11. Пластмассы. Состав пластмасс. Виды пластмасс, применяемых для изготовления строительных конструкций. Свойства пластмасс

Пластмассы – материал, который состоит хотя бы из одной компоненты - из связующей.

Состав (компоненты)

1. связующие вещества – смолы. Для конструкций и изделий строительного назначения в основном применяют полиэфирные, фенолоформальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические смолы.

2. наполнители – уменьшают расход связующего, что снижает стоимость готового изделия, предотвращают усадку при отверждении, придают высокую механическую прочность. В качестве твердых наполнителей применяют непрерывное и рубленное стекловолокно, стеклоткань, асбестовое волокно, древесную стружку, опилки.

3. ингибиторы – вещества, влияющие на скорость химической реакции получения полимера, разновидностью является отвердитель

4. пластификаторы – снижают хрупкость пластмасс, увеличивают гибкость, эластичность и относительное удлинение, а также повышают морозостойкость материала. Кроме того, они улучшают условия переработки пластмасс.

5. стабилизаторы – способствуют сохранению физико-механических свойств пластмасс во времени и снижают скорость процессов разложения материалов под влиянием атмосферных условий, повышенных температур, света. По характеру действия стабилизаторы делятся на актиоксиданты или термостабилизаторы (против термоокислительного разложения) и светостабилизаторы.

6. антистатики – уменьшают электризацию полимерных материалов в процессе их переработки и эксплуатации изделий в них. Способность полимерных материалов накапливать заряды статического электрического объясняется тем, что по своим свойствам многие из этих материалов являются диэлектриками, т.е. обладают знаительным удельным поверхностным и объемным электрическим сопротивлением, а следовательно, и ничтожно малой проводимостью.

7. пигменты (красители)

8. пено и порообразователи.

Связующие бывают термореактивное – необратимые смолы и термопластические – обратимые.

Обратимые означают, что смола в вязко-текучем состоянии может находиться в момент ее получения, а так же будучи отвержденной она может перейти в вязко-текучее состояние если разогреется до температуры размягчения.

Необратимые – смолы, которые в вязко-текучем состоянии могут находиться один раз в процессе получения. Будучи отвержденной она никогда не переходит в вязко-текучее состояние.

В строительстве наибольшее применение нашли стеклопластики и древесные пластики. Стеклопластики представляют собой пластмассы, состоящие из стеклянного наполнителя и связующего.

Древесные пластики – это материалы, полученные соединением синтетическими смолами продуктов переработки натуральной древесины. К ним относятся древесно-слоистые пластики, древесно-волокнистые и древесно-стружечные плиты, бумажный слоистый пластик.

Расчетные сопротивления пластмасс при нормальных температурно-влажностных условиях принимают равным произведению кратковременного расчетного сопротивления на коэффициент длительного сопротивления

Длительный предел прочности т.е. длительное нормативное сопротивление материалов определяют по формуле

Коэффициент длительного сопротивления материала для различных предельных состояний устанавливают при испытаниях до разрушения серии специальных образцов, находящихся под длительной нагрузкой, при напряжениях, составляющих определенную часть предела прочности материала.

Расчетные сопротивления материалов, эксплуатируемых в условиях воздействий атмосферной среды, повышенных температуры и влажности, определяют умножением соответствующих расчетных сопротивлениях на коэффициент условий работы.

Учет атмосферных и температурно-влажностных воздействий на модули упругости и сдвига материалов производится также, как и для расчетных сопротивлений.

11. Расчет пластмассовых элементов на центральное сжатие, центральное растяжение, изгиб. Расчёт центрально растянутых элементов.

Как правило, нижние пояса ферм, затяжки арок, некоторые стержни деревянных сквозных конструкций. Деревянные элементы работают на центральное напряжение рассчитывают по наиболее растянутому сечению: δ_р=N/F_нт≤R_р×m_о, где

F_нт – площадь сечения (нетто); m_о=0,8 – учитывает концентрацию напряжений, которая возникает в месте ослаблений.

Древесина работает на растяжение почти как упругий материал и имеет высокую прочность. Разрушения растянутых элементов происходит хрупко в виде почти мгновенно разрыва наименее прочных волокон по пилообразной поверхности. При наличии ослаблений, в пределах длины 20 см. в разных сечениях поверхность разрыва всегда проходит через них. При определении ослабленной площади сечения F_нт все оснащения на этой длине суммируются и как бы совмещаются в одном сечении.

