Древесина является анизотропным материалом.

Анизотропия является следст­вием особенностей анатомического строения древесины, в которой ее меха­нические и упругие свойства резко отличаются для направлений вдоль и поперек волокон. Прочность поздней древесины го­дичных колец в 3-4 раза выше прочности ранней древесины. Однако в пре­делах одного ствола содержание поздней древесины изменяется. Слои, ок­ружающие сердцевину, содержат мало поздней древесины, затем ее содер­жание увеличивается, а далее к коре уменьшается. Также меняется содержа­ние поздней древесины по высоте ствола от комеля к вершине, снижаясь в 1,5-2 раза.

Необходимо отметить, что теплофизические свойства, теплопро­водность, линейное тепловое расширение, электропроводность древесины также различны по трем направлениям структурной симметрии, т.е. древе­сина анизотропна также в отношении этих свойств.

Расчетная модель предполагает наличие трех взаимно перпендикуляр­ных плоскостей структурной симметрии. Такие материалы называют ортотропными. Предположение об ортотропности применительно к элементар­ному объему древесины является упрощенной схемой (рис. 1.3, а).

	Рис. 1.3. Оси плоскости симметрии элементарного объёма древесины: А – плоскости симметрии ортотропной анизотропии; Б – схема цилиндрической анизотропии изотропного тела.

Механические свойства древесины различны в разных направлениях и зависят от угла между направлением действующего усилия и направлени­ем волокон (рис. 1.3, Б).

При совпадении направления усилия и волокон прочность древесины достигает максимального значения. Поэтому, при вы­ведении формул для определения расчетных сопротивлений под углом к во­локнам, древесина рассматривался как ортотропный материал.

Механические свойства различны в различных направлениях.

Прочность древесины достигает наибольшего значения при совпадении направления действия усилия с направлением волокон древесины.

При увеличении угла между направлением усилия и направлением волокон прочностные характеристики снижаются и достигают своего минимального значения при .

Деревянные конструкции изготовляют преимущественно из древесины хвойных пород, поэтому основные расчетные характеристики древесины в СНиП приводятся для сосны и ели. Для других хвойных и лиственных пород расчетные характеристики получают путем умножения соответсвующей расченой характеристики на дополнительный коэфиициент m_П, значение которого также регламентируется СНиП.

2. Древесина обладает реологическими свойствами, т.е. на прочность древесины большое влияние оказывает скорость приложения нагрузки или продолжительность ее действия.

Реология – это наука об изменении свойств вещества во времени под действием тех или иных факторов.

Пример. Рассмотрим три одинаковых деревянных образца, которые загружены и доведены до напряжений , , и условимся, что .

Образцы разрушатся, но разрушатся через разные промежутки времени .

Чем больше уровень напряжений, тем скорее произойдет разрушение, но при определенном уровне напряжений разрушение образцов вообще не наступает, как бы долго не действовала нагрузка.

График носит асимптотический характер. Из графика видно, что предел прочности с увеличением длительности нагрузки падает, но не бесконечно.

Предел прочности стремится к некоторому постоянному значению, равному ординате асимптоты кривой.

Это ордината является пределом длительного сопротивления древесины.

Длительное сопротивление характеризует тот предельный уровень напряжений при котором образец не разрушается, как бы долго не действовала нагрузка.

Последим за изменением деформации образцов с течением времени по двум вариантам.

Деформации с течением времени затухают, стремясь к некоторому пределу

Деформации растут незначительно, затем происходит резкий рост деформации и разрушение образца

Из графиком видно что древесина обладает свойством ползучести.

Ползучесть – это рост деформации во времени без увеличения нагрузки. На графике это участки от т.А до т.В.

На практике это проявляется в виде провисания конструкции при действии длительно действующей нагрузки.

Древесина обладает свойством релаксации – изменением (снижением) уровня напряжений при неизменной деформации.

Предел прочности древесины определяют путём испытания стандартных образцов (по ГОСТ) выполненных из древесины без каких-либо пороков, т.е. чистой древесины.

Определяют прочность путём быстрых испытаний (кратковременных) на машинах или прессах.

