Деформации узловых соединений деревянных элементов на металлических зубчатых пластинах и жёстких нагелях с деревянными и металлическими накладками при действии сжимающих продольных сил

УДК 624.072

Д.В. ЛОСКУТОВА, аспирант,

ТГАСУ, Томск

ДЕФОРМАЦИИ УЗЛОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДЕРЕВЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ ПЛАСТИНАХ И ЖЁСТКИХ НАГЕЛЯХ С ДЕРЕВЯННЫМИ И МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ НАКЛАДКАМИ ПРИ ДЕЙСТВИИ СЖИМАЮЩИХ ПРОДОЛЬНЫХ СИЛ

В статье рассмотрены результаты экспериментальных исследований узловых соединений на металлических зубчатых пластинах и нагельных соединениях с металлическими и деревянными накладками при действии сжимающей силы. Показано, что жесткость сопряжений на начальном этапе деформирования соединений на металлических зубчатых пластинах на 25-40 % превышает жесткость соединений на деревянных и металлических накладках.

В лаборатории кафедры металлических и деревянных конструкций ТГАСУ были проведены исследования несущей способности и деформатив-ности узловых соединений деревянных элементов на металлических зубчатых пластинах (МЗП) и жёстких нагелях с металлическими и деревянными накладками на образцах, выполненных из сосны II сорта, заготовленной в районе Томской области. Выбор данной породы обусловлен тем, что её запасов в районах Восточной Сибири и Дальнего Востока достаточно, а физикомеханические свойства хорошо изучены.

Целью исследования является оценка податливости узловых соединений на МЗП и жёстких нагелях с металлическими и деревянными накладками на начальной стадии загружения.

Для исследования из круглого лесоматериала длиной 3-3,5 м напиливались брусья, из которых в соответствии с требуемыми размерами были изготовлены образцы. После раскроя и визуального осмотра образцов их выдерживали в сушильной камере для приобретения влажности Ж = 12 %.

Для экспериментальных исследований были применены нагели, выполненные из круглой стали марки ВстЗпс.

Металлические накладки узловых соединений изготавливали из стали марки С245.

Для определения податливости узловых соединений были запроектированы три серии деревянных образцов:

- на жестких нагелях с деревянными накладками;

- на жестких нагелях с металлическими накладками;

- на металлических зубчатых пластинах (МЗП).

Каждая серия состояла из 10 образцов, чтобы исключить случайные результаты и найти средние положения кривых зависимостей [1].

Общий вид испытаний узловых соединений деревянных элементов на МЗП, жестких нагелях с металлическими и деревянными накладками показан на рис. 1. Образцы деревянных элементов имели размеры 700x150x50 мм. Применялись металлические зубчатые пластины толщиной 1,2 мм, сталь марки 05 кп

© Д.В. Лоскутова, 2008

(ГОСТ 1050-88*), которые были запрессованы в деревянные элементы одновременно с двух сторон. Деревянные накладки выполнены размером 560x100x50 мм, металлические пластины - размером 560x100x6 мм с предварительно просверленными отверстиями. Для соединения элементов с деревянными и металлическими накладками использованы металлические нагели диаметром 10, длиной 150 и 65 мм соответственно. Между сопрягаемыми элементами выполнен зазор 10 мм.

Результаты предыдущих исследований нагельных соединений [2] показывают, что для определения работы нагеля в соединяемых элементах деревянных конструкций не имеет существенного значения, как работает соединение - на сжатие или растяжение; для упрощения были приняты образцы, работающие на сжатие. Эксперименты проведены в соответствии с рекомендациями по испытанию деревянных соединений [3]. В ходе испытаний проводились измерения деформаций деревянных элементов и зазора между ними. Для измерения линейного перемещения соосных элементов устанавливался датчик линейного перемещения ДЛП-1. Диапазон измерения ДЛП-1 находился в пределах ±10 мм, с погрешностью ±0,5 %. Датчик перемещения был подключен к измерительному комплексу. Определение и обработка экспериментальных результатов осуществлялись посредством сертифицированного программного комплекса автоматизации экспериментальных измерений ЛСТе81.

Рис. 1. Общий вид узловых соединений деревянных элементов:

а - с металлическими накладками; б - с деревянными накладками; в - на МЗП

Эксперименты на сжатие проведены на гидравлическом прессе типа П-250 № 2541 по ГОСТ 28840-90. Нагрузка прикладывалась ступенями (АР = 12,5 кН). Общий вид испытаний показан на рис. 2.

