Контактные соединения деревянных элементов

При контактных соединениях деревянных элементов подразумеваются соединения, в которых усилия от одного элемента другому передаются через их соответственно обработанные и опиленные контактные поверх­ности

. Дополнительно поставленные в таких соединени­ях рабочие связи несут обычно функции фиксации от­дельных элементов или служат аварийными связями, включающимися в работу при разрушении соединений.

При* контактных соединениях деревянных элементов в местах примыканий между собой и с элементами из других строительных материалов решающим оказывает­ся работа древесины на смятие.

Значительным преимуществом решения соединений деревянных элементов простым опиранием одних на дру­гие является незначительное влияние на их работу де­формаций древесины при колебаниях температурно-влажностного режима в период эксплуатации конструк­ции, особенно если силы сжатия соединяемых деревян­ных элементов направлены вдоль волокон.

Контактные соединения со сжатием перпендикулярно к волокнам встречаются в соединениях стоек в местах примыканий к горизонтальным ригелям, опираний про­гонов, балок, ферм на стены и т. д. (рис. IV. 3, а, б). В этих случаях расчет соединения сводится к определе­нию проверки напряжений смятия по контактным по верхностям в деревянном элементе, в котором силы сжатия приложены перпендикулярно к волокнам, и срав­нению их с соответствующим расчетным сопротивлени­ем. Поскольку сопротивление древесины на смятие по­перек волокон незначительно, то при действии больших усилий часто приходится увеличивать опорные площад­ки или контактные поверхности соединяемых элемен­тов.

Площадка контакта и распределение усилий сжатия на большую поверхность может быть увеличена с по­мощью подкладок из твердых пород древесины, имеющих повышенное сопротивление смятию поперек волокон (рис. IV.3, в) или подкладки из металлических профи­лей (рис. IV.3,г), а также деревянными вставками в опорные части стоек (рис. IV.3, д),

Если опорную площадь нельзя увеличить по каким-то конструктивным соображениям, то для поднятия сопро­тивляемости древесины смятию в этой части применяют различные накладки, например, из фанеры, прикрепляе­мые к боковым граням нагелями или клеями (рис. IV.4,а). Эффект повышения сопротивляемости смятию в этом случае достигается не столько вследствие увеличе­ния площади опирания, сколько передачей и распреде­лением усилий с помощью накладок на большую глуби­ну элемента.

Заслуживает внимания и дальнейшей проработки предложенный в нашей стране вариант усиления кле­еных балок в опорной части (рис. IV.4, б). Суть этого метода состоит в том, что в опорной части дощатоклееных балок большого поперечного сечения выпиливается уголок под углом 45°, затем после разворота на 90° вкле­ивается обратно. Этим достигается по контактной по­верхности балки с опорной частью максимальное сопро­тивление древесины смятию (вдоль волокон) и при про­верке шва по месту склеивания применяется расчетное сопротивление смятию под углом 45°.

Контактные соединения деревянных элементов с дей­ствием сил вдоль волокон имеются, например, при нара­щивании стоек по длине (рис. IV.5). В этом случае со­противление смятию вдоль волокон максимально и сов­падает с сопротивлением сжатию вдоль волокон. Однако при этом возникает опасность взаимопроникновения деревянных элементов из-за того, что более плотные слои древесины в одном элементе совпадают с менее плотны-

ми в другом. В результате этого может произойти дефор­мация древесины в торцах.

Концы соединяемых элементов должны быть точно совмещены и приторцованы. Чтобы предотвратить сме­щение концов элементов, устанавливают цилиндрические нагели в торцах или боковые накладки (см. рис. IV.5),

Поскольку размеры поперечного сечения сжатых сто­ек принимают из расчета на продольный изгиб, этой площади бывает вполне достаточно для восприятия на­пряжений смятия вдоль волокон, поэтому расчет торцов элемента на смятие при передаче усилий по всей площа­ди поперечного сечения обычно не проводят.

