Соединения на цилиндрических нагелях

В соединениях на цилиндрических нагелях возможно не только продольное сплачивание (в стыках), но и соединение под углом α_см ≠0 (в узлах).

Рис. 1. Коэффициенты k_α снижения расчетного усилия Т_наг для соединений на стальных и дубовых (пунктир)

нагелях под углом α между силой Т_наг и волокном сосновой древесины

Расчетная несущая способность узловых соединениях на нагелях из условия смятия древесины бруса или доски под углом α_см (между силой и волокном) определяется по основным формулам или таблицам с умножением Т_наг на коэффициент k_α (рис. 1). Если Тнаг определяется из условия изгиба нагеля, то влияние угла α_см≠ 0 сказывается в меньшей степени, поскольку снижение R_см, отчасти компенсируется увеличением глубины защемления, и расчетная несущая способность определяется путем умножения Т_наг на √k_α. В обоих случаях угол αсм принимается равным большему из углов смятия нагелем древесины элементов, прилегающих к данному шву.

График рис. 1 показывает, что коэффициент снижения несущей способности нагельного соединения тем ближе к 1, чем меньше диаметр нагеля, т. е. чем относительно больше поддерживающее влияние прилегающих к нагельному гнезду смежных участков древесных волокон, подверженных местному смятию. При d_наг ≤ 0,6 см несущую способность нагельного соединения Т_наг90(поперек волокон) можно считать равноценной Т_наг (вдоль волокон).

На этом основании расчетная несущая способность соединений на гвоздях, а также на нагелях из круглой стали диаметром не более 0,6 см определяется независимо от величины угла α_см.

Несущая способность нагельных соединений в большой мере зависит от того, обеспечено ли равнопрочное сопротивление сопрягаемых элементов скалыванию и раскалыванию, а также и разрыву по ослабленному сечению. На рис. 2 приведены характерные примеры разрушения досок экспериментальных образцов растянутого стыка вследствие нарушения норм поперечной расстановки стальных нагелей.

Рис 2. Характерные формы разрушения досок растянутого стыка на стальных нагелях

(а - от скалывания с раскалыванием; б - от разрыва и расклинивания; в - от косого разрыва)

Проверка несущей способности растянутых элементов на разрыв по ослабленному сечению требуется нормами на общих основаниях. При этом учитывается сечение нетто элементов только по неперерезанным (в пределах длины шага s_ш = 20 см) волокнам древесины. Проверка несущей способности нагельных соединений из условия скалывания и раскалывания сопрягаемых пиломатериалов не требуется, поскольку соблюдаются обязательные для нагельных соединений нормы расстановки нагелей.

При диаметре нагелей более 2 см следует увеличивать указанную норму до размера шага s_ш > 10d_наг.

Выбор оптимальных размеров диаметра нагеля

Выбор оптимальных размеров диаметра нагеля решается с учетом требований принципа дробности. Чем меньше d_наг, тем меньше сила, расклинивающая (распирающая) стенки каждого нагельного гнезда. При диаметре сверленого гнезда d_cв = d_наг эта сила приблизительно равна 0,3Т_наг. Соблюдение норм не только продольной, но и поперечной расстановки нагелей необходимо как для предотвращения чрезмерного ослабления растянутого элемента, так и для предотвращения преждевременного скалывания и раскалывания концевых частей его.

Многорядовые нагельные соединения

Несущая способность многорядовых нагельных соединений приравнивается сумме Т_наг при условии сверления гнезд не порознь в отдельных досках, а одновременно в заранее собранном и плотно обжатом пакете досок.

Поэтому в нормах расстановки цилиндрических нагелей учитывается вероятность увода сверла даже в случае (настоятельно рекомендуемого) применения кондукторов и прочих приспособлений, автоматически фиксирующих положение и направление сверла.

При глубине сверления (толщине пакета), не превышающей 10 диаметров нагеля (сверла), в нормах не учитывается увод сверла и допускается более тесная расстановка нагелей.

При расстановке болтовых нагелей необходимо предусматривать достаточные просветы для постановки шайб и для подкручивания гаек ключом.

В стыковых соединениях рекомендуется располагать нагели не в один или три ряда, а в два (или четыре) продольных ряда, чтобы избежать постановки нагелей по оси доски или бруса, обычно лежащей в сердцевинной плоскости, подверженной усушечному растрескиванию.