Рис. 2. Общий вид испытания узловых соединений деревянных элементов

Результаты экспериментальных исследований узловых соединений из древесины при действии сжимающей силы на МЗП и нагельных соединениях с металлическими и деревянными накладками позволили сопоставить жесткости рассматриваемых узловых соединений.

Зависимость величины зазора между торцами соосных элементов от нагрузки показаны на рис. 3. Обработка экспериментальных результатов проведена в программах Table Curve, Origin. Аппроксимация экспериментальных данных выполнена методом наименьших квадратов полиномом y = a + bx + ex0,5. На рис. 3, а показана диаграмма изменения зазора для элементов на металлических накладках. Из диаграммы видно, что на начальном этапе работы узла происходила выборка зазоров между нагелями и отверстиями. Это отражается завалом кривой деформаций при малых нагрузках. То же самое видно и на диаграмме деформаций узла на деревянных накладках (рис. 3, б). Металлические зубчатые пластины сразу включились в работу. В отличие от двух первых диаграмм деформации узла на МЗП происходят с большим градиентом (рис. 3, в).

а

Перемещения, Ш, мм

б

Перемещения, Ш, мм

в

Перемещения, Ш, мм

Рис. 3. Диаграмма взаимного перемещения торцевых поверхностей элементов узловых соединений:

а - на металлических накладках; б - на деревянных накладках; в - на МЗП

Принятое решение сопряжения на МЗП воспринимало небольшую нагрузку из-за конструктивной особенности, обусловленной невысоким пределом устойчивости металлических пластин. Поэтому в целом уровень воспринимаемой нагрузки на диаграмме (рис. 3, в) значительно ниже двух предыдущих. После достижения величины сжимающей силы 24,5 кН произошла потеря устойчивости стальных пластин.

Анализ жесткости сопряжений на начальном этапе деформирования показывает, что жесткость соединений на МЗП на 25-40 % превышает жесткость соединений на деревянных и металлических накладках на начальном этапе деформаций (рис. 4).

Это объясняется тем, что в нагельных соединениях под нагрузкой сначала выбираются зазоры между нагелем и деревянным элементом, а в МЗП эти зазоры отсутствуют.

Перемещения, W, ММ

Рис. 4. Диаграмма взаимного перемещения торцевых поверхностей элементов узловых соединений на начальных этапах:

------на жёстких нагелях с металлическими накладками; ... на жёстких

нагелях с деревянными накладками; ---- на металлических зубчатых пла-

стинах

Узловые соединения на металлических зубчатых пластинах удовлетворяют основным требованиям эксплуатации строительных конструкций. При этом вопрос учета деформативности узловых соединений на МЗП является важным при проектировании деревянных конструкций.

Библиографический список

1. Пятикоп, А.И. Методика испытаний соединений на нагелях при кратковременных и длительных нагрузках / А.И. Пятикоп, Ю.В. Слицкоухов // Прочность и деформатив-ность древесных и полимерных материалов, соединений элементов и конструкций с их применением: сб. тр. № 105 / под. ред. В.В. Большакова. - М., 1974. - С. 78-81.

2. Гаппоев, М.М. Исследование работы нагельных соединений с металлическими прокладками / М.М. Гаппоев, Т.Н. Базенков // Исследование прочности и эффективности современных конструкций из древесины и пластмасс: сб. тр. / Моск. инж.-строит. ин-т им. В.В. Куйбушева. - М. : МИСИ, 1987. - С. 23-30.

3. Рекомендации по испытанию соединений деревянных конструкций / ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. - М. : Стройиздат, 1981. - 40 с.

D.V. LOSKUTOVA

DEFORMATIONS OF NODAL CONNECTIONS OF WOODEN ELEMENTS ON METAL TOOTHED PLATES AND RIGID DOWEL WITH WOODEN AND METAL STRAPS AT ACTION OF COMPRESSING LONGITUDINAL FORCES

The results of experimental researches of central connections on metal toothed plates and dowel connections with metal and wooden straps at action of compressing force are considered in the paper. It is shown, that the analysis of rigidity of interfaces at the initial stage of deformation of connections on metal toothed plates on 25 - 40 % exceeds rigidity of connections on wooden and metal straps.