Работа древесины в местах соединения по контакт­ным поверхностям на смятие под углом возникает в со единениях деревянных элементов, находящихся под раз­личными углами, например стык наклонных деревянных элементов (рис. IV.6). В этих случаях древесину по кон­тактной поверхности проверяют на смятие под углом.

Боковые накладки или различные вкладыши между соединяемыми элементами служат для фиксации элемен­тов и восприятия поперечных сил. Соединение наклон­ных сжатых деревянных элементов с горизонтальными растянутыми элементами без рабочих связей осуществ­ляют чаще на врубках, конструкция и работа которых будет рассмотрена в последующих параграфах.

§ 2.2. Лобовая врубка

Врубкой называют соединение (рис. IV.7), в котором усилие элемента, работающего на сжатие, передается другому элементу непосредственно без вкладышей или

иных рабочих связей. За этим видом соединения сохра­нилось старое название «врубка», хотя в настоящее время врезки и гнезда выполняют не топором, а электро-или мотопилой, цепнодолбежником и т. п.

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.

Соединяемые врубкой элементы деревянных конст­рукций (д. к.) должны быть скреплены вспомогательны­ми связями — болтами, хомутами, скобами и т. п., кото­рые следует рассчитывать в основном на монтажные на­грузки.

Лобовая врубка может утратить несущую способ­ность при достижении одного из трех предельных состо­яний: 1) по смятию площадки упора -F_CMa; 2) по скалы­ванию площадки F_CK; 3) по разрыву ослабленного вруб­кой нижнего пояса.

Площадь смятия определяют глубиной врубки h_вр, которая ограничивается нормами h_вр ≤ h_вр /3, где h_вр — высота растянутого элемента. При этом несущая способ­ность врубки из условия разрыва растянутого элемента в ослабленном сечении при правильном центрировании узла всегда обеспечивается с избыточным запасом проч­ности. Решающее значение имеет как правило несущая способность врубки, исходя из условий скалывания.

Согласно СНиП П-25-80, лобовую врубку на скалы­вание рассчитывают определением среднего по длине площадки скалывания напряжения сдвига по формуле

В результате анализа установлено, что с увеличением глубины врубки / h_вр при постоянной длине плоскости скалывания l_ск снижается коэффициент концентрации напряжений сдвига и уменьшаются напряжения сжатия поперек волокон в начале плоскости скалывания. Выяв­лена зависимость коэффициента концентрации напряже ний сдвига t_max/ t_сред от отношения 1_ск/е и от угла смятия α (табл. IV.2).

На основе данных, приведенных в табл. IV.1, можно сделать следующие выводы:

чем больше отношение длины плоскости скалыва­
ния к е, тем больше коэффициент концентрации напря­
жений сдвига;

чем меньше угол α, тем меньше коэффициент кон­
центрации напряжений сдвига;

чем больше нормальная к плоскости сдвига со­
ставляющая, тем выше значение концентрации напряже­
ний сдвига.

При этом необходимо отметить, что нормальные к плоскости сдвига напряжения сжатия поперек волокон повышают сопротивление скалыванию вдоль волокон¹.

§ 2.3. Монтажный или аварийный болт

Опорные узлы ферм на лобовых врубках снабжаются монтажными болтами (рис. IV. 10), которые выполняют дополнительные функции аварийной связи. Работа болта как аварийной связи в основном расчете опорного узла не учитывается, поскольку начальная жесткость его со­противления сдвигу, особенно после усушки древесины, ничтожно мала по сравнению с начальной жесткостью работы врубки на смятие и скалывание.

Аварийная связь должна полностью включиться в ра­боту лишь при скалывании зуба растянутого пояса (см. рис. IV.10) и обеспечить временное закрепление нижнего конца верхнего пояса в результате соответствующей де­формации болта и работы его на растяжение.

Экспериментальные исследования выявили решающее влияние местного вмятия нижнего концевого ребра верх­него пояса в волокне нижнего пояса на отклонение си­лы отпора Nотп от направления, перпендикулярного пло­скости скалывания. Образовавшаяся местная вмятина, увеличиваясь по мере возрастания силы упора, предот­вращает дальнейший сдвиг верхнего пояса даже при от­сутствии связей.