автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Нагельные соединения деревянных элементов с впрессованными стеклопластиковыми втулками

^С^СВСК^ ^ССУДАРСТВЕКШЙ С1'Р011ТЕЛЬШЙ УНИВЕРСИТЕТ „,.,;.< На Правах рукописи

с. 1 С^и

БЕРЕСТНРВА ГАЛИНА ЭРШВИА

УМ 624,092.011.1

НАГКЛЬШЕ СОЕДИНЕНИЯ ДКРЕВННШХ ЭЛЕМЕНТОВ С Ш1РЕССОВЛНШМИ СТШОШАСТИКОШМИ Ш'ЛКШ

Специальность 06.23.01 - Строительные конструкции,

здания и сооруквния

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т диссертации на соксклнио ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1993

РаСота выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знаыьн.и инженерно-строительном институте им. В.В.Куйбышева,,"

Научный руководитель - кандидат технических наук, ' ' доцент1 Э.В.Филимонов

Официальные оппоненты - доктор технических неук,

профессор Е.Н.Серов; - канцидех яежмическкх наук, доцент &Ли Шшгелля

Ведущая организация - ЦШ14Щ Д*черенко.

Зцвшта состоится " 6 "ОКТЯВРЯ 1993г. в п1¥'л часов на заседании специализированного совета К.063.011.01 в МОСКОВСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ СГРОИТВДЫЮМ УШВЕРСИТЕГЕ по адресу: ПЗП4,' Москва, Шлюзовая няб.,. до» Ь.ауд.-//^.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГСУ.

Просим Вас принять участив в защите и направить Вш отзыв в двух экземплярах по адресу: 12933?, Москва, Ярославское шоссе, док £6, МГСУ, Учек:Й Совет.,

Автореферат разослан "У "йЕНТЙБ'РЯ 1993г. А/& 1246-

Ученый секретарь специализированного Совета, канд.техк.наук, доцент

Э.В.Филимоное

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность теаы. Несущая способность и деформативность деревяншх конструкций э целом в большой степени зависит от решения соединений их элементов. Таким образом, совершеиствоаа-ние строительных конструкций невозможно без усовершенствования средств соединения их элементов. Из узлошх соединений деревял-шх констру!гциР. наиболее рамрссгрэкены нагельные, Их отличает простота изготовления, уШБерсадьиость, компактность и тадетиость,

Проведенные ранее исследования (о ЛИСИ В,А.Кононовым и в КИСИ А.Е.Шевченко) позволили установить, что длл улучшения работы нагельного соединения необходимо повысить сопротивление древесины смятие в зоне отверстия, улучшить качество обработки поверхности древесины в отверстии, снизить повреждаемость кромок отверстия деревянных элементов для сборко-раэборных конструкция. Этим требованиям удовлетворяет новое нагельное соединение с гзпргссованшми стекяопластиковыми втулками. Заранее наготовленная в соответствующих уелоси/и таблетка (полуфабрикат втулки) из стек-лопластика(ГСЛ-4)вставляется в просверленное отверстие деревянного &лемэнта и прогревается с поморье стержневого оляктрснагрэ-вателл. В процессе полимеризации втулка ЕПрессокнввется в древесину так, что с одной сторона, связукщее / на основе феноло-формальдегидной сиолм/ эалэлияет все неровности и тряящни отверстия, обеспечивал надежное соединение с древесиной и, проникал внутрь между волокон древэсиш, усиляот ев (побышс-зт сопротивление древесина смятия); с другой стсрокы - отверстие втулка, представляющее собой поверхность без дефектов, служит гнездом для нагеля. ' ,

Таким образом,впрэосованная стеклопластиковая втулка представляет собой сйоеобразное кольцо усиления, которое повышает сопротивление древесины смятип в зоне отверстия, обеспечивает аачеетвенное соединение древесины и нагеля, усиллет кромки отверстия, повышает плотность соединения (сниквйие рыхлых деформаций) , •

Соединения с т:ресаовони>агл ствклопластиковыми втулками предназначены для использования во всех типах нагельных соединений со стальными, стеЮюпластиковыыи и другими цилиндрическими нагелями.

В диссертационной работе исследовались два типа нагельных соединений с впрессованными стеклоплаетиковыми втулками: двухсреа-ные- симметричные (с металлическим и стеклопластиков«« нагелем) и соединения с металлическими накладками.

Нйгмьше соединения с впрессованными стеклоплвсгнковьши итулкеми, благодаря своей повышенной несущей способности и меньшей дсформегивностя,могут использоваться в любых типах деревянных конструкций (сллошшх, составных, Сквозных), експлуатируицнх-ся как в нормальных условиях, ток и о хи»гически агрессивных средах, на предприятиях со специальной технологией (со стеклопла-стиковымй нагелями). ,

Иссаедсеание нагельных соединений с впрессованным« стекло-пластиковыш втуляаиа и создание методики расчета является важной задачей, рояенке которой будет способствовать расширению возможностей применения деревянных кокстр/киий в строительстве.

