Виды соединений на нагелях. Работа, конструирование и расчет. Примеры.

Нагелем называется гибкий стержень, который соединяет элементы ДК и препятствует их взаимному сдвигу, а сам в основном работает на изгиб.

Рис. IV. I4. Схема работы нагеля

а — первоначальное положение; б — поворот; в — деформированный нагель; е — эпюры сминающих упругопластических напряжений древесины; Г — сдви­гающее усилие; Т\, Тг — равнодействующие сминающих напряжений древе­сины

Силы, сдвигающие сплачиваемые элементы, стремятся опрокинуть нагель. Под действием этих сил нагель после неко­торого поворота, обусловленного неплотностями и обмятием древесины, упирается в нее сначала, по краям эле­ментов, а затем начинает изгибаться. При изгибе нагеля увеличивается поверхность его контакта с древесиной, что вызывает появление в ней неравномерных напряже­ний смятия по всей длине нагеля . Напря­жения смятия древесины нагелем имеют разные знаки, и их равнодействующие образуют две пары взаимно уравновешенных продольных сил  пре­пятствующих повороту нагеля. По условию равновесия нагеля моменты этих пар равны: Т₁ е₁ = Т₂ е₂.

Цилиндрические нагели изготовляют в виде гладких стержней круглого сечения из стали, металлических сплавов, твердых пород древесины и из пластмасс. По характеру своей работы в соединениях сдвигаемых элементов к цилиндрическим нагелям относятся также болты, гвозди, глухари (винты большого диаметра с шестигранной или четырехгранной головкой) и шурупы. Цилиндрические нагели устанавливают в предварительно_рассверленные гнезда. Диаметр отверстия. для нагеля обычно принимают равным диaмeтpу_нaгeля.

Расстановка болтов в соединении бывает прямая, шахматная и производится по правилам, исключающим опасность преждевременного разрушения древесины от скалывания и растяжения поперек волокон. Расстояния между осями болтов вдоль волокон древесины и до торцов элемента должны быть не меньше 7 d, а поперек волокон между осями — не более 3,5 d и до кромок — 3 d.

Болтовые соединения могут быть симметричными, когда про­дольные силы действуют вдоль оси симметрии соединения, и не­симметричными. В зависимости от кол-ва пересекаемых нагелем рабочих швов сплачения различают соединеня одно- и многосрезные.

Критерием идеального подбора нагеля и шага их расстановки может служить равенство несущих способностей нагеля, определенных из условий изгиба нагеля, смятия древесины в нагельном гнезде, скалывания и раскалывания древесины между нагелями.

Распределение сминающих напряжений по контуру нагельного гнезда неравномерно. Равнодействующие радиальных напряжений, расположенных выше и ниже продольной оси х-х, направлены под углом к этой оси и, будучи разложены, дают две составляющие - Т=Т_н+Т_в вызывает появление напряжений скалывания по полощадкам а-а и а’-а’. Поперечные составляющие Q_н и Q_в стремятся расколоть деревянные элемент по линии б-б.

Т. к. несущая способность нагеля по скалыванию древесины зависит от расстояния между нагелями, то при соблюдении расстановки нагелей расчетная несущая способность одного среза нагеля определяется только из условий изгиба нагеля и смятия древесины нагельного гнезда.

Определение расчетной несущей способности одного среза нагеля

-из условия изгиба

Т_и=180d²+2a²≤250d²(кг)

-из условия смятия

Для симм. –в крайних эл-ах Т^а_см=80ad

- в сред. эл-ах Т^с_см=50сd

Для несимм. –в крайних эл-ах Т^а_см=80ad

- в сред. эл-ах Т^с_см=35сd

Расчетная несущая способность одного среза нагеля T’=min(Т^а_см, Т^с_см, Т_и)

Расчетная несущая способность всего соединения Т=T’m n.

n – количество нагелей

m – число срезов одного нагеля.

Узловые соединения на цилиндрических нагелях

а —с прямой расстановкой; б —с кру­говой расстановкой

Гвоздевые соединения просты, но трудоемки и применяются в основном при небольшом объеме изготовляемых конструкций. Гвозди изготовляются из холоднотянутой стальной проволоки в соответствии с ГОСТ.

Гвоздь при забивке частично раздвигает и разрывает волокна древесины, образуя в ней отверстие с уплотненными стенками. Благодаря этому он прочно зажимается в древесине и хорошо сопротивляется выдергиванию, однако по этой же причине в ней возникают дополнительные напряжения растяжения поперек волокон. Правила расстановки гвоздей в соединениях исключают опас­ность раскалывания древесины соединяемых элементов, которая повышается по мере уменьшения их толщины, и поэтому диа­метр гвоздей должен быть не больше четверти толщины эле­ментов. Расстояние между осями гвоздей диаметром d вдоль волокон древесины соединяемых элементов должно быть не ме­нее: от торцов — 15d, между осями в элементах толщиной, рав­ной и большей 10d— 15d, между осями в элементах толщиной 4 d—25d, а в элементах промежуточной толщины это расстояние принимается по интерполяции.