Соединения на наклонно вклеенных стержнях

5.30 Соединения на стержнях, вклеенных вдоль волокон древесины, допускаются в слабо нагруженных элементах и обязательно в комбинации с поперечно вклеенными стержнями.

5.31 В соединениях используется очищенная от ржавчины и обезжиренная стальная арматура периодического профиля диаметром от 14 до 25 мм классов А300 - А400. Допускается использовать арматуру А240 со сплошной нарезкой резьбы по длине вклеивания.

5.32 Для вклеивания используют эпоксидные клеи на базе смол ЭД20 с наполнителем - молотым песком (маршалитом) в количестве до 200 весовых частей от веса смолы. При необходимости обеспечения повышенной огнестойкости соединения возможно применение эпоксидных клеев специального состава с температурой стеклования около 70 °С. Вклеивание стержней и контроль качества следует производить в соответствии с «Рекомендациями по производству работ при вклеивании стержней» (ЦНИИСК, 2004).

5.33 Сверление отверстий под вклеиваемые стержни производится с помощью сверл для древесины или металла, нарощенных до требуемой длины. Точность сверления достигается использованием кондукторов с базой на боковых гранях. Диаметр отверстия в древесине должен превышать диаметр вклеиваемого стержня на 4 - 5 мм для арматуры классов А300 - А400 и на 2 мм для арматуры класса А240. Наиболее эффективным является расположение стержней под углом к направлению волокон в интервале от 30 до 45°. Стержни должны пересекать плоскости клеевых швов клееного пакета. Расстояние от боковых граней пакета до оси стержня принимается не менее 2d и не менее 30 мм; между осями стержней по ширине пакета расстояние должно быть не менее 2d; от торца пакета вдоль волокон до оси стержня - не менее 100 мм при сжатии; между наклонными стержнями и от торца при усилиях вдоль волокон 10d при угле наклона стержней a = 45° и 14d при a = 30° (см. рисунок 14).

А - опорная реакция от расчетной нагрузки; а - в виде связей составных элементов; б - для повышения сдвиговой прочности клееной балки; в - для анкеровки закладных деталей; г, д - в опорных и других узлах конструкций; е - схема симметричного универсального жесткого стыка элементов сечением <500 и >600; ж - для растянутых элементов; з - для сжатых стыков с полимербетоном; и - для полигональных элементов, несимметричная схема (карниз рамы); к - для узла защемления стоек

Рисунок 14 - Используемые в проектировании соединения на наклонно вклееных стержнях по системе ЦНИИСК

5.34 Влажность древесины при вклеивании стержней должна быть в интервале 7 - 14 % (в зависимости от условий эксплуатации конструкций - см. таблицу 1). Не допускается использование вклеенных стержней для клееных пакетов с компенсационными прорезями.

5.35 Соединения на наклонно вклеенных стержнях используются:

- для сплачивания элементов составного сечения, в том числе, композитных; для узловых соединений, воспринимающих сдвиг;

- для повышения сдвиговой прочности клееных элементов;

- для анкеровки закладных деталей, воспринимающих усилия разных направлений;

- для устройства узловых сопряжений элементов плоских и пространственных конструкций (опорных узлов, поясов и решетки в фермах, ключевых шарниров в арках, рамах и т.п.);

- для усиления участков конструкций, в которых действуют нормальные растягивающие напряжения поперек волокон и касательные напряжения (в зонах глубоких подрезок или ослаблений врезками, в изгибаемых элементах с искривленной осью, на торцах конструкций, подверженных колебаниям температуры и влажности, и мн. др.);

- для устройства жестких равнопрочных стыков сборных изгибаемых, сжато-изгибаемых, растянуто-изгибаемых элементов (балок, арок, ферм, рам, защемленных стоек, куполов, сводов и т.п.);

- для устройства равнопрочных стыков растянутых элементов (поясов и решетки ферм, жестких нитей, кольцевых ребер куполов и т.п.);

- для устройства стыков сжатых элементов (в том числе, на монтажные нагрузки).

Принципиальные конструктивные схемы соединений в узлах и стыках элементов для различных напряженно-деформированных состояний приведены на рисунке 14.

