Нагельные соединения.

Соединения на нагелях обладают следующими достоинствами: выключаются с использованием механического инструмента и специального оборудования (гвоздобойными пистолетами, сверлильным и долбёжным инструментом, прессовым оборудованием). Т.о. производство конструкций с нагельными соединениями механизировано. В результате механизации обеспечивается высокая производительность труда и необходимое качество работ.

Соединения на нагелях довольно просто контролируется и достаточно надежны. В нагельных соединениях действие распределяется между большим числом податливых вязко работающих нагелей, что существенно повышает надёжность, и разрушение, как правило, происходит от скалывания древесины, а о изгиба нагелей и смятия нагельных гнёзд. Постановка нагелей мало ослабевает соединенные элементы, что даёт возможность уменьшить размеры их поперечных сечений (например, конструкции на грунтах). Прочность нагельных соединений, что так же повышает их надёжность соединения на нагелях из твёрдых пород древесины, стекло и древесные пластики, являются коррозиестойкими, немагнитными и радиопрозрачными соединениями.

Недостатки: Работая на изгиб нагель, воспринимает на себя сравнительно небольшое усилие. В ряде случаев этот недостаток может быть возмещён за счёт многорядной постановки нагелей, однако, для большинства соединений под углом такой приём оказывается не пригодным, поэтому в узловых сопряжениях нагели используют лишь тогда, когда усилия соединяемых элементов относительно невелики. Стальные нагели поражаются коррозией, что требует их антикоррозионную защиту.

Нагельными соединениями называются все связи, работающие на изгиб в соединениях работающих на сдвиг, не создающий усилие распора.

Разновидности нагелей:

а) Цилиндрические нагели, могут быть в виде гладких стержней круглого сечения из стали, алюминия, твёрдых пород древесины и из пластмасс.

1.Болты – шпильки d =10,12 мм 30[мм]

2.Гвозди, гвозди дюбели с высоким расчётным сопротивлением, гвозди из однонаправленного стеклопластика, гвозди крестообразного сечения, гвозди с профильной поверхностью.

В зарубежной практике преимущественно применяют калиброванные гвозди (d 3, 3.5, 4….6 мм).

Если диаметр нагеля больше 6 мм, то предварительно перед его установкой соединяемых элементов предварительно необходимо просверливать отверстия.

l_гвоздя=5,7.5,…..200 мм,

б) Пластинчатые нагели могут быть из древесины дуба, березы, из стали, стеклопластика и т.д.

в)Зубчатые системы Ганг-Неил с зубьями из дюбелей гвоздей, с заострёнными цилиндрическими нагелями. Соединения элементов с помощью зубчатых пластинок выполняют, как правило, с помощью прессового оборудования.

Нагельные соединения делят на симметричные и несимметричные.

При конструировании соединений на стальные цилиндрические нагели учитывается возможность разрушения соединения от скалывания вдоль волокон и раскалывания поперёк волокон. Несущая способность соединения по скалыванию древесины между отверстиями и раскалыванием зависят от отношения размеров S₁ S₂ S₃ к диаметру нагеля.

Минимальные размеры S₁ S₂ S₃ назначаются таким образом, чтобы несущая способность нагеля по скалыванию и раскалыванию древесины заведомо превышала его несущую способность из условия изгиба нагеля и смятия древесины нагельного гнезда.

Минимальные расстояния S₁ S₂ S₃ в соответствии со СНиП для стальных цилиндрических нагелей следует принимать S₁7d,S₂3,5d, S₃3d. При этом учтена возможность увода сверла при сверлении, что в среднем равно 2,5-3%.

В связи с этим разрешается, если толщина просверливаемого пакета меньше 10d нагеля, то

S₁6d,S₂3d, S₃2,5d.

Выделяют прямую и шахматную расстановку нагелей.

Нагели располагают в 2 или в 4 продольных рядах, но не по оси соединяемых элементов, это связано с тем, что при усушке трещины и тем самым нагели расположены по этой оси просто включаются из работы. Из соображений обжатия соединяемых элементов 25-40%.

Соединения под углом:

При забивке гвоздей, опасность раскалывания элементов увеличивается, т.к. погружение гвоздя в древесину сопровождается расклеиванием волокон и образованием трещин. Это зависит от отношения а/d. Поэтому расстояние S₁ необходимо увеличивать в сравнении с цилиндрическими нагелями:

S₁15d, при а10d

S₁25d, при а=4d

Промежутки принимают по интерполяции.

Используют 2 расстановки гвоздей.

f₁15d, при а≤10d

S₁25d, при а=4d

S₂4d, косыми рядами (шахматная расстановка), S₃4d.

В 1953 году была разработана методика нагельных соединений. Эта методика основана на придельном для соединения состоянии. Нагели рассматриваются в виде стержня в упруго пластичной среде. В связи с этим соединения различаются на основанных системы:

1)Для не семетричной односрезной схемы;

2)Для косо симметричной двухсрезной схемы;

3)Для симметричной двусрезной схемы.

Для упрощения расчёта введены такие предпосылки:

1) Диаграмма деформации материала для смятия древесины принята идеальной.

2) В пределах пластинчатого участка напряжения в древесине постоянны и равны расчётному сопротивлению на смятие R_СМ древесины, а для нагеля – расчётному сопротивлению на изгиб R_u и приравнивается к пределу текучести стали.

3) Несущая способность нагеля определяется не разрушением соединения, а расчётной придельной деформации.

4) Расчётную продольную деформацию ограничивают отношением полной деформации к упругой деформации и принимается δ_Л/δ_УП=2

5) Ось нагеля до образования в нём пластинчатого шарнира считае6тся прямолинейной.

38.Расчётные формулы для нагельных соединений.

Нагельные соединения рассчитывают исходя из 2-х условий:

1) из условия из , где

- расчётная несущая способность нагеля.

- расчётное сопротивление на изгиб нагеля.

- расчётное сопротивление на смятие древесины

- диметр нагеля.

В некоторых случаях характер эпюры изгибающих моментов нагеля зависит от толщины элементов. При увеличении этих толщин, а тем самым увеличением длины нагеля, максимальный уменьшается, тогда: , где а – наименьшая из толщин соединяемых элементов.

2) Из условия смятия древесины: Т_C=k_C × c ×d×R_CM, где с – максимальная толщина.

Т_а=k_а × c ×d×R_CM,

, , k_C , k_а – коэффициенты эмпирические,

- условно принимаемая постоянной при всех диаметрах нагеля, =const.

- условное сопротивление нагеля изгибу.

Количество нагелей в соединении:

, где - число расчётных швов нагеля, - наименьшая несущая способность.

В соединениях под углом расчёт несущей способности необходимо умножать на:

1) нам коэффициент k_d - при расчёте на смятие древесины.

2) нам корень из k_d – при расчёте на изгиб нагеля.

Примечание: при расчёте гвоздевых соединений несущую способность на коэффициент k_d и корень из k_d не умножаются, поскольку в данном случае несущая способность не зависит от угла сопряжения элемента.

, - расчётное сопротивление стеклопластика АГ-4С.

Расчёт пластин МЗП (металлические зубчатые пластины).

По условиям смятия древесины и изгиба зубьев, при растяжении, сжатии, сдвиге, усилия под углом к волокнам находят: N_СЖ=2RF_Р,

где R – расчётная несущая способность на 1 см² рабочей площади соединения МЗП,

F_Р - расчётная площадь плоскости за вычетом полос вне зоны растяжения МЗП.

N_РАСТ=2bR_Р,

где b – размер пластины в направлении перпендикулярном направлению усилия.

R_Р - расчётная несущая способность на растяжение пластины.

Q_СР=2×l_СРR_Р, где l_СР – длина среза сечения пластины без учёта ослабления.

Срез + растяжение.