Дослідження з'єднань дерев'яних елементів на цвяхах з метою ефективності використання матеріалів

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 624.07;69.07

ДОСЛІДЖЕННЯ З'ЄДНАНЬ ДЕРЕВ'ЯНИХ ЕЛЕМЕНТІВ НА ЦВЯХАХ З МЕТОЮ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ МАТЕРІАЛІВ

Гомон С.С., к.т.н., доцент, Алексієвець В.І., аспірант (Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне)

В даній роботі викладені результати досліджень з'єднань дерев'яних елементів на цвяхах за дії статичних навантажень. Запропоновано методику підбору товщини крайніх і середніх елементів та діаметра нагеля з метою ефективності використання матеріалів.

ВСТУП

Будівельні норми і правила з проектування конструкцій базуються на певному етапі розвитку теорії їхнього розрахунку та постійно переглядаються з накопиченням нових теоретичних і практичних досліджень. Важливим є питання максимального використання потенційних можливостей нагельних з'єднань конструкцій з деревини щодо їх міцнісних та деформативних характеристик за умови ефективного використання матеріалів.

Існуючі методи розрахунків нагельних з'єднань не в повній мірі враховують дійсну їхню роботу. Тому все більше практичне значення мають питання дослідження напружено-деформативного стану та визначення несучої здатності нагельних з'єднань при статичних та змінних навантаженнях.

На даний час несуча здатність симетричного нагельного з'єднання визначається за існуючими формулами СНиП ІІ-25-80 [1]:

T=0,8аd; (1)

T=0,5сd; (2)

T=2,5d²+0,01a²4 d², (3)

де Т - несуча здатність з'єднань; с - товщина середньої дошки; а - товщина крайньої дошки; d - діаметр нагеля.

Аналіз складових емпіричних формул (1-3) приводить до висновку, що зі збільшенням однієї із складових: товщини дошок чи діаметра цвяха - збільшується несуча здатність з'єднання до безмежності. В зв'язку з цим проводились дослідження з'єднань при дії статичних навантажень.

В задачу досліджень входило встановлення:

1) оптимальної товщини середнього і крайніх елементів з'єднання;

2) взаємозв'язку між діаметром цвяха та товщиною середнього та крайніх елементів.

Встановлення даних характеристик і співвідношень має велике значення при підборі елементів з'єднання, що дасть змогу більш економічно використовувати матеріали.

ОПИС ПРИЙНЯТИХ ЗРАЗКІВ

Були виготовлені зразки першої серії (див. рис.1) симетричного з'єднання на цвяхах з різною товщиною крайніх дошок: 10;15;20;25;30;40 мм. Дошки були з'єднані 5 цвяхами довжиною 150 мм та діаметром d=5,5 мм. В цих зразках товщина середніх дошок була однаковою і становила 35 мм. Друга серія зразків виготовлені також за симетричного з'єднання зі змінною товщиною середньої дошки 35;40;42,5;45 мм з'єднані 5 цвяхами довжиною 150 мм, діаметром d=4,5мм. В цьому випадку товщини крайніх дошок були прийняті 35 мм.

Рис. 1. Схема зразка

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

Експериментальні випробування проводилися за статичних навантажень на пресі Р-5. Навантаження прикладали ступенями по 1 кН, до тих пір доки деформації зсуву досягнуть 2-х мм, а в подальшому навантаження було безперервним до повного руйнування з'єднання. Деформації зсуву вимірювались за допомогою індикаторів ИЧ-10 (див. рис. 2) з ціною поділки шкали 0,01 мм, встановлених з двох сторін зразка. Для упору вимірювальних стержнів індикаторів використовувались накладні пристосування - столики.

Рис. 2. Схема дослідження зразків

1 - індикатори ІЧ-10; 2 - столики для упору вимірювальних приладів; 3 - циліндричні шурупи.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Випробування зразків з'єднань короткочасними навантаженнями дозволили оцінити їх реальну несучу здатність.

Руйнування всіх зразків відбувалося від вигину цвяхів, який супроводжувався зминанням деревини.

За результатами експериментальних досліджень були побудовані графіки залежностей деформацій зсуву з'єднань від навантаження і представлені на рис. 3 та 4.

Із діаграм видно, що при збільшенні товщини дошок, в обох випадках, несуча здатність зростає до деяких меж, а в подальшому суттєво не збільшується, тобто існує межа ефективного використання матеріалу, в нашому випадку вона регламентується товщиною. З графіків видно, що оптимальною товщиною елементів є: для крайніх дошок 25 мм, для середньої 35 мм. Тобто коефіцієнти ефективності використання матеріалів відповідно для середніх дошок К₁ і крайніх дошок К₂ і вони визначаються:

(4)

(5)

Для визначення напружень зминання в гнізді, розглянувши його, можна побачити, що при роботі з'єднань в гнізді утворюються наступні варіанти напруженого стану. З однієї сторони під дією зовнішнього навантаження проходить зминання деревини в гнізді, паралельно з ним також проходить згин цвяха, а ж до появи пластичного шарніра.

навантаження деформація зсув нагель

Рис. 3. Діаграми деформування симетричних з'єднань на цвяхах зразків першої серії.

Рис. 4. Діаграми деформування симетричних з'єднань на цвяхах зразків другої серії.

Також можна спостерігати картину, що по довжині цвяха мають місце напруження зминання різних напрямків.

Щоб це якось оптимізувати, ми вийшли з того, що площа навантаження на цвях, що утворює згинальний момент, для утворення шарніра в цвяхах повинна мати певну величину, а цвях оптимальну довжину.

Були визначені напруження для кожного зразка для крайніх і середніх дошок, а також по яких було визначено середнє напруження зминання в зразках (табл. 1, 2):

Для середніх дошок:

. (6)

Для крайніх дошок:

, (7)

де F- руйнівне навантаження на зразок; А- площа зминання дошок; n-к-ть цвяхів; d - діаметр цвяха; а - товщина крайньої дошки; с-товщина середньої дошки.

Таблиця 1

До визначення середніх напружень зминання в зразках за різної товщини середніх дошок

Таблиця 2

До визначення напружень зминання в зразках при різній товщині крайніх дошок

ВИСНОВКИ

За результатами досліджень визначені коефіцієнти ефективності використання матеріалів для нагельних з'єднань при різних товщинах крайніх та середніх елементів, що дають змогу більш повно використовувати несучу здатність елементів з'єднань.

Отримані середні напруження зминання для крайніх і середніх елементів, які в подальшому дадуть змогу визначити оптимальну довжину цвяха в нагельному з'єднанні

СНиП ІІ-25-80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат, 1982.-65с.

Дмитрієв П.А. Дослідження роботи дерев'яних елементів на циліндричних нагелях. - Новосибірськ: Ви-во Новосиб. інж.-буд. ін-та, 1980.-80с.

Коченов В.М. Несущая способность элементов и соединений деревянных конструкций, Госстройиздат, 1953.

Размещено на Allbest.ru