Переход от предела прочности (временного) к длительному сопротивлению производится путём умножения на коэффициент длительности сопротивления.

На реальные конструкции нагрузки действуют одинаково, однако древесина сопротивляется по разному, это учитывается введением коэффициентов условия работы для конструкций, напряжение в которых от постоянных и длительно действующих нагрузок превышает 80% от суммарных напряжений. Расчетное сопротивление принимается с коэффициентом .

При учете кратковременных нагрузок (ветровой, монтаж, гололедной, сейсмической и т. д.) расчетное сопротивление принимается с коэффициентом > 1, максимальное значение

3. На прочность древесины влияет ее влажность

Растяжение

Максимальный предел прочности в стандартных образцах древесины наблюдается при растяжении вдоль волокон (100 МПа). Диаграмма растяжения до 40 МПа имеет незначительную кривизну и принимается прямой линией. Это значение принимается за предел пропорциональности, при котором определяется начальный модуль упругости.

Е=(1,1-1,4)*10⁴ МПа

Значительное влияние на предел прочности при растяжении вдоль волокон оказывают пороки древесины (сучки, косослой). При размере сучка в ¼ стороны элемента предел прочности древесины при растяжении снижается более, чем на 70%. Отрицательное влияние на предел прочности оказывают концентраты напряжений (отверстия, врезки), в этом случае прочность элемента будет меньше, чем определяемая по площади нетто. То есть древесина в месте концентрата ведет себя как менее прочный материал. Это учитывается в расчетах путем введения коэффициента условия работы m₀ = 0,8.

Предел прочности при растяжении поперек волокон в 12-17 раз ниже, чем вдоль волокон, такой низкий предел прочности объясняет большое влияние косослоя на прочность древесины

Е_пв = 400 МПа

Сжатие

Предел прочности при сжатии стандартных образцов в 2 – 2,5 раза ниже, чем при растяжении вдоль волокон. Диаграмма сжатия более прямолинейна, чем при растяжении с определенной погрешностью. Прямолинейным принимается участок с напряжением до 20 МПа. Сучок размером до 1/3 стороны элемента снижает предел прочности при сжатии на 30 – 40%, так как размеры сжатых элементов обычно назначают из условий устойчивости, а не из условия прочности. В металлодеревянных конструкциях сжатые элементы выполняют из дерева, а растянутые – из металла, это делают с целью повышения надежности.

Поперечный изгиб

При поперечном изгибе в элементе имеются 2 зоны: сжатия и растяжения; и как следствие, значение предела прочности при поперечном изгибе занимает промежуточное значение между растяжением и сжатием вдоль волокон (75 МПа)

Смятие

Это напряженное состояние эле­мента на поверхности, воспринимающей нагрузку. Смятие древесины про­исходит вдоль волокон, поперек волокон и под углом. При стандартных ис­пытаниях на сжатие вдоль волокон малых образцов, имеющих хорошо при­торцованные поверхности, обычно не наблюдается снижения сопротивле­ния в результате смятия торцов. Для практических целей нормы проекти­рования не дают различие между прочностью на сжатие вдоль волокон и смятие вдоль волокон. Таким образом, предел прочности смятия вдоль во­локон принимается также, как и R_с^вр = 44 МПа.

Древесина сжатию и смятию поперек волокон сопротивляется значи­тельно слабее, чем сжатию вдоль волокон. Предел прочности смятию по­перек волокон находится в диапазоне R_см^вр =2,8 - 4,5 МПа. Предел прочности как характеристика теряет свою опреде­ленность, поскольку при увеличении нагрузки происходит спрессовыва­ние древесины без нарушения ее сплошности. Поэтому за нормируемый предел прочности принимаются значения допустимых в эксплуатации де­формаций.

Для смятия поперек волокон хвойных пород наблюдается две типичные диаграммы σ - ε (рис. 1.7).

	Рис. 1.7. Диаграмма деформирования древесины при смятии по радиальной и тангентальной плоскостям

Диаграмма смятия поперек волокон в радиаль­ном направлении характеризуется тремя этапами. На первом этапе (АВ) происходит сжатие годовых слоев ранней древесины, и участок диаграм­мы почти прямолинейный. Второй этап (ВС) характеризуется смятием обо­лочек клеток ранней древесины.

