Соединения на центровых шпонках

Призматические шпонки, приспособленные к продольному сплачиванию брусьев, не могут быть использованы для соединения элементов деревянных конструкций в узлах под различными углами. Для этой цели применяют круглые центровые шпонки, развитие которых схематически изображено на рис. 1.

Характерным признаком, общим для всех центровых шпонок, является наличие в центре узла стяжного болта. Болтовое отверстие, просверленное электросверлилкой при помощи кондукторного шаблона, может быть использовано для установки шпинделя фрезы при врезке круглых или кольцевых гнезд в каждом из элементов порознь.

Переход от устаревшего способа врезки призматических гнезд при помощи поперечной пилы, по карандашной разметке, к фрезерованию цилиндрических гнезд по центровым болтовым отверстиям, положение которых не зависит от усушечных деформаций, значительно повышает класс точности изготовления.

Развитие основных форм соединения на центровых шпонках шло по пути повышения прочности самой шпонки; результатом этого явился переход от деревянной дисковой шпонки к чугунной тарельчатой (рис. 1, а, б).

В начале текущего столетия вместо массивных литых тарельчатых шпонок стали применять легкие разрезные кольцевые шпонки, выгнутые из тонкой полосовой стали (рис. 1, в). Кольцевые шпонки более экономичны, применение их существенно увеличивает несущую способность соединения, кольцевая шпонка более надежно вовлекает в работу на смятие и скалывание не только внешнее «окаймление» гнезда, но и внутренний, охватываемый кольцом, «сердечник». Это увеличение несущей способности достигается при одновременном уменьшении ослабления поперечного сечения соединяемых элементов. На практике решающее значение приобретало скалывание «сердечника». В растянутых элементах оно происходило по схеме одностороннего скалывания при большой концентрации скалывающих и отдирающих напряжений, особенно в случаях применения сырой древесины.

Рис. 1. Развитие соединений на круглых (центровых) шпонках

(а — дисковых деревянных; б — тарельчатых чугунных; в — гладкокольцевых; г — зубчатокольцевых)

Очередным этапом в развитии шпоночных соединений явился переход к зубчатокольцевым шпонкам (рис. 1, г). В отличие от гладкокольцевых шпонок, закладываемых более или менее свободно в заранее вырезанные кольцевые желобки, зубчатокольцевые шпонки запрессовываются своими остро отточенными зубчатыми краями в цельную древесину сплачиваемых досок. Вследствие этого они обеспечивают (как и гвозди) совершенную плотность соединения. Кроме того, выемки между режущими зубцами зубчатскольцевой шпонки исключают опасность сплошного скалывания «сердечника»: последний остается привязанным к «окаймлению» гнезда пучками неперерезанных волокон. Это обеспечивает большую вязкость работы соединений на зубчатокольцевых шпонках с использованием несущей способности их по смятию древесины.

Все разновидности центровых шпоночных соединений предусматривают, как правило, многослойную компоновку узлов из 5 - 7 и более досок. Для того чтобы избежать при этом опасных напряжений изгиба досок решетки в плоскости, перпендикулярной плоскости фермы, и ослабить распирающее действие поясных досок, подверженных кручению подобно колодкам в распорных соединениях шпоночного типа, — приходится применять сравнительно тонкие, широкие доски. Это создает дополнительные трудности при отборе лесоматериалов, поскольку даже небольшие сучки, безопасные в брусьях, могут оказаться катастрофически опасными на кромках досок.

Современные требования сборного крупноблочного строительства привели в итоге развития центровых шпонок к новому типу соединений — на когтевых шайбах, сохраняющему преимущества зубчатокольцевых шпонок, но лишенному основных их недостатков.