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