З’єднання на врубках - студопедія

ГЛАВА 3. З'ЄДНАННЯ ЕЛЕМЕНТІВ дерев'яних КОНСТРУКЦІЙ

Розміри дерев'яних елементів - колод, брусів або дощок - обмежені сортаментом, як щодо довжини, так і по відношенню до поперечного перерізу. Тому при зведенні дерев'яних споруд або конструкцій доводиться окремі елементи з'єднувати між собою по довжині, в поперечному перерізі, а також під кутом.

З'єднання елементів дерев'яних конструкцій за способом передачі зусиль поділяються на такі види:

· З'єднання, в яких зусилля передаються безпосереднім упором контактних поверхонь (врубка);

· З'єднання на механічних зв'язках;

· З'єднання на клеях.

Несуча здатність і деформативність дерев'яних конструкцій в великій мірі залежить від способу з'єднання їх окремих елементів. З'єднання розтягнутих дерев'яних елементів, як правило, пов'язане з їх місцевим ослабленням. В ослабленому перетині розтягнутих дерев'яних елементів спостерігається концентрація небезпечних, що не враховуються розрахунком місцевих напружень. Найбільшу небезпеку в стикових і вузлових з'єднаннях розтягнутих дерев'яних елементів представляють зсувні і розколюють напруги. Вона посилюється в разі накладення цих напруг на напруги, які виникають в деревині внаслідок її усушки.

Загальна характеристика. Сполучення за допомогою врубок є найбільш старим і поширеним способом з'єднання дерев'яних елементів. Врубки застосовують для з'єднання масивних елементів з колод або брусів, переважно в конструкціях будівельних виготовлення. Врубки можуть забезпечити передачу тільки однозначних стискають зусиль, внаслідок чого область їх застосування обмежена пристроєм стислих стиків і приєднанням стиснутих елементів під кутом.

З'єднання на врубках виготовляють найпростішими засобами без застосування спеціального обладнання. Всі робочі поверхні сучасних врубувань утворюють наскрізним пропилом без довбання гнізд.

У зв'язку з відсутністю робочих сталевих частин з'єднання на врубках викликають невеликі витрати стали в вигляді нерозрахованих (конструктивних) стяжних болтів, скоб або штирів, необхідних для запобігання взаємного зсуву елементів, що з'єднуються під час перевезення або в процесі монтажу. За розрахунком у врубках ставлять «аварійні» болти, про які сказано нижче.

З'єднання на врубках відкриті і доступні огляду, внаслідок чого легко здійснюється контроль за якістю виготовлення і роботою врубувань під час експлуатації.

Негативними властивостями врубувань є: значне місцеве ослаблення елементів; порівняно велика трудомісткість при виготовленні; необхідність залучення для виготовлення врубувань робітників високої кваліфікації.

Найбільшого поширення мають врубки лобовим упором, лобові врубки з одним зубом, лобові врубки з двома зубцями і врубки з подушками.

Лобовий упор. Врубки лобовим упором здійснюють в стислих стиках або пологих сполученнях з передачею зусиль безпосередньо «торець в торець» - без проміжних дерев'яних подушок або елементів з поперечним напрямком волокон (ріс.3.1.а, б).

Мал. 3.1. Сполучення дерев'яних елементів:

а - стик стиснутого пояса ферми,

б - коньковий вузол ферми

Для запобігання зсуву сполучених елементів з площини системи з двох сторін стику ставлять накладки, з'єднані з елементами стяжними болтами d = 12-16 мм, в кількості не менше двох болтів з кожного боку стику. Довжина накладок не повинна бути менше трьох висот з'єднуються брусів.

Сполучення лобовим упором є вельми потужним, надійним в роботі і простим у виготовленні. Перевагою його є також відсутність роботи на сколювання.

Розрахунок сполучень за допомогою лобового упору виробляють на зминання під дією стискаючої сили з урахуванням кута смятия.

Мал. 3.2. Лобова врубка з одним зубом: 1 - площина

смятия, 2 - площина сколювання, 3 - подбалкі,

4 - опорна подушка

Верхній стислий елемент впирається частиною свого торця в вийняте для цієї мети гніздо в нижньому розтягнутому елементі. Майданчик смятия а-б розташовується перпендикулярно до осі верхнього стиснутого елемента, центр майданчика зминання повинен збігатися з віссю верхнього елементу. Майданчик б-в в роботі врубки участі не бере. Майданчик б-р працює на сколювання.

Глибина лобовій врубки Hвр в опорних вузлах повинна бути не більше 1/3 діаметра колоди або висоти бруса нижнього елемента h. У проміжних вузлах наскрізних конструкцій, що вирішуються на лобовий врубками, глибина врубки не повинна бути більше 1 / 4d або h. Найменшу глибину врубки приймають в колодах - 3 см і в брусах - 2см. Довжина площині сколювання повинна бути не менше 1,5h, де h-повна висота перетину сколюватися елемента.

Для зв'язку верхнього і нижнього елементів повинен бути поставлений стягнутий болт діаметром 16-25мм, що забезпечує необхідну щільність сполучень. У разі сколювання майданчики б-р болт може запобігти обвалення ферми або уповільнити його, внаслідок чого ці стяжні болти іноді називають «аварійними». Болти розташовують перпендикулярно до осі стиснутого елемента, іноді при дуже великих кутах нахилу стисненого елемента до нижнього розтягнутого елементу можлива постановка болтів перпендикулярно до бісектриси кута нахилу.

