Расчет балок на пластинчатых нагелях

Содержание

 

1. Балки на пластинчатых нагелях.

2. Уточненный расчет балок на пластинчатых нагелях.

3. Пример расчета балки на пластинчатых нагелях.

Список литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Балки на пластинчатых нагелях.

 

Балки на пластинчатых нагелях  являются индустриальными конструкциями. Они характеризуются большой  жесткостью по сравнению с составными брусчатыми балками на шпонках, отсутствием  распора соединений (между брусьями), восприятие которого в шпоночных  балках связано с дополнительными  деформациями балок и дополнительным прогибом.

Составные балки на пластинчатых нагелях (пластинках) и реже на деревянных призматических шпонках и колодках применяются в качестве открытых прогонов покрытий и междуэтажных перекрытий.  Балки на пластинчатых нагелях, кроме  того, широко применяются в качестве верхних поясов сборных металлодеревянных  ферм и поясов трехшарнирных арок.

 Балки на пластинках  могут сплачиваться из двух  или трех цельных по длине  брусьев, плотно прилегающих один  к другому и соединяемых по  швам при помощи дубовых (или  березовых) пластинок. Волокна  древесины пластинок должны быть  перпендикулярны к плоскости  сплачивания. Выборка гнезд и  постановка пластинок должны  производиться после совместного  выгиба брусьев балки; гнезда  для пластинок выбираются цепнодолбежным  станком. Балки на шпонках и  колодках могут быть осуществлены  из двух или трех бревен  или обзольных брусьев.

 

 

2. Уточненный расчет балок на пластинчатых нагелях.

 

Сказывается существенное влияние  и податливость связей на увеличение кривизны, прямоугольные эпюры превращаются в трапецевидные, все более приближающиеся к треугольным. В стадии предельного  нагружения, непосредственно предшествующей разрушению балки, нарастающие значения сдвига в напряженных участках шва  и пластических деформаций в связях и в перенапряженной древесине сжатой зоны почти упраздняют влияние начального строительного выгиба балки. Поэтому СНиП требуют расчета составных балок не по стадии, а по IV, предельной стадии работы составных деревянных балок. Величину начального конструктивного строительного подъема (производственного выгиба на станке) при заготовке балок Деревягина назначают равной прогибу балки. Определяемому с учетом пониженного значения Димента инерции балки на податливых связях по сравнению с моментом инерции монолитной (цельной) балки.

Точный метод расчета  составных деревянных конструкций  на податливых связях, разработанный  советскими учеными, представляет существенные сложности в практическом применении. В обычных условиях работы балок  Деревягина в покрытиях и других частях зданий, несущих равномерно распределенную нагрузку, практически  достаточную точность обеспечивает вышеприведенный метод расчета  по СНиП. Однако в некоторых случаях использования балок Деревягина под сосредоточенные или полосовые нагрузки (например, в виде мостовых прогонов), неприменим приближенный метод расчета и требуется уточненный расчет. Ниже приведен доступный и вместе с тем достаточно точный для основных случаев строительной практики уточненный метод расчета балок Деревягина.

Расчет составных балок  Деревягина сводится к подбору сечения  элементов балки, определению числа  пластинок и вычислению величины строительного подъема.

 Проверка на прогиб  составной балки ведется с  учетом снижения момента инерции  поперечного сечения. При этом  коэффициент снижения  к моменту  инерции принимается по таблице.  Количество пластинок на полупролете  балки определяется по формуле.

 Если полученное число  пластинок не размещается в  шве, то сечение составной балки  следует увеличить и весь расчет  следует сделать вновь.

 При изготовлении балок  Деревягина требуется тщательно  отбирать лесоматериал с учетом  вида работы элементов. Для  нижних растянутых брусьев рекомендуется  использовать лесоматериал первой  категории, а для верхних сжатых  — второй. При изготовлении балок  из трех брусьев для средних  брусьев разрешается применять  лесоматериал третьей категории  (при обязательном ограничении  глубин горизонтальных трещин  в одном сечении, суммарная  глубина которых не должна  быть больше  1/3 ширины бруса  b). Пластинчатые нагели делаются  из древесины с влажностью  не более 15%.

