат для создания клееных элементов требуемой длины. В число продольных стыков входят зубчатое и усовое соединения.

Зубчатое соединение применяют для стыкования досок концами по длине вдоль волокон, оно является основным видом продольного стыка и представляет собой соединение концов досок" клеевыми швами по зубчатой поверхности ряда острых клиньев, которые могут выходить на пласти или на кромки досок. Такая форма придается концам досок механически специальной зубчатой фрезой на станке. Зубчатое соединение характеризуется тремя параметрами— длиной зубьев l, шириной их у основания t и шириной у вершины b (затуплением). Длина зубьев обычно не превышает толщины досок, а параметры обеспечивают необходимый уклон плоскостей зубьев к оси доски — не больше 1:8 и затупление не больше 1 мм. Только такие параметры обеспечивают необходимую прочность стыка в элементах несущих конструкций, например 1—32 мм, t=8 mm, b=1 мм. Зубчатое соединение экономично, поскольку имеет малую длину и дает возможность стыковать короткие доски, и технологично, так как изготовляется механически и не расходится при изготовлении до затвердевания клея.

От действия продольных усилий в клеевых швах зубчатого соединения возникают основные скалывающие и незначительные растягивающие напряжения. Ввиду значительной площади зубчатой поверхности они не превосходят несущей способности швов до разрушения доски от растяжения. Затупление зубьев меньше ослабляет сечение, чем пороки, допускаемые в элементах I категории качества. Поэтому зубчатое соединение считается равнопрочным с цельной древесиной в элементах всех категорий качества при всех видах напряженного состояния и расчета не требует. В некоторых случаях это соединение применяют и для продольного стыкования цельных клееных элементов.

Усовое соединениепредставляет собой клеевое соединение концов досок по поверхности, образованной их срезкой с уклоном к поверхности 1:10, и применяют его для продольного стыкования досок. Клеевой шов работает здесь аналогично швам зубчатого соединения, и усовое соединение считается тоже равнопрочным с древесиной элементов независимо от их категории качества. Этот стык менее экономичен, поскольку имеет значительную длину и нерационален для стыкования коротких досок. Он менее технологичен, чем зубчатый, так как имеет тенденцию к сдвигам по клеевому раствору при склеивании, и допускается только при отсутствии оборудования для зубчатого стыкования.

Угловые стыки представляют собой клеевые соединения досок и клееных элементов, расположенных друг к другу под углом.

Зубчатое соединение под углом применяют главным образом для соединения концов клееных элементов рам в жестких узлах, расположенных под углами более 120°. Зубья этого соединения должны выходить только на верхние и нижние кромки элементов в зоне упора их срезанных под углом концов. Это соединение работает на усилия сжатия с изгибом и рассчитывается как цельное наклонное сечение по прочности на нормальные напряжения с учетом того, что они действуют под углом к волокнам, и расчетные сопротивления древесины имеют, соответствующие пониженные значения.

Соединение досок по пласт ям под углом представляет собой клеевое соединение досок пластями по площади их пересечения. Так могут соединяться доски шириной до 100 мм при угле 90° и шириной 150 мм при углах 30—45° между ними. От продольных усилий в клеевом шве возникают здесь скалывающие и дополнительно поперечные растягивающие напряжения ввиду эксцентричного действия усилий. Они рассчитываются на скалывание под углом к волокнам, а растягивающие усилия рекомендуется воспринимать болтами или шурупами.

Стыки фанеры и фанерыс древесиной. Усовое соединение фанеры имеет ту же конструкцию и уклон склеиваемых кромок 1:12, и применяют его для соединения фанерных листов кромками подлине и по ширине. Оно имеет пониженную прочность ввиду неполного совпадения соответствующих слоев листов фанеры при склеивании и, рассчитывается на растяжение по площади сечения, уменьшенной коэффициентом условий работы m=0,6. В некоторых случаях применяют также соединение фанерных листов с фанерными накладками шириной не менее 30 толщин соединяемых листов.