Этот этап работы древесины не требует больших усилий, и на диаграмме наблюдается участок, слегка наклоненный к оси абсцисс. Третий этап (СД) протекает за счет сжатия клеток поздней древесины, т.е. уплотнения древесного вещества. Поэтому древесина вновь приобретает способность сопротивляться действию нагрузки, и, как правило, разрушения древесины не происходит.

При сжатии поперек волокон в тангентальном направлении характерна одноэтапная диаграмма. Усилия воспринимаются одновременно ранними и поздними зонами годичных слоев. Нагружение завершается зачастую раз­рушением древесины.

У древесины лиственных пород при сжатии, как в радиальном, так и в тангентальном направлениях, имеет место диаграмма с тремя этапами.

Сопротивление древесины на местное смятие выше, чем при смятии по всей поверхности. Повышение происходит в основном за счет распределе­ния напряжений на большую поверхность в направлении вдоль волокон, благодаря поддерживающему влиянию не нагруженных соседних волокон, работающих при этом на растяжение.

Скалывание

Скалывание является наиболее неблагоприятным, хрупким характером разрушения древесины и, тем не менее, наименее изученным явлением, не доведенным до корректной методики определения предела прочности. Существующая ныне методика испытания образцов на скалыва­ние, например, не учитывает наличие изгибающего момента от действия приложенного усилия, вызывающие дополнительные растягивающие на­пряжения по площадке скалывания.

В реальных конструкциях в опорных зонах, где чаще всего происходит скалывание, имеет место сложное напряженное состояние (различное соче­тание касательных и нормальных напряжений) неадекватное напряженному состоянию стандартных образцов при испытании. Поэтому в нормах проек­тирования расчетные сопротивления на скалывание вдоль волокон даны применительно к виду конструкции или узла на основании локальных ис­следований. В отличие от других видов напряженного состояния влияние пороков на скалывание сказывается незначительно. Предел прочности ра­вен R_ск^вр = 6 – 7 МПа . Разница между прочностью на скалывание в танген­циальной и радиальной плоскостях незначительна.

Различают два вида скалывания древесины: одностороннее и промежу­точное. В первом случае силы скалывания расположены по одну сторону от площадки скалывания, что приводит к неравномерному распределению по ее длине скалывающих напряжений τ (рис. 1.9). Процесс скалывания в этом случае обычно сопровождается расщеплением или отрыванием воло­кон. Причиной тому служит момент М =Т× е.

Во втором случае площадка скалывания находится в промежутке между двумя действующими на нее силами, в результате чего напряжения распре­деляются по длине площадки скалывания более равномерно.

		Рис. 1.9. Виды скалывания: а и б - одностороннее скалывание; в - промежуточное скалывание.

Для инженерных методов расчета часто используют формулу для опре­деления расчета сопротивления на скалывание (рис. 1.9). Как показали ис­следования в МИСИ, эта формула имеет запас прочности.

1.5. СТРОИТЕЛЬНАЯ ФАНЕРА. ПИЛОМАТЕРИАЛЫ

Фанера – многослойный листовой древесный материал. Изготавливается из шпона путем холодного или горячего прессования. Смежные слои в панели имеют взаимно перпендикулярное направление волокон. Фанера толщиной более 15 мм. называется фанерной плитой. Так как структура фанеры перекрестна, то она обладает меньшей анизотропностью механических свойств. Явления усушки и разбухания у фанеры незначительны и соответствуют значениям для древесины вдоль волокон.

Положительные свойства фанеры те же, что и у древесины. Для клееных строительных конструкций по СНиП рекомендуется применять 2 марки фанеры: ФСФ, ФБС.

- ФСФ на смоляном фенолформальдегидном клее, изготавливается из березы или лиственницы, может быть комбинированной, обладает повышенной водостойкостью, выпускается толщиной от 8 до 45 мм. Фанера из лиственницы дешевле фанеры из березы.

