Лекции по "Деревянным конструкциям"

S₁ 25d, при а=4d

S₂ 4d, косыми рядами (шахматная расстановка), S₃ 4d.

В 1953 году была разработана методика нагельных соединений. Эта методика основана на придельном для соединения состоянии. Нагели рассматриваются в виде стержня в упруго пластичной среде. В связи с этим соединения различаются на основанных системы:

1)Для не семетричной односрезной  схемы;

2)Для косо симметричной двухсрезной схемы;

3)Для симметричной двусрезной схемы.

Для упрощения расчёта введены  такие предпосылки:

1. Диаграмма деформации материала для смятия древесины принята идеальной.
2. В пределах пластинчатого участка напряжения в древесине постоянны и равны расчётному сопротивлению на смятие R_СМ древесины, а для нагеля – расчётному сопротивлению на изгиб R_u и приравнивается к пределу текучести стали.
3. Несущая способность нагеля определяется не разрушением соединения, а расчётной придельной деформации.
4. Расчётную продольную деформацию ограничивают отношением полной деформации к упругой деформации и принимается δ_Л/δ_УП=2
5. Ось нагеля до образования в нём  пластинчатого шарнира считае6тся прямолинейной.

38.Расчётные формулы для нагельных соединений.

Нагельные соединения рассчитывают исходя из 2-х условий:

1. из условия из , где

- расчётная несущая способность нагеля.

- расчётное сопротивление на  изгиб нагеля.

- расчётное сопротивление на  смятие древесины

- диметр нагеля.

В некоторых случаях характер эпюры  изгибающих моментов нагеля зависит от толщины элементов. При увеличении этих толщин, а тем самым увеличением длины нагеля, максимальный уменьшается, тогда: , где а – наименьшая из толщин соединяемых элементов.

2. Из условия смятия древесины: Т_C=k_C × c ×d×R_CM, где с – максимальная толщина.

Т_а=k_а × c ×d×R_CM,

, , k_C , k_а – коэффициенты эмпирические,

-  условно принимаемая постоянной  при всех диаметрах нагеля, =const.

- условное  сопротивление   нагеля изгибу.

Количество нагелей в соединении:

, где  - число расчётных швов нагеля, - наименьшая несущая способность.

В соединениях под углом расчёт несущей способности необходимо умножать на:

1) нам коэффициент k_d - при расчёте на смятие древесины.

2) нам корень из k_d – при расчёте на изгиб нагеля.

Примечание: при расчёте гвоздевых  соединений несущую способность на коэффициент k_d и корень из    k_d не умножаются, поскольку в данном случае несущая способность не зависит от угла сопряжения элемента.

  , - расчётное сопротивление стеклопластика АГ-4С.

Расчёт пластин МЗП (металлические зубчатые пластины).

По условиям  смятия древесины  и изгиба зубьев, при растяжении, сжатии, сдвиге, усилия под углом  к волокнам находят: N_СЖ=2RF_Р,

где R – расчётная несущая способность на 1 см² рабочей площади соединения МЗП,

F_Р - расчётная площадь плоскости за вычетом полос вне зоны растяжения МЗП.

N_РАСТ=2bR_Р,

где b – размер пластины  в направлении перпендикулярном направлению усилия.

R_Р - расчётная несущая способность на растяжение пластины.

Q_СР=2×l_СРR_Р, где l_СР – длина среза сечения пластины без учёта ослабления.

Срез + растяжение.

39.Клеевые соединения.

Достоинства и недостатки клеевых  соединений.

Достоинства:

1. Использование клея позволяет получить качественно новые материалы, изделия и конструкции из древесины или на её основе (фанера, древесно  смолистые пластины, фанерные профили, конструктивные клеёные элементы, в том числе, листовые материалы, трубчатые и армированные конструкции). Клеёные материалы имеют расширенную номенклатуру и сортамент.
2. Использование клея позволяет автоматизировать и минимизировать производство клеёных изделий и конструкций, с использованием высокопроизводительного оборудования, в заводских условиях изготавливают клеёные балки, колонны, арки и т.д.
3. При применении клея в современных деревянных конструкциях можно более широко использовать недефицитные материалы (тонкомерные брёвна d 12,13 см; короткомерные доски; пиломатериалы пониженной сортности [например, вырезая сучки из досок и затем вновь их стыкуя с использованием клеевых зубчатых соединений, использование досок пониженной сортности в слабонапряженных зонах клеёных элементов]).
4. Использование в производстве деревянных конструкций водостойких и морозостойких клеев, с плотностью, превышающей плотность самой древесины на скалывание. Т.о. с помощью клеев можно соединить древесные элементы без их ослабления и без податливости клеевых швов, и склеить между собой различные материалы (вклеить в древесину стальные стержни, стеклопластиковые детали).
5. Повышение производительности труда, снижение трудоёмкости, чем обеспечивается полная заводская готовность продукции экономия материалов и энергоресурсов.