. Цсльо работи является экспвримпнтгшьио-теоретическое исследование несущей способности и деформатиеносги нягешьшх соединений с впрессованными стеклоглпсткковымя втулками. Реализация этой цели осуществляется при решений следующих задач:

- определить л.сопоставить несущую способность к дофорда-тивность двух т.-гиов иагеззымх соединений: тредицаон)Ш на ойачнмх , стельных цилгздрнческих нагелях - с одной сторона и с впрэссован-нами стеклоплястиковымм втулками - с другой;

- определить упругие характеристики стекяоалостнае впрессованной втулки; ;

- определить физико-механические характеристики дралеапгл испнтыэаешх образцов; .•

- определить коэффициент постели основания нагельного гнезда в зависимости от угла ыекду направлением усилия и направлением волокон древесины (оС ), от диаметра нагеля ( с! ), от толщина стенки стеклопластиковой втулки (Ь ) ;

- провести экспериментальные исследования соединений с металлическими накладками с впрессованными в древесину стеклопласт новыми птулкеми;

- провести теоретические исследования соединений с впрессовш ними стеклэпластиковыми втулками;

- установить зависимость несущей способности соединений от угла между направлением усилия и направлением волокон древесины (■ об:));. диаметра нагеля ( д ); толчена стенки стехяопластиковой

б

втулки ();

- разработать предложения по технологии изготовления и впрессовывания стеклопластикошх втулок;

- разработать прадлояения по конструировании и расчету нагельных соединений с впрессованными стеклопластиковыми втулками.

Научная новизна работы;

- получены зкспершентальшв данные по несущей способности и деформативности нагельных соединения с впрессованными стокло-пластиковкми втулками; двухсрезиых симметричных и с металлическими накладками; для вторых предложена формулы определения усилия

Л/ 1-Е , соответствующего верхней границе области упругой работы соединения и разрушающего усилия /V* в зависимости от угла иея-ду направлением усилия и направлением волокон древесины ( сК ), диаметра нагеля (с/ ), толщиш стенки втулки ( t );

- предложена методика расчета нагельных соединений с впрессованными стеклопластиковыми втулками с учетом работа материала сложного основания нагельного гнезда и материала нагеля. ■

Практическое значение работа заключается:

- в эффективности впрессовывания стеклоплостикоЕых втулок в древесину нагельного гнезда;

- в установлении прочностных,деформационных характеристик нагельных соединений с впрессованными стеклопластиковыми втулками ;

- в возможности проектирования более компактных нагельных соединений за счет уменьшения количества нагелей;

- применение предложенйоЯ методики расчета нагельных соединений с впрессованными стеклопластнковыыи втулками расширяет возможности проектирования и использования в строительства деревянных конструкций с соединениями нового типа;

- составлены рекомендации по проектировании нагельных соединений с впрессованными стеклопластиковыми втулками.

Внедрение результатов работы.

Результаты исследований и методика расчета соединений с впрессованными стеклопластиковыми втулками использованы при проектировании изолшионных несущих конструкций комплекса "Аллюр".Ш'ЦЮИ им. В.И.Ленина.

Апробация работа и публикации. Основное положения и регультоты исследований по теме диссертации были долояеда и обсуждена на X УП научно-технической конференции Московского иняеиерно-строителъного институте им. В.В.Куйбышева /1991г./,. на нвучшх семинарах кафедр "Конструкции ив дерева и пластмасс" М11СИ им.В.В.КуЙбиавва /1092г./. По результатам исследований опубликовано 3 статьи.

Структура и объем работ»у Диссертация состоит иэ введения, пяти глав, основных вд&одоэ, списка литературы, праяояе-ний: основной текст - 116 страниц; рисунки в гиде схем, графиков, фотографий - 70 страниц; таблицу - 22 страницы; список литература не 118 каиыеноьАнмЯ — 13 страниц; приложения -61 страница.

На .защиту шнослтся;

- экспершентальже дшиав несущей способности и дефораа-тквности нагйпьшх соединений с ппрсссовсш-шгл стеклся.гвста-кошши втулками; :

- разультаты экспериментальных н теорэтически* исследований слияния угла между направлением устт и направлением во-яокои дровосишЧ оС ), диаметра нагеля ( с! ) к тояг^иа стенки стегсяопластиковой втулки ( X ) не несущую способность н дьформэтниносп. соединений с металлическими иакявдквии о впрэссованшш в древесину етеклопластикошйи Бтуякаыя, форф-т определения ускяия А//-2соответствующего верхней граиэдо области упругой рабой» еоедйшшил и р^эи'пащгго усаляя /Щ

з оавнекноств от перечкглвншх факторов;

- результата »кспйрпментальуж данных определения кооф*» фкцкента постели основания нагельного гнезда, формула для шчислшшя его аначеняй;

- матодика раечета нагельная соединений с Епрессовалиагл стеклопластйкошш втулками, результата расчета соединений с ыоталлич&скнин накладками и деухсрезкж екммотрачних с иетьллс-чйскйй Е стеиярпяастикошм нагеле«;

- предложения по конструированию, технологии изготовления нагельшх соединений с впрессованшии стеклопластиковшя втул-юш.

оодершие работы ;...,•;

Во введении обосновывается актуальность теш, отмечена научная новизна и практическое значение работа, приведены ос-» новные полоаения, представляемоек защите.

В первой главе приведен обзор имеющихся исследований в области нагельных соединений, более подробно рассмотрен* нагельные соединения с неталлнчоскиын накладками, соединения на вклеенных нагелях, соединения с применением стеклопластиков, выполнен анализ методов расчета нагельных соединений деровянгах конструкций.

