Лобові упори є найбільш простими і надійними сполуками, застосовуваними в більшості видів дерев'яних конструкцій для кріплення стислих стрижнів. Вони працюють і розраховуються на зминання, що виникає в них від дії стискаючих зусиль. На розтягнення вони працювати не можуть. Лобові упори бувають поздовжніми, поперечними і похилими.
Поздовжній лобовій упор - це з'єднання обрізаного під прямим кутом кінця стисненого стержня з опорою, діафрагмою вузла або торця іншого такого ж стержня в стислому стику. У стику упор перекривається конструктивно двосторонніми накладками товщиною не менше 1 / з товщини стрижнів і довжиною не менше трьох висот перетинів на болтах. У поздовжньому лобовому упорі деревина працює на зминання вздовж волокон і має найбільш високе розрахунковий опір. У більшості випадків напруги зминання досягають значної величини і вимагають перевірки за формулою (5.15) тільки в акцентах, де на зминання працює тільки частина пло-щади торця.
Поперечний лобовій упор - це з'єднання двох стрижнів під прямим кутом, коли торець стисненого стержня впирається в пласть іншого і закріплюється конструктивними накладками на болтах. Так, наприклад, з'єднуються стійки з верхніми і нижніми елементами каркаса. У цьому з'єднанні деревина торця працює на зминання вздовж волокон, а деревина пласти - поперек волокон. З'єднання розраховується тільки по меншій міцності деревини при місцевому смятии поперек волокон за формулами (5.13) і (5.15) в порядку.
Похилий лобовій упор являє собою поєднання двох стислих стрижнів під кутом менше прямого. При цьому кінець одного з них утворюється під прямим кутом. Так, наприклад, з'єднуються підкоси з ригелями в підкісний конструкціях. У цьому з'єднанні площа, де смятие відбувається під кутом до волокон деревини, має менший опір зім'яту і повинна бути перевірена за міцністю при загальному смятии під кутом за формулами (5.14) і (5.15). Формула (5.14) може бути спрощена шляхом підстановки значень розрахункових опорів зім'яту вздовж і поперек волокон:
Лобова врубка з одним зубом є простим у виготовленні з'єднанням двох стрижнів кутом. Вона застосовується головним чином для з'єднання стрижнів малопролетних дерми і підкісний систем в вузлах при їх будівельних виготовленні, причому один з врубать, повинен бути обов'язково стиснутий. Прикладом лобовій врубки є опорний вузол трикутної брусчатой малопролетной ферми (рис. 1).
Малюнок 1 - Лобова врубка:
1 - аварійний болт; 2 - врубать елемент; 3 -опорний елемент; 4 - цвяхи; 5 - подбалкі; 6 -опорная підкладка
Врубать стрижень верхнього пояса ферми годину-ма обрізаного під прямим кутом і зрізаного знизу кінця «зубом» вводиться в врізку в стрижні нижнього пояса і впирається в її робочу поверхню. Вузький клиновидний зазор виключає небажане стиснення неробочих поверхонь врубки. Глибина врубки Hвр повинна бути не більше 1 / з, а відстань від її вершини до кінця нижнього пояса Lск - не менше 1,5 висоти його перетину h для отримання достатніх площ розтягування і сколювання. Врубка повинна бути центрована по осях опори, верхнього пояса і ослабленого врубкой перетину нижнього пояса, для того щоб в цьому перерізі не виникло крім розтягування ще й вигину від ексцентриситету розтягуючого зусилля. Врубка стягується додатково похилим болтом, перпендикулярним верхньому поясу і званим аварійним. Він перешкоджає розбіжності стрижнів в процесі монтажу ферми в разі виникнення в верхньому поясі розтягування. При руйнуванні врубки від сколювання аварійний болт включається в роботу і запобігає небезпеку раптового обвалення ферми. Опорна подбалкі, прибивається цвяхами, оберігає нижній пояс від місцевого зминання на опорі і необхідності влаштування в ньому ослаблює його врізки для шайби аварійного болта.