- ФБС - фанера бакелизированная. Рубашечные (наружные) слои пропитаны, а нижние намазаны спирторастворимыми смолами. Характеризуется высокой прочностью, примерно в 2 раза выше, чем у ФСФ. Используется для изготовления специальных конструкций, многооборачиваемой опалубки. Толщиной от 5 до 18 мм. ,дороже, чем ФСФ в 2 раза. Сорта фанеры определяются качеством древесины и видом обработки наружных рубашечных слоев.

Пиломатериалы

Для распиловки используют бревна (пиловочник) преимущественно хвойных пород. Максимальная длина пиловочника 6 м. (до 6,5 м.).

По ГОСТ длина пиловочника регламентируется от 2 до 6 м., с градацией 25 см.. Бревна длиной более 6 м. поставляются по спец. заказу. Диаметр бревна измеряется в тонком (вершинном) сечении (без коры). По ГОСТ диаметр от 14 и выше с градацией 2 см. Качество бревен оценивается согласно ГОСТ по трем сортам. Уменьшение диаметра по длине бревна от комля в вершине называется сбегом. Условно для расчетов сбег равен 1 см/п. м.

Продукция лесопильного производства называется пиломатериалы.

Доска имеет ширину более двойной толщины. Бруски имеют ширину и толщину более 100 мм. Большая сторона доски называется пласть, узкая - кромка, пересечение плоскостей пласти и кромки – грань.

Нормы рекомендуют для несущих конструкций применять древесину или пиломатериалы, удовлетворяющие требованиям по 1,2,3 сорту. Кроме общестандартных требований, к древесине для несущих конструкций предъявляют дополнительные требования:

1. Ширина годичных слоев должна быть не более 5 мм. ,содержание поздней древесины не менее 20%.

2. В заготовках 1 и 2 сорта для крайне растянутой зоны 0,15h клееных изгибаемых элементов и в досках 1-3 сортов, толщиной 60 мм. и менее, работающих на ребро при изгибе или на растяжение, не допускается наличие сердцевины.

Конструкционные, химические меры борьбы с гниением, горением, поражением насекомыми – изучить самостоятельно.

ГЛАВА 2. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

2.1. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ

Согласно нормам (СНиП) все строительные конструкции и основания рассчитываются по предельным состояниям.

Предельное состояние – такое состояние, при котором конструкция перестает удовлетворять требованиям, предъявляемым к ней в процессе эксплуатации.

Рассмотрим 2 группы предельных состояний:

1. По несущей способности, т.е. по непригодности к эксплуатации, включает в себя: общую потерю устойчивости формы, потерю устойчивости положения, все виды разрушения ( вязкое, хрупкое, усталостное ).

2. По деформациям, по непригодности к нормальной эксплуатации. Состояния, вследствие которого допускается недопустимые перемещения, прогибы, осадки, углы поворота, смещения.

Необходим учет всех факторов, определяющих напряженное состояние конструкции.

К основным факторам относятся:

1. Внешние нагрузки.

2. Качество, размеры, механические свойства материала конструкции.

3. Условия работы конструкции (эксплуатации).

Условие в общем виде для Ι группы предельного состояния:

∑ PiH · γf · ψ · αi ≤ RH · ∙ Fi · mi P R

1. Внешние нагрузки приводятся в нормах в виде нормативных значений (СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия») P^H.

На нормативные значения нагрузки производится расчёт конструкций по ΙΙ группе предельных состояний (по деформации).

Расчёт по Ι группе предельных состояний производится на расчётные значения нагрузок (Р), которые определяются путём умножения нормативных значений на коэффициент надёжности по нагрузке γ_f. Этот коэффициент учитывает возможные отклонения нагрузок в неблагоприятную сторону (большую или меньшую).

Коэффициент надёжности по нагрузке учитывает изменчивость нагрузки. При одновременном действии двух и более временных нагрузок, расчёт конструкций выполняется с учётом наиболее неблагоприятного сочетания этих нагрузок. Вероятность одновременного проявления максимальных значений учитывается коэффициентом сочетаний (ψ).