Рис. 6.10. Соединения с вклеенными стержнями: а I— продольное; б — под углом; / — соединяемые элементы; 2 — стержни из стальной арматуры^ S — отверстия; 4 — пазы; 5 — рейка; 6 — клей

Стык фанеры с досками по пласти и кромкам применяют в клеефанерных конструкциях. При расположении волокон досок под углом 90° к наружным волокнам фанеры ширина досок должна быть не более 100 мм. При большей ширине досок возникает опасность перенапряжения клеевых швов в результате коробления древесины. Этот стык работает на скалывание при изгибе и рассчитывается по прочности ближайших к стыку клеевых швов между наружным и соседним слоями фанеры по формуле (17) без учета непроклеек. Расчетное сопротивление этого шва скалыванию принимается при направлении скалывающих усилий вдоль наружных волокон фанеры R_ск.ф = 0,6 МПа и поперек их R_ск.ф = 0,8 МПа. Клееметаллические соединения представляют собой соединения деревянных клееных элементов при помощи вклеенных или наклеенных стальных деталей (рис. 10).

Соединения на вклеенных стержнях состоят из коротких стержней из арматуры классов А-П или А-Ш диаметром 12—32 мм, вклеенных в прямоугольные пазы или круглые отверстия клеем, обеспечивающим надежное соединение древесины с металлом, например эпоксидно-цементным.

Глубина вклеивания l должна быть не менее 10 и не более 30 диаметров стержня, ширина паза или отверстия на 5 мм больше диаметра стержня, расстояние между стержнями не менее 3d, а до края сечения — 2d. Вклеенные стержни применяют для продольного и углового соединения клееных элементов,

работающих на продольные силы или изгибающие моменты. Они воспринимают продольные силы N при растяжении (выдергивание) или сжатии (вдавливание). Скрытые в толще древесины стержни защищены от химически агрессивной среды и быстрого нагрева при пожаре, что повышает стойкость против коррозии и огнестойкость конструкции. Клеевые соединения стержней работают на скалывание по площади, равной произведению глубины вклеивания l на периметр отверстия π(d+0,5) см.

Напряжения скалывания распределяются по длине вклеивания неравномерно, уменьшаясь к концам стержней.

Расчет соединения на скалывание, производят с учетом коэффициента неравномерности (концентрации) распределения скалывающих напряжений , определяемого в зависимости от диаметра стержня и глубины вклеивания.

Расчетная несущая способность стержня определяется по скалыванию клеевых соединений по формуле

.где ;

Соединения с клеестальными шайбами применяют для соединения стержней сборно-разборных ферм в узлах. Они состоят из стальных пластинок — стальных накладок, болтов, а также шайб, приклеенных к пластям элементов феноло-формальдегидным по слою БФ или эпоксидным клеем. Болты пропускаются при сборке соединения через отверстия соответствующего диаметра в накладках и шайбах и через отверстие большего диаметра в древесине элементов. Соединение воспринимает растягивающие и сжимающие усилия. Клеевые швы шайб работают и рассчитываются на скалывание по формуле (18). Болты рассчитываются на смятие и срез между шайбами и накладками, как в стальных соединениях, без учета древесины и имеют повышенную несущую способность. Стальные накладки рассчитываются на растяжение или сжатие. Для беспрепятственной сборки соединение должно быть изготовлено с высокой точностью.

Клеевые соединения арматуры клееных армированных балок с древесиной выполняются путем вклеивания ее в пазы в крайних зонах сечений эпоксидно-цементным клеем. Они работают на скалывание с избыточными запасами прочности.

Соединения с пластмассовыми связями имеют значительные перспективы применения в деревянных конструкциях, особенно предназначенных для эксплуатации в средах, химически агрессивных по отношению к металлу. В настоящее время проводятся экспериментальные и теоретические исследования соединений в деревянных элементах с цилиндрическими нагелями из высокопрочного стеклопластика типа АГ-4с.

Соединения на вклеенных стальных стержнях

5.8. Соединения на вклеенных в древесину стержнях выполняются из арматурной стали периодического профиля классов А-II и А-III диаметром 12 - 25 мм.

