| Рисунок 4 — Растянутые болты: а — общий вид; б — схема работы болта и древесины; в — схема работы шайбы; 1 — гайка; 2 — стержень; 3 — головка; 4 — шайба; 5 — соединяемые элементы |
Соединения, в которых усилия отсутствуют или действуют растягивающие, сжимающие или сдвигающие силы, успешно решаются при помощи стальных связей. В число этих связей входят болты, стержни, гвозди, винты, когтевые шайбы, хомуты и некоторые другие связи. Стальные связи в зависимости от характера их работы могут входить в состав стяжных, растянутых или изгибаемых — нагельных соединений. Они являются наиболее универсальными и применяются как при заводском, так и построечном изготовлении деревянных конструкций. Наиболее распространенными стальными связями являются болты и гвозди.
Болтовые соединения. Болты (рис. 4) представляют собой стандартизованные изделия из строительной стали марки С38/23. Болты, применяемые в большинстве деревянных конструкций, называются черными и изготовляются без точной обработки. Они отличаются значительной длиной, соответствующей крупным сечениям деревянных элементов, и снабжаются большими квадратными шайбами, необходимыми для распределения усилия в болте на достаточную площадь древесины. Размеры сечений болтов приведены в приложении V. Наибольшее распространение получили болты диаметром 12, 16 и 20 мм.
Для постановки болтов в соединяемых элементах просверливают отверстия такого же диаметра, как и болт. Для надежного совпадения отверстий при сборке конструкций сверлить отверстия следует одним проходом сверла через соединяемые элементы или в отдельных элементах по шаблонам. Болтовые соединения бывают со стяжными, растянутыми и изгибаемыми болтами.
Соединения со стяжными болтами служат для плотного соединения отдельных элементов при их поперечном сплачивании и в некоторых узлах конструкций. В них могут возникать лишь незначительные усилия, и расчет их не требуется. Сечения стяжных болтов устанавливаются по конструктивным соображениям. Диаметр болтов не должен быть меньше 12 мм и меньше 1/20 общей толщины соединяемых элементов.
Шайбы стяжных болтов должны иметь ширину не менее 3,5 и толщину не менее 0,25 размера их диаметра. В первые годы эксплуатации стяжные болты нередко ослабевают и нуждаются в подтяжке.
Соединения с растянутыми болтами применяются при анкерном креплении деревянных конструкций к опорам, при подвеске к конструкциям перекрытий и оборудования и в узловых соединениях. Они воспринимают действующие в соединениях растягивающие усилия N.
Болт работает и рассчитывается на растяжение по площади сечения ослабленной нарезкой F. Расчетное сопротивление стали принимается уменьшенным на 20% с учетом концентрации растягивающих напряжений а в зоне нарезки. Расчет производят по формуле
. (3)
По этой же формуле, переписанной относительно требуемой площади сечения болта
, с помощью табличных данных можно подобрать сечение болта.
Древесина под шайбами болта работает и рассчитывается на местное смятие. Расчетное сопротивление смятию под шайбами при углах смятия от 90 до 60° принимается с учетом малой площади смятия и значительного поддерживающего действия окружающих участков древесины, с повышенным коэффициентом условий работы
и составляет
Расчетное сопротивление смятию под шайбами под углом а к волокнам определяют по формуле (5.14), которая после подстановки числовых значений расчетных сопротивлений имеет вид
(4)
Расчет на смятие под шайбами производят по формуле (5.15).
Шайбы болтов работают и рассчитываются на изгиб от реактивного давления сминаемой древесины как квадратные пластинки шириной b, опертые в центре на гайку болта. Наибольший изгибающий момент М в среднем сечении шайбы, ослабленном отверстием диаметром d, и требуемую толщину шайбы
можно приближенно определить из выражений
.
Аналогично рассчитывают растянутые стержни сквозных конструкций круглого сечения с шайбами и гайками на концах. Их максимальная гибкость не должна превышать 400. Если в соединении применен ряд болтов, расчетное сопротивление снижается на 0,85, учитывая возможную неравномерность его распределения между болтами.
| Рис. 6.5. Изгибаемые болты: a — схемы расстановки; б — расчетные схемы; в — схема работы; 1 — прямая расстановка; 2 — шахматная; 3 — в стальных накладках; 4 — в соединениях под углом; 5 — симметричная двухсрезная схема; 6 — несимметричная односрезная; 7 двухсрезная — со стальными накладками; 8 — условные эпюры напряжений смятия |
Соединения с изгибаемыми болтами (рис. 6.5) относятся к классу нагельных, в которых связи, в данном случае болты, работают главным образом на изгиб без распора. Эти соединения широко применяются в стыках и узлах деревянных конструкций, препятствуя взаимным сдвигам соединяемых элементов, причем усилия в них могут быть знакопеременными. Шайбы этих болтов не воспринимают расчетных усилий и имеют те же размеры, что и стяжные болты. От продольных усилий, действующих в таком соединении, по площади контакта болта с отверстием в древесине соединяемых элементов возникают неравномерные по периметру и Длине напряжения смятия, а также скалывания и растяжения поперек волокон между отверстиями. В результате реактивного давления древесины в болте возникают усилия изгиба и среза.
Расстановку болтов в соединении производят по правилам, исключающим опасность преждевременного разрушения древесины элементов от скалывания и растяжения поперек волокон. Расстояние между осями болтов вдоль волокон и до торцов элементов должно быть не меньше 7d, а поперек волокон между осями — 3,5 d и до кромок — 3 d.
Болтовые соединения могут быть симметричными, когда продольные силы действуют вдоль одной оси, относительно которой симметрично расположены элементы, и несимметричными, когда оси элементов не совпадают и симметрия соединения отсутствует. Соединяемые элементы могут располагаться по одной оси вдоль волокон или под углом друг к другу.
Срезами в болтовых соединениях называются пересечения болтов с плоскостями сдвига между элементами, от числа которых прямо зависит несущая способность соединения. Однако напряжения среза в болтах незначительны и не определяют их несущей: способности.
Например, наиболее распространенный болтовой стык растянутых стержней с двусторонними деревянными накладками является симметричным двухсрезным соединением, а стык элементов, расположенных в разных плоскостях, без накладок, — несимметричным односрезным соединением.
Расчет болтового соединения производят по несущей способности в одном срезе болта по изгибу и древесины соединяемых элементов по смятию. Несущая способность болтовых соединений была определена теоретически, причем болт считался балкой, лежащей на упругом основании — древесине соединяемых элементов.
Несущая способность одного среза болта (МН) зависит от размеров (м) его диаметра d, толщины среднего элемента симметричных и более толстого или равного элемента несимметричных соединений с, толщины крайнего элемента симметричных и более тонкого элемента несимметричных соединений а и угла наклона волокон соединяемых элементов а и определяется по следующим формулам:
по изгибу болта
,но не более
; (5)
по смятию среднего элемента
; (6)
по смятию крайнего и тонкого элемента
; (7)
по смятию более толстого элемента
. (8)
Коэффициенты
учитывают меньшую несущую способность болтовых соединений элементов под углом в результате большей податливости древесины при смятии. Они зависят от размеров угла а, диаметра болта d и принимаются по табл. 1 для основных размеров диаметров, а для промежуточных — по интерполяции.
Таблица 1
Сборка стальных рамных конструкции