α_i − коэффициент, учитывающий весомость каждой из нагрузок в результирующих усилиях (смысл коэффициента − ордината линии влияния).

2. Механические свойства конструкции.

Основной характеристикой механических свойств древесины является нормативное сопротивление R^H. Значение R^H устанавливается по результатам испытаний стандартных образцов с учётом их статистической изменчивости.

Все расчёты выполняются по расчётным сопротивлениям R.

Значения R получаются путём деления R^H на коэффициент безопасности по материалу γ_H. Он учитывает ряд факторов нестатистического характера:

1) Переход от малых стандартных образцов к размерам реальных элементов строительных конструкций;

2) Пороки древесины;

3) Продолжительность действия нагрузки.

F_i − геометрическая характеристика поперечного сечения.

3. Условия работы конструкции (влияние влажности, температуры, агрессивности среды) учитываются коэффициентом условия работы m_i, на который умножается в необходимых случаях R^H или R:

m_o − учитывает наличие концентраторов напряжения = 0,8;

m_в − учитывает повышенную влажность;

m_н − учитывает кратковременность действия нагрузки;

m_п − учитывает породы древесины;

m_гн − учитывает снижение R в гнутых элементах;

m_б − учитывает геометрические размеры поперечного сечения.

Для ΙΙ группы предельных состояний:

f ≤ [f],

где f − деформация от нормативной нагрузки;

[f] − предельное значение деформации конкретного элемента (СНиП «Деревянные конструкции»).

2.2. ПРЕДЕЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ И РАСЧЁТ ЦЕНТРАЛЬНО-РАСТЯНУТЫХ СТЕРЖНЕЙ

Центрально-растянутые стержни рассчитывают только на прочность (по Ι группе предельных состояний) по формуле:

σ = ≤ R_р ∙ m_o, где

N − расчётное значение растягивающего усилия;

F_нт − площадь поперечного сечения нетто (за вычетом площадей ослаблений).

Ослабления элемента отверстиями, врубками считаются совмещёнными в одном поперечном сечении, если они расположены по длине на участке менее 200 мм;

R_р − расчётное сопротивление древесины растяжению;

m_o − учитывает наличие ослаблений.

2.3. ПРЕДЕЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ И РАСЧЁТ ЦЕНТРАЛЬНО-СЖАТЫХ СТЕРЖНЕЙ

Центрально- сжатые стержни рассчитывают по Ι группе предельных состояний:

- короткие и длинные стержни по прочности;

- длинные стержни по устойчивости.

Расчёт по прочности выполняют по формуле:

σ = ≤ R_с, где R_с − расчётное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон.

Проверка устойчивости выполняется по формуле:

σ = ≤ R_с, где

N − расчётное значение сжимающей силы;

F_расч − расчётная площадь поперечного сечения.

- коэффициент продольного изгиба – отношение критического напряжения при потере устойчивости к расчетному сопротивлению.

.

Формула Эйлера.

, где

- расчетная длина;

- коэффициент привидения длины в зависимости от закрепления стержня.

Рис. 1 Рис. 2 Рис. 3 Рис. 4

, где

- радиус инерции стержня;

- минимальный момент инерции стержня;

- гибкость стержня.

, в ней величина - только для упругого стержня;

.

Величина для древесины и 2500 для фанеры.

Так как формула Эйлера выведена при условии упругой работы материала, то и область ее применения будет ограничена критическими напряжениями меньше предела пропорциональности.

При для деревянных конструкций это неравенство будет выполняться для стержней с гибкостью более 70.

При меньшей гибкости следовательно модуль упругости будет непостоянным.

Формула Эйлера для таких стержней ( ) будет справедлива если ввести предельный модуль упругости.

В нормах по расчету деревянных конструкций дается эмпирическая формула для определения у стержня, гибкость которых .

, это если .

- для древесины;

- для фанеры.

Имеются ограничение по гибкости.

Значение предельной гибкости для ответственных элементов: сжатые пояса ферм, опорные раскосы, основные стойки или колонны равно120. Для прочих сжатых стержней предельная гибкость равна 150. Для связи предельная гибкость равно 200.