Диаметр отверстий и размеры пазов для соединения элементов деревянных конструкций на вклеенных стержнях следует принимать на 4 - 6 мм больше номинального диаметра. Отверстия и пазы должны быть глухими. При этом слои клееного пакета не должны иметь компенсационных прорезей.

Рис. 16. Соединения на вклеенных в древесину стержнях из арматурной стали

а) при сплачивании изгибаемых элементов; б), в) при стыковании растянутых элементов с жестким и с нежестким креплением наклонных стержней; г) при заделке сжато-изгибаемых элементов в пяте

5.9. При выборе типов и марок клеев для соединений на вклеенных стержнях следует руководствоваться указаниями п. 2.11.

5.10. Не допускается использовать соединения на вклеенных с торцов стержнях, направленных вдоль волокон, если помимо продольного усилия N действует поперечная сила Q, вызывающая краевые отрывающие или расщепляющие напряжения поперек волокон в древесине выше 0,3 МПа. В этом случае следует использовать наклонные вклеенные стержни.

5.11. Вклеенные металлические стержни могут использоваться (рис. 16):

а) для стыковых соединений и для сплачивания элементов;

б) для повышения сопротивления смятию в опорных частях клееных элементов и растяжению поперек волокон гнутоклееных элементов;

в) в виде наклонных соединительных связей составных балок, растянутых стыков и в анкерных креплениях защемленных в пяте колонн.

5.12. Расчетную несущую способность вклеенного в древесину стержня независимо от угла наклона к волокнам на выдергивание или продавливание следует определять по формуле (59) СНиП II-25-80.

5.13. Расчетную несущую способность на сдвиг T_н, кН, вклеенного в древесину цилиндрического нагеля из стальной арматуры периодического профиля на один шов соединения элементов из сосны и ели при глубине заделки l_н ≥ 6d в направлении усилий вдоль волокон следует определять по формулам (см. рис. 16, а):

T_н = 2d 2 + 0,02l_н 2 ,

но не более 3,2d 2 - для стержней из арматуры класса А-II;

T_н = 2,5d 2 + 0,02l_н 2 ,

но не более 3,7d 2 - для стержней из арматуры класса А-III. Максимальным значениям T_н соответствует l_н ≥ 8d, где номинальный диаметр стержня d и глубина заделки l, см.

В соединениях элементов под углом несущая способность вклеенных нагелей T_н умножается на соответствующие коэффициенты по СНиП II-25-80, пп. 5.14, 5.15.

Расстояния между осями вклеенных нагелей при их расстановке следует принимать вдоль волокон - не менее 8d_отв, и поперек волокон в соответствии со СНиП II-25-80, п. 5.18 для d_отв.

5.14. Соединения на наклонных вклеенных стержнях, работающих на совместное действие растяжения с изгибом (см. рис. 16.), следует рассчитывать по формуле

где N_р = Ucos α - составляющая расчетного усилия на один стержень U в МН, вызывающая в наклонных стержнях напряжения растяжения;

Q = Usin α - составляющая того же усилия U, вызывающая в наклонных стержнях напряжения изгиба;

T_а = F_аR_а - расчетная несущая способность одного стержня по условию прочности на растяжение, МН;

F_а - площадь сечения стержня, м 2 ;

R_а - расчетное сопротивление растяжению арматурной стали для А-II R_а = 285 МПа и для А-III R_а = 375 МПа);

T_н - расчетная несущая способность стержня на один шов из условия его работы на изгиб, МН, принимается:

а) при жестком (сварном) соединении (см. рис. 16, б, г) вклеенного стержня со стальной накладкой или анкерной полосой:

T_н = 55d 2 - для арматуры А-II;

T_н = 70d 2 - для арматуры А-III;

б) при нежестком болтовом соединении (см. рис. 16, в) вклеенного стержня со стальной накладкой и при сплачивании элементов составных балок

T_н = 40d 2 - для арматуры А-II;

T_н = 50d 2 - для арматуры А-III;

d - номинальный диаметр стержня, м.