Анализ литоратуршх источников, проведеншй с Целью выявить разработки ао усовершенствованно нагельных соединений позволяюсь о улучшить работу соединений показал, что для увеличения несущей способности, снижения их дефорыативности и повышения антикоррозионной зещиты иоталличэских нагелей применявт вклеешв нагвдк, исследованием их работы занимался А.Е.Шевченко:;на кафедра "Кон- > струкцйи из дерева й пластмасс? МИСИ им.В;В.Куйбышева было предложено соединение на стеклопластикорых впрессовоншх нагелях, -- которое обладая всемипреимуществами соединенийнавклеенных нагелях и соединений на стеклолла^тиковых'нагелях имеет ряд положительных качеств, в частности; отсутствие вязкой адеевой массы на месте Сборки узлов снижает опасность непроклея ¡из-за вытекания гнезда, повьшает; ^ль^рукп^изводства; наяи-чиев^трубчатом нагеле отверстия позволяет успение'

конструкции путем размещения в: нагеле дополнительного стеркня; уменьшается вДОя^а^Ьодткенив соединения на местесборхи-.и, часть рабйт (изготовление таблеток)! переносится, на цвнтра^0ОД|Ь/ ное предприятий; отсутствует необходимость в стяжщх болтах. "^ 'Исследования работы соединений с впрессованными стеклопластиковшм ' нагелями не проводились (существует только описание технологии ^ изготовления этих соединений).

Принцип впрессовывания трубчатых нагелей положен в основу создания нагельных соединений с впрессованными стеклопластиковы-ми втулками. В настоящее время в литературных источниках как в отечетсвенных, так и в зарубежных, отсутствуют сведения об исследовании таких соединений. Но несомненна перспективность соединв-

ний с впрессованными стеклопластиковыми втулками и целесообразность углубленного их исследования, поскольку использование этих соединений позволяет повысить несущую способность, снизить де-форыативносгь конструкции в целом;применять конструкции в сооружениях, подверженных действию агрессивных сред, в"радиопрозрвчшх", немагнитных электроизоляционных и других сооружениях специального назначения.

Поскольку соединения с впрессованными стеклопластиковыми втулками могут использоваться во всех типах нагельных соединений, то при выборе типа соединения для проведения исследований были выбраны: двухсрезное симметричное соединение (с металлическими и стек-лоплостикоеыи нагелем) и соединение с металлическими накладками. В силу того, что нагельные соединения с металлическими накладками: получают все большее распространение d современных конструкциях (где требуется повышенная несущая способность и сниженная дефор-ыативность); имеют более четкую схему работы для выявления особенностей соединения; несущая способность соединений, как и для двухсрезных симметричных с одинаковой толщиной элементов, определяется смятием древесины нагельного гнезда в среднем элементе; более экономичны, было решено основные экспериментальные исследовании проводить для этого типа соединений, но также провести испытания двухсрезных симметричшх соединений в сравнительной методике с впрэссованшми стеклопластиковыми втулками и соединений беэ втулок.

Во всех существующих методах расчета нагельшх соединений модно выделить два подхода: теоретический й экспериментально-теоретический.

К теоретическому подходу можно отнести работа Гестеши Т., Григорьева A.C. и Фаерберга И.И., Донченко В.Г., Жаксона А., Иванова В.Ф. и Мальцеве Л.Н., Ыаслова В.Н., Никитина Г.Г., Слицкоу-хова Ю.В., Николаи Б.Л., Росновского В.А., Шапошникова В.Н.,-Графа 0., Бурова Е.В.

К экспериментально-теоретическому подходу следует отнести работы Андреева С.А., Бехтеровой Ю.А., Дмитриева Л.А., Коченова В.М., Ленлшина A.B., Пискунова D.B. и Чернявского С.М.

В результате анализа литературных источников обоснованы п сформулировали цели и подачи диссертационной работы.

ро второй глово представлены методика и результат {»счета соединении с впрессованными стаклопластнковыми втулками.

Для расчета нагольных соединений о впрессованными стеыгспла-стиновнми втулками бил принят теоретический метод, согласно которому нагель рассматривается как изгибаемый елемент на деформируемом основании. Задача решается вариационно-разностным методом. Ирл решении задачи используитсл предпосылки:

- характеристики материалов нагзля и основания принимаются но действительных диаграмм}

- в расчете учитывавтея дэПствнтелькав диагра»«^ И-йи

- для основания считается сп$вдливоП зависимость типа Вннхяера: _

Ь * С Ш" (I)

где & - усредненные по ширине нагеля напряжения сиетия в древесном гнезде; .

С - экспериментально получений для иепчтаваемге образцов коэффициент постели;

Ш"- перемещения нейтральной оси нагеля.

- для нагеля, считается спрведливоЯ гипотеза плоских сечснпй.

Методика расчета реализована в виде програмш, разработанной в Кировском политехническом институте Е.В.Буровым для машины "Электроника- Д3-2Ь". Автором диссертационной работы переведена на язык шоик-бейсии и адаптирована для машины "Искра-ЮЗО".

Принятая методика 1»счеТо позволяет определять напргехенно-деформированное состояния элементов соединения: перемещения нагеля, изгибающие момента в нагеле, напряжения смятия древесины нагельного гнезда, поперечные и продояьже силы в нагеле, деформации взаимного сдвига соециняеыых злементов, в зависимости от уровня нагружения.

