Узловое соединение стержней деревянных несущих конструкций Советский патент 1993 года по МПК E04B1/38 

Изобретение относится к области строительства и предназначено для соединения стержней деревянных несущих конструкций, преимущественно пространственных ст(руктурных плит, а также решетчатых стер- жневых систем и других плоскостных конструкций, в том числе монтажных соединений массивных КДК.

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 волнистая

шпонка соединяется на пласти с деревянным элементом посредством водостойкого клея. Далее клеестальную волнистую зубчатую шпонку будет сокращенно называть КСВЗШ.

Таким образом, предлагаемое техническое решение отличается от прототипа тем, что оно снабжено внутренней шайбой с отверстием по центру под болт, установленный вплотную к шпонке за счет поверхности, повторяющей очертание КСВЗШ с одной стороны. С другой стороны шпонка снабжена шипами и зубьями, причем шипы расположены на гребне гофров, а зубья во впадинах с концентрическим расположением последних относительно центра с отверстием под стяжной болт. Деревянные элементы в зоне постановки КСВЗШ имеют предварительно полученные путем прессования и локальной модификации желоба, повторяющие очертания гофрированной (волнистой) поверхности шпонок.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной и смежных областях показывает, что известно применение металлических пластин снабженных зубьями и усиленных в зоне приклеивания стеклотканью (а.с.№ 1028800). Однако пластины имеют гладкий плоский профиль с выштампованными зубьями, отсутствуют шипы, неэффективно локальное упрочнение.

В результате постановки КСВЗШ в предварительно выполненные и усиленные модификацией и прессованием древесины углубления, шпонки работают на сдвиг с равномерным прижимом поперек волокон, передавая усилия с элемента на элемент через зону качественно улучшенной за счет прессования и модификации древесины, а осевые усилия с КСВЗШ на элемент передаются на прилегающие к шпонке продольные волокна древесины, не перерезанные стальной волнистой шпонкой при запрессовке. Установка КСВЗШ на деревянные элементы вогнутостью кромок наружу обеспечивает при создании давления цельностью волокнистой структуры древесины без разрыва 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 - соединительный элемент типа КСВЗШ; на фиг.З- разрез А-А на фиг.2 с тремя вариантами профиля КСВЗШ и внутренними шайбами; на фиг.4 - деревянная деталь с КСВЗШ, вид сбоку; на

фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.4 с внутренней шайбой.

Узловое соединение стержней деревянных несущих конструкций включает стерж5 невые элементы из досок в виде поясов 1 и раскосов 2, с примыкающими пластями 3 друг к другу и сходящимися под различными углами в узел, внутри которого расположен стальной сердечник 4, стяжные болты 5,

0 шпонки (КСВЗШ) 6 в виде стальной пластинки с кольцевыми двухсторонними гофрами 7 и отверстием по центру под болт 8, установленные между примыкающими пластами, желоба 9 на пластях по форме гофров и

5 внешние прижимные шайбы 10 под головкой болта и гайкой. Кроме того оно снабжено внутренней шайбой 11с односторонними кольцевыми гофрами и отверстием по центру под болт, устанавливаемой между

0 деревянными элементами 1, 2 и сердечником 4 вплотную к шпонке 6, и шпонка в свою очередь снабжена зубьями 12 и шипами 13, расположенных соответственно на впади- .нах и гребнях шпонки с радиально-осевой

5 симметрией. При этом пласти деревянных стержней в зоне 14 соединения, где установлены КСВЗШ, усилены путем локальной модификации древесины и подпрессовки волокон материала без разрушения послед0 них, образуя желоба, повторяющие проф- иль КСВЗШ.

Внутренняя шайба 11 выполняется из того же материала, что и КСВЗШ. При этом одна сторона, примыкающая вплотную к

5

шпонке, повторяет очертание ее поверхности, т.е. имеет концентрические гофры или волны. Причем гребни шайбы попадают во впадины шпонки и, наоборот;впадины шайбы соответствуют гребням шпонки, что

0 обеспечивает их плотное с.цепление после объединения в узле с сердечником 4 стяжным болтом 5..

Установка КСВЗШ 11 на концы деревянных деталей 1 и 2 выполняется в следующей

5 последовательности. Из предварительно высушенного, отсортированного и остроганного пиломатериала с соответстветству- ющим расчету сечением, выпиливаются и торцуются определенной Длины заготовки

0 для поясов и раскосов; в них сверлят отверстия для болтов 5, концы деталей подвергают локальной модификации в зоне 14 (с одной или двух сторон в зависимости от количества КСВЗШ). Модифицирование

5 осуществляют известным способом, например, нагнетанием под давлением полимерного состава в поверхностный слой пластей 3 древесины соединяемых элементов. До начала полимеризации выполняется желоба в виде углублений путем создания давления

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 о. направления вектора внешних усилий по отношению к направлению волокон:

,2dui KfKeKa.

(1)

где Та- несущая способность одного среза, кН;

- duj - диаметр шайбы, см;

Kf - коэффициент, учитывающий кривизну поверхности шайбы,

(&

га

здесь п - количество волн в КСВЗШ;

f- стрела полуволны, см;

Ке - коэффициент, учитывающий эксцентриситет;

Ке 1/ 1 + e/dy

(3)

где е - эксцентриситет между внешним усилием и КСВЗШ, см;

К« - коэффициент, учитывающий угол

«.,

Ка 1/1+0,33sin3a(4)

где а - угол между направлением вектора внешних усилий Т« 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

I и 2 передается через боковые внутренние пласти 3 по клеевому шву и зубчатые шипы на шпонки 6. С них на внутреннюю шайбу

II 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-г сины в зоне гофров, предлагаемая конструк- 5 ция 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, пло0 екая. 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 на5 правлении, 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.

0Причем сдвиг и сжатие будет происходить по древесине предварительно упрочненной, т.е. обладающей более высокими прочностными и деформированными характеристиками.

5 В результате адгезионной связи КСВЗШ и соединяемых деталей с их предварительной локальной модификацией и уп- лотнением древесины, постановки вплотную между шпонкой и сердечником

0 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

5 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

0 мржет производится по формулам (1-3).

Это также объясняется влияние локального упрочнения и модификацией стыка в зоне КСВЗШ, т.к. зубья и шипы имеют более высокую прочность сцепления при работе

5 на сдвиг за счет вдавливания в более прочный материал.

Формула изобретения Узловое соединение стержней деревян0 ных 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 дву5 сторонними гофрами и отверстиями по центру под болт, установленные между примыкающими пластями, желоба на пла