Расчёт центрально сжатых элементов цельного сечения.

На сжатие работают стойки, подкосы, верхние пояса и отдельные стержни ферм и др. сквозные конструкции. Древесина работает на сжатие более надёжно, чем на растяжение, но не вполне упруго. Здесь пластические свойства древесины проявляются значительно сильнее, чем при растяжении. В данном случае пороки реальной древесины меньше снижают прочность сжатых элементов, поскольку сами воспринимают часть сжимающих напряжений. В растянутых элементах пороки выключаются из работы моментально. Вследствие, этого сжатые элементы рекомендуется изготавливать, как правило, из более доступной древесины 2 сорта.

Расчёт центрально сжатых элементов на прочность следует производить по формуле: δ_с=N/F_нт≤R_с,

В основном расчёт на прочность необходим для коротких стержней, у которых длина ≤ 7 толщин. Более длинные элементы, не закреплённые в поперечном направлении связями следует рассчитывать продольный изгиб, который состоит в потере гибким центрально сжатым прямым стержнем своей прямолинейной формы, что называется потерей устойчивости. Потеря устойчивости происходит раньше, чем напряжение сжатия достигнет придела прочности. При потере устойчивости несущий элемент теряет несущую способность и выгибается в сторону. При дальнейшем выгибе на вогнутой стороне появляются складки, свидетельствующие о разрушении от сжатия, а их выпуклая разрушается от растяжения.

На устойчивость ведут расчёт по формуле: δ_с=N/(φ×F_расч)≤R_с, δ_с=N/ F_расч≤ φ×R_с,

Прочность стержня при сжатии и потери устойчивости зависят от площади F_расч и формы его сечения, длины l и также закрепления концов стержня, что учитывается коэффициентом устойчивости или коэффициентом продольного изгиба (φ),

А) ослабление не выходит на кромку, т.е. располагаются в середине сечения. При отсутствии ослаблений или ослаблений в опасных сечениях не выходящих на кромку, если площадь ослабления не превышает 25% полного сечения F_бр, то F_расч = F_бр,

Б)При ослаблении не выходящих на кромки, если площадь ослабления превышает 25% F_бр, то:

F_расч = 4/3×F_нт ,

В) Симметричное ослабления, выходящие на кромки, то: F_расч = F_нт .

Коэффициент продольного изгиба (φ)элемента определяется в зависимости от его расчётной длины l₀, радиуса инерции r,таким образом зависит от гибкости элементов: λ= l₀/r;

В общем случае коэф. продольного изгиба можно найти следующим образом: φ=δ_кр/R^вр_с;

Т.е устойчивость определяется критическим напряжением δ_кр.

δ_кр=N_кр/F , теоретическое значение критической нагрузки для абсолютно упругого стержня было определено Эйлером: N_кр =Π×Е×У/ l²₀ ;

l₀- расчётная длина, которая учитывает влияние типа закрепления концов стержня на устойчивость.

Вообще критическая сила – это максимальная сила способная удержать стержень в искривлённом состоянии при котором может быть раздвоение оси стержня (1 критическая сила).

;  ; следовательно  , при λ>70.

то для древесины будет равно А=3000, для фанеры А=2500,

при λ>70

 

Формула Эйлера справедлива только в тех случаях, когда стержень теряет устойчивость при напряжении ≤ пределу пропорциональности, когда модуль упругости постоянен. Е=const и придел материала так же постоянен.

Если построить кривую Эйлера, то будет видно, что при малых гибкостях, когда критическое напряжение превышает предел пропорциональности, коэффициент продольного изгиба получается больше 1, чего по существу быть не может. Поэтому

при λ≤70 то

 

 

Эта формула получена опытным путём, соответствует работе стержня за пределом пропорциональности, когда меняется модуль упругости (Е≠const), а=0,8 – для древесины, а=1 – для фанеры.