Расчет производился для соединений с рпрессоввннымн стекло-плястикогыми итулками: '

- с мгтплличееккми накладками (в"Ь0мм);

- друхсрезных симметричных^ но металлических и стеклопластиком* нагелях а»с«70мм).

Работу материала основания нагельного гнезда учитывала введением в расчет линейных диаграмм "напряжения - перемещения" в - 6 . которые определялись по формуле 3, полученной для коэффициента постели по экслериыентаяьшм даншы.

Расчет соединений с металлическими накладками с впрессованными в древесину стеклопластияошмм втулками производился с использованием методов математического планирования эксперимента. Рассматривались три фактора, оказывающие слияние на несущую способность и деформетквность соединений: XI - угол между направлением усилия и направлением волокон дрсвесиш & , диаметр нагеля с! ■ толщине стонки втуз ял "Ь . Еал применен трехуровнешС план Бокса-Беккша. уровня вор>проъатп факторов: XI - о°1 зо°; ео° Х2 - И; 18; 24 (мм) Хз - 4; 8

Благодаря использованию методов математического планирования эксперимента была получена формула для усилия Л£-*(еН): "33-9 ,&Х1 +ЗХ2-Х1Х2 (2)

По экспериментальным данным также была получена формула для определения усилия Л!г-в (4). Сопоставление значений усилий -в , вычисленшх по формулам (2) и И) показа^,

что они очень близки, максимальное расхождение составляет 6,46?/£, что свидетельствует о применимости принятой методики расчета к нагельшм соединенно с впроссовангама стекяоплвсткко-шми втулками.

Расчет двухсрезтх симыетритих соединений с впрессованными стеклопластииовыыи втулками с толщиной крайгах и средних елементов а «с=70мм, диаметром нагеля с| »20 мы, толщиной стенки втулки ^ мм производились для углов меиду направлений» усилил и направлением; волокон древескш аС =0°; 90° (на металлических иаРеяях) в стС«0°; 45°; 90° (но стеклоплвстняоЕЫХ наге-яяа иэ АГ-4с (1:0)Ь

Аиеавэ результатов расчета соединений с впрессовангаш етеэаова&етавовшга втулками с металлическими накладками и двух-среэндо еювдетрнчтх показал, что спрессовывание етеклопластиковой втулка в древесину нагельного гнезда: 1) повышает имущую способность соединена« из условия снятия древескш нагельного гнезда, а* счет вовлечения в работу "растянутой" эош древесины и енкяе-квм ввличкни напряжений смятия дрсвесиш; 2) снижает деформатив-

гюсть соединения иэ-ба бояо» пдотной посадки нагеля в нагельное гнездо, укрепления и уменьшения дефорыативности пришкакце-го к отверстию слои древесиш, распределения нагрузки на нагель.

В третьей глагс представлены методика и результата экспериментальных исследований нагельных соединений с впрессованными стеклопластикошми втулками и обычных соединений без втулок, проведенных с целью определения и сопоставления их несущей способности и деформатишшсти, з такяе для апробации принятой методики расчета. Описано технология изготовления соединений с впрэс-сованшми стеклопластикошми втулками. Предварительными нспнтани/пз определены необходише для теоретических расчетов: предел прочности и модуль упругости древесину при сжатии вдоль волокон, вяоя-ность древесин; модули упругости стеклопластика впрессованной втулки при апатии в продольно;« и радиальном направлении; коэффициент постели основания нагельного гнезда.

Коэффициент постели определялся по результатам испытаний образцов нагельным штампом, кмеицим форму цилиндра и диаметр, соответствующий диаметру нагеля в рассмнтняаемоы соединении. Испытания проводились по схеме рис. I., на образцах, изготовленных пэ той же древесины, что и образца целевого эксперимента. Коэффициент постели определялся для образцов с впрессованными стеклопля-стикоиыки втулкамл и обрззцов без втулок. При определении коэф-фициснто постели использовались метода математического планирования эксперимента. Рассматривались три фактора, оказиваицио вли-янио на коэффициент постели: XI - угол меяду напраялением усилия и нлправленисм волокон дровесккы А , Х2 - диаметр нагеля d , толщина стенки ст'еклопласткковой втулки t . Уровни варьирования факторов:

XI - 0°; 45°; 90° \Z - М; 10; 24 (ta) ■Хз - <1; t; b (mu)

Согласно матрице планирования эксперимента было испытано 15 видов образцов при числе повторных опытов в строке матрицу Г »3, т.е. всего было испатано 45 образцов со втулкам! и столь-» '

ко ъс без втулок.

функция отклика для коэффициента постели имеет вид

^ Hila____j .

с. Д?1,;:0 - PAZ, 125X1 - tb,00X2 - -10,625X3 (3)

'от формула.полажена г оснору теоретического расчотв соединение г»лрмонтор дпрег-яннюс- конструкций с гпрессопянныМи стекло-

щ

.<■ : > ; . -Fes« 1» Схема вепытаииа определения коэффацвэета поогвяа

оо иовааия tiare льиого гнав да.

1

в)

е

у ао 1

в)

1

"1

rr»

Fes« 2« Oflmafl гид oöpasua дв^хорэаадго сюшвтрнчвого ооада-каиши а)» о впрэойомншмн отяжмотююгшв 22 journal 0) - Сев £Xj|£QK«

Рю. 3« ОбцвЯ ввдобрааца соединения о металлячаскшв вадлад ' В(ШВ1 в) - о эпреосояаивдаи смклоплао*якммю «je-шшя) 0} - (tos хг?ло*.

