Нагели, гвозди, винты
Стальные цилиндрические нагели. К ним относятся гладкие цилиндрические стержни сплошного или трубчатого сечения, а также гвозди, болты, тяжи. Цилиндрические нагели применяют для соединения элементов составных стержней, присоединения стержней решетки с небольшими усилиями в узлах ферм, стыков поясов ферм, балок и др. Они воспринимают усилия сдвига, возникающие между элементами по плоскостям сплачивания, и работают в основном на изгиб (редко на срез, например при металлических накладках). Цилиндрические нагели рассчитывают как стержни, находящиеся в упругопластической среде, работающие по двум основным схемам нагружения: симметричной и несимметричной. Симметричные соединения бывают двус-резные и четырехсрезные, а несимметричные — односрезные и многосрезные.
При использовании древесины других хвойных и лиственных пород, при эксплуатации соединений в условиях повышенной температуры и влажности, а также при воздействии кратковременных ветровых, монтажных и сейсмических нагрузок помимо коэффициента угла действия усилия вводятся дополнительные поправочные коэффициенты.
Соединение на гвоздях и винтах. В месте забивки гвоздя древесина сминается, образуются продольные трещины, отщепы. Частично эти недостатки устраняются применением гвоздей крестообразного профиля, для которых можно не сверлить отверстия даже при диаметре более 6 мм. Улучшенными свойствами обладают гвозди из стеклопластика АГ-4С.
Они также забиваются в древесину без предварительной рассверловки гнезд. Прочность их при изгибе достигает 1000 МПа. Однако пластмассовые нагели и гвозди более деформативны.
При определении расчетной длины гвоздя не учитывают его заостренную часть и зазоры между соединяемыми элементами в каждом шве по 2 мм. Если расчетная длина защемления гвоздя получается меньше его четырех диаметров, работа конца гвоздя не учитывается. Можно применять соединения со стальными накладками, а в качестве крепежных средств — односрезные гвозди, винты и глухие стальные цилиндрические нагели, которые ставятся в отверстия, предварительно просверленные в стальных накладках и деревянных элементах. Стальные накладки необходимо проверить на растяжение по ослабленному сечению и на смятие стенок просверленных отверстий.
Если элементы соединяют нагелями разных видов (гвозди, винты), несущая способность соединения в целом определяется как 0,9 от суммы несущих способностей нагелей. Применять неодинаковые нагели в стыках, работающих на растяжение, не рекомендуется.
Диаметр гвоздя, выбираемый с учетом толщины соединяемых элементов, не должен превышать 0,25 толщины пробиваемых элементов. Для гвоздей диаметром более 6 мм (а в случае применения древесины ольхи — более 5 мм) требуется высверливать отверстия, равные 0,9 диаметра. Для винтов (шурупов) диаметр отверстий должен быть на 2—3 мм меньше диаметра винта (шурупа).
В случаях крепления подшивки потолка, настилов и других элементов гвозди и винты помимо работы на сдвиг могут работать на выдергивание. Эта работа в расчете не учитывается, если гвозди или винты поставлены в торец элемента (вдоль волокон древесины) или помещены в заранее просверленные отверстия, а также в случае динамических воздействий на конструкцию. Если же гвоздь рассчитывается на выдергивание, то длина его защемленной части должна быть не менее двух толщин прибиваемого деревянного элемента и не менее 10 диаметров. При расчете исходят из условия применения воздуш-но-сухой древесины, для которой расчетное сопротивление установлено 0,3 МПа. В случае эксплуатации конструкции при повышенной температуре и влажности, а также воздействии сейсмических нагрузок вводятся поправочные коэффициенты. Для сырой древесины, высыхающей при эксплуатации, расчетное сопротивление уменьшается до 0,1 МПа. Гвозди, работающие на выдергивание, размещают так же, как и гвозди, работающие на сдвиг. Продольные расстояния между осями винтов должны быть не менее 10, а поперечные — не менее 5 диаметров.
Пластмассовые нагели. Для конструкций, подверженных действию агрессивных сред, или для немагнитных сооружений, в которых использование стальных нагелей недопустимо, применяют нагели из высокопрочных пластиков (стеклопластики АГ-4С, АГ-4В, древесно-слоистые пластики, текстолиты). Нагели из стеклопластика изготовляют методом горячего прессования, а из древесно-слоистых пластиков и текстолитов — вытачивают. Стеклопластиковые нагели диаметром 12—25 мм выдерживают нагрузку в соединениях на сдвиг 10—50 кН в зависимости от угла примыкания соединяемых элементов. Стеклопластиковые нагели всех видов ставятся в заранее просверленные отверстия.
Стальные и пластмассовые цилиндрические нагели при обычной расстановке располагают в два продольных ряда (рис. 5.5, а). В один ряд нагели ставят только в конструкциях из круглых лесоматериалов. Большее число рядов нагелей допустимо при их размещении в шахматном порядке (рис. 5.5, б). Гвозди могут быть также расположены косыми рядами (рис. 5.5, в).
При использовании нагелей большого диаметра возможно появление трещин на концах соединяемых элементов, вызванное скалыванием древесины вдоль волокон. Поэтому концевые расстояния принимаются несколько большими, чем промежуточные.
При использовании винтов и шурупов в односрезных соединениях со стальными накладками расстановка их принимается такой же, как и для стальных цилиндрических нагелей. Толщина стальных накладок с учетом возможной коррозии должна быть не менее 6 мм. Ширина накладок не должна превышать половины высоты сопрягаемых элементов.
Соединения на наклонных винтах более эффективны в сравнении с нагелями. Соединения на наклонно расположенных стальных винтах большой длины и диаметра, устанавливаемых под углом 45° к продольному направлению волокон, применяют для составных изгибаемых элементов из бревен и брусьев в конструкциях перекрытий и мостовых пролетов. Винты диаметром до 30 мм имеют нарезку по всей длине и съемную головку. Изготовляют винты механическим способом (нарезкой) или горячей накаткой резьбы с большим шагом. Завинчивают их в отверстия диаметром 0,7 диаметра винта при помощи ключа или гайковерта. Полученные связи относятся к податливым, однако их несущая способность и жесткость существенно выше цилиндрических нагелей. Винты устанавливают в направлении главных растягивающих напряжений и используют как растянутые связи на выдергивание под углом к волокнам. Из составных элементов на наклонно расположенных винтах проектируют подстропильные брусчатые балки и бревенчатые трех-шарнирные рамы. При этом учитывают естественный сбег стволов.
Деревянные конструкции - Нагели, гвозди, винты