3.1.2. Требования, предъявляемые к соединениям

Несущая способность и деформативность деревянных конструкций зависит от применяемых соединений. Соединения следует конструировать так, чтобы компенсировать природную хрупкость древесины соединяемых элементов при растяжении и скалывании, вязкой работой их соединений.

Так, соединение растянутых деревянных элементов, как правило, связано с их местным ослаблением. В ослабленном сечении растянутых деревянных элементов наблюдается концентрация опасных местных напряжений. В соединениях растянутых деревянных элементов наибольшую опасность представляют напряжения, вызывающие скалывание и раскалывание древесины, поскольку это приводит к хрупкому разрушению соединений. Вероятность разрушения соединений увеличивается, если в древесине со­единяемых элементов возникают напряжения, вызванные усушкой.

Скалывание и разрыв вдоль и поперек волокон относятся к хрупким видам работы древесины. В отличие от работы конструкционных пластмасс, в древесине не происходит в этих случаях пластического выравнивания напряжений. Для того, чтобы уменьшить опасность хрупкого разрушения от скалывания или разрыва в растянутых элементах деревянных конструкций, природную хрупкость древесины можно уменьшить вязкой работой их соединений. К наиболее вязким видам работы древесины относится смятие. Требование вязкости, предъявляемое к работе соединений всех видов элементов деревянных конструкций, сводится к требованию обеспечения выравнивания напряжений в параллельно работающих брусьях или досках путем использования вязкой работы древесины на смятие, прежде чем могло бы произойти хрупкое разрушение от разрыва или скалывания.

Для придания вязкости соединениям растянутых деревянных элементов, как правило, используют принцип дробности, позволяющий избежать опасности скалывания древесины увеличением площади скалывания. К примеру, применение вместо одной сосредоточенно установленной связи (чрезмерно жесткой для досок толщиной 5 см) нескольких рассредоточенных (дробно) установленных вязко-податливых связей при одинаковой затрате стали увеличивают эксплуатационный ресурс соединения (рис. 3.1).

Вязкость работы соединений сжатых деревянных элементов обеспечивается вязкой работой древесины на смятие. В сжатых стыках, решаемых простым лобовым упором, не приходится опасаться хрупкого разрушения древесины, если приняты меры, предотвращающие раскалывание древесины поперек волокон.

Рис. 3.1. Проявление принципа дробности в

работе стыкового соединения растянутых досок (5X12) при замене одного стального нагеля диаметром 25 мм 16 тонкими нагелями диаметром 6 мм

Соединения следует выполнять плотно, без зазоров между смежными частями соединяемых элементов, чтобы рыхлые деформации соедине­ний были минимальными.

3.1.3. Основные положения расчета соединений

Соединения деревянных конструкций рассчитывают по методу предельных состояний. Для обеспечения безопасной работы соединения необходимо, чтобы расчетное усилие, действующее на соединение, не превышало несущей способности соединения. Сложное напряженное состояние в соединениях, возникающее из-за наложения различных напряжений, требует определения несущей способности соединения исходя из нескольких условий. Несущая способность соединения определяется расчетом соединяемых элементов на смятие и скалывание с учетом угла между силой и направлением волокон в древесине. Кроме клеевых, соединения элементов деревянных конструкций практически невозможно сделать жесткими, поэтому при расчете деревянных конструкций необходимо учитывать податливость их соединений.

Из опыта эксплуатации деревянных зданий и сооружений, предельный относительный сдвиг между соединяемыми элементами ограничивается величиной 1,5-2 мм. Усилие, которое вызывает предельный сдвиг, принимают за несущую способность соединения, если оно меньше несущей способности соединения, определенной из условий смятия и скалывания. Клеевые соединения при расчете конструкций следует рассматривать как неподатливые.

Передача сил от одного соединяемого элемента другому осуществляется непосредственно через поверхность их контакта или через рабочие связи. Многочисленные исследования показали неэффективность применения в одном соединении различных типов рабочих связей, например, болтов и гвоздей. Увеличение несущей способности соединения без изменения площади контакта соединяемых элементов может быть достигнуто установкой накладок на нагелях, клеевыми соединениями и др. Сравнение различных соединений на примере растянутого симметричного стыка (табл.3.1) пока­зывает, что наибольшей несущей способностью, приведенной к единице контактной поверхности, обладает клеевой шов. Наибольшую несущую способность среди других соединений имеют нагели небольшого диаметра (до 5 мм), устанавливаемые в предварительно рассверленные отверстия с шагом, принятым как и для цилиндрических нагелей. Однако следует учитывать ослабления растянутых деревянных элементов отверстиями под на­гели.

Расчет соединений сводится к определению действующих на них усилий и сравнению их с несущей способностью соединений Т.

Расчетную несущую способность соединений, работающих на смятие и скалывание, следует определять по формулам:

а) из условий смятия древесины

б) из условия скалывания древесины

где- расчетная площадь смятия;- расчетная площадь скалывания;- расчетное сопротивление древесины смятию под углом а кнаправлению волокон;- расчетное среднее по площадке скалывания сопротивление древесины скалыванию «вдоль волокон, определяемое в своюочередь по формуле:

Здесь- расчетное сопротивление древесины скалыванию вдольволокон (при расчете по максимальному напряжению), приведенное в нормах;- расчетная длина плоскости скалывания;- плечо сил скалывания; - коэффициент учитывает неравномерность распределения напряжений скалывания и зависит от вида скалывания.

Если площадка скалывания располагается по одну сторону от места приложения сил, то имеет место одностороннее скалывание, при котором скалывающие напряжения концентрируются в начале скалывания. Эпюраимеет несимметричное очертание, приближающееся к треугольному. В этом случае коэффициент

_{При промежуточном скалывании площадка скалывания располагает}ся между местами приложения сил (рис.3.2). В этом случае наблюдается меньшая концентрация скалывающих напряжений. Для промежуточного скалывания

Рис. 3.2. Зависимость среднего расчетного сопротивления скалыванию в соединени­ях: а - при врубке с одной стороны; в - то же, с обеих сторон

Увеличение длины площадки скалывания за пределами десяти глубин врезки в расчете на скалывание не учитывается, поскольку при допускаемом нормами косослое скалывание может произойти по длинеи при большей длине запроектированной площадки скалывания. Для тогочтобы уменьшить опасное влияние растягивающих напряжений поперек волокон и торцевых усушенных трещин на несущую способность соединения, длина площадки скалывания должна быть не менееВо всех случаяхтребуется обеспечение прижима скалываемой части.

В промежуточных узлах сквозных деревянных конструкций глубина врубок не должна превышать 1/4 полной высоты или толщины элемента. В опорных узлах глубина врубки не должна превышать 1/3 полной высоты бруса. Минимальная глубина врубки должна быть не менее: для брусьев 2 см.; для бревен 3 см.

Силы трения между соединяемыми элементами, которые оказывают разгружающее действие, в расчете соединений элементов деревянных конструкций не должны учитываться, за исключением случаев однократного, кратковременного (при аварии и монтаже) действия прижимающих сил.

Таблица 3.1.

Несущая способность соединений растянутых деревянных элементов с различными рабочими связями на примере растянутого стыка