Узловое соединение стержней деревянных несущих конструкций

ИЗОБРЕТЕНИ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ АВТ(71) Ленинградский инженерно-строитель- ныЙ институт и Архангельский лесотехнический институт им.В.В,Куйбышева(5 . Иванов В,Ф. Конструкция из дерева и пластмасс, Учебник для ВУЗов. М. - Л,; Стройиздат, 1966, с,82-84, рис,10.6,Коченов В, М, Несущая способность элементов и соединений деревянных конструкций, М., СИ, 1953, с.130, рис.49.Ваоеп тЫ Ног, - 1984, М 11, с,776-779.Вацеп а 1 Ног, - В 12, с,872 - 877, Деревянные конструкции. Справочник проектировщика промышленных сооружени. / Под ред. Г, Ф.Кузнецова, М. - Л.: 1937, с,вб, фиг,41.(54) УЗЛОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ ДЕРЕВЯННЫХ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ (5 Л Использование: в соединении стержней деревянных несущих конструкций, преимущественно пространственных структурных плИт, а также решетчатых стержней систем гИзобретение относится к области строительства и предназначено для соединения стержней деревянных несущих конструкций,. преимущественно пространственных структурных плит, а также решетчатых стержневых системи других плоскостных конструкций, в том числе монтажных соединений массивных КДК,ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) и других плоскостных конструкций, в том числе монтажных соединений массивных деревянных конструкций. Сущность изобретения: узловое соединение стержней деревянных несущих конструкций содержит стержневые элементы из досок в виде поясов и раскосов, примыкающие пластями друг к другу и сходящиеся под различными углами в узел, внутри которого расположен стальной сердечник, стяжные болты, шпонки в виде стальной пластины с кольцевыми двухсторонними гофрами и отверстием по центру под болт, установленные между примыкающими пластями, желоба на пластях по форме гофров и внешние прижимные шайбы под головкой болта и гайкой. Кроме того оно снабжено внутренней шайбой с односторонними кольцевыми гофрами и отверстием по центру под болт, устанавливаемой между деревянными элементами и сердечником вплотную к шпонке, а шпонка снабжена зубьями и шипами, расположенными соответственно на впадинах и гребнях со стороны деревянных элементов. При этом пдасти деревянных стержней в зоне соединения могут быть выполнены с модификацией древесины, 5 ил.,Цель изобретения - повышение несущей способности и надежности узлового соединения, снижение деформативности стержневых деревянных несущих конструкций при действии знакопеременных условий,Кроме того, особенностью предлагаемого соединения является то, что волнистаяшпанка соединяется на пласти с деревянным элементом посредством водостойкогоклея, Далее клеестальную волнистую зубчатую шпанку будет сокращенно называтьКСВЗШ.Такимобразом, предлагаемое техническое решение отличается от прототипа тем,что оно снабжено внутренней шайбой с отверстием по центру под болт, установленный. вплотную к шпонке за счетповерхности, повторяющей очертаниеКСВЗШ с одной стороны. С другой сторонышпонка снабжена шипами и зубьями, причем шипы расположены на гребне гофров, азубья во впадинах с концентрическим расположением последних относительно центра с отверстием под стяжной болт,Деревянные элементы в зоне постановкиКСВЗШ имеют предварительно полученныепутем прессования и локальной модификации желоба, повторяющие очертания гофрированной (волнистой) поверхностишпонок.Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной йсмежных областях показывает, что известноприменение металлических пластин снабженных зубьями и усиленных в зоне приклеивания стеклотканью (а.с.М 1028800).Однако пластины имеют гладкий плоскийпрофиль с выштампованными зубьями, отсутствуют шипы, неэффективно локальноеупрочнение.