Упором для нижньої шайби болта служить скошена площину дерев'яної опорної підкладки - подбалкі, що прибивається до нижнього елементу цвяхами. Подбалкі спирають на опорну подушку, яка розподіляє опорний тиск на велику площу стіни. Постановка подбалок в опорних вузлах ферм абсолютно обов'язкове. Крім створення упору для закріплення стяжного болта, подбалкі підсилює ослаблене перетин розтягнутого пояса і своїм уступом (висотою приблизно 2-4 см) фіксує положення опорної подушки, чим полегшує і прискорює правильну установку ферм на місце. Товщину подбалкі приймають не менше глибини врубки Hвр. Розміри опорної подушки приймають зазвичай приблизно такі: ширина 16-22 см, товщина 8-12 см, довжина не менше трикратної ширини подбалкі.

У фермах з брусів для запобігання появи значних згинальних моментів, що виникають внаслідок несиметричного ослаблення розтягнутого елемента, рекомендується центрувати опорні вузли по осі, що проходить через середину ослабленого перерізу нижнього пояса (ріс.3.3.а).

При розмітці врубки з майданчиком смятия, розташованої симетрично щодо осі стиснутого елемента, найбільш просте графічне її побудова може бути отримано наступним чином (ріс.3.3.б). На відстані 0,5hвр від верхньої кромки нижнього пояса проводять пряму лінію, паралельну цій крайці, до перетину з віссю стисненого елемента. Через точку перетину потім проводять пряму. перпендикулярну до осі стиснутого елемента.

На ріс.3.3.в наведено інший варіант лобової врубки, він відрізняється від основного тим, що в ньому осьова лінія стисненого бруса не збігається з серединою майданчика зминання, внаслідок чого в стислому елементі виникає згинальний момент М = Nc × e. Таке рішення не рекомендується для основних вузлів ферм, але воно іноді допускається в проміжних вузлах підкісний конструкцій з обов'язковим урахуванням додаткових напружень, що виникають в стислому елементі від ексцентричного додатки стискає зусилля.

Мал. 3.3. Конструювання врубувань з одним зубом:

а - центрування, б - розмітка, в - врубка з нецентрованого майданчиком

Розрахунок лобових врубок з одним зубом. У лобовому врубками з одним зубом перевіряють міцність робочих поверхонь на зминання і сколювання. Перевірку на зминання проводять за формулою:

де Ncm = Nc - зусилля, що зім'яло, рівне зусиллю в сусідньому стислому елементі верхнього пояса і спрямоване перпендикулярно до площини, що зім'яло, Асм - площа зминання.

Для ферм із брусів:

де Hвр -глибина врубки,

- кут між напрямками мнеться зусилля і волокон м'яті елементи,

b - ширина бруса.

Перевірку на сколювання проводять за формулою:

де Nck = Np = Nc × сos - сколюватися зусилля, що дорівнює зусиллю в нижньому поясі або (що все одно) проекції зусилля у верхньому поясі на вісь нижнього,

Аск = lck × b - площа сколювання,

b - ширина бруса,

- розрахункова середня по майданчику сколювання опору деревини сколювання вздовж волокон.

Розрахунковий опір визначають як:

де Rck - розрахунковий опір деревини сколювання вздовж волокон,

e - плече сил сколювання, прийняте рівним 0,5h при розрахунку елементів з несиметричною врізкою в з'єднаннях без зазору між елементами (рис.3.3.) і 0,25h при розрахунку симетрично завантажених елементів із симетричною врізкою,

h - повна висота поперечного перерізу елемента,

- коефіцієнт, який приймається 0,25.

Ставлення має бути не менше 3.

Стягнутий болт розраховується як «аварійний». Аварійна зв'язок повинна повністю включитися в роботу лише при сколюванні зуба розтягнутого пояса.

Розтяжне зусилля в болті з урахуванням сил тертя знаходять з виразу:

Необхідна площа болта в місці, ослабленому різьбою:

де Rbt - розрахунковий опір сталі болта розтягування

Необхідна кількість цвяхів, що кріплять подбалкі:

де ТГВ - розрахункове зусилля на один зріз несиметрично працюючого цвяха, яке визначається за загальними правилами розрахунку нагельних з'єднань (див. нижче),

Т - зсувне зусилля, що виникає при настанні аварійного стану, Т = Nb × sin

Розрахунок опорної подушки зводиться до перевірки напруг зминання по площі стикання подбалкі з опорної подушки по формулі:

де А - опорна реакція,

b і bпод - ширина подбалкі і опорної подушки відповідно.

Мал. 3.4. Сполучення на врубке з подушкою

Врубки з подушкою. У врубке з подушкою зусилля від сусіднього елемента передають основному елементом не безпосередньо, а через подушку, яку врізають в основний елемент (рис.3.4.)

Глибина врізки Hвр як і раніше повинна бути не менше 2 см в брусах і 3 см в колодах. У з'єднаннях - два майданчики смятия а-б і г-д. небезпечнішою є майданчик панів і саме тут проводиться розрахунок на зминання. Майданчик в-б розраховують на сколювання.