УЗЛОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ СТЕРЖНЕЙ ПЛОСКИХ И ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
NODAL CONNECTION OF WOODEN RODS OF FLAT AND SPATIAL STRUCTURES

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для соединения деревянных элементов в решетчатых плоских и пространственных конструкциях.
Известно узловое соединение деревянных стержней пространственного каркаса, включающее вставленные в пропилы стержней соединительные элементы в виде хомутов, скрепленные с древесиной посредством нагелей (в виде гвоздей или дюбелей), наружные и внутренние вкладыши с отверстиями, болт и ограничительную муфту (авторское свидетельство № 947327, опубликовано 30.07.1982 г., БИ № 28). Такое соединение способно воспринимать растягивающие и сжимающие усилия и  применимо в решетчатых плоских и пространственных конструкциях. Для частичного уменьшения габаритов узлового соединения головка болта заглублена в отверстие, выбранное в торце деревянного стержня.
Недостатками данного узлового соединения является его повышенная деформативность, низкая несущая способность и трудоемкость.
Техническим результатом, получаемым от использования изобретения, является повышение жесткости соединения, увеличение несущей способности и снижение трудоемкости.
Указанный технический результат достигается тем, что в узловом соединении деревянных стержней плоских и пространственных конструкций, включающем вставленные в пропилы деревянного стержня соединительные элементы, скрепленные с древесиной, наружный упорный элемент с отверстием, болт и ограничительную муфту, пропилы выполнены волнообразно вдоль продольной оси деревянного стержня в середине ширины сечения его боковых граней на глубину, равную ширине соединительных элементов, а в качестве соединительных элементов выступают волнообразные пластины, установленные в пазы и скрепленные с древесиной посредством клея, например, эпоксидной смолы, причем наружные торцы пластин жестко соединены с наружным упорным элементом.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен пример узлового соединения пяти деревянных стержней; на фиг. 2 – узловое соединение деревянных стержней в период сборки; на фиг. 3 – деревянный элемент, подготовленный к выполнению узлового соединения; на фиг. 4 - поэлементный комплект одного деревянного стержня.
Узловое соединение деревянных стержней плоских и пространственных конструкций включает в себя металлический узловой элемент 1, деревянные стержни 2, соединенные с металлическим узловым элементом 1 посредством болта 3, ограничительную муфту 4, насаженную на концевую часть болта 3 и скрепленную с ним шплинтом 5 и имеющую возможность смещаться вдоль болта 3 на величину овальных отверстий 6, наружный упорный элемент 7 с отверстием 8, в которое вставлен болт 3, соединительные элементы 9 в виде пластин, торцы которых заведены в прорези 10 наружного упорного элемента 7 и жестко зафиксированы там, например, при помощи сварки, пазы 11 в деревянных стержнях 2, в которые вставлены соединительные элементы 9, жестко соединенные с деревянными стержнями 2 при помощи клея. Для частичного уменьшения габаритов узлового соединения головки болтов 3 заглублены в отверстия 12, выбранные в торцах деревянных стержней 2.
Предлагаемое узловое соединение деревянных стержней плоских и пространственных конструкций может работать на знакопеременные нагрузки следующим образом.
При работе деревянных стержней 2 на сжатие их торцы передают сжимающие усилия на наружный упорный элемент 7 и далее на ограничительную муфту 4, которая, в свою очередь, передает усилие сжатия на узловой элемент 1. При этом в процессе сборке узлового соединения обеспечивается плотный контакт наружного упорного элемента 7 с ограничительной муфтой 4 и ограничительной муфты 4 с узловым элементом 1. Плотный контакт наружного упорного элемента 7 с ограничительной муфтой 4 и ограничительной муфты 4 с узловым элементом 1 достигается за счет вкручивания болта 3 в узловой элемент 1, при этом вкручивание осуществляется за счет вращения ограничительной муфты 4, которая передает крутящий момент на болт 3 через шплинт 5, вставленный в овальные отверстия 6. При этом осевые перемещения болта 3 и вместе с ним шплинта 5 возможны на величину длины овальных отверстий 6.
При работе деревянных стержней 2 на растяжение растягивающие усилия воспринимаются болтом 3, скрепленным с узловым элементом 1 посредством резьбы и передаются за счет головки болта 3, вставленного в отверстие 8,  на наружный упорный элемент 7. При этом головка болта 3 заглублена в отверстие 12. Далее усилия от наружного упорного элемента 7 передаются на соединительные элементы 9 в месте их жесткой фиксации в прорезях 10. Соединительные элементы 9, работая на выдергивание, передают усилия на деревянный стержень 2 за счет их волнообразной формы и жесткого соединения при помощи клея.
При передаче усилий растяжения от соединительных элементов 9 к деревянному стержню 2, за счет волнообразной формы соединительных элементов 9, в работу включаются площадки скалывания, образованные волнообразной формой паза 11.
Изготовление и сборка узлового соединения деревянных стержней выполняется в следующем порядке.
По рабочим чертежам заготавливают металлический узловой элемент 1, болт 3, ограничительную муфту 4, шплинт 5, наружный упорный элемент 7, соединительные элементы 9 и деревянные стержни 2.
Со стороны торцов каждого из соединяемых деревянных стержней 2 при помощи механизированного инструмента выполняют волнообразные пазы 11 на ширину соединительных элементов 9 и отверстие 12.
В волнообразные пазы 11 устанавливают соединительные элементы 9, фиксируют их положение, устанавливают опалубку на выходы пазов 11 с торца деревянного стержня 2 и производят заливку расчетным количеством клея поочередно с каждой стороны.
В отверстие 12 помещают болт 3 головкой внутрь.
После отверждения клея и снятия опалубки на выступающие торцы соединительных элементов 9 надевают наружный упорный элемент 7, заводя их в прорези 10 и пропуская болт 3 в отверстие 8 наружного упорного элемента 7. Производится жесткая фиксация торцов соединительных элементов 9 к наружному упорному элементу 7, например, при помощи сварки.
При необходимости производят зачистку внешней поверхности наружного упорного элемента 7 от неровностей, образованных в процессе сварки.
На болт 3 одевают ограничительную муфту 4 и соединяют ее с болтом 3 при помощи шплинта 5. При этом шплинт 5 пропускают в овальные отверстия 6 в ограничительной муфте 4.
Сборку узлового соединения выполняют путем вращения ограничительной муфты 4 гаечным ключом. Крутящий момент передается от ограничительной муфты 4 к болту 3 шплинтом 5. Завинчивание болта 3 производят до полного упора противоположных торцов ограничительной муфты 4 соответственно в грани металлического узлового элемента 1 и в наружный упорный элемент 7, плотно прилегающий к торцу деревянного стержня 2. Сечение шплинта 5 подобрано таким образом, что при достижении предельной величины крутящего момента происходит его срез. Этим исключается срез резьбы у болта 3 или в металлических узловых элементах 1. Смещение болта 3 относительно ограничительной муфты 4 обеспечивается за счет  овальных отверстий 6, выполненных на боковых гранях ограничительной муфты 4.
Таким образом, по сравнению с прототипом, для размещения соединительных элементов 9 в виде пластин в массиве деревянных стержней 2 требуется устройство пазов 11 только лишь на ширину соединительных элементов 9, что существенно сокращает трудоемкость выполнения узлового соединения деревянных стержней в сравнении с аналогом, в котором необходимо устройство сквозных пропилов. При этом достигается и сокращение его металлоемкости при повышении несущей способности.