Если l₀/h≤7, то φ≈1,

Гибкость зависит от радиуса инерции сечения  ;  , для прямоугольного сечения

для круглого сечения  ;

Гибкость λ сжатых элементов ограничивается с тем, чтобы они получились недопустимо неустойчивыми и недостаточно надёжными. Поэтому гибкость элемента ограничивают, например:

-отдельные стойки, верхние пояса ферм, опорные раскосы ферм λ≤[λ]=120

-прочие сжатые элементы основных несущих конструкций λ≤150

-сжатые элементы связей λ≤200

28.Расчёт элементов деревянных конструкций на растяжение с изгибом.

Растянуто изгибаемые элементы работают одновременно на растяжение и изгиб. Так работает пояс фермы, в котором кроме растяжения действует ещё и изгибающий момент от межузловой нагрузки от веса подвесного перекрытия.

Так же как растянуто изгибаемый элемент работает как элемент, растягивающие силы в котором действуют с эксцентриситетом относительно оси.

В сечении растянуто изгибаемого элемента от продольных растягивающих сил N, возникают равномерные растягивающие напряжения, а от изгибающего момента M - напряжения изгиба, состоящие из сжатия на одной половине сечения и растяжения на другой.

Эти напряжения суммируются с учётом их знака. В результате растягивающие напряжения увеличиваются, а сжимающие уменьшаются. Т.к. наибольшие напряжения действуют в крайних растянутых кромках сечения, то здесь и начинается разрушение элемента, от разрыва растянутых волокон древесины. Т.о. растянутые изгибаемые элементы, кроме изгибающего момента центрально приложенного (внецентренно приложенные) усилия которые растягивают стержень, вызывая выгиб в обратную сторону по сравнению с сжато изгибаемым элементом. После прогиба стержня, вызванного изгибающим моментом, нормальное усилие будет создавать дополнительный момент противоположного знака и т.о. уменьшать основной момент.

Т.к. на древесные элементы при растяжении сильно влияют пороки древесины сильно снижая их прочность. То растянутые изгибаемые элементы рассчитывают запас прочности без учёта дополнительного момента от продольных сил при деформации стержня.

, 

При определении W_НТ ослабления расположенные на участке длиною 20 см. совмещаются в одно сечение. При проверке элемента по 2 предельному состоянию, так же как не учитывается уменьшение прогиба от дополнительного момента

11. Расчет пластмассовых элементов на внецентренное сжатие, внецентренное растяжение. Расчёт элементов конструкций на внецентренное сжатие и сжатие с изгибом.

Сжатоизгибаемые элементы работают одновременно на сжатие и изгиб. Например, это элементы верхнего пояса ферм, в которых кроме сжатия действует ещё изгиб от межузловой нагрузки от веса покрытия.

Элементы верхнего пояса ферм могут так же испытывать внецентренное сжатие, когда на элементы действует поперечная нагрузка и продольная сила (сжимающая) действует на элемент с эксцентриситетом. Мало того, эксцентриситет в элементе может быть различным, т.е. (l₁+l₂)/2

На сжатие с изгибом так же работает верхний пояс арок.

На внецентренное сжатие или сжатие с изгибом работают так же стойки с колоннами. Изгибающий момент может создаваться: а) внецентренно приложенной сжимающей силой, тогда элемент называют внецентренно сжатым; б) поперечной нагрузкой.

При расчёте сжато изгибаемых деревянных стержней применяют теорию краевых напряжений, предложенную К.С. Завриевым. В соответствии с этой теорией несущая способность стержня считается исчерпанной в тот момент, когда краевое напряжение сжатия делается равным расчётному сопротивлению сжатию. Эта теория принята в действующих нормах проектирования. Эта теория приближённая, мене точная, чем теория устойчивости, однако, даёт более простое решение, весьма удобна для проектировщиков.

Рассмотрим стержень нагруженный продольной нагрузкой N и поперечной нагрузкой Q. При расчёте таких элементов не в коем случае нельзя использовать принцип независимости действия сил.

N/F+M/W , т.е. когда суммируют напряжения (нормальные) от действия продольных сил и напряжение от действия изгибающего момента. Потому что наличие одной нагрузки (напряжения) изменяет характер напряжений от действия другой нагрузки. В сечении сжато изгибаемого элемента действуют продольные сжимающие силы N, от этих сил возникают равномерные напряжения сжатия и изгибающий момент М, от которого появляются сжимающие и растягивающие напряжения, которые максимальны в крайних волокнах и равны нулю на нейтральной оси.