2.4. ПРЕДЕЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ И РАСЧЕТ ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Элементы работающие на поперечный изгиб рассчитывают:

1. на прочность по нормальным напряжениям

2. на прочность по касательным напряжениям

3. проверка общей устойчивости

4. проверка местной устойчивости (для клеефанерных балок двутаврового или коробчатого сечения)

Эти четыре состояния относятся к первой группе предельных состояний.

По второй группе предельных состояний в изгибаемом элементе необходимо проверить жесткость или прогиб.

Расчет на прочность по нормальным напряжениям выполняется по формуле:

, где

- расчетное значение изгибающего момента.

- момент сопротивления сечения нетто за вычетом ослаблений.

- расчетное сопротивление древесины изгибу.

В том случае когда направление действия нагрузки не совпадает с направлением одной из главных осей поперечного сечение проверка прочности выполняется по следующей формуле:

Прогоны наиболее характерный пример продольного изгиба.

Проверка прочности по касательным напряжениям:

, где

- расчетное значение поперечной силы;

- статический момент брутто сдвигаемой части сечения относительно главной оси;

- ширина поперечного сечения;

- расчетное сопротивление древесины скалыванию.

Эта проверка выполняется для сечений с наибольшими сдвигающими напряжениями, особенно, при двутавровой форме сечения.

При расположении больших сосредоточенных сил близко к опорам.

Для коротких, но сильно нагруженных балок

- проверка прочности - проверка устойчивости

прочность

устойчивость,

- расчетное значение максимального изгибающего момента на рассматриваемом участке ;

- максимальный момент сопротивления на рассматриваемом участке .

- коэффициент устойчивости изгибаемых элементов.

Для практических расчетов в СНиПе дается в виде:

, где

- ширина поперечного сечения;

- расстояние между опорными сечениями;

- коэффициент зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке .

Проверка жесткости заключается в сравнении фактических прогибов элементов от нормативных нагрузок с предельными значениями.

Фактические прогибы деревянных конструкций необходимо определять по , т.к. протяженность местных ослаблений по длине балки невелика и практически не влияет на прогиб.

Особенностью деревянных конструкций является то, что прогиб необходимо определять с учетом деформации сдвига от поперечных сил.

- прогиб балки постоянного сечения по высоте учета деформации сдвига.

- коэффициент, учитывающий влияние деформации сдвига от поперечных сил.

если (чистый изгиб);

- предельное значение изгиба, дано в СНиПе.

2.5. ВНЕЦЕНТРЕННО - РАСТЯНУТЫЕ И РАСТЯНУТО - ИЗОГНУТЫЕ СТЕРЖНИ

	Растянуто – изогнутый стержень

Эти стержни рассчитывают только по прочности.

- расчетное сопротивление растяжению;

- расчетное сопротивление изгибу.

2.6. ВНЕЦЕНТРЕННО-СЖАТЫЕ И СЖАТО-ИЗОГНУТЫЕ СТЕРЖНИ

Данные стержни рассчитываются на прочность и устойчивость.

- изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок, но определяемых по деформированной схеме стержня.

- складывается из основного изгибающего момента от всех действующих сил определяемого из недеформированной схемы стержня и дополнительного момента продольной силы.

,

В нормах ,

- коэффициент изменяющийся от 1 до 0, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствии прогиба элемента.

,

где - проверка устойчивости центрально – сжатого стержня;

- коэффициент продольного изгиба, который определяется аналогично центрально – сжатым стержням, в зависимости от гибкости .

Проверка устойчивости выполняется при отношении напряжений от изгиба к напряжениям от сжатия меньше 0,1 без учета действия изгибающего момента.

Если отношение , то проверка устойчивости выполняется по формуле:

при отсутствии закреплений, растянутой зоны из плоскости деформирования.

при наличии таких раскреплений.

ГЛАВА 3. СОЕДИНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Ограниченность сортамента пиломатериалов по своим размерам требует при изготовлении различных конструкций соединения элемента:

1) сращивание по длине

2) сплачивание в поперечном направлении узлов

3) в узлах конструкций (фермы) элемент соединяют под различными углами.