 Сборка составных балок  Деревягина производится на специальном  станке, приспособленном для изготовления  одновременно двух балок и  состоящем из средника с прикрепленными  к нему короткими прокладками  с двумя хомутами. До забивки  пластинок балкам придается строительный  подъем. Плотность швов в брусьях  обеспечивается установкой дополнительных  струбцинок. Дальше, после разметки  гнезд, производится долбление  их цепным электродолбежником, с  последующей установкой пластинок  в гнездах легким ударом деревянного  молотка.

 При глухих гнездах  обе балки вместе со средником  переворачиваются, и весь процесс  установки пластинок повторяется.

 После установки всех  пластинок хомуты освобождаются,  готовые балки вынимаются из  станка, а на концах их ставится  по одному стяжному болту.

 Рассмотренный выше  механизированный способ выбирания  гнезд, при тщательной заготовке  самих пластинок, автоматически  обеспечивает плотность их установки  как во время транспортировки,  так и в процессе эксплуатации  балок.

Рис. 1 Метод расчета соединений на пластинчатых нагелях

 

Пластинчатые нагели, имеющие  форму прямоугольных пластинок, бывают деревянные или металлические. В строительстве получили распространение  дубовые пластинчатые нагели (пластинки  Деревягина), применяемые для соединения брусьев в составных балках.

Металлические пластинчатые нагели применялись в отдельных  случаях также для соединения элементов составных балок в  виде пластинок, закладываемых в  заранее пропиленные гнезда, или  же в виде отточенных по одному краю «пластинчатых гвоздей», забиваемых непосредственно в цельную древесину.

Пластинчатые нагели всех видов заглубляются в оба соединяемых  элемента на одну и ту же глубину  а = 0,5 /пл, где /пл - длина пластинчатого  нагеля в направлении, перпендикулярному  шву. Ширина пластинчатого нагеля может  быть меньше ширины соединяемых элементов  или равна ей. Толщиной пластинчатого  нагеля является размер спл в направлении  действия сил сдвига.

Пластинчатые нагели рассчитываются на основе общих предпосылок расчета  соединений на нагелях), с учетом упруго-пластической работы материалов на смятие и изгиб  в предельном состоянии. Величина см для деревянных пластинчатых нагелей  представляет собой сопротивление  нагеля смятию поперек волокон, для  металлических нагелей - сопротивление  гнезда смятию вдоль волокон.

Наибольшая возможная  несущая способность нагеля из условия  полного использования сопротивлений  смятию и изгибу определится на основании  тех же соображений, что и в  случае цилиндрических нагелей. Предельный изгибающий момент в нагеле:

Зависимость предельного  усилия на нагель от величины его заглубления  а выражается прямолинейной диаграммой. Дополнительным фактором, ограничивающим несущую способность соединений при малом относительном расстоянии между пластинчатыми нагелями, является скалывание элементов на участках между  нагелями.

 

 

 

 

3. Пример расчета балки  на пластинчатых нагелях.

 

Расчет составных балок на пластинчатых нагелях сводится к трем этапам: подбору сечения элементов балки, определению числа пластинок  и величины строительного подъема. Однако в настоящее время такие  балки ввиду многодельности применяют  редко.

 Брусчатые и бревенчатые  составные балки рассчитываются  на прочность и прогиб в  соответствии с указаниями. Коэффициент  условий работы на изгиб та  при расчете составных балок  принимается: для балок на пластинчатых  нагелях пролетом 4 м и более  из двух элементов равным 0,9;, из  трех элементов — 0,8; пролетом  от 4 до 2    м — 0,7; для балок  на деревянных призматических  шпонках и колодках из двух  и трех элементов равным 0,8.

Коэффициент условий работы для балок, составленных из брусьев  с размерами сторон сечения 15 см и более или из бревен (имеющих  в данном случае врезки в расчетных  сечениях), определяется как произведение указанных выше коэффициентов для  соответствующих составных балок  на коэффициент 1,15 для брусьев.

 Прогиб брусчатых и  бревенчатых составных балок  как со строительным подъемом, так и без него, определяется  по правилам для цельных балок  такого же поперечного сечения,  но с введением поправочного  коэффициента к моменту инерции  поперечного сечения балки. Поправочный  коэффициент к моменту инерции  поперечного сечения балок на  пластинчатых нагелях.