Напряжения сжатия, возникающие в сечении древесного элемента, складываются на напряжение сжатия и растяжения – вычитаются. Максимальное сжимающее напряжение возникает в крайних волокнах сечения в месте действия максимального изгибающего момента. Разрушение сжато изгибаемого элемента начинается с потери устойчивости сжатых волокон, что обнаруживается появлением складок и повышенными прогибами. ∞Такое разрушение частично пластично, т.к. жёсткость стержня не является ∞, то он под влиянием изгибающего момента прогибается. При этом центрально приложенная сжимающая сила, теперь уже будет иметь эксцентриситет = деформации стержня от момента. И, таким образом, создаёт дополнительный сжимающий момент. Появление дополнительного момента от нормальной силы увеличивает деформацию стержня, что приводит к ещё большему возрастанию момента. Такое наращивание дополнительного момента и прогибов будет продолжаться некоторое время и затем затухнет. В основу метода Завриева положено:

1.Независимо от характера распределения нагрузки, стержень всегда изгибается по закону синусоиды. В действительности это возможно, если нагрузка распределяется по синусоиде.

2.Стержень работает упруго.

3.Напряжения (опасные) достигают предела прочности при сжатии.

Вообще, полный прогиб стержня и уравнение кривой неизвестны, поэтому непосредственно формулой краевых напряжений пользоваться нельзя.

(1),

Полный изгибающий момент стержня равен  (2),

В обоих уравнениях есть 3 неизвестных: δ_с, у, М_Х.

Всякую кривую аналитически можно выразить в виде ряда который при этом должен быть быстросходящимся и удовлетворять краевым значениям. Таким является тригонометрический ряд:

При симметричной загрузке первый член ряда даёт точность 95-97%. Для упрощения решений считают нагрузку симметричной. Тогда можно ограничится первым частным ряда 

С появлением этого уравнения мы получаем 4 недостающее неизвестное f₁. Из курса строительной механики видно, что вторая производная уравнения кривой деформирования равная 

После дифференцирования получим:  , следовательно  .

Если из этого уравнения выделить М_Х и подставить в уравнение М_Х=М_q+М_y, то после преобразований, имея в виду что  и  и Y_max=f, то получим следующее выражение: 

Найденная зависимость позволяет решать вопрос об определении напряжения. Для этого значение f₁ подставим в выражение: 

После преобразования получим:  , где 

- коэффициент, учитывающий дополнительный изгибающий момент от продольной силы при деформации стержня. Применим при значении от «0» до «1».

N_кр=φ×R_С×F_бр.

Окончательно выражение можно записать в виде:  , где  ; , т.к. 0< <1.

Если  =0, то N=φ×F×R=0?

Если  =1, то N=0 – продольной силы нет

Если  ≤0, то (невозможно) 

В связи с тем, что значение коэффициента пропорционального изгиба при вычисление значения  всегда определяется по следующей формуле: φ=3000/λ², то при малых изгибающих напряжениях  ,  , то работа стержня близка к условиям продольного изгиба и формула даст неправильный результат. В этом случае стержень надо рассчитывать на продольный изгиб без учёта изгибающего момента. При определении прогиба сжато изгибаемого элемента надо учитывать влияние дополнительного момента от продольной силы f=f₀/ , 

Общая формула

Далее по действующему СНиПу рекомендуется следующее уточнение. При несимметричном нагружении, нагрузку раскладывают на симметричную и кососимметричную.

Далее СНиП рекомендует домножать коэффициент влияния продольной силы на изгибающий момент: k_Н –поправочный коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающего момента.

k_Н =α_н+ (1-α_н), где α_н =0,81 –при прямоугольной эпюре, α_н =1,22 - при треугольной эпюре.

