Испытание соединений деревянных элементов

на стальных нагелях и гвоздях»

 

Группа: 2045-01

Студент: Андронов П.А.

Преподователь: Попков С.В.

 

Псков 2012 г.

 

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: определить прочность и деформативность нагельных соединений; установить разрушающую нагрузку и сравнить ее с расчетной несущей способностью соединения; построить зависимость деформаций сдвига в соединении от нагрузки и определить деформацию соединения, отвечающую расчетной несущей способности; установить нагрузку, соответствующую величине предельно допустимого сдвига соединения.

ОСНОВНЫЙ СВЕДИНИЯ:

Испытывают два образца: соединение на стальных цилиндрических нагелях или болтах и соединение на гвоздях. Образцы изготавливают одинаковых размеров из стандартной древесины без пороков в зоне размещения нагелей и представляют собой симметричные двухсрезные нагельные соединения.

Размещение нагелей и гвоздей в образцах должно осуществляться с соблюдением требований СНиП 2-25-80, определяющих наименьшие допустимые расстояния S₁, S₂, S₃ для предотвращения преждевременного скалывания и раскалывания древесины нагельных гнезд.

 

Геометрические параметры:

- для нагелей

с = 4 см

а = 3,8 см

d = 0,8 см

- для гвоздей

с = 3,3 см

a_min = 3,2 см a = a_min – 1,5d = 2,6 см

d = 0,4 см

а – толщина крайних элементов;

с – толщина средних элементов

d – диаметр нагеля.

Для гвоздей	Для нагелей
	По СНиП	образец	выводы		По СНиП	образец	выводы
S1	≥22d = 8,8	5,5	Неудовл.	S1	7d = 5,6	7,1	Удовл.
S2	≥4d = 1,6	3,4	Удовл.	S2	≥3,5d =2,8	3,3	Удовл.
S3	≥4d = 1,6	1,8	Удовл.	S3	≥3d = 2,4	3,0	Удовл.

 

Расчетная несущая способность на срез для нагелей:

Т_а = 0,8×a×d = 0,8×3,8×0,8 = 2,432 кН – из условия смятия в крайних досках;

Т_с = 0,5×c×d = 0,5×4×0,8 = 1,6 кН – из условия смятия средней доски;

Т_и = 18×d² + 0,02×a² =18×0,8² + 0,02×3,8² = 1,44 кН ≤ 2,5×d² = 1,6 кН – из условия изгиба нагеля;

Т_min = Т_и = 1,44 кН

 

Расчетная несущая способность на срез для гвоздей:

Т_а = 0,8×a×d = 0,8×2,6×0,4 = 0,832 кН – из условия смятия в крайних досках;

Т_с = 0,5×c×d = 0,5×3,3×0,4 = 0,68 кН – из условия смятия средней доски;

Т_и = 2,5×d² + 0,01×a² =2,5×0,8² + 0,01×3,8² = 0,468кН ≤ 4d² = 0,64 кН – из условия изгиба гвоздя;

Т_min = Т_и 0,468 кН

При определении расчетной несущей способности нагельных соединений по приведенным выше формулам необходимо учесть то, что они применимы для длительного действия нагрузки (срок эксплуатации) и нормальной влажности древесины (порядка 12-15%). Поэтому для сопоставления с опытными данными кратковременных испытаний расчетная несущая способность образца должна быть скорректирована:

T_min = ; T_min = ; T_min = ,

где m_дл = 0,66 – базисное значение коэффициента, учитывающего длительность нагружения при совместном действии постоянной и кратковременной нагрузок, приводящее к снижению разрушающих усилий при длительном воздействии нагрузки;

k_w = 1 – коэффициент, учитывающий влажность;

Для нагелей: T_min = = = 1,744 кН

Для гвоздей: T_min = = = 0,576 кН

В соединении нагели работают на изгиб, и древесина на смятие, что и учитывается при определении расчетной несущей способности «Т» каждого образца по формуле:

Т = ;

Т = ,

Где – наименьшая расчетная несущая способность нагеля на один шов (срез);

число расчетных швов;

- количество нагелей в соединении;

- количество гвоздей в соединении.

Для нагелей Т = 1,744×2×2 = 7,096 кН;

Для гвоздей Т = 0,576×2×2 = 2,304 кН

Обработка результатов испытаний:

По записанным в журнале отсчетам подсчитываются деформации и строится график зависимости полной деформации сдвига от нагрузки. По графику определяют деформацию соединения от нагрузки равной кратковременной несущей способности образца.

Для нагелей
Р(Н)
∆ (мм)	0,1	0,22	0,26	0,4	0,6	0,9	1,5	2,5	3,96	6,2	7,5	9,2

 

Для гвоздей
Р(Н)
∆ (мм)

 

 

Для каждого образца вычисляется в процентах:

- отношение измеренной деформации ∆_изм от кратковременной расчетной несущей способности, к расчетной предельно допустимой деформации, равной ∆_теор = 2 мм;

- отношение разрушающей нагрузки Р_∆разр к кратковременной расчетной несущей способности соединения;

- отношение нагрузки, соответствующей расчетной деформации Р_∆теор к кратковременной расчетной несущей способности.

K_деф = 100%; K₁= 100%; K₁= 100%

 

Определяется коэффициент податливости соединения, в кН/см: k_под =

Для гвоздей:

K_деф = ×100% = ×100 = 95%

K₁ = ×100% = ×100 = 190,97%

K₂ = ×100% = ×100 = 102%

K_под = = = 1,152 кН/см

Для нагелей:

K_деф = ×100% = ×100 = 87,5%

K₁ = ×100% = ×100 = 125,42%

K₂ = ×100% = ×100 = 111,33%

K_под = = = 3,548 кН/см

 

Вывод: соединение на гвоздях в =3,1 раза податливее нагельного соединения. Нецелесообразно использовать нагели и гвозди в одном соединении. Несущая способность для нагелей Т = 7,096 кН из условия Т_и = 18×d² + 0,02×a²; для гвоздей Т = 2,304 кН из условия Т_и = 2,5×d² + 0,01×a²