Конструкции с применением дерева и пластмасс - часть 4
21. Соединения на цилиндрических нагелях
Нагеля называют связи препятствующие
взаимному перемещению соединяемых элементов и
работают при этом на изгиб.
Цилиндрические нагели – к ним относятся: болты и
штыри, винты всех видов (шурупы и глухори), гвозди –
особая группа нагелей, отличающаяся тем, что при
диаметре до 6мм включительно их забивают в древесину
без просверливания гнезд. Нагели остальных типов
устанавливают в отверстие диаметром равным диаметром
нагеля для болтов и штырей и 0,8 диаметра для винтов
всех видов. Гвозди создают в соединениях
раскалывающие напряжения, поэтому расстояния между
ними измеряем числом диаметров принимаемых
большими чем для нагелей остальных типов.
В болтовых и винтовых соединениях возникают
скалывающие напряжения. Расчет на скалывание и
раскалывание не производят, а эти виды хрупкого
разрушения нагельного соединение исключают
выполнением конструктивных требований по расстановке
нагельных соединений, подразделяют на односрезные и
многосрезные, симметричные и несимметричные. Срезом
соединения называется плоскость взаимного смещения
соединения элементов (рабочий шов).
Нагели могут пересекать 1 или несколько швов, в
соответствии их называют односрезными и
многосрезными.
Расстояния вдоль волокон между нагелями S
1
устанавливается нормами в зависимости от вида
напряженного состояния в соединениях. Они больше для
гвоздевых стыков в которых возникают раскалывающие
напряжения и меньше для болтовых, работающих только
на скалывание.
Для болтов: S
1
≥7d
1
, где d
1
- диаметр болта.
Для гвоздей: S
1
≥(15…25)d
гв
.
Во избежание раскалывания допускается забивание
гвоздей в доски толщиной не менее 4 диаметров гвоздя.
Расстояние S
2
и S
3
– так же регламентировано и
составляет от 3 до 4 диаметров нагеля.
Работа и расчет нагельного соединения.
Древесина в нагельных гнездах работает на смятие,
а сами нагели на изгиб.
Крайние элементы сминают одним срезом нагеля,
средние элементы двумя срезами, поэтому расчеты
производят отдельно.
Расчетная несущая способность одного среза
нагеля вычисляют по формуле:
наг
наг
сd
5
,
0
;
аd
8
,
0
ср
см
кр
см
Т
Т
; 0,8 и 0,5 –
осредненное расчетное сопротивление древесины смятию
в кН/см
2
.
На изгиб нагели рассчитывают по формулам:
22. Особенности работы гвоздей
Гвозди в соединениях сдвигаемых деревянных эле-
ментов работают как нагели. Их обычно забивают в дре-
весину без предварительного просверливания, что обус-
ловливает некоторые особенности их работы. Как указы-
валось раньше, исследования показали повышенную не-
сущую способность гвоздей, вставленных в предварительно
просверленные отверстия. Однако в этом случае гвозди
принято называть тонкими нагелями и их расчет полностью
совпадает с расчетом нагелей.
Диаметр гвоздей, забиваемых в цельную древесину, не
превышает 6 мм и поэтому их несущая способность не
зависит от угла между направлением действия силы и
направлением волокон. В связи с этим для гвоздей
коэффициент уменьшения несущей способности k
a
не вводят
в формулы определения несущей способности.
При определении расчетной длины защемления конца
гвоздя в последней непробиваемой насквозь доске не следует
учитывать часть длиной 1,5 d
ГB
. Кроме того, из длины гвоздя
при определении длины его защемления следует вычитать по
2 мм на каждый шов между соединяемыми элементами. Если
расчетная длина защемления конца гвоздя получается
меньше 4d
ГB
, то его работу в примыкающем к шву элементе
учитывать не следует. Диаметр гвоздей принимать не более
0,25 толщины пробиваемого элемента. Если последняя доска
пробивается гвоздем насквозь, то, учитывая отщеп ее
нижнего слоя, рабочая толщина доски уменьшается на 1,5d
ГB
.
Заостренный конец гвоздя, проникая в древесину,
раздвигает ее волокна в сторону, в результате чего про-
исходит уплотнение древесины около гвоздя, что увели-
чивает опасность раскалывания древесины. Уменьшить эту
опасность можно относительно более редкой расстановкой
забиваемых гвоздей по сравнению с нагелями.
Минимальные расстояния между осями гвоздей вдоль
волокон древесины следует принимать не менее S
1
= 15d
ГB
при толщине пробиваемого элемента c>10d
ГВ.
S
1
=25d
ГB
при
толщине пробиваемого элемента c=4d. Для промежуточных
значений толщины элемента наименьшее расстояние следует
определять по интерполяции.
Для элементов, не пробиваемых гвоздями насквозь,
расстояние между осями гвоздей следует принимать
независимо от их толщины S1≥15d. Расстояние вдоль во-
локон древесины от оси гвоздя до торца элемента во всех
случаях надо брать не менее S
1
=15d. Расстояние между
осями гвоздей поперек волокон древесины при прямой
расстановке гвоздей принимают не менее S
2
=4d; при
шахматной расстановке или расстановке их косыми рядами
это расстояние может быть уменьшено до S
2
=3d, а
расстояние от продольной кромки до оси гвоздя 4d.
Гвозди образуют более плотные соединения, чем на-
гели. Недостатком гвоздевых соединений является заметная
ползучесть при длительно действующих нагрузках. Для
увеличения плотности соединений, особенно в случаях
прикрепления стальных накладок к деревянным элементам,
нашли применение особые гвозди с негладкой поверхностью,
забиваемые в древесину пневматическими молотками.