Этот поправочный коэффициент даёт уточнение в 5%. Также при необходимости сжато изгибаемые элементы необходимо проверять на прочность по скалывающим напряжениям: τ≤R_ск;

Сжато изгибаемый элемент должен быть так же проверен на устойчивость плоской формы деформирования. , где φ_у-коэффициент продольного изгиба с учётом работы стержня из плоскости, φ_у =3000/λ²- для гибкости участка элемента расчётной длины l_p из плоскости деформирования, φ_М-коэффициент продольного изгиба от действия изгибающего момента, F_БР - площадь брутто, с максимальными размерами сечения элемента на участке l_p, W_БР – максимальный момент сопротивления (брутто) на участке l_p, n – коэффициент, зависящий от закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования n=2 – без закрепления растянутой зоны из плоскости, n= 1 – для элементов имеющих такие закрепления.

28.Расчёт элементов деревянных конструкций на растяжение с изгибом.

Растянуто изгибаемые элементы работают одновременно на растяжение и изгиб. Так работает пояс фермы, в котором кроме растяжения действует ещё и изгибающий момент от межузловой нагрузки от веса подвесного перекрытия.

Так же как растянуто изгибаемый элемент работает как элемент, растягивающие силы в котором действуют с эксцентриситетом относительно оси.

В сечении растянуто изгибаемого элемента от продольных растягивающих сил N, возникают равномерные растягивающие напряжения, а от изгибающего момента M - напряжения изгиба, состоящие из сжатия на одной половине сечения и растяжения на другой.

Эти напряжения суммируются с учётом их знака. В результате растягивающие напряжения увеличиваются, а сжимающие уменьшаются. Т.к. наибольшие напряжения действуют в крайних растянутых кромках сечения, то здесь и начинается разрушение элемента, от разрыва растянутых волокон древесины. Т.о. растянутые изгибаемые элементы, кроме изгибающего момента центрально приложенного (внецентренно приложенные) усилия которые растягивают стержень, вызывая выгиб в обратную сторону по сравнению с сжато изгибаемым элементом. После прогиба стержня, вызванного изгибающим моментом, нормальное усилие будет создавать дополнительный момент противоположного знака и т.о. уменьшать основной момент.

Т.к. на древесные элементы при растяжении сильно влияют пороки древесины сильно снижая их прочность. То растянутые изгибаемые элементы рассчитывают запас прочности без учёта дополнительного момента от продольных сил при деформации стержня.

, 

При определении W_НТ ослабления расположенные на участке длиною 20 см. совмещаются в одно сечение. При проверке элемента по 2 предельному состоянию, так же как не учитывается уменьшение прогиба от дополнительного момента.

11. Виды соединений в деревянных конструкциях, характер их работы. Требования, предъявляемые к соединениям элементов деревянных конструкций. Принцип дробности. Конструирование и расчет соединений на лобовой врубке и лобовом упоре, соединений на призматических шпонках

По конструктивному признаку (по способу передачи усилия от одного элемента к другому) существует четыре типа соединений.

I – усилие одного соединяемого элемента на другой передается упором одного элемента в другой, т.е. отсутствуют механические связи (соединения на лобовой врубке и лобовом упоре). Область применения – элементы цельного сечения в конструкциях построечного изготовления, для клееных элементов не используются.

II – усилие с 1 элемента на другой передается при помощи шпонок, если соединяемые элементы брусья или колодок, если соединяемые элементы бревна. Область применения – балки составного сечения на податливых связях.

III – усилие с одного элемента на другой элемент передается при помощи механической податливой связи, которая называется нагель (соединения на нагелях). Нагель – механическая податливая связь, основная схема работы которой – работа на изгиб (болты, штифты, скобы, гвозди, МЗП). Область применения – универсальный тип соединений, который можно использовать для соединения любых элементов.

IV- усилие с одного элемента передается на второй элемент при помощи жесткого соединения – клеевого шва (клеевое соединение). Единственный тип соединения, который не рассчитывается, потому что прочность клеевого шва, выполненного в заводских условиях с соблюдением технологии, выше прочности материала соединяемых элементов.

Требования, предъявляемые к соединяемым элементам.

- технологические – требование плотности. Соединение должно быть выполнено плотным, т.е. строго подогнаны все торцы, площадки упора, оси нагельного гнезда во всех элементах должны совпадать и т.д. Для того, чтобы в момент нагружения конструкции эксплуатационной нагрузкой исключить возникновение рыхлых деформаций, которые могут привести к разрыву соединения, что повлечет разрушение конструкции.

