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.

При проектировании к соединениям предъявляются опре­деленные требования.

1. Вязкость соединения. В соединениях деревянных конст­рукций наиболее опасными видами напряженного состояния являются скалывание и разрыв поперечных волокон (раскалы­вание) древесины, особенно в тех случаях, когда они суммируются с напряжениями усушки. В отличие от строительной ста­ли, в древесине не происходит пластического выравнивания напряжений. Поэтому проекти­ровать соединения нужно таким образом, чтобы хрупкая рабо­та древесины на скалывание сочеталась с вязкой работой её на смятие. При этом в первую очередь должна быть максимально использована несущая способность древесины на смятие, преж­де чем произойдет хрупкое разрушение от скалывания или рас­калывания.

Для придания вязкости в растянутых соединениях, как пра­вило, используют принцип дробности (рис. 6.1).

В многонагельных соединениях исключается опасность од­новременного выключения из работы всех связей.

Несущая способность многонагельного соединения выше при одинаковом расходе стали.

При работе одного нагеля остается неиспользованным вы­сокий предел прочности стали на изгиб и древесины на смя­тие, вследствие предшествующего скалывания и раскалывания древесины.

2. Плотность соединений. Соблюдение этого требования по­зволяет предотвратить появление нерабочих, рыхлых началь­ных деформаций. Поверхность соединенных элементов долж­на быть тщательно подготовлена.

2. Указания по расчету

Расчетное усилие, действующее на соединение (с учетом коэффициента надежности), не должно превышать расчетной несущей способности соединения (с учетом породы, условий эксплуатации).

Разгружающее действие сил трения при расчете соединений не учитывается. Разгружающее действие трения, создаваемое начальной болтовой стяжкой при расчете также не учитывает­ся, так как усушка древесины поперек волокон с течением вре­мени ослабляет действие начального обжатия.

Усушечные и температурные деформации вдоль волокон древесины при проектировании не учитываются. Деформации поперек волокон (усушка) при необходимости могут учитывать­ся в зависимости от начальной и конечной влажности.

3. Лобовая врубка с одним зубом

Врубками называются соединения, в которых усилие пере­дается от одного элемента к другому непосредственно, без про­межуточных вкладышей или иных рабочих связей. В простей­шем случае усилие передается упором приторцованных друг к другу концов бревен или брусьев.

Основной областью применения врубок являются узловые соединения в брусчатых и бревенчатых фермах, в том числе в опорных узлах примыкания сжатого верхнего пояса к растяну­тому нижнему поясу.

Существует два вида лобовых врубок: с одним и с двумя зу­бьями.

3.1. Лобовая врубка с одним зубом

Врубка с одним зубом используется при углах b порядка 35° и меньше. В этом случае решающее значение, как правило, имеет расчетная несущая способность по условию скалывания. Врубка имеет равнопрочное соединение по смятию и скалыва­нию при b= 37°.

При конструировании лобовой врубки необходимо соблю­дать следующие требования:

1. Глубина врубки должна быть не менее 2 см в брусьях и не менее 3 см в бревнах, и не более 1/3h или 1/3d.

1. Упорная площадка врубки пропиливается перпендикулярно к направлению сжимающей­ силы. Ось сжатого элемента должна проходить через центр упорной площадки.

2. Длина площадки скалывания должна приниматься с учетом: 1_ск ≤10h_вр, 1_ск ≤10h

1. Центрирование нижнего пояса из бруса должно осуществляться по ослабленному сечению, т.е. по F_нт. В конструкци­ях из бревен центрирование производится по площади брут­то.

2. Устройство зазора в 1-2 см необходимо для исключения возможного отрыва зуба от его основания в случае уменьшения угла b, при прогибе панели верхнего пояса и увлаж­нении древесины.

Врубка рассчитывается по I предельному состоянию, кото­рое сводится к разрушению древесины либо по смятию, либо по скалыванию.

Несущая способность по каждому из двух условий записы­вается следующим образом:

1. N_с < F_смR_см,a (смятие нижнего пояса).

2. N_р < F_скR_ск^ср (скалывание, нижнего пояса).

В лобовых врубках имеет место односторонний вид скалы­вания, поэтому среднее значение расчетного сопротивления древесины скалыванию определяется по формуле

Увеличение длины площадки скалывания за пределами де­сяти глубин врубки в расчетах на скалывание не учитывается.

Разберем вопрос, почему необходимо производить центри­рование брусчатых конструкций на лобовых врубках по ослаб­ленному сечению растянутого нижнего пояса.

Во-первых, центрирование по сечению брутто приводит к внецентренной работе растянутого бруса по ослабленному се­чению, следовательно, нижний пояс необходимо рассчитывать как растянуто-изгибаемый элемент.

Во-вторых, центрирование по сечению нетто требуется еще и для обеспечения наибольшей несущей способности врубки по скалыванию.

Рассмотрим, каким же образом центрирование по F_нт при­водит к повышению несущей способности соединения по ска­лыванию.

1)При прочих равных условиях меняется экс­центриситет действия скалывающей силы.

2)Степень неравномерности распределения касательных на­пряжений t_ск при той же длине площадки скалывания 1_СК при центрировании по F_бр существенно возрастает.

3)Центрирование по ослабленному сечению приводит к вне­центренной работе нижнего растянутого бруса неослабленной его зоны. Однако даже при h_вр=1/3h_бр эксцентриситет е_р=1/6h оказывается безопасным для нижнего растянуто-изгибаемого пояса.

Чтобы избежать разрушения конструкции, а именно фер­мы, от катастрофического снижения несущей способности по скалыванию, рекомендуется ставить аварийный болт или хомут. Они включаются в работу, когда произойдет скалывание зуба.