Недостатки:

1. Пониженная прочность при работе соединения на отрыв.
2. Большое влияние на прочность соединений, отклонённых от технологических правил и режима склейки, невыполнение требований, предъявляемых к качеству клея, вязкости древесины и т.д.

(39)Требования предъявляемые к клеям.

Номенклатура клеев чрезвычайно  большая. Выбор клеев определяется требованиями к нему с учётом природы  склеиваемых материалов, условий эксплуатации, технологических возможностей, санитарно – гигиенических условий, и строительных показателей. Как правило, клей должен быть водостойким, клей средней водостойкости используется в тех случаях, когда условиями конструкции исключено применение неводостойких клеев при склеивании несущих конструкций не допускается. При выборе клея обращают внимание на жизнеспособность – это время с момента применения до начала его отверждения. От этого параметра зависит продолжительность производства. Обычно, жизнеспособность клея для склеивания древесины составляет 2,5-3 часа. При склеивании пластмасс жизнеспособность клея определяют индивидуально. При склеивании пластмасс, как правило, используют клей горячего отверждения.

В целях экономии тепла и  иногда ускорения склейки комбинат эти способы и производит склейку древесины клеями, с отвердителями, одновременно, нагревая швы. Прогрев осуществляется токами высокой частоты, в нагретых прессах и разного рода, неизолированных нагревателях (металлические пластины или проволока с высоким напряжением, нагреваемые электрическим током). Вязкость клея выбирается в зависимости от способа нанесения клея на склеиваемую поверхность. Клеи и склеиваемые материалы должны иметь одинаковую  полярность, т.к. в этом случае обеспечивается хорошая смачиваемость клеями склеиваемых поверхностей. Желательно, что бы клеи и склеиваемые пластмассы имели близкую химическую  природу. Клей не должен содержать  растворители, оказывающие агрессивное действие на пластмассы, т.к. наличие таких растворителей в клее может вызвать появление мелких трещин или хрупкость пластмассы в зоне клеевого шва. При склеивании прозрачных пластмасс, клей должен быть так же прозрачным. При этом показатель преломления у пластмассы и клея должны совпадать.

Клеи не должны портить внешний вид склеиваемых материалов. При склеивании ткани (пневматические конструкции), клей не  должен их пропитывать. При склеивании пористых материалов вязкость клея должна обеспечивать их хорошее проникающее поведение в поры, клей должен быть достаточно дешёвым и не дефицитным. Клей должен быть безопасным для здоровья человека.

40.Виды клеев.

Для склеивания древесины, а так  же древесины и фанеры применяют  клеи на основе силикатных смол, марки клеев выбирают в зависимости от назначения, температурно влажностных условий эксплуатации конструкции, материала склеиваемых конструкций, вида оборудования и технологии изготовления. Для гражданского строительства большепролётных конструкций эксплуатируемых в наиболее жёстких условиях, рекомендуется склеивать водостойкими фенольно-резиновым клеем ФРФ 50. конструкции массового применения в сельском хозяйственном строительстве допускают склеивать более дешёвым  акрилрезарциновами клеями ФР-100 и ДФК 1АМ, ДФК-14Р, фенольными клеями КБЗ.

Конструкции  эксплуатируемые при относительной влажности воздуха дот 85% склеивают карбомидномеланиноваыми клеями средней водостойкости КС-В-СК, а при W до 70% - карбомидным клеем КРЖ.

При этом наибольшую жизнеспособность (2-4 ч.) должен иметь клей, используемый при склеивании большепролётных многослойных конструкций, и  наименьшую жизнеспособность (0,5-1 ч.) при склеивании заготовок по длине в зубчатый шип и по кромке.

Во всех случаях клей должен обеспечивать прочность клеевых соединений при  сдвиге вдоль волокон древесины через 3-е суток после склеивания не менее 6,5МПа.