5.36 При устройстве стыковых соединений в конструкциях используют два вида соединений на наклонно вклеенных стержнях. Преимущественно это анкера V-образной формы, которые представляют собой комбинацию из двух стержней, вклеенных наклонно по отношению к направлению волокон древесины и образующих между собой внутренний угол.

В отдельных случаях (обычно для слабо напряженных конструкций или в элементах небольших сечений) применяются соединения на наклонно вклеенных стержнях, присоединенных на сварке к стальным пластинам, передающим на древесину усилия сжатия, возникающие от разложения усилий растяжения в наклонных стержнях.

5.37 Расчетную несущую способность, МН (кгс), вклеиваемого под углом к волокнам стержня на выдергивание или продавливание в стыках клееных деревянных конструкций следует определять по формуле

T = Rπd₁l_pk_cm_d ≤ F_aR_a, (63)

где R - расчетное сопротивление древесины выдергиванию или продавливанию вклеенного стержня, МПа (кгс/см²), принимаемое по опытным данным, равным 4,5 МПа (45 кгс/см²);

d₁ - диаметр отверстия, м (см);

l_p - расчетная длина стержня, м (см)

l_p = l - l_о ≤ 25d; (64)

l - длина заделываемой части;

l_о = 4d - глубина возможного снижения прочности клеевой прослойки при пожаре; для стержней, защищенных от огня, l_о = 0;

d - диаметр вклеиваемого стержня, м (см);

k_c - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряжений сдвига в зависимости от длины заделываемой части стержня, который следует определять по формуле

, (65)

m_d - коэффициент, учитывающий зависимость расчетного сопротивления от диаметра стержня

m_d = 1,12 - 10d; (1,12 - 0,1d); (66)

F_a - площадь сечения стержня;

R_a - расчетное сопротивление материала стержня.

5.38 Расчетная несущая способность V-образного анкера определяется аналогично расчетной несущей способности вклеенного стержня Т по формуле (63). Усилия в каждой ветви анкера определяются путем разложения усилий от внешней нагрузки по направлениям ветвей. Внутренний угол между ветвями анкера принимается от 90 до 120°. Длина ветви анкера также назначается аналогично l.

5.39 Проверка на прочность анкеров, сварных швов, соединительных пластин и других стальных элементов выполняется по нормам проектирования металлоконструкций.

5.40 При определении числа вклеенных стержней или анкеров необходимо учитывать коэффициент их совместной работы k_с1:

- при двух анкерах с одной стороны стыка и на одной грани k_с1 = 0,9;

- при трех стержнях и более на одной грани k_с1 = 0,75.

5.41 При проектировании стыков или узлов конструкций необходимо учитывать специфические особенности конструкции и технологии изготовления. В частности, для сечений высотой до 50 см и свыше 50 см технические решения связей в нейтральной зоне изгибаемых элементов существенно отличаются. Принципиально различаются конструктивные варианты сжатой и растянутой зон стыков сжато-изгибаемых элементов ломаного сечения, например, в карнизных узлах рам и т.д.

5.42 Наклонно вклеенные стержни располагаются в соединениях таким образом, чтобы в них возникали (в основном) растягивающие усилия. Возникающие при этом (от разложения сил) сжимающие усилия должны передаваться на древесину соединительными жесткими пластинами или специально вклеенными стержнями с соответствующей проверкой расчетом.

В V-образных анкерах это условие обычно обеспечивается конструктивно.

5.43 Для приведенных соединений в узлах и стыках обязательным условием является соблюдение расстояния от крайнего анкера или вклеенного стержня до торца элемента, гарантирующего от выкалывания древесины на торец.

5.44 Податливость соединений на наклонно вклеенных стержнях составляет не более 0,006 мм/тс.

5.45 Стыки и узлы сжато-, растянуто-изгибаемых, изгибаемых и растянутых элементов сборных конструкций должны проверяться расчетом и обеспечивать восприятие перерезывающих сил, а также усилий, возникающих при сборке, кантовке, перевозке, складировании и монтаже. Для сжатых стыков большепролетных конструкций, выполненных с заполнением полимербетоном, необходимо предусматривать специальные конструктивные решения стыков на наклонно вклеенных стержнях, способные воспринимать упомянутые монтажные нагрузки и перерезывающие силы.