Учет концентрации напряжений при расчете узловых соединений клееных конструкций

5.29. В опорных узлах клееных деревянных конструкций, воспринимающих значительные сосредоточенные усилия через металлические распределительные детали в виде башмаков и других сварных поковок, возникают местные напряжения, которые надо учитывать при расчете. Передачи усилий в таких узлах на опорные площадки может осуществляться под разными углами к волокнам; в опорных пятах арок - вдоль волокон; в ключевом шарнире арок - вдоль и под углом к волокнам (рис. 18). Проверку напряжений смятия по опорным площадкам с учетом их концентрации в узлах трехшарнирных пологих и стрельчатых арок и рам рекомендуется производить по формуле

N/F_см ≤ R_смαK_N,

где N - расчетное сминающее усилие;

F_см - площадь смятия под башмаком;

R_смα - расчетное сопротивление древесины смятию под углом к волокнам, определяемое по СНиП II-25-80, п. 3.1;

K_N - коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений (σ₀; σ₉₀; τ_0.90) под кромками башмаков, определяется по графику на рис. 19 (для 0,25 < c/a < 0,5, коэффициент K_N находится по линейной интерполяции).

При смещенной от центра на край передаче усилия на торец деревянного элемента через металлический башмак по схеме (рис. 20, а или б) проверка прочности сводится к определению напряжений, возникающих под штампом, и сравнению с расчетными сопротивлениями древесины. Проверка производится по формулам:

для сжатия вдоль волокон

σ_x_с = K_x(N/F_см) ≤ R_с;

для сжатия или растяжения поперек волокон

σ_y_с (σ_y_р) = K_y(N/F_см) ≤ R_с.90 (R_р.90);

Рис. 18. Конструктивная схема ключевого шарнира арки (к определению коэффициента K_N)

Рис. 19. График зависимости коэффициента KN от угла наклона волокон α и параметра c/a

Рис. 20. Схема загружения торца деревянного элемента местной нагрузкой

а) вдоль волокон; б) поперек волокон

Рис. 21. График для определения коэффициента концентрации напряжений вдоль волокон K_x

для скалывания

τ_xy = K_xy(N/F_см) ≤ R_ск.

где N - усилие, приложенное к торцу элемента через металлический башмак (штамп);

F_см - площадь смятия башмака (штампа);

K_x, K_y, K_xy - коэффициенты, учитывающие концентрацию напряжений по схеме рис. 20; принимаются по графикам на рис. 21, 22, 23;

R_с, R_с.90, R_р.90, R_ск - расчетные сопротивления древесины, принимаемые по табл. 3 СНиП II-25-80.

Рис. 22. График для определения коэффициента концентрации напряжений поперек волокон K_y

Рис. 23. График для определения коэффициента концентрации касательных напряжений K_xy

Рис. 24. Лобовая врубка с одним зубом при внеузловой нагрузке

5.30. Если к торцу элемента через металлический башмак приложена поперечная сила Q, то напряжения в торце определяются по формулам п. 5.29 с заменой силы N на Q, а коэффициенты K_x, K_y, K_xy определяются для схемы б по соответствующим графиками на рис. 21, 22, 23. При совместном действии N и Q напряжения определяются по принципу независимости действия сил и складываются с учетом их знака, а суммарные напряжения соответственно сравниваются с расчетными сопротивлениями R_с, R_с.90, R_р.90, R_ск.

Соединения на врубках

5.31. В современных деревянных конструкциях применяют лобовые врубки для соединения сжатых элементов в узлах ферм, подкосных систем и других сквозных конструкций из брусьев и круглого леса, изготовляемых на строительной площадке. Конструирование и расчет соединений на лобовых врубках должны осуществляться согласно СНиП II-25-80, пп. 5.9 – 5.12.

5.32. При узловой передаче нагрузки в стропильных фермах лобовые врубки должны конструироваться согласно СНиП II-25-80, рис. 7; а при внеузловой передаче нагрузки - по рис. 24 настоящего Пособия.