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
amin = 3,2 см a = amin – 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:
Та = 0,8×a×d = 0,8×3,8×0,8 = 2,432 кН – из условия смятия в крайних досках;
Тс = 0,5×c×d = 0,5×4×0,8 = 1,6 кН – из условия смятия средней доски;
Ти = 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;
Тmin = Ти = 1,44 кН
Расчетная несущая способность на срез для гвоздей:
Та = 0,8×a×d = 0,8×2,6×0,4 = 0,832 кН – из условия смятия в крайних досках;
Тс = 0,5×c×d = 0,5×3,3×0,4 = 0,68 кН – из условия смятия средней доски;
Ти = 2,5×d2 + 0,01×a2 =2,5×0,82 + 0,01×3,82 = 0,468кН 4d2 = 0,64 кН – из условия изгиба гвоздя;
Тmin = Ти 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:
Tmin = ; Tmin =
; Tmin =
,
где mдл = 0,66 – базисное значение коэффициента, учитывающего длительность нагружения при совместном действии постоянной и кратковременной нагрузок, приводящее к снижению разрушающих усилий при длительном воздействии нагрузки;
kw = 1 – коэффициент, учитывающий влажность;
Для нагелей: Tmin = =
= 1,744 кН
Для гвоздей: Tmin = =
= 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 Рразр к кратковременной расчетной несущей способности соединения;
- отношение нагрузки, соответствующей расчетной деформации Ртеор к кратковременной расчетной несущей способности.
Kдеф = 100%; K1=
100%; K1=
100%
Определяется коэффициент податливости соединения, в кН/см: kпод =
Для гвоздей:
Kдеф = ×100% =
×100 = 95%
K1 = ×100% =
×100 = 190,97%
K2 = ×100% =
×100 = 102%
Kпод = =
= 1,152 кН/см
Для нагелей:
Kдеф = ×100% =
×100 = 87,5%
K1 = ×100% =
×100 = 125,42%
K2 = ×100% =
×100 = 111,33%
Kпод = =
= 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 Ти = 18×d2 + 0,02×a2; для гвоздей Т = 2,304 кН из условия Ти = 2,5×d2 + 0,01×a2