- конструктивные – требование вязкости – соединение необходимо запроектировать т.о., чтобы древесина соединяемых элементов работала вязко, т.е. на сжатие или на смятие, а хрупкая работа га растяжение, от которого могут возникнуть скалывания и раскалывания, должна быть сведена к минимуму, т.е. сдвигающие усилия в соединениях должны быть незначительными. Требование вязкости обеспечивается конструктивными приемами.

- принцип дробности – крупные механические связи, которые вызывают большие скалывающие и раскалывающие усилия, необходимо заменить более мелкими механическими связями, но эквивалентными, т.е. несущая способность мелких связей должна быть не менее несущей способности крупных связей.

Врубкой называют соединение, в котором усилие элемента, работающего на сжатие, передается другому элементу непосредственно без вкладышей или иных рабочих связей.

Основной областью применения врубок являются узловые соединения в брусчатых и бревенчатых фермах, в том числе в опорных узлах примыкания сжатого верхнего пояса к растянутому нижнему поясу.

Соединяемые врубкой элементы ДК должны быть скреплены вспомогательными связями – болтами, хомутами, скобами, которые следует рассчитывать в основном на монтажные нагрузки.

Соединения на лобовой врубке могут быть запроектированы, если угол между соединяемыми элементами равен 20-45⁰.

Конструирование лобовой врубки:

- центрирование верхнего пояса выполняется по оси брутто;

- центрирование нижнего пояса может быть выполнено по оси брутто или по оси нетто;

- глубина врубки

- сжимающие усилие действующее в верхнем поясе должно быть перпендикулярно площадки смятия, а также пройти по центру (длины площадки смятия);

- аварийный болт в работе лобовой врубки не участвует, в промышленных узлах вместо аварийного болта можно установить скобы. Аварийный болт должен быть перпендикулярен оси верхнего пояса и находится на расстоянии от торца пояса > 7d болта;

- длина площадки скалывания выбирается из условий

- второй вариант центрирования нижнего пояса более выгодный, по сравнению с первым, поскольку а также учитывая, что растяжение является самым невыгодным видом напряженно-деформированного состояния второй вариант лучше, чем первый;

- фиксирование центровых опорных узлов в конструкциях производится при помощи анкерных болтов, которые прикрепляются опорой под ниже лежащие конструкции.

В лобовой врубке возникают следующие виды НДС:

- древесина торца верхнего пояса сминается вдоль волокон от действия сжимающего усилия Расчет как правило не производится ввиду того, что древесина вдоль волокон имеет максимальное расчетное сопротивление:

- древесина нижнего пояса сминается по площадке смятия под углом к волокнам СНиП II-25-80 дает вдоль волокон ( ) и поперек волокон ( ) для всех других Несущая способность лобовой врубки из условия смятия ограничивается величиной предельной деформации

- древесина нижнего пояса скалывается по длине площадки скалывания от горизонтальной составляющей сжимающего усилия (скалывание происходит не от полной силы а только от ее горизонтальной проекции где - среднее расчетное сопротивление древесины скалыванию по длине площадки скалывания; - расчетное сопротивление скалывания вдоль волокон, - коэффициент, учитывающий тип скалывания (при несимметричном однородном скалывании).

Шпонки – это вкладыши из твердых пород древесины, стали или из пластмасс, которые устанавливаются между сплачиваемыми элементам и препятствуют сдвигу. Для сплачивания деревянных элементов применяются призматические шпонки из твердых пород древесины. Различают призматические продольные шпонки, когда направления волокон древесины шпонок и соединяемых элементов совпадают, и поперечные, когда направление волокон в шпонках перпендикулярно к направлению волокон соединяемых элементов. Во втором случае для обеспечения более плотной посадки шпонок они могут быть выполнены из двух клиновидных элементов.

Призматические шпонки, передавая от одного элемента к другому сдвигающие силы, работают на смятие и скалывание. Отличительный признак шпонок – появление опрокидывающего шпонку момента и как результат этого возникновение распора между соединяемыми элементами. Рассмотрев равновесие шпонки без учета сил трения, можно приближенно определить распор с учетом сил трения

Для восприятия распора необходимо устанавливать рабочие связи – стяжные болты.