Лобова врубка працює і розраховується на зминання від дії стискає зусилля у врубать стрижні N і сколювання від дії горизонтальної проекції цього зусилля Т, рівного розтягуючому зусиллю в нижньому поясі ферми.
Зминання деревини. Від дії стискає зусилля N по площі упору торця стисненого стержня в робочу поверхню врізки розтягнутого виникають рівномірні напруги зминання. Площа зминання F визначають залежно від глибини врубки Hвр. кута нахилу стисненого стержня а й ширини врубки b, яка в брусах дорівнює ширині перетину, а в колодах діаметром d знаходять з виразу. Відповідно площа зминання дорівнює у врубках брусів; у врубках колод.
Розрахунок роблять за міцністю робочої площі врізки при місцевому смятии під кутом до волокон розтягнутого стержня. Розрахунковий опір місцевим зминанню під кутом до волокон зважаючи на малу довжини площі зминання і значного підтримує дії сусідніх ділянок деревини визначають за формулою (5.14) з урахуванням підвищеного коефіцієнта умов роботи:
Перевірку міцності лобовій врубки при місцевому смятии виробляють за формулою (5.15). З цієї ж формулою, переписаною щодо стискає зусилля N, визначають несучу здатність врубки по смятию деревини.
Сколювання деревини. Від дії сколюючої зусиль Т уздовж волокон деревини по площі сколювання F рівної "добутку ширини врубки b на довжину сколювання Lск виникають сколювальні напруги. Довжина площі сколювання Lск дорівнює відстані від нижньої точки врубки до кінця розтягнутого стержня, але враховується не більше довжини, що дорівнює 10 глибин врубки Hвр (див. гл. 5).
Напруження сколювання розподіляються по довжині площі сколювання особливо нерівномірно, так як сили сколювання діють з одного боку від площі сколювання і досягають максимуму поблизу врубки. Напруження ж відриву тут кілька знижуються в результаті притискання, створюваного вертикальної складової зусилля стиснення.
Розрахунок роблять за міцністю при сколюванні по середнім значенням сколюють. Розрахункова середня опір деформуючих визначають за формулою (5.17), де приймається коефіцієнт. а плече пари сил сколювання. При обліку довжини площі сколювання, що дорівнює не більше подвійної висоти перетину розтягнутого стержня, дозволяється приймати розрахункова середня опір деформуючих рівним Лобову врубку перевіряють по міцності на сколювання по формулі (5.18). З цієї ж формулою, але щодо сколюючої зусиль Т можна визначити несучу здатність врубки по сколювання.
Лобова врубка з двома зубцями відрізняється тим, що стиснений стержень включається в інший двома зубами, в результаті чого під врубке утворюється дві площі зминання і сколювання. Ця врубка є більш складною, трудомісткою і вимагає підвищеної точності виготовлення для забезпечення спільної роботи всіх робочих площ. Така врубка застосовується в деяких випадках для з'єднання стрижнів під кутом 45 ° і більше.
З'єднання з дерев'яними зв'язками є трудомісткими і застарілими сполуками будівельних виготовлення. Зв'язками служать тут невеликі дерев'яні вкладиші. Вони щільно вставляються у відповідні отвори в з'єднуються елементах - колодах або брусах - і забезпечують їх спільну роботу на вигин, сприймаючи зсувні зусилля. З'єднання бувають на шпонках, платівках і штирях.
З'єднання на шпонках виконують за допомогою брусків - шпонок або колодок, які працюють на зминання і сколювання і створюють поперечний розпір елементів, що сприймається болтами. З'єднання на пластинках виконують за допомогою дубових пластинок (пластинчастих нагелів), які працюють на вигин і зминання деревини і не створюють поперечного распора. З'єднання на штирях виконують за допомогою дубових штирів (дубових нагелів), які теж працюють на вигин і зминання без поперечного распора.
Ці сполуки застосовуються в деяких тимчасових дерев'яних конструкціях і гідротехнічному будівництві.
З'єднання на врубках
Лобова врубка з одним зубом.
На смятие перевіряється розтягнутий стрижень, тому що у нього смятие здійснюється під кутом до волокон.