Виды соединений элементов деревянных конструкций различны и зависят от характера их работы. По характеру работы все виды соединений можно разделить на 6 групп:

1. Работающие преимущественно на смятие и скалывание (врезки и шпонки)

2. Работающие преимущественно на изгиб (все виды нагелей)

3. Связи, работающие преимущественно на сдвиг (клеи и клеестальные шайбы)

4. Связи, работающие на растяжение (тяжи, хомуты, болты)

5. Связи, работающие на выдергивание (винты, глухари, гвозди)

6. Связи, устанавливаемые для предотвращения случайных смещений (аварийные связи, нерабочие связи).

К наиболее древним видам соединений относятся врубки.

Врубки обладают существенными недостатками:

1. большое ослабление рабочего сечения

2. сложность изготовления или высокая трудоемкость

Связи на нагелях – наиболее распространенный способ соединения, т.к. они мало ослабляют сечение элемента и отличаются простотой и надежностью в работе.

Клеи обеспечивают наиболее высокую прочность рабочего шва, дают возможность изготавливать конструкции различного очертания и поперечного сечения.

Но изготовление клееных конструкций требует сухого пиломатериала и производства работ только в заводских условиях.

Многочисленные исследования показали, что все связи за исключением клеевых обладают в той или иной мере свойствами податливости.

Податливость связей способствует увеличению деформативности конструкций и снижению их несущей способности по сравнению с цельными стержнями, в то же время податливость связей обеспечивает хорошее выравнивание усилий между отдельными связями, чем повышает надежность сопряжений.

Выбор того или иного вида соединения производится с учетом местных возможностей и условий.

3.2. СОЕДИНЕНИЯ НА ВЫРУБКАХ

Пример: лобовая с одним зубом.

h_вр ≤ 1/3h

h_вр > 2см

l_ск ≥ 1,5h

l_ск < 10h_вр

На смятие проверяется растянутый стержень, т.к. у него смятие осуществляется под углом к волокнам. Nсм должно быть:

1. Из условия смятия:

N_см ≤ F_см×R_смα =

2. Из условия скалывания:

N_cк ≤ l_ск×b×R_ск

3.3. СОЕДИНЕНИЯ НА ШПОНКАХ

Шпонки в деревянных конструкциях – это вкладыши, которые препятствуют взаимному сдвигу соединяемых элементов. Сами шпонки работают на смятие и скалывание. Отличительным признаком шпоночных соединений является распор, для восприятия которого необходимо устанавливать рабочие стяжные связи. Шпонки могут быть призматическими, продольными (прямые и наклонные).

Призматические шпонки выполняются из твердых пород дерева.

h_вр ≤ 1/5h

h_вр > 2см

l_ш ≥ 5h_вр – такой размер обеспечивает лучшее усилие в шпонке и экономию стали

Соединения на призматических шпонках применяются для сплачивания брусьев или бревен в составных балках. Для обеспечения совместной работы шпонок требуется плотная пригонка их в гнезда. Особенно в случае применения более жестких прямых и наклонных продольных шпонок. При эксплуатации поперечных шпонок их необходимо периодически подклинивать.

Т_ш×h_вр=Q_ш×l_ш

В результате эксцентричного приложения совершающих усилий будет возникать распор, равный из условия равновесия шпонки

Распор принимается стяжными болтами, который располагается между шпонками. Диаметр болта и их количество определяют из усилия Q, при этом диаметр в болтах принимается не менее 12мм.

Обеспечение лучшего усилия в шпонке и экономия стали для стяжных болтов длина больше 5hвр

Соединения на шпонках рассчитывают на смятие и на скалывание.

Т_см=R_см×h_вр×b

T_ск=R_ск×l_ск×b

Т_см и Т_ск – максимальные усилия, которые может воспринимать соединение

l_ск=S_o – для прямых

l_cк=S_o+0.5l_мп – для наклонных

Поперечные шпонки более податливы, более мягкие чем продольные, что позволяет включить в равномерную работу все шпонки.