Требуется спроектировать и  рассчитать балку составного сечения  из брусьев на пластинчатых нагелях, предназначенную в качестве несущей  конструкции односкатного покрытия сельскохозяйственного здания. Пролет балки I — 6 м. Расстояние между балками В = 5 м. Стены здания кирпичные; покрытие — теплое; кровля — рубероидная. Вес 1 мг горизонтальной проекции покрытия без утеплителя g\ = 30 кг/м²ш, вес утеплителя g? = 70 кг/м2.

РЕШЕНИЕ

Для рубероидной кровли принимаем  уклон ската покрытия

i = 0,l, при этом угол  наклона ската а = 6° и cos а = cos.6° = 0,995. Согласно СНиП П-Б.1, § 4, нормативная снеговая нагрузка, при угле наклона ската кровли

 а = 6° < [25°] будет Рс— рс ~ 100 – 1 = 100 кг на 1 м² горизонтальной проекции покрытия.

Ветер на крышу для заданного  односкатного профиля с углом  наклона ската а = 6° < [30°] положительного давления не производит.

Принимая коэффициент  собственного веса bс.а = 8, приближенно определяем собственный вес балки по формуле

gi + gs -l- Рс = 30+ 70 + 1C0_11 (jW) (S.6 = 10 кг на 1 ж² горизонтальной проекции).

При заданном расстоянии между балками В = 5 м нагрузка на 1 пог. м балки:

нормативная <?н = (gi + ё2 + gc.„ + Рс)В = ( 30 + 70 + 10 + 100) ·5 = 1 050 кг /.и;

расчетная

Я = [(ffi 4 go) п² + g2 я, + PQ псJ В,- [(30 + 10) · 1,1 + 70-1,2+ 100-1,4] 5= 1340 кг/м,

где «1, п² и пс — коэффициенты перегрузки соответственно: собственного веса покрытия, веса утеплителя и снега.

Расчетный изгибающий момент.

М = ~ = 1· 34 ‘6 =» 6 030 кгм — 603 000 кг/см .

Ввиду большой погонной нагрузки — q ~ 1 340 кг/м — предполагаем иметь балку составного сечения из трех брусьев. Тогда, согласно НиТУ 122-55, п. 44, для заданного пролета /=6 м > [4 м] коэффициент условий работы на изгиб имеет значение mi = 0,8.

Принимая для балки брусья прямоугольного сечения bxh = 15х15 см с общей высотой сечения h=3hi = 3 х 15 = 45 см и с — = — = 3 < [3,5], согласно тому же п. 44 НиТУ, необходимо учесть другой коэффициент условий работы — та= 1,15.

Общий коэффициент условий работы на изгиб для такой балки, по НиТУ 122-55, п. 116, будет та = т, т., = 0,8-1,15 = 0,92.

Прочность принятого сечения балки  проверяем по формуле 

М <maRaWm, где Rn = 130 иг/см²-, 1^ = 1^5^5 062 см/К.

Подставляя эти значения, получаем:

603 000 < 0,92-130 • 5 062 = 605 500 кг/ем.

2.

Брусья балки соединяем дубовыми пластинчатыми нагелями (пластиками), размеры которых принимаем в  соответствии с п. 94 НиТУ 122-55: толщина  пластинки £ = 1,2 см; длина вдоль  волокон пластинки 1пя = 5,4 см.

Ввиду того что сплачиваемые брусья имеют ширину b = 15 см, пластинки принимаем сквозными, с глубиной врезки в каждый брус Лир y + 0.1 см = + 0*1 == 2’8 см < ^ = Y = 3 см.

Расчетную несущую способность  одного пластинчатого нагеля, согласно НиТУ 122-55, п. 95, определяем по формуле 

Т = 14 /11 = 14 -5,4-15 = 1 135 кг;

в нашем случае ширина сквозного  пластинчатого нагеля равна ширине бруса, т. с. £>пл = b = 15 см.

Ввиду того что заданная нагрузка является равномерно распределенной и  симметричной относительно середины пролета, в каждом шве на среднем участке  балки протяжением 0,2/ = 0,2 • 600 = 120 см пластинки не ставим.

Балкам составного сечения на пластинчатых нагелях придается строительный подъем (п. 115 НиТУ 122-55). Стрела строительного  подъема, т. е. величина выгиба каждого  бруса при изготовлении балки (без  учета последующего выпрямления  балки), принимается равной величине прогиба составной балки под  расчетной нагрузкой с введением  поправочного коэффициента к моменту  инерции поперечного сечения  балки, учитывающего влияние сдвигов  в швах.