Nс ≤ Fсм × Rсм # 945; =
З'єднання на шпонках
Шпонки в дерев'яних конструкціях - це вкладиші, які перешкоджають взаємному зсуву елементів, що з'єднуються. Самі шпонки працюють на зминання і сколювання. Відмітною ознакою шпонкових з'єднань є розпір, для сприйняття якого необхідно встановлювати робочі стягнуті зв'язку (найбільш часто - болти). Шпонки можуть бути призматическими поздовжніми (прямі і похилі) і поперечними. Призматичні шпонки, як правило, виконуються з твердих порід деревини.
lш ≥ 5hвр - такий розмір забезпечує краще сприйняття зусилля шпонкой і економію стали для стяжних болтів.
З'єднання на призматичних шпонках застосовуються для згуртовування брусів або колод в складових балках. Для забезпечення спільної роботи шпонок потрібно щільна їх пригонка в гніздах, особливо в разі застосування більш жорстких прямих і похилих поздовжніх шпонок.
З'єднання на шпонках розраховують на зминання і на сколювання.
де ПВМ і Тск - максимальні зусилля зминання і сколювання, які може сприймати з'єднання
Поперечні шпонки більш податливі, м'якші ніж поздовжні, що дозволяє включати в рівномірну роботу все шпонки.
Круглі металеві шпонки
1. Гладкокольцевая шпонка виконаний у вигляді кільця з тонкої смугової сталі товщиною 3-4мм, загнутої в холодному стані.
При складанні елементів такі шпонки вставляються в висвердлених в кожному елементі кільцевої жолобок. У центрі кільцевої шпонки ставиться стягнутий болт.
2. Зубчатокольцевая шпонка є штамповану сталеву смужку з загостреними краями, зігнуту в холодному стані і зварену кінцями в кільце.
Діаметр приймається 10-12см, ширина кільця - 3 см.
І та і інша шпонка розраховується за емпіричними формулами в залежності від діаметра.
3) Когтевая шайба професора В.Г. Леннова.
Сталевий штампований кругла пластинка з загостреними зубами. Шайба запропонована до застосування по сортаменту: діаметром 8,10,12,15 см.
Шайби встановлюються ударним способом, сила удару:
З'єднання на нагелях.
Нагелем називається дерев'яний, металевий і пластмасовий стрижень, застосовуваний для з'єднання дерев'яних елементів і перешкоджає їх взаємному зсуву. Нагель працює в основному на вигин.
До циліндричним Нагель відносять болти, цвяхи, гвинти та металеві стрижні.
На відміну від шпоночно з'єднання в нагельних з'єднаннях не виникає розпір. Зрушуючи, об'єднуваних елементи прагнуть перекинути нагель, який після деякого повороту обумовленого нещільністю і зминанням деревини впирається в неї спочатку по краях елемента, а потім починає згинатися. Поверхня контакту Нагель з деревиною збільшується, що викликає появу в ній напруження зминання по всій довжині Нагель, при цьому напруження зминання деревини по довжині Нагель має різні знаки і їх рівнодіюча утворюють дві пари взаімноуравновешівающіхся сил, що і забезпечує рівновагу Нагель.
Отже, рівновага Нагель забезпечується тільки поздовжніми силами. Для установки нагелів діаметром більше 6 мм необхідно просвердлювати отвори. Цвяхи, що мають менший діаметр забиваються в деревину без попереднього свердління. З'єднання на нагелях повинні бути обтиснуті, для чого ставляться стяжні болти в кількості близько 25% загальної кількості нагелів. Розтягнуті з'єднання на циліндричних нагелях можуть бути симетричними і несиметричними.
Несуча здатність нагелів (нагельних з'єднань) залежить від відстані між ними. Мінімальні відстані між нагелями призначать таким чином, щоб несуча здатність нагеля по сколювання і розколювання деревини свідомо перевищувала несучу здатність нагеля по його вигину і зім'яту деревини нагельного гнізда.
Відстань між отворами визначається видом нагелів і виражається в його діаметрі