Расчет основных видов соединений деревянных элементов. Лекция 9

Лекция 9
№9/2
1. СМЯТИЕ ДРЕВЕСИНЫ
Смятие древесины происходит от сжимающих сил, действующих перпендикулярно поверхности элемента. Смятие – это поверхностное сжатие, которое может быть общим и местным.
Общее
Местное
На части длины
На части длины и ширины
Прочность и деформативности элементов при смятии зависит от угла смятия α - угла между направлением действия силы и волокнами древесины.
При смятии вдоль волокон (α=0°) стенки клеток работают в наиболее благоприятных условиях, деформации минимальные. При смятии поперек волокон (α=90°) клетки сплющиваются, деформации наибольшие.

Лекция 9
№9/3
При местном смятии поперек волокон соседние ненагруженные участки волокон оказывают поддерживающее действие.
При общем смятии поперек волокон
МПа,
а при местном смятии больше
Длина соседних ненагруженных участков должна быть больше длины нагруженного участка.

Лекция 9
№9/4
Расчетное сопротивление смятию - это не разрушающее напряжение, а напряжение, соответствующее предельной деформации.
Проверка древесины на смятие
2. СКАЛЫВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ
Пороки древесины в большинстве случаев не снижают ее прочности при смятии и в расчетах не учитываются
Скалывание древесины происходит в продольных сечениях элементов, параллельных их осевым плоскостям (вдоль или поперек волокон). Сопротивление древесины скалываю мало из-за ее волокнистого строения. Пороки оказывают разное влияние на показатели прочности. Так, сучки, почти не имеют значения. Трещины же – наоборот, поэтому в зонах сдвига не допускаются.
2. СКАЛЫВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ

Лекция 9
№9/5
Скалывание древесины вдоль волокон при поперечном изгибе
Скалывание древесины вдоль волокон при односторонних сдвигающих силах.
Скалывание древесины вдоль волокон при двусторонних сдвигающих силах.
Прочность древесины при сдвиге. Внешние силы, вызывающие перемещение одной части детали по отношению к другой, называют сдвигом. Различают три случая сдвига: скалывание вдоль волокон, поперёк волокон и перерезание.

Лекция 9
№9/6
Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1/5 часть от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), прочность на скалывание по тангенциальной плоскости на 10-30% выше, чем по радиальной.
Предел прочности при скалывании поперёк волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперёк волокон в четыре раза выше прочности при скалывании.
Прочность древесины на скалывание вдоль волокон невысокая— 6,5...14,5 МПа. Сопротивление перерезыванию древесины поперек волокон в 3...4 раза выше сопротивления скалыванию вдоль волокон, но чистый срез обычно не имеет места, так как одновременно происходит смятие и изгиб волокон.
Сдвигающие (скалывающие) силы Т действуют в соединениях с эксцентриситетом e. В результате этого в площади скалывания длиной l возникает момент М, обусловливающие напряжения σ сжатия и растяжения поперек волокон древесины, которым она сопротивляется плохо.
Разрушение древесины при скалывании происходит хрупко, мгновенно, без нарастания деформаций. Это опасно. Поэтому качество древесины в таких зонах должно быть высоким.

Лекция 9
№9/7
Расчет древесины на скалывание
Расчетное (среднее по площадке скалывания) сопротивление древесины скалыванию
МПа – расчетное максимальное сопротивление древесины скалыванию.
lск
- длина площадки скалывания; е – эксцентриситет скалывающей силы; β – коэффициент, равный 0,25 – при одностороннем и 0,125 – при двустороннем приложении скалывающих усилий.

Лекция 9
№9/8
3. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ СОЕДИНЕНИЙ И ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ ТРЕБОВАНИЯ
Анизотропия древесины в наибольшей отрицательной мере проявляется в узловых соединениях деревянных конструкций. Правильность конструирования узлов обеспечивает надежность ДК.
Соединения деревянных элементов по способу передачи усилий подразделяются:
соединения, в которых усилия передаются непосредственным упором контактных поверхностей;
соединения на механических связях;
соединения на клеях.
Механическими называют рабочие связи различных видов из твердых пород древесины, стали, пластмасс, которые могут вставляться, врезаться, ввинчиваться или запрессовываться в древесину соединяемых элементов.
Это шпонки, нагели, болты, глухари, гвозди, шурупы, саморезы, шайбы шпоночного типа, нагельные и металлические зубчатые пластинки.
Передача усилий в соединения с механическими связями происходит от одного элемента к другому через отдельные точки.

Лекция 9
№9/9
Наибольшую опасность в узловых соединениях растянутых элементов представляют сдвигающие и раскалывающие напряжения, особенно в сочетании с процессом усушки.
Скалывание и разрыв вдоль и поперек волокон – хрупкий вид разрушения.
Природную хрупкость растянутой древесины компенсируют вязкой податливостью работы соединений растянутых элементов.
Наиболее вязкой работой характеризуется смятие.
Требование вязкости предъявляется ко всем видам соединений (кроме клеевых) с целью выравнивания напряжений в параллельно работающих элементах.
Для обеспечения вязкости соединений растянутых элементов руководствуются принципом дробности.

Лекция 9
№9/10
4. КОНТАКТНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Смятие поперек волокон
Фиксация стальными цилиндри- ческими нагелями (шкантами; 1)
Фиксация с помощью уголков (2)
С прокладкой из древесины твердых пород (3)
С прокладкой из швеллера (4)
С деревянными вставками (5) на болтах (6)
Смятие под углом к волокнам

Лекция 9
№9/11

Лекция 9
№9/12
5. ЛОБОВАЯ ВРУБКА
Термин «врубка» имеет современное звучание «врезка».
Три напряженных состояния:
Смятие древесины упора Fсмα;
Скалывание площадки Fск;
Растяжение ослабленного врубкой нижнего пояса
Конструктивные требования:

Лекция 9
№9/13
Для уменьшения влияния растягивающих поперек волокон напряжений и торцевых усушечных трещин на несущую способность соединения.
На большую длину распределяются мизерные касательные напряжения.
С увеличением hвр при постоянной lск снижается коэффициент концентрации kt напряжений сдвига и уменьшаются сжимающие поперек волокон напряжения в начале площадки скалывания.
.

Лекция 9
№9/14
1. Чем больше отношение
, тем больше коэффициент концентрации напряжений сдвига kt.
2. Чем меньше угол α, тем меньше kt.
3. Чем больше перпендикулярная к плоскости сдвига составляющая усилия, тем больше kt.

Лекция 9
№9/15
Монтажный (аварийный) болт ставится конструктивно.

Лекция 9
№9/16
ПРИМЕРЫ ВРУБОК

Лекция 9
№9/17
6. СОЕДИНЕНИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИХ СВЯЗЯХ
6.1. ШПОНКИ
Шпонки – вкладыши из твердых пород древесины, стали или пластмасс, которые устанавливают между сплачиваемыми элементами и препятствуют сдвигу.
Призматические деревянные шпонки могут быть продольными (направление волокон вдоль элемента) и поперечными (поперек). Поперечные шпонки чаще выполняют из двух клиновидных половин, тем самым обеспечивая более плотную посадку.
Шпонки работают на смятие и скалывание
Отличительный признак работы шпонок – появление опрокидывающего шпонку момента и возникновение распора V.
без учета сил трения