Работа и расчет соединений на цилиндрических нагелях

В соединениях деревянных элементов нагель работает как гибкий стержень в основном на изгиб и неравномерно сжимает древесину в гнезде.

Напряжения среза в нагеле не учитываются при расчете, т.к. практически срез деревянными элементами нагеля не происходит.

Рис.3.5.Основные виды нагельных соединений:

а) симметричное двухсрезное; б) несимметричное односрезное; в) несимметричное двухсрезное; г) узловые соединения

Разрушение нагельного соединения может произойти вследствие разрушения нагеля, смятия древесины нагельного гнезда, скалывания древесины между нагелями, раскалыванием древесины поперек волокон.

Практически опасность скалывания и раскалывания древесины устраняется правильной расстановкой нагелей, которые оговариваются нормами [1]. В таблице 3.1 приводятся значения минимальных допустимых расстояний между осями нагелей.

Расстановка нагелей Таблица 3.1

Расстановка нагелей	Обозначение	Вид нагеля
стальной	пластмассовый	дубовый	гвоздь
c≥15d	c=4d
Вдоль волокон		≥7d	≥6d	≥5d	≥15d	25d
Поперек волокон: -между осями нагелей -от кромки элемента до оси нагеля		≥3,5d ≥3d	≥3,5d ≥3d	≥3d ≥2,5d	≥4d ≥4d	≥4d ≥4d

Примечания: d- диаметр нагеля, гвоздя; с - толщина пробиваемого элемента, для промежуточных значений c расстояние между гвоздями определяется по интерполяции; обозначения представлены на рис.3.5.

Нагели в растянутых стыках рекомендуется располагать в два или четыре продольных ряда, нельзя ставить нагели по оси элемента, чтобы нагели не оказались в зоне усушенных трещин. Для обжатия соединений ставятся стальные болты в количестве 25% от общего числа нагелей. Если стяжные болты сделаны из того же материала, что и нагели, то болты включают в расчетное число нагелей. В конструкциях из круглых лесоматериалов допускается шахматное расположение нагелей в два ряда расстояниями между осями нагелей вдоль волокон 2 ,а поперек волокон- =2,5d.

Расчет нагельных соединений делается из условия, что действующее на соединение усилие N не должно превышать расчетной несущей способности соединения T. Расчетное количество нагелей принимают не менее двух с диаметром 12-24 мм и определяют по формуле:

, (3.7)

где - расчетное усилие, действующее в растянутом стыке;

- количество срезов нагеля;

– наименьшая расчетная способность нагеля на один шов сплачивания (среза).

Несущая расчетная способность нагеля T на один срез определяется по таблице 3.2, исходя из трех условий:

· смятия древесины в крайних элементах;

· смятия древесины в средних элементах;

· изгиба самого нагеля.

В формулу (3.7) подставляется наименьшее из найденных значений .

Расчетная несущая способность цилиндрического нагеля

на один шов сплачивания (условный срез) в соединении элементов из сосны и ели

Таблица 3.2.

Схемы соединений	Напряженное состояние	Расчетная несущая способность на один шов сплачивания, кН
Гвоздя, стального, стеклопластикового нагеля	Дубового нагеля
Симметричное	Смятие в средних элементах	0,5cd	0,3cd
Смятие в крайних элементах	0,8ad	0,5ad
Несимметричное	Смятие в элементах равной толщины и более толстых однородных	0,35cd	0,2cd
Смятие в более толстых средних элементах двусрезных при a≤0,5c	0,25cd	0,14cd
Смятие в более тонких крайних элементах при a≤0,35c	0,8ad	0,5ad
Все виды соединений	Изгиб нагеля	,но не более 2,5 Гвоздя: ,но не более 4	,но не более 0,65

Примечание: c - толщина средних и более толстых элементов односрезных соединений; a- толщина крайних и более тонких элементов односрезных соединений; d- диаметр нагеля; все размеры в сантиметрах.

При направлении передаваемого нагелем усилия род углом к волокнам расчетную несущую способность T, определяемую по табл. 3.2, следует умножать:

a) на коэффициент при расчете на смятие древесины в нагельном гнезде;

b) на величину при расчете нагеля на изгиб; угол α следует принимать равным большему из углов смятия нагелем элементов, прилегающих к рассматриваемому шву.

Значения коэффициентов приведены в таблице 3.3.

Значения коэффициентов Таблица 3.3.

Угол в град.	для стальных, стеклопластиковых нагелей диаметром, мм	Для дубовых нагелей
	0,95	0,9	0,9	0,9
	0,75	0,7	0,65	0,6	0,8
	0,7	0,65	0,55	0,5	0,7

Примечания: значения для промежуточных углов определяются интерполяцией. При расчете односрезных соединений для более толстых элементов, работающих на смятие под углом α, значение следует умножать на дополнительный коэффициент 0,9 при и на коэффициент 0,75 при .