пластиковыми втуяками.

Испытания проводились для двух типов нагольках соединений!

- двуясразиах симметричных с впрессованшш стеклопластппо-шш втулками <рнв.2а) и без втулок (рис.26) i

- о металлическими накладками с впрессованными в древесину стаклопластикосмыи втулками (рис.За) ti (fea втулок (рис. 36).

Нсгытаваяись двухсрэзныо симметричные соединения о диамат-ром нагеля d «1&я, толщиной стенки стеклоплостнковой втулки

t »4 т, при углах мсэду направлением усилил и Исправлением волокон древесина оС »0° и ■ еС« 90°, а«с«бОмм. Число повтор» tssx опытов для каждого типа соединения принималось равюш треы. Испытания проводились непрерывным нагруявнием с доведением образцов до разрушения. Результата испытаний предотавлеш на рю.4.

Проведение исгитения двухсрозкых сиымотричшх соединений о глрессовшпмии етеклоштстикошш отулквш полазали увеличение гаг иэсущеЯ способности и снижение деформотивноети по сравнения о соэ-дяиенишз! без втулок!

- пра действии сила вдоль волокон древесиш несущая способ-кость нагельного соединения увеличивается а 2,8 раза, дефориа-тавмоеть сншоется в 2,6 раза;

- пра действия силы поперая волокон древесиш несущая способность увеличивается в 2,6 раза, деформативность снижается в 1,7 раза,

Испытания втулок на выдавливание ио нагельного гнезде дврв-сгакшх ояементоа показали, что разрушение соединения происходит по древесине, путем еэ скалывания поперек волокон. Величина ска-siBecqtnt капряаеииЯ составила 4 Ш1а.

Испытания соединений о сгаталличвскими накяадпаш производились с использованием иотодов математического планирования зкепо-рямента. Фактора, окогуввпдие влияние на несуедго способность и дефорглативность соединения принимались те а« н па тэх яа уровнях, что и при определении коэффициента постели основания нагельного гнезда. Количество испытанных образцов согласно матрице плана, окспернмента составило: для соединений о впрессовантмя стопяо-пяастпкошмн втулками 46 (15 видов соединений при число повторных оштов а строке матрицы Г* «3), для соединений бее втулок -27 (9 видов соединений при число повтор«« опытов юстрове матрицы Г-3).

Mi

fi) 40

»0 SO 10

W

d > lü ш

6)

ы 6

1 - соедини Bisa

098 ВТУЛКИ

2 - соединенна

со втулкой t* ч ш

6 О t>«.Ma

г 4 -ь«;мм

Рко, 4. Завискмоохи полной дафориации Дп от нагрузки Ндля

двухсрваша окикогричвдх. совдодшиА: и) -d><* 0°i Ö) -dt в <ю°»

I

4 1Л/ Do i>a

iO 20 to

1 2 W

Риз, 5. Дкаграгши дафорииродвшш иаголыюго соединения с металлическими пакламаии с ии^еииоьанньш: в д^о-гесшц схеклопиаотшсолши лтулками: j d*1Влш|

t с Вал.

t>H,MM

if.M»

Рис. 6. Диаграммы оотаточяои дефориации au цикл de а функции упругой деформации Ду при с</о о0 для соединений:;

I-d-

24 uu; г

- d ■ 24 MUj.t

мм, u.» 6 uu.

Испытания проводились в соответствии с рвкомяядацйямя ЦНИИСК но испытания соединений дер?пялшх конструкции. В ходэ испытаний кз-шрллись ьеличши деформаций едппга иваду соединяешми эявмен-тйя в уровне нагеля вддякэторгэд! часового тала и продоляитеяь-мооть исштния каждого образца по секундомеру. При обработке рэ-зулътатов 'испытаний пичисляяисъ полная Дул, остаточная До, остаточная эп цикл de , другая Ду дофор«пц:??!, полнпл за циия dn и рагност?» полних доформециЯ а Да. Значения uonttnt п остяточшх д<?';ор,1Ш1и{1 получпли непосредственно из мсгатаний. Для шчислекяя остальных деформаций ислользоваян следующие виргпения: упругие деформации "bït ■ - txw<

roaisjs эа ним деформации dnl»"bnl - t>nt-i остаточные за цикл деформации dol «■ сМ - bvi разность полных деформаций лЪв1»о1пС - t>ut-< По шчислэнь&ш значениям строились графяпи полют, упругих я остатсчньгх деформаций рнс. 5 , а гак яо диаграмм! остаточно!! дефор-гтзцкя оа цикл d» 0 ifcimimi упругой деформации Ду рис. 6. Дй-йэйидя завистюотъ между остаточной дофор/ацкеЯ за цикл п упругой о области упругой работы для каждого соединения позволяет опродо-лмть воряезгав грпнкцу .-этой облзстп и соответствующее ей усилие М-г. По величинам уаилнП разругазпясго ус ми л М. оценивались

носущал способность соединений. Результата истатпнпй образцов' ecsx типов соединений с металл ическт! накладками с впрессован-шни в др?грси!гу стеялоплвстякогмки втулнями прэдетяаяеш в Табл. I.