Расчет соединений на призматических шпонках подобно расчету соединений на лобовых врубках сводится к проверке несущей способности по смятию и скалыванию древесины шпонок, а также сплачиваемых брусьев или бревен. При расчете на скалывание в многорядовых соединениях в связи с вероятностью неравномерного распределения усилий между шпонками и снижения несущей способности вводят коэффициент 0,7. При расчете соединений на шпонках требуется подбор стяжных болтов и шайб под его головку и под гайку для восприятия распора.

11. Конструирование и расчет нагельных соединений. Конструирование клеевых соединений. Преимущества и недостатки клееных деревянных конструкций по сравнению с конструкциями, изготовленными из цельной древесины

Нагели являются одним из наиболее широко применяющихся до настоящего времени механических рабочих связей. Нагелем называется гибкий стержень, который соединяет элементы деревянных конструкций и препятствует их взаимному сдвигу, а сам работает на изгиб.

По материалу нагели бывают металлические, алюминиевые, деревянные (древесина твердых пород), стеклопластиковые, древопластиковые.

По форме – цилиндр (гвозди, болты, штифты, глухари, шурупы, скобы), пластинчатые с постановкой в сквозные и глухие гнезда.

По схеме работы нагели бывают симметричные и несимметричные.

В нагеле возникают четыре вида НДС

- сам нагель работает на изгиб. Предельное состояние работы метала нагеля является тот момент, когда напряженное состояние достигает площадки текучести. Нагель работает на изгиб как балка, лежащая на упруго-вязком-пластичном основании.

- древесина нагельного гнезда от изгиба нагеля сминается неравномерно в крайних и средних элементах. Предельное состояние работы древесины нагельного гнезда на смятие является тот момент, когда древесина сомнется на величину предельной деформации в этот момент напряжения в древесине нагельного гнезда (предельная прочность на смятие);

- древесина соединяемых элементов скалывается вдоль волокон, между соседними и между крайнем нагелем и торцом элемента;

- древесина соединяемых элементов раскалывается поперек волокон между соседними нагелями и между крайнем нагеле и торцом элемента.

По 3 и 4 виду НДС расчет можно не производить, если соблюдаются нормы расстановки нагелей, т.е. выдержаны минимальные расстояния между соседними нагелями и крайним нагелем и торцом элемента.

Чтобы рассчитать нагельное соединение необходимо знать следующие параметры соединения: материал соединяемых элементов, материал нагеля, вид (форму) нагеля, диаметр нагеля (либо определить, либо задать), толщины средних элементов, толщины крайних элементов, схему работы нагельного соединения (симметричная, несимметрическая), количество швов в соединении (швом называется плоскость между соединяемыми элементами).

Зная исходные данные по таблице 17 СНиП определяем расчет несущей способности нагельного соединения, приходящегося на 1 шов и на 1 нагель из условия работы нагельного соединения:

- из условия изгиба нагеля

- из условия смятия древесины нагельного гнезда среднего элемента

- из условия смятия древесины нагельного гнезда крайнего элемента

Из выбираем - расчетную несущую способность, приходящуюся на 1 нагель и на 1 шов.

- несущая способность всего нагельного соединения. - нагрузка, действующая на соединение. После определения количества нагелей, производится расстановка нагелей с соблюдением норм расстановки.

Равнопрочность, монолитность и долговечность клеевых соединений в деревянных конструкциях могут быть достигнуты только применением водостойких конструкционных клеев. Долговечность и надежность клеевого соединения зависят от вида клея, его качества, технологии склеивания, эксплуатационных условий и поверхностной обработки досок.

Клеевой шов должен обеспечивать прочность соединения, не уступающую прочности древесины на скалывание вдоль волокон и на растяжение поперек волокон.

Растянутый стык клееных элементов в заводских условиях изготовляют на зубчатый шип с уклоном склеиваемых поверхностей зуба примерно 1:10. Это унифицированное решение, по прочности не уступающее решения стыка на ус, более экономично по затрате древесины и более технологично в производстве; поэтому оно должно полностью заменить при заводском изготовлении все остальные виды стыков.

Зубчатый шип одинаково хорошо работает на растяжение, изгиб, кручение и сжатие. Согласно испытаниям, прочность такого стыка даже не разрыв оказалась не ниже прочности цельного бруска.