Требования и рекомендации при  конструировании клеевых соединений.

При конструировании клеевых соединений избегают появления в швах опасных  напряжений, возникающих при усушке и короблении древесины, а так же при усадке самого клея. Чем больше   W древесины, чем толще и шире доски, тем деформации усушки и коробления, а следовательно и собственных напряжения в клеевых швах будут больше.

Характер и распределение собственных  напряжений  в клеевых швах зависти от вяжущего, расположении годовых слоёв, при их короблении в клеевом шве появляются  скалывающие напряжения, а при несогласованном наиболее опасны растягивающие напряжения.

Собственные напряжения могут оказаться  особо опасными в случае, когда склеиваются  разнородные материалы, например, доска и фанера, фанера и  клеёный многослойный элемент.

41.При конструкции клеевых соединений следует:

1. Толщину досок склеиваемых по  пласте, принимать не более 33 мм, а ширину не более 18 мм.
2. В случаях применения для склейки элементов более толстых досок, их толщины должны быть 33<δ<42 мм. Необходимо предусматривать в них продольные пропилы или прорези.
3. Ширину досок, приклеиваемых непосредственно к фанере принимают не более 10 мм.
4. Ширину досок , склеиваемых под углом α>45⁰ принимать не более 10 мм, а под углом 30⁰<α<45⁰ не более 15 мм.
5. Следует отдавать предпочтенье зубчатым соединениям с выходом зубьев на плате досок  с выходом зубьев на кромки досок. Этим достигается меньшая потеря соединения при острожке досок по склеевым плоскостям.
6. Для сращивания листов фанеры лишь вдоль волокон наружных слоёв (рубашки) используют соединения на ус, при этом длина условного соединения должна быть не менее 10-12 толщин слоёв.
7. При склейке многослойных элементов под углом ко всему сечению с использованием зубчатых соединений величину внутреннего угла α между осями элемента следует принимать не менее 104⁰

42.Соединения на вклеёных стержнях.

При соединении на вклеенных стержнях с древесиной, как правило, используют эпоксидные и фенолформальдегидные клеи, поскольку они удовлетворяют  требованиям  универсальности, высокой прочности, показателям незначительного внутреннего напряжения при доступной стоимости. Универсальность этих клеев обеспечивает хорошую адгезию (прилипание) двух разнородных материалов, а высокие характеристики обеспечивают восприятие усилий = несущим способностям  самих арматурных стержней. В данном случае собственные внутренние напряжения отсутствуют или минимальны, и не увеличивают напряжение клеев в швах в следствии различной деформативности в стали при изменении температуры и влажности.

Рекомендуется применять  эпоксидные клеи ЭПЦ-1, К-153и ФРФ-50М.

расчёт на несущую способность  висячих стержней следует определять по формулам:

1. для стержней вдоль волокон  древесины:  [кгс]

2. для стержней поперёк волокон:  , где - номинальный диаметр стержней (см), - расчётное сопротивление древесины скалыванию (кг/см²), - длина  *****  части стержней (см), - расчётное сопротивление древесины срезу поперёк волокон для сосны и ели (1,2 и 3 сортов =45 кг/см² – при стержнях периодического  профиля), - коэффициент учитывающий направление и характер усилия ( =1 – при вдавливании; =0,9 при выдёргивании, =0,95 при двухсторонней работе), - коэффициент, учитывающий зависимость расчётного сопротивления срезу ( ), зависит от диаметра стержней =1,12÷0,1 , - коэффициент, учитывающий неравномерность направления сдвига по длине соединений, установлен опытным путём: для стержней вдоль волокон =1,2÷0,02 / , для стержней поперёк волокон при одностороннем вдавливании или выдёргивании =1÷0,01 , для стержней поперёк волокон с нагрузкой за оба конца =1,1÷0,008 / , - коэффициент, учитываемый при работе соединений группы стержней их взаимное влияние и неравномерность их загружения, в табл.:

Направление и характер усилия	Расстановка в 1 поперечный ряд (число  стержней в ряду)			Расстановка в 2 поперечных ряда
	1	2	3	1	2	3
Вдавливание	1	0,9	0,85	0,85	0,8	0,75
Выдёргивание	1	0,9	0,85	С1	0,9С1	0,85С1
2-х сторонняя нагрузка	1	0,9	0,85	С2	0,9С2	0,85С1