Приведенные значения T_н применимы при углах наклона вклеенных стержней к волокнам 30° ≤ α ≤ 45°, при их расстановке вдоль волокон S₁ ≥ 10d и глубине заделки l_н ≥ 20d - в стыках и l_н ≥ 15d - в составных балках при сплачивании.

Поперечная расстановка наклонных вклеенных стержней:

S₃ ≥ 3d; S₂ ≥ 6d - при двухрядном расположении;

S₃ = S₂ ≥ 3d - при шахматном расположении.

Однорядное расположение вклеенных стержней допускается только в элементах из клееной древесины.

5.15. Проверку наклонных вклеенных стержней на выдергивание от составляющей N_р следует производить по СНиП II-25-80, п. 5.32.

5.16. Стальные накладки, анкерные полосы и тяги с приваренными к ним наклонными вклеенными стержнями должны рассчитываться на растяжение с изгибом по формуле

где N_а - растягивающее усилие в стальной накладке, МН;

M_а - изгибающий момент, МН×м, принимаемый M_а = 24d 3 - при стержнях из арматуры А-II; M_а = 30d 3 - при стержнях из арматуры А-III;

F_нт, W_нт - площадь и момент сопротивления сечения нетто стальной накладки, м 2 , м 3 ;

c = 1,47 - коэффициент, учитывающий пластическую стадию работы стальной накладки прямоугольного сечения;

R_а - расчетное сопротивление растяжению полосовой стали, МПа;

При конструкции клеевых соединений следует:

Для склеивания древесины, а так же древесины и фанеры применяют клеи на основе силикатных смол, марки клеев выбирают в зависимости от назначения, температурно влажностных условий эксплуатации конструкции, материала склеиваемых конструкций, вида оборудования и технологии изготовления. Для гражданского строительства большепролётных конструкций эксплуатируемых в наиболее жёстких условиях, рекомендуется склеивать водостойкими фенольно-резиновым клеем ФРФ 50. конструкции массового применения в сельском хозяйственном строительстве допускают склеивать более дешёвым акрилрезарциновами клеями ФР-100 и ДФК 1АМ, ДФК-14Р, фенольными клеями КБЗ.

Конструкции эксплуатируемые при относительной влажности воздуха дот 85% склеивают карбомидномеланиноваыми клеями средней водостойкости КС-В-СК, а при W до 70% - карбомидным клеем КРЖ.

При этом наибольшую жизнеспособность (2-4 ч.) должен иметь клей, используемый при склеивании большепролётных многослойных конструкций, и наименьшую жизнеспособность (0,5-1 ч.) при склеивании заготовок по длине в зубчатый шип и по кромке.

Во всех случаях клей должен обеспечивать прочность клеевых соединений при сдвиге вдоль волокон древесины через 3-е суток после склеивания не менее 6,5МПа.

Требования и рекомендации при конструировании клеевых соединений.

При конструировании клеевых соединений избегают появления в швах опасных напряжений, возникающих при усушке и короблении древесины, а так же при усадке самого клея. Чем больше W древесины, чем толще и шире доски, тем деформации усушки и коробления, а следовательно и собственных напряжения в клеевых швах будут больше.

Характер и распределение собственных напряжений в клеевых швах зависти от вяжущего, расположении годовых слоёв, при их короблении в клеевом шве появляются скалывающие напряжения, а при несогласованном наиболее опасны растягивающие напряжения.

Собственные напряжения могут оказаться особо опасными в случае, когда склеиваются разнородные материалы, например, доска и фанера, фанера и клеёный многослойный элемент.

1) Толщину досок склеиваемых по пласте, принимать не более 33 мм, а ширину не более 18 мм.

2) В случаях применения для склейки элементов более толстых досок, их толщины должны быть 33

3) Ширину досок, приклеиваемых непосредственно к фанере принимают не более 10 мм.

