Классификация и требования к соединениям деревянных конструкций

Классификация и основные требования, предъявляемые к соединениям элементов деревянных конструкций.

Цельные деревянные элементы ограничены по сортаменту размерами поперечного сечения и длинами. При конструировании крупноразмерных элементов и конструкций применяют различные способы соединения: сплачивание, применяемое для увеличения размеров поперечного сечения; сращивание, применяемое для увеличения длины элементов; узловое, применяемое для скрепления элементов под углом.

Соединения деревянных элементов выполняются при помощи: клея; вкладышей в виде нагелей, шпонок и других деталей, заложенных между соединяемыми элементами; врубок; стальных растянутых связей (болтов, хомутов, накладок, листовых шарниров и др.).

По производственному признаку различают заводские и построечные соединения.

Все соединения, кроме клеевых, обладают податливостью, т. е. дают при расчетных нагрузках значительные смещения соединяемых элементов (от 0,2 до 2 мм). Податливость соединений обусловливается происходящими в них деформациями. Кроме упругих и пластических деформаций, свойственных древесине, в соединениях наблюдаются остаточные деформации, происходящие в пределах несущей способности соединений. Значительную часть их составляют начальные деформации, происходящие в начале нагружения, величина которых зависит от точности пригонки элементов и постановки связей в соединении.

При проектировании и изготовлении соединений необходимо, чтобы начальные деформации были как можно меньшими (избежать их полностью невозможно), поскольку этим обеспечивается важное в работе соединений свойство — их плотность.

Большое значение для работы конструкций имеет характер разрушения соединения. Если разрушение происходит постепенно, с сильным развитием пластических деформаций, то оно называется вязким. При отсутствии пластических деформаций происходит хрупкое разрушение. Такое разрушение наблюдается в тех соединениях, которые разрушаются от скалывания, раскалывания или разрыва древесины, а вязкое — там, где прочность зависит от смятия.


На рис. 46, а изображена диаграмма работы вязкого соединения (на нагелях) при многократном его нагружении и разгружении. При усилиях, не превышающих несущей способности соединения (Р≤Т), нарастание остаточных деформаций затухает, и работа соединения становится упругой. При усилиях выше несущей способности (Р>Т) рост возникающих при этом пластических деформаций не затухает и наступает разрушение. Площадь между кривой нагрузки и кривой разгрузки дает количественное выражение энергии (работы), затраченной в необратимой форме (A_пот), а площадь, заключенная между кривой нагрузки и осью абсцисс, является мерой полной работы, затраченной на деформацию (A). При Р>Т с увеличением числа повторных нагружений необратимая энергия растет и A—A_пот→0.

Диаграммы вязкой и хрупкой работы соединений показаны на рис. 46, б. Соединения с вязким характером разрушения имеют большую удельную площадь диаграммы работы (A_в/P_в>A_x/P_x) по сравнению с хрупкими. Поэтому вязкость соединения является гарантией надежности сопротивления конструкции повторным загружениям.

Хрупкость соединений является недостатком, нередко вызывающим разрушение конструкции, причиной которого являются непредусмотренные в расчете перенапряжения одних частей составного элемента за счет разгрузки других. Так, например, при нескольких совместно работающих связях (Т=nТ₁, где T — несущая способность одной связи) может произойти перегрузка более плотно поставленных связей (или одной связи) за счет менее плотных, и, если связи хрупкие, они разрушаются одна за другой (рис. 47, а). Вязкие соединения компенсируют хрупкую работу древесины, выравнивая усилия в связях и в элементах составной конструкции, и работают совместно и равномерно (рис. 47, б). Таким образом, гарантией надежности работы конструкции является плотность соединений в сочетании с вязкостью.

При выполнении соединений следует считаться с возможностью наличия в этих местах пороков древесины — сучков, трещин, косослоя. Вызванное этим ослабление работы соединения и элементов будет тем больше, чем мощнее связь. Для избежания этого следует соблюдать принцип дробности связей — распределение усилия на большое количество относительно слабых связей. При этом увеличивается число плоскостей скалывания и уменьшается опасность разрушения соединения от скалывания и раскалывания (рис. 48).

Расчетные связи в соединении должны быть однотипными и иметь одинаковую жесткость. Связи должны размещаться симметрично относительно оси элемента и не вызывать в нем дополнительных усилий (изгибающего или крутящего моментов). Кроме того, следует стремиться к минимальному ослаблению соединяемых элементов.

Из производственных соображений следует отдавать предпочтение тем соединениям, которые допускают их механизированное изготовление, просты в сборке и доступны для контроля.