СОЕДИНЕНИЯ ДЕРЕВЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛАН ЛЕКЦИИ: Смятие древесины Скалывание

предъявляемые к ним требования
Контактные соединения
Лобовые врубки
Соединения на механических связях

6.1. Шпонки
6.2. Нагели
6.3. Вклееные стержни

Лекция 9
№9/1

ЗАДАНИЕ НА САМОСТОЯТЕЛЬНУЮ ПОДГОТОВКУ:

Основы закономерности длительной прочности древесины и пластмасс
Основные типы соединений пластмасс, особенности их расчета и области применения
Принципы дробности и вязкости в соединениях деревянных конструкций

перпендикулярно поверхности элемента. Смятие – это поверхностное сжатие, которое может

быть общим и местным.

Общее

Местное

На части длины

На части длины и ширины

Прочность и деформативности элементов при смятии зависит от угла смятия α - угла между направлением действия силы и волокнами древесины.

При смятии вдоль волокон (α=0°) стенки клеток работают в наиболее благоприятных условиях, деформации минимальные. При смятии поперек волокон (α=90°) клетки сплющиваются, деформации наибольшие.

оказывают поддерживающее действие.
При общем смятии поперек волокон
МПа,
а при местном смятии

больше

Длина соседних ненагруженных участков должна быть больше длины нагруженного участка.

напряжение, соответствующее предельной деформации.
Проверка древесины на смятие
2. СКАЛЫВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ
Пороки древесины

в большинстве случаев не снижают ее прочности при смятии и в расчетах не учитываются

Скалывание древесины происходит в продольных сечениях элементов, параллельных их осевым плоскостям (вдоль или поперек волокон). Сопротивление древесины скалываю мало из-за ее волокнистого строения. Пороки оказывают разное влияние на показатели прочности. Так, сучки, почти не имеют значения. Трещины же – наоборот, поэтому в зонах сдвига не допускаются.

2. СКАЛЫВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ

волокон при односторонних сдвигающих силах.
Скалывание древесины вдоль волокон при двусторонних

сдвигающих силах.

Прочность древесины при сдвиге. Внешние силы, вызывающие перемещение одной части детали по отношению к другой, называют сдвигом. Различают три случая сдвига: скалывание вдоль волокон, поперёк волокон и перерезание.

прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие

сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), прочность на скалывание по тангенциальной плоскости на 10-30% выше, чем по радиальной.
Предел прочности при скалывании поперёк волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперёк волокон в четыре раза выше прочности при скалывании.

Прочность древесины на скалывание вдоль волокон невысокая— 6,5...14,5 МПа. Сопротивление перерезыванию древесины поперек волокон в 3...4 раза выше сопротивления скалыванию вдоль волокон, но чистый срез обычно не имеет места, так как одновременно происходит смятие и изгиб волокон.

Сдвигающие (скалывающие) силы Т действуют в соединениях с эксцентриситетом e. В результате этого в площади скалывания длиной l возникает момент М, обусловливающие напряжения σ сжатия и растяжения поперек волокон древесины, которым она сопротивляется плохо.
Разрушение древесины при скалывании происходит хрупко, мгновенно, без нарастания деформаций. Это опасно. Поэтому качество древесины в таких зонах должно быть высоким.

древесины скалыванию
МПа – расчетное максимальное сопротивление древесины скалыванию.
lск
- длина площадки

скалывания; е – эксцентриситет скалывающей силы; β – коэффициент, равный 0,25 – при одностороннем и 0,125 – при двустороннем приложении скалывающих усилий.

К НИМ ТРЕБОВАНИЯ
Анизотропия древесины в наибольшей отрицательной мере

проявляется в узловых соединениях деревянных конструкций. Правильность конструирования узлов обеспечивает надежность ДК.

Соединения деревянных элементов по способу передачи усилий подразделяются:
соединения, в которых усилия передаются непосредственным упором контактных поверхностей;
соединения на механических связях;
соединения на клеях.

Механическими называют рабочие связи различных видов из твердых пород древесины, стали, пластмасс, которые могут вставляться, врезаться, ввинчиваться или запрессовываться в древесину соединяемых элементов.

Это шпонки, нагели, болты, глухари, гвозди, шурупы, саморезы, шайбы шпоночного типа, нагельные и металлические зубчатые пластинки.

Передача усилий в соединения с механическими связями происходит от одного элемента к другому через отдельные точки.

и раскалывающие напряжения, особенно в сочетании с процессом усушки.
Скалывание и

разрыв вдоль и поперек волокон – хрупкий вид разрушения.

Природную хрупкость растянутой древесины компенсируют вязкой податливостью работы соединений растянутых элементов.

Наиболее вязкой работой характеризуется смятие.

Требование вязкости предъявляется ко всем видам соединений (кроме клеевых) с целью выравнивания напряжений в параллельно работающих элементах.

Для обеспечения вязкости соединений растянутых элементов руководствуются принципом дробности.

нагелями (шкантами; 1)
Фиксация с помощью уголков (2)
С прокладкой из древесины

твердых пород (3)

С прокладкой из швеллера (4)

С деревянными вставками (5) на болтах (6)

Смятие под углом к волокнам

состояния:
Смятие древесины упора Fсмα;
Скалывание площадки Fск;
Растяжение ослабленного врубкой

нижнего пояса

Конструктивные требования:

усушечных трещин на несущую способность соединения.
На большую длину распределяются мизерные

касательные напряжения.

С увеличением hвр при постоянной lск снижается коэффициент концентрации kt напряжений сдвига и уменьшаются сжимающие поперек волокон напряжения в начале площадки скалывания.

.

сдвига kt.
2. Чем меньше угол α, тем

меньше kt.

3. Чем больше перпендикулярная к плоскости сдвига составляющая усилия, тем больше kt.

твердых пород древесины, стали или пластмасс, которые устанавливают между сплачиваемыми

элементами и препятствуют сдвигу.

Призматические деревянные шпонки могут быть продольными (направление волокон вдоль элемента) и поперечными (поперек). Поперечные шпонки чаще выполняют из двух клиновидных половин, тем самым обеспечивая более плотную посадку.

Шпонки работают на смятие и скалывание

Отличительный признак работы шпонок – появление опрокидывающего шпонку момента и возникновение распора V.

без учета сил трения

болты и шайбы под головку по величине распора.
Центровые шпонки:
а –

дисковые деревянные;
б – тарельчатые чугунные;
в – гладкокольцевые;
г - зубчатокольцевые