4) Ширину досок , склеиваемых под углом α>45 0 принимать не более 10 мм, а под углом 30 0

5) Следует отдавать предпочтенье зубчатым соединениям с выходом зубьев на плате досок с выходом зубьев на кромки досок. Этим достигается меньшая потеря соединения при острожке досок по склеевым плоскостям.

6) Для сращивания листов фанеры лишь вдоль волокон наружных слоёв (рубашки) используют соединения на ус, при этом длина условного соединения должна быть не менее 10-12 толщин слоёв.

7) При склейке многослойных элементов под углом ко всему сечению с использованием зубчатых соединений величину внутреннего угла α между осями элемента следует принимать не менее 104 0

42.Соединения на вклеёных стержнях.

При соединении на вклеенных стержнях с древесиной, как правило, используют эпоксидные и фенолформальдегидные клеи, поскольку они удовлетворяют требованиям универсальности, высокой прочности, показателям незначительного внутреннего напряжения при доступной стоимости. Универсальность этих клеев обеспечивает хорошую адгезию (прилипание) двух разнородных материалов, а высокие характеристики обеспечивают восприятие усилий = несущим способностям самих арматурных стержней. В данном случае собственные внутренние напряжения отсутствуют или минимальны, и не увеличивают напряжение клеев в швах в следствии различной деформативности в стали при изменении температуры и влажности.

Рекомендуется применять эпоксидные клеи ЭПЦ-1, К-153и ФРФ-50М.

расчёт на несущую способность висячих стержней следует определять по формулам:

1. для стержней вдоль волокон древесины: [кгс]

2. для стержней поперёк волокон: , где - номинальный диаметр стержней (см), - расчётное сопротивление древесины скалыванию (кг/см 2 ), - длина ***** части стержней (см), - расчётное сопротивление древесины срезу поперёк волокон для сосны и ели (1,2 и 3 сортов=45 кг/см 2 – при стержнях периодического профиля), - коэффициент учитывающий направление и характер усилия (=1 – при вдавливании; =0,9 при выдёргивании, =0,95 при двухсторонней работе), - коэффициент, учитывающий зависимость расчётного сопротивления срезу (), зависит от диаметра стержней =1,12÷0,1, - коэффициент, учитывающий неравномерность направления сдвига по длине соединений, установлен опытным путём: для стержней вдоль волокон =1,2÷0,02/, для стержней поперёк волокон при одностороннем вдавливании или выдёргивании =1÷0,01, для стержней поперёк волокон с нагрузкой за оба конца =1,1÷0,008/, - коэффициент, учитываемый при работе соединений группы стержней их взаимное влияние и неравномерность их загружения, в табл.:

Направление и характер усилия	Расстановка в 1 поперечный ряд (число стержней в ряду)	Расстановка в 2 поперечных ряда
Вдавливание	0,9	0,85	0,85	0,8	0,75
Выдёргивание	0,9	0,85	С₁	0,9С₁	0,85С₁
2-х сторонняя нагрузка	0,9	0,85	С₂	0,9С₂	0,85С₁

С₁ – коэффициент, определяемый в лаборатории, ,

46.Подвижность связи и её учёт при расчёте составных элементов деревянных конструкций

Очень часто в строительстве используют составные деревянные конструкции. В этом есть необходимость, когда нужно запроектировать конструкцию больших поперечных сечений с большой несущей способностью и жёсткостью (когда несущие возможности проектирования клееных деревянных конструкций)

Многие деревянные конструкции (балки, арки, рамы) делают составными, брусья и доски соединяют с помощью связей, которые м.б. жёсткими (клеевые соединения) и податливыми (разного рода механические связи, нагельные соединения).

Податливость – способность связей при деформации конструкции давать возможность соединения брусьев или досок сдвигается относительно друг друга. Подвижность связи ухудшает работу соединяемого элемента по сравнению с такими же элементами цельного сечения.

У составного элемента на податливых связях уменьшается несущая способность, увеличивается деформативность.

Вопросы учёта податливости связи при расчёте составных элементов впервые были разработаны в СССР. Этими вопросами занимались такие учёные как В.Г. Пасчиков, В.М. Коченов и др. В СНиПе для расчёта составных элементов деревянных конструкций приведены расчётные формулы, дающие приближённые решения, полученные из точных решений рядом упрощений, но результат точных и приближённых решений достаточно близки.

Расчёт составных элементов на поперечный изгиб.

Возьмём 3 деревянные балки, которые потом нагрузим, пролётные и поперечные сечения одинаковы. Первая балка имеет цельное сечение. Вторая – это элемент составного сечения, составленная из 2-х брусьев, соединённых между собой с помощью каких-либо мех. связей. Третья – это так же два бруса, но несоединенные между собой.

Моменты инерции балок:

Что касается балки составного сечения на связях, то эпюра напряжений её сечений будет складываться из эпюр, соответственно балки цельного сечения и балки пакета. Из этого можно сказать, что расчёт балки на податливых связях сводится к расчёту балки цельного сечения с сведением необходимых коэффициентов учитывающих податливость связей. Тогда геометрические характеристики можно выразить следующим образом: , где - коэффициент, учитывающий влияние податливости на жесткость балки и изменяется в пределах от 1 до Y_п/Y_ц (при 2-х брусьях Y_п/Y_ц =0,25), , - коэффициент, учитывающий влияние податливости связей на несущую способность балки, изменяется от 1 до W_п/W_ц (при 2-х брусьях W_п/W_ц =0,25).

Исходя из этого нормальное напряжение для балки составного сечения выражается: , прогиб балки: ,

Значения коэффициентов , приводятся в СНиПе.

При проектировании инженеры сталкиваются с вопросом: Сколько связей необходимо поставить по длине балки? Количество этих связей определяют расчётом на сдвигающее усилие. Напряжение сдвига выражается [кг/см 2 ], участок 1×1 см, - напряжение сдвига, тогда усилие сдвига 1 см 2 равно: - расчётная несущая способность, [кг].

Полное сдвигающее усилие Т от поры до середины пролёта, где Т=0 будет равно:[кг].

В составной балке на податливых связях, значение полного сдвигающего усилия Т остаётся постоянным. Однако, из-за податливости связей характер распределения сдвигающих усилий по длине балки изменяется.

В результате сдвига брусьев треугольная эпюра превращается в криволинейную, близкую к косинусойде. Если связи по длине балки разместить равномерно, то каждая такая связь воспримет усилие равное её несущей способности (Т_С), а все эти связи, должны воспринять полное усилие [кг],

Работа такого количества связей будет способствовать прямоугольнику АДЕС, т.е. связи расположенные около опор будут перегруженными. При расчёте необходимо соблюдать 2 условия:

- число равномерно расставленных связей () на участке должно воспринимать полное усилие:

- связи у опор не должны быть перегружены, чтобы связи у опор были не перегружены надо их увеличить, чтобы их работа способствовала прямоугольной эпюре. Тогда требуемое количество связей на участке балки от опоры до сечения с МАХ изгибающим моментом будет равно: , где - несущая способность связи.

При симметричной нагрузке разрешается не ставить связи в среднем участке на длине 0,2l, тогда формула для количества связей выражается: .

Конструктивное решение составных балок из брусьев.

Балка на пластичных нагелях (дубовых, березовых)

Составные балки на нагельных пластинах.

На вклеенных нагельных стержнях.

На стальных пластинах, вклеенных в гнёзда.

На скобах и пластинах из полосовой стали.

На вклеенных наклонно стержнях, сваренных между собой пластин.

На нагелях, вдавливаемых в древесину краями.

47.Расчёт составных элементов деревянных конструкций на продольный изгиб.

Расчёт составных элементов на податливость связей при продольном изгибе, как при поперечном может быть сведён к расчёту элементов цельного сечения с введением поправочного коэффициента, учитывающего податливость связи. Однако, следует знать, что здесь связи в швах значительно меньше чем при поперечном изгибе.

Продольный изгиб сопряжён с потерей устойчивости сжатого элемента, что кажется составных элементов, то здесь помимо потери устойчивости всего элемента так же может произойти потеря устойчивости и отдельных его элементов.

Расчёт на продольный изгиб характеризуется коэффициентом продольного изгиба φ, который зависит от гибкости элемента λ: , при λ≤70, , при λ70 , =3000

Гибкость составных элементов.

Определяется с учётом податливости соединений и её выражают

. Для удобства коэффициента приведения гибкости вычисляется по упрощённой формуле, которую предложил В.М. Коченов , где - коэффициент податливости соединений по формулам СНиПа, -расчётное количество швов, - расчётное количество срезов связей в одном шве на 1 метр сдвига.

Примечание: Если имеется несколько швов с различным количеством срезов, то принимают среднее количество срезов, -принимают по толщине более тонкого из содинямых (для стальных цилиндрических нагелей).

Гибкость для составных элементов с учётом податливости связи, определяем по следующей формуле:, где - гибкость всего элемента относительно оси у-у (по длине l₀ без учёта податливости), -гибкость отдельной ветви, относительно оси I-I по длине ветви l₁

Примечание: При длине ветви (l₁) меньшей или равной 7 толщинам ветви () гибкость этой ветви относительно оси I-I принимается равной с l₁≤7, то .

Приведённая гибкость – не должна приниматься больше гибкости отдельных ветвей. , где - момент инерции отдельных ветвей относительно оси I-I, -расчётная длина элемента.

Из этих 2-х формул значение приведённой гибкости принимается наименьшей. Относительно оси Х-Х гибкость находится как для цельного элемента (если ветви нагружены равномерно).

Если ветви имеют различное сечение, гибкость ветви находим по следующим формулам: , если часть ветвей не опёрта, то: - площади поперечного сечения определяются только для опёртых ветвей F_НТ (нетто), F_расч, - относительно оси у-у гибкость находится по формуле: , при этом момент инерции принимают с учётом всех ветвей, а площадь только опёртых, - относительно оси х-х момент инерции определяется по формуле:, где - момент инерции опёртых ветвей, - момент инерции не опёртых ветвей. Более точно момент инерции м.б. определён по формуле В.П. Писчинова: , - для сжатия с изгибом.

48.Расчёт элементов составного сечения на сжатие с изгибом.

Метод расчёта аналогичен расчёту цельного сечения, но учитывается податливость связей.

В плоскости изгиба происходит сложное сопротивление и податливость связей учитывается дважды:

- введением коэффициента податливости , как при поперечном изгибе.

- включение - учитывает влияние дополнительного изгибающего момента (от действия продольной силы) на общее напряжённое состояние. Вычисление приводят с учётом приведённой гибкости.

Нормальное напряжение (δ_с) составного сжатого элемента определяется по следующей формуле

, где - изгибающий момент по деформационной силе, , , где - коэффициент продольного изгиба, зависит от λ, , .

Прогиб сжато изгибаемого составного сечения, определяется по формуле: , ,

В составных стержнях с промежутками помимо общего расчёта стержня необходима проверка так же наибольшего напряжения ветвей:

при определении количества связей, которые надо поставить на участке от опоры до сечения с МАХ изгибающим моментом, так же учитывается возрастание поперечной силы при сжатии с изгибом. Количество этих связей определяется по формуле: [шт./ погонный метр]

Из плоскости изгиба сжато изгибаемого составного элемента рассчитывается без учёта изгибающего момента, т.е. как центрально сжатые стержни.

Кроме этого выполняют проверку устойчивости формы деформации: , , =3000, , -площадь брутто с мах размерами сечения на участке , учитывает наличие закреплений из плоскости, =2 – без закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования, =1 – если такие закрепления есть. , где - расстояния между закреплениями сжатой кромки, -коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов (по СНиПу), -коэффициент, учитывающий подкрепления из плоскости изгибав промежуточных точках растянутой кромки элемента (по формуле СНиПа), m-число подкреплений.

Читайте также: