2018-01-21
830
РАЗДЕЛ: СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС
Лекция 9
Классификация соединений деревянных конструкций. Требования к соединениям. Работа древесины на смятие и скалывание в соединениях. Контактные соединения. Лобовые врубки
Конструкции соединений деревянных конструкций прошли путь от простейших видов (врубки) до сложных современных видов (нагельные пластинки, вклеенные стержни) и продолжают совершенствоваться. Вопросы конструктивных решений соединений и их теоретического обоснования по-прежнему актуальны, поскольку именно на стыки деревянных конструкций приходится значительная доля затрат материалов и труда.
Классификация соединений деревянных конструкций
Увеличение заготовок по длине называется сращиванием. Увеличение заготовок по сечению называется сплачиванием. Соединения деревянных конструкций классифицируют по различным признакам. Например, по виду работы элемента и работы самой связи (соединения на растянутых связях, соединения на податливых связях).
|
|
|
Принято различать три группы соединений деревянных конструкций:
1. Контактные соединения (без использования рабочих механических связей: врубки и другие соединения «впритык»)
2. Соединения с использованием механических связей (нагельные: болтовые, гвоздевые; шпоночные, соединения на шайбах, нагельных пластинках и т.п.)
3. Клеевые соединения и соединения комбинированного типа
Требования к соединениям
1. Надежность. В частности, рекомендуется сводить к минимуму неблагоприятные (ненадежные) виды работы древесины в соединениях (работа древесины на скалывание, смятие поперек волокон, растяжение поперек волокон). С понятием надежности тесно связан так называемый принцип дробности: «чем мельче связи и чем их больше, тем выше надежность соединения». Другими словами, десять болтов маленького диаметра предпочтительнее одного болта при одинаковых затратах металла, так как в первом случае древесина работает в основном на смятие («надежный» вид работы древесины), а во втором случае - на сдвиг («ненадежный» вид работы древесины)
2. Прочность. В частности, стремление к равнопрочности с основной частью конструкции, к отсутствию ослаблений (отверстия) в сечении.
3. Снижение трудоемкости при изготовлении и монтаже конструкций (технологичность)
4. Деформативность. Например, в контактных соединениях величина предельной деформации смятия ограничена
Работа древесины на смятие и скалывание в соединениях
Виды работы древесины на смятие поперек и под углом к волокнам, а также на скалывание относятся к неблагоприятным. Именно эти виды работы древесины сопровождают работу соединений и именно они чаще всего являются прямой или косвенной причиной отказа конструкции.
|
|
|
Смятие. Работа древесины на смятие поперек и под углом к волокнам характеризуется повышенной деформативностью и низкой прочностью. Диаграмма «сила - деформация» при смятии древесины поперек волкон отражает эффект сплющивания трубчатообразных клеток древесины. Различают три вида смятия.
n смятие по всей поверхности (R см = 1,8 МПа, самый неблагоприятный вид смятия)
n смятие на части длины
n смятие на части поверхности (под шайбами) (R см = 4 МПа)
Увеличение прочности в последнем случае объясняется подкрепляющим влиянием окружающих площадку смятия волокон древесины.
Основные эмпирические зависимости при смятии.
Зависимость сопротивления от угла между направлением силы и направлением волокон древесины
R см,a = Rсм,0 / (1 + (R см,0 /R см,90 - 1) sin3a
Зависимость сопротивления от длины площадки смятия
R см,L = R см (1 + 8 / (Lсм + 1.2) (Размеры - в «см»)
Скалывание. Работа древесины на скалывание (сдвиг) характеризуется низкой прочностью и хрупким характером разрушения. В «чистом» виде скалывание практически не встречается. Обычно этот вид напряженного состояния комбинируется с другими (растяжение и сжатие поперек волокон).[1]
Различают два вида скалывания: скалывание одностороннее и скалывание двустороннее (Рис. 9.4). В первом случае прочность меньше, поскольку выше степень неравномерности распределения напряжений. В расчетах условно принимают равномерное распределение напряжений по длине площадки сдвига. Поэтому вводят понятие «среднее значение сопротивления сдвигу»
R ск,ср = Rск,ср / (1+ bL/e) (1)
Формула (1) отражает физическую сущность явления скалывания: коэффициент b учитывет вид скалывания, а отношение L/e учитывает влияние нормальных напряжений, сопутствующих скалыванию. Rск,ср - сопротивление скалыванию при равномерном распределении касательных напряжений.
Зависимость сопротивления скалыванию от угла между направлением силы и направлением волокон древесины имеет вид:
R ск,a = Rск,0 / (1 + (R ск,0 /R ск,90 - 1) sin3a