Использование методов математического пятзиров&гля эксперимента позволило получить формула длп определения усилий Aij 51

A4' СкИ):

у1ы -31-10,8125 XI+3,94X241,25X3 (4)

ySt «41,33-13,6625X1^6,25X2^1,0625X8-5,«ЙХ1Х2 (5) Параллельно с испмтвняя^ й»гвяьшх соединений с металлическими накладкам о впргссоваюездо а древесину стекяоплвстнкош-

втуякемя проводились испвташш обычных нагельных соединений без стокяогатстиковых втулок с металлическими накладками. Диамаг-pi иьгвлей понимались такими же 14, 18, 24шк углы между направлением усилий и направлением волокон древесины 0°, 45°, 90°, то есть это соответствовало матрице планирования эксперимента, сЛедовотельно эти испытания позволили провести сравнительный енализ несущей способности и доформативности нагельных соединений с впрессован)аши стекяопластихошми втулками по сравнение с

Оценка несущей способности соединений с металлическими накладками с впрессованными стеклопластиковыми втулками

Таблиц» 2

Усилие Усилие . Расчетная Деформсции. мм ^ Коэффициент

Л-'1® несущая способность кН Пои Пш ^ '<1-1 т % надежности

■Да. Ду До . Лп ■ Ду ' До, Лп пп

на не ос-один разецлй

34,0 24,5 шов 7,02 14,04 2,165 ': 0,905 1,26 0,7875 0,565 0,1525 -1.74>1.3 2,42 > 2,417

30,5 ,16,0 5,62 11,24 5,6825 2,055 3,8275 1,12 0,665 0,455 .1,6 >1,3- 2,71 > 2.45

76,0 49,0 13,44 26,66 1,605 0,5675 1,0175 0,6125 0,57 0,2425 1,62 >1.3 2,Й2 > 2.33

50,0 . зе.о 6,33 16,66 2,77 0,5975 2,1725 1,5725 1,022 0.5505 2.26 >1.3 3,00 > 2.36

32,0 22,0 6,34 12,6Ь 5,57 0,966 4,562 0,76 0,46 0.26 1.73 >1,3' 2,52 >2*44

31,0.' 20,0 6,16 12,32' 5,275 1,64 3,435 0,60375 0.326: 25 0,2775 1,62 >1.3 2,516 >2,45

»0 44,0 10,575 21,15 2,675 С.Ы875 2,15625 0,74 С.5 0.24 2.06 >1.3 2,647 >2,36

■54,0. : 40,0" . 10,25 20,52 2,72675 0,66375 2,365 0,69 0,623' 0,267 1.94 >1.3. 2,63 >2,37

45,0 зе,о 9,405 16,61 1,16 0,42 0,74 ~ 0,63 С,41 0,22 1.91 >1.3 2,392 >2,39

43,5 34.С 9,с :ь,о т то • ' . - 0,43 0,67. 0,654 0,414 с.22 1*еь >:.з 2,417 >2,41

с4,0 25,0 . 7,0455 14,09 5,69 , 0,9 4,79 0,73 0,49 0,24 2,05 >1.3 2,41 >2,407

г ' л ' ос,и 27,0 :.. 6,64 .13,ЬЬ 4,56. 0,9 3.66 0,6675 0,4325 0,255 1,97 >:,3 2.34 >2,33

'Л ; ,0 31.0 6,044 16,066 2,665 0,775 I,ЙК75 С.7525 0,526 0,2265 1.926 >1,3 2,466 >2.41

.43,0 . • 31,0 . • с,044 16.066 2,57 0,986 1,5ьг 0,5725 0.365 0.2075 1,926 >1,3 2,67 >2,40

' 41,0 • • ■:т п -6,044 16,068 2,275 0,9075 1.3675 0.6С5 0,4425 0,1625 1,226 >1,3 2,545 >2*41

соединениями без втулок. Достоверность сравнения достигалась • тем, что образцы для соединений со втулками и без них выпиливались из одной доски бто позволило снизить разброс результатов испытаний, харпктермй при использовании разной древесины). Результата сравнения представлены в табл.2.

Несущая способность нагельных соединений с металлическими накладками с впрессованными в древесину стеклопластиковими втулками под действием длительной нагрузки оценивалась величиной коэффициента надеясности, вычисленного по методике Ю.М.Иванова. Расчеты показали, что реальные запасы таких соединений составляет 2,34... 3,0 (табл.1), что достаточно для надежной работа при эксплуатационных нагрузках.

В четвертой главе приведен анализ результатов теоретических м экспериментальных исследований, рекомендации по расчету и конструированию соединений с впрессованные стеклопластиковими втулками.

Нагельные соединения с впрессованными стеклопластиковими втулками представляют собой новый вид соединений и в действующих норках СН иП Л -25-80 отсутствуют. Принимая во внимание, что они являются разновидностей нагельных соединений считалось целесообразном при расчете соединений со втулками использовать существую-Цую методику расчета-нагельных соединений введением в нее коэффициента условия работы соединения. Поэтому при определении величины расчетной несущей способности Мп нагельных соединений с металлическими накладками с впрзссованшми п древесину стеклопласти-аовыми втулками проводилось сопоставление экспериментальных двн-жх несущей способности и деформативности соединений с впрессован-шми.стеклопластикошми втулками и нагельных соединений без* вту- • яок (табл.2). Благодаря использованию методов математического планирования эксперимента была получена зависимость для коэффициента условия работа та , учитывающего наличие впрессованной стекло-пластиковой втулки, от угла нейду направлением усилия и направлением волокон древесины сС , диаметра нагеля с/ , толщина стенки стеклопластиковой втулки Ъ \

та- «2,7+0,156X1 - 0,27X2+0,096X3 ( 6)

Таким образом, расчетную несущую способность Мя нагельных соединений с впрессованными стеклопластиковыми втулками можно определить путем умножения расчетной несущей способности обычных нагельных соединений без втулок, вычисленной по СИ и П 11-25-60, не коэффициент условия работы ты, учитывапций нвли-.

СраЕненние несущей способности и деформатинности соединения

__|__.-■■-■ _ ' - ■_Таблица 2__

Усилие /14,кН Усилие Ж, Увеличение не- Полдае деформв- Уменыпе- Полные дефсрые- Умень-

сущей способ- ции Дп при усилии ние деф-ти ции Лп при уси- шение ности, в к-ве ,му е к-Ее рэз лии М ,мм яефор-

раз : мятие-

НОСТИ Е

Соед. без Ету по к Соед.Соед.Соед. со - со без втулке-втул- вту~ m ками лок по ■.' no Vt Соед. без вту ЛОК Соед. -со взул- KBim Соед. без ету ЛОК Соед. - со втулками

17,0 34,0 10,0 24,5 2,45 2,0 1,9025 0,7875 2,42 5,6925 2,165 2,72

13,0 30,5 7,0 16,0 2,57 2,35 2,70125 1Л2 2,41 10,54 5.8625 1.79

27,0 76,0 22.0 49,0 / 2,23 2,05 ; 1,75 . 0,8125 •2,15 - 3,05 1,605 1,9

24.0 52,0 •16,0 ЗЬ,0 2,375 2,0b 2,905 1,5725 I ,В5 6,675 2.77 . 2.41

i4,0 32 ,С Ь,0 22,С 2,75 2,26. 1,676. 0,76 2,2 . 8,065 5.57 :,45

Í4.0 31.0 ь,0 20,0 ,•; 2,5 .2,21 1,675 0,60375 2,77 . 8,065 5.275 1,52

tt.ü 19,0 44,0 2,32 2,0 , : I,t¿ .. 0,74 2,46 /4,Ь5 ' 2.675 1,61

54,0 19,0 40,0 ■'• 2,:c 1,93 Л ,62 ' 0,е9 2,04 4,65 2,72с75 1.76

45,0 19,0 36,0 I ,fc9 ■ T 4. f *%J .' 2,5725 0,63 2,496 4,7125 1,16 4,Ct¿

4J.6' 19,0 34,0. V i no ' * t' ~ ..i,eo • I,5725 0,634 /, 2,4Ь • 4.7125 1,10 , 4,26

if-j ¡C,0 29,0 .2,9 •' 2,42 2,21 '■'. л 3,03 7,о5. •-5.6S ' 1,36

i£.Q 32.0 -10,0.27,0 . . 2,7 1,7 f ' './ 2,21" ' . 0,6сГ75 . 2,21 ■ . 7,86 ■4.5с 1.72

SAO'-'- 4Э-.С * С Л ^ * л л О t' > £1 f v^ 2,17 ' 2,0 . Л, €775 0,7525 2,23 . 6,465 2,665 2,43

. ¿j'l P 43. 0 15,0 31,0 2,17 ; 2,15 1,6775 0,5725 . 2.93 . 6,465 2,57 2.52

10,С ' 41,2 iO,C el,0. 2,17 2,05 1.6775 0,ЬС5 2,77 6,465 2.275 2,Ы

2.319.:.2,04 ' / 2,4964. .2,3075

ЧКЭ впрэооошшюй отвклогыгаотоЕой втулпп.

Оравивлпо таоротячэоких и пчопярямзнталг,пк2 эгшчзпдй уоаяаЗ /^а /*4 соогкзтотззшшо, показало, чго отклопоппа составляя? по более 2,57?, что овадатольстсуаг о хороши соа~ гидаидя равультатон,

Срапношза дафоркатаыюага совдиюиий о мвташгеаояныа п&шикамл о впрзссогапшйщ и дрососапу огюплоплаотиловшп этулкама а ооадшкшЯ бза птулои показываат, что до^оркатп-вкооТ'Ь ооедалапяП со вту.тагл'Д гораздо манвшз доформатииюотп . саоддшиий боз вт/.тои (табл. 2). Дофоркаткппоатт. осоданапиЯ о иогаллачзокями накладками о впрвосоишшшз в дроге окну ота-йлоплаотлковша гзтулкгша, приходящаяся на 1иН нагрузки (в •лрэдслих упругой работа соодадоиая) мвньсэ дв§ор:!атшзяо ста соадднвпаЗ йза ктулон а 4,43 - 8,8-1 раза.

. таишо-энопшачзсрая схрпка аффзкт?.-

глоотл продопепяя нагольная ооэдешэшЗ о зпроооовшшша огак-^ошшотиаовыыи пгулкацп. Для оравкоплл рпос^отропн два варяа-йта бруотзатих фэрм: I) о обычпшп псгальт-'л ооадшншями баз стул)П{ 2) о лактшгш ооэдвлоииякя о шраосоваяшзш отакло-Нйаотзаоэтш втулками. ^оз^ен обоих вариантов имэвт одяяааошЯ йрогзг, иг; раоочзпаэд яа одни а нагрузки. В фзрма Я • Езргаяга га очз? яополмовояял впрдооояаишгх отэпяоплястлг.о-сш птулоп в пагялышх создояпялх угшлгпзпо колпчаогао пата-сзй з 2 раза в опт нашего пояоа, а опор.-к« л пеньковом узлах, я укопьыеш размори оочвиня фуоа.

Разпоота пр:пюдатшх затрат во гарлаитом сооташиа 14$ гз-аа ПольшаЯ отоямоотк (131) и кзгшзого объема (33%) яопот-РЗггэдаЭ в далэг расход дрогзэскпа спивается па расход стает - на 22Л, кяоса конотруядай в дояа - на 32*.

пряЕвдапы далнио по опродолзниэ функция отклика для коэффициента поотоля основания нагельного гнезда о асполгзовашг» истодов цатематитаского планироззаяяя оксго-рякенга.

. 3 приложения II пршмденн даплЕЭ. по опроделонпя «¡уннцвй отклика для усилий Л4 .

В прило,тошш III проведен текст программы расчета нагольных соединений.

- В доилозцецид 17" Дало определение технпко-экояошгеэошЕС показателей.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Нагельные ооединения деревянных элзыентов о влреооова-1шшл отаклоплаотнковши втулками обладают более высокой несу-цой способностью при пониженной даформативности по сравнению о обычными соединениями на нагелях без втулок.

2. Повышение наоущвй опоообностн соединений о впраосовашш-ш огеклоЕластиковьаш втулками обусловливаемая изменением налря-«ошю-деформировашюго состояния древе сшш в зоно нагельного гнезда по сравнению о соединениями бае втулок, а именно впроооо-вившше стаклопластиковой втулки вовлекает в работу нагельного гнезда "растянутую" зону древесины, из-за чего величина напряжений смятия древесины умоньшегоя.

3. Снижение де^орматшиюоги в соединениях о впресоовашши отеклопластикоЕши втулками происходит пз-за более плотной посадки нагеля в нагельное шоздо, укрепления и уменьшения дофор-штивности примыкающего к отверстию сдоя древесины, распределения нагрузки на нагель.

4. Для исследуемой древе сшш предложена формула для определения интегрального коэффициента постели основания нагельного гнезда с учетом работы отеклопластиковой втулки и дравесшш. Формула положена в основу теоретического расчета соединений элементов деревянных конструкция о впрессованными стеклопласяшовш.ш втулками. Она позволяет определять значанш коэгШвдтнта постели в зависимости от угла мевду направлениями усилий и волокон древесины сС , диаметра нагеля с/ , толщины стопки отеклопластиковой втулки £ без проведения экспериментальных исследований.

■ 5. Принятая методика расчета нагельных соединений с впрессованными стеклопластиковыми втулксми, основанная на работе нагеля как балки на деформируемом основании позволяот определять основные параыэтры напряжэщю-деЯорнлроЕаниого состояния элементов соединения: перемещения нагеля, цзгибающио моменты в нагеле, напряжения смятая древесины нагельного гнезда, поперечные и продольные силы в нагеле, деформации взаимного сдвига ооёдиняемых элементов в зависимости от уровня аагрукения.

6. Коэффициент надежности соединений с впрессованльм! сто-клопластиковыми втулками составляет 2,31 ... 3,С, что обоспо-чивает надежную работу соедапвшя при длительно. доЛствуксда нагрузках;

7. Для ппактпчоскп.т раочотов сосд.шеш!} с мотпляпюотшл нпклддши.щ я о впрессованными в дрошоину отвкпоплаатияоатя 1'тулхамн продллгазтся иогсользошть мотодау, рокомоидуекуп даЯ-ствущимл нормами иловата п вдоакмуоа'ШйЯ дерошптк ког!струп— ТОЙ С!1лП И-25-еО ИДоройЯ1!Я1;о конструкции", для совлиюлиП йоз стулок с пгодошгсм копЭДлхдеентя усхоаия работ п\Т, учитыглхда-го поыышша нооугдеЯ способности при наличии впрлсоованиоЛ ото-клопластичогоЯ ътулни.. Волг.чипа когкЭДицпента лузависит ст пд-мстроа ооодгаюшш (Ы-, с/ , Ь) а анпаоляетея по формуле С.

Осномша полям шш ■ диссертации опуйгакошш п следующих работах:

I. Борасткст Г.Э, Кпголммя ¿»единения о рпрвооовашыкя стаилоилазтикошш ьтулкаия. - 2швртиоэ строительство. - М.: СтроРлпдат, 1993, П I. - о. 19 - 20.

2.. Горзахиела Г.З. ^Гсс^гедсалнло каг&шда совдлтшШ. -Лилздное с^олтвластд). - ГЦ. г Сгройгзда?, 1393, ИЗ. - 0.23-25.

3» ХЬрзсзаегя Г.Э, Эйопордивпташюо лсследоьанло работ аагилкшх оов/зяк- '¿.ишццоо отрглпэ-чъотто, - И,: Стро!'-;.-5дзт, 1В23, г; 4. - с. 11-13»

Шодписпио в печать- 33.06.93 г. Формат 60)64У1б Печ.офо. И-136 Объем Гучгизд.л. Т. 100 Заказ 309 Бесплатно

?>:погра/*ия ЫГСУ