В результате постановки КСВЗШ впредварительно выполненные и усиленныемодификацией и прессованием древесиныуглубления, шпонки работают на сдвиг сравномерным прижимом поперек волокон,передавая усилия с элемента на элементчерез зону качественно улучшенной за счетпрессования и модификации древесины, аосевые усилия с КСВЗШ на элемент передаются на прилегающие к шпонке продольныеволокна древесины, не перерезанныестальной волнистой шпанкой при запрессовке, Установка КСВЗШ на деревянныеэлементы вогнутостью кромок наружу обеспечивает при создании давления цельностью волокнистой структуры древесины безразрыва долевых волокон древесины, а сама зона постановки КСВЗШ обладает повышенной формостабильностью,На фиг.1 изображено узловое соединение стержней деревянных несущих конструкций каркаса; на фиг,2 - соединительныйэлемент типа КСВЗШ; на фиг,3- разрез А-Ана фиг.2 с тремя вариантами профиляКСВЗШ и внутренними шайбами; на фиг,4 деревянная деталь с КСВЗШ, вид сбоку; на фиг,5 - разрез Б-Б на фиг.4 с внутреннейшайбой,Узловое соединение стержней деревянных несущих конструкций включает стерж 5 невые элементы из досок в виде поясов 1 ираскосов 2, с примыкающими пластями 3друг к другу и сходящимися под различнымиуглами в узел, внутри которого расположенстальной сердечник 4, стяжные болты 5,10 шпонки (КСВЗШ) 6 в виде стальной пластинки с кольцевыми двухсторонними гофрами 7и отверстием по центру под болт 8, установленные между примыкающими пластами,желоба 9 на пластях по форме гофров и15 внешние прижимные шайбы 10 под головкой болта и гайкой, Кроме того оно снабжено внутренней шайбой 11 с односторонними ольцевыми гофрами и отверстием поцентру под болт, устанавливаемой между20 деревянными элементами 1, 2 и сердечником 4 вплотную к шпанке 6, и шпонка в своюочередь снабжена зубьями 12.и шипами 13,расположенных соответственно на впади.нах и гребнях шпонки с радиально-осевойсимметрией, При этом пласти деревянныхстержней в зоне 14 соединения, где установлены КСВЗШ, усилены путем локальноймодификации древесины и подпрессовкиволокон материала без разрушения послед 30 них, образуя желоба, повторяющие профиль КСВЗШ.Внутренняя шайба 11 выполняется изтого же материала, что и КСВЗШ, При этомодна сторона, примыкающая вплотную к35 шпонке. повторяет очертание ее поверхности, т.е, имеет концентрические гофры иливолны, Причем гребни шайбы попадают вовпадины шпонки и, наоборот,впадины шайбы соответствуют гребням шпонки, что40 обеспечивает их плотное сцепление послеобъединения в узле с сердечником 4 стяжным болтом 5.Установка КСВЗШ 11 на концы деревянных деталей 1 и 2 выполняется в следующей45 последовательности. Из предварительновысушенного, отсортированного и остроганного пиломатериала с соответстветствующим расчету сечением, выпиливаются иторцуются определенной Длины заготовки50 для поясов и раскосов; в них сверлят отверстия для болтов 5, концы деталей подвергают локальной модификации в зоне 14 (содной или двух сторон в зависимости отколичества КСВЗШ), Модифицирование55 осуществляют известным способом, например, нагнетанием под давлением полимерного состава в поверхностный слой пластей3 древесины соединяемых элементов. Доначала полимеризации выполняется желобав виде углублений путем создания давления(3) 40 45 50 55 через прессформу, повторяющую очертание поверхности КСВЗШ, При этом используется установка ТВЧ, способствующая ускоренному отверждению полимерного состава и стабилизации формы с углублением, Процесс модификации древесины и подготовка гнезда для КСВЗШ могут быть совмещены в одну операцию. Размеры модифицированного участка должны быть на 15 - 20 мм больше диаметра КСВЗШ и глубиной 10-15 мм от наружных граней, Высота деревянных деталей должна быть не менее диаметра шайбы + 20 мм,Несущая способность КСВЗШ можно определить по приближенным формулам; в зависимости от угла а направления вектора внешних усилий по отношению к направлению волокон: где Та - несущая способность одного "среза", кН:- бш - диаметр шайбы, см;К - коэффициент, учитывающий кривизну поверхности шайбы,здесь и - количество волн в КСВЗШ;1- стрела полуволны, см;Ке - коэффициент, учитывающий зксцентриситет; где е - эксцентриситет между внешним усилием и КСВЗШ, см;Ка - коэффициент, учитывающий угол й,Ка = 1/1+ 0,33 зпа (4) где а - угол между направлением вектора внешних усилий Та по отношению к волокнам древесины,Проверки на сжатие и срез по металлу выполняется в соответствии.с действующими нормами. Проверку болта на изгиб, а также сжатие древесины в гнезде выполнять не следует.Соединение в сборке работает следующим образом. Например при осевом растяжении (сжатии) усилие с парных элементов 1 и 2 передается через боковые внутренние ; пласти 3 по клеевому шву и зубчатые шипы на шпонки 6. С них на внутреннюю шайбу 11 и далее через стяжной болт 5 на сердечник 4 и на противоположные деревянные элементы в обратном порядке (фиг.1). В отличие от прототипа-соединения с волнистыми шайбами Буффо, работающими на трение с неравномерным сжатием древе-. сины в зоне гофров, предлагаемая конструкция снабжена внутренними шайбами, расположенными между сердечником и шпонками, при этом одна сторона шайбы плотно входит в гребни и впадины КСВЗШ, а другая, примыкающая к сердечнику, плоская. Кроме того шпонка со стороны деревянных элементов имеет зубья и шипы, входящие в зацепление с деревянными элементами и при знакопеременных усилениях одинаково хорошо работает в любом направлении, обеспечивая дополнительную прочность соединения на сдвиг и сжатие в зоне КСВЗШ, т.к, последние расположены на одинаковом расстоянии от центра шпонки с радиально-осевой симметрией.Причем сдвиг и сжатие будет происходить по древесине предварительно упрочненной, т.е. обладающей более высокими прочностными и деформированными характеристиками.В результате адгезионной связи КСВЗШ и соединяемых деталей с их предварительной локальной модификацией и уплотнением древесины, постановки вплотную между шпонкой и сердечником внутреннем шайбы и стяжного болта, стык работает как единое целое, компенсируя ослабление соединяемых деталей отверстиями. При этом, в случае передачи усилия с одного элемента на другой под углом или поперек к направлению волокон (например в решетке ферм структурных конструкций и т;д.), прочность и деформативность соединения уменьшается незначительно по сравнению с работой вдоль волокон, а расчет мржет производится по формулам (1 - 3),Это также объясняется влияние локального упрочнения и модификацией стыка в зоне КСВЗШ, т.к, зубья и шипы имеют болеевысокую прочность сцепления при работена сдвиг за счет вдавливания в более прочный материал. Формула изобретенияУзловое соединение стержней деревянных несущих конструкций, включающее стержневые элементы из досок, примыкающие пластями друг к другу, стальной сердечник, стяжные болты с гайками, шпонки в виде стальных пластин с кольцевыми двусторонними гофрами и отверстиями по центру под болт; установленные между примыкающими пластями, желоба на пластях стержней по форме гофра и внешние прижимные шайбы под головки болтов с гайками, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения прочности, надежности и снижения деформативности при действии знакопеременных нагрузок, оно снабжено внутренними шайбами с отверстиями по центру под болты, установленными вплотную к шпонкам с одной стороны, а на другой стороне шпонки выполнены шипы на гребнях гофр и зубья во впадинах, при этом желоба на пластях стержней выполнены с 5 модификацией древесины.1807185 орректор М.Максимиши ктор В.Трубченко оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагари аз 1366ВНИИПИ Госуд Составитель Б.ЛабудТехред М.Моргентал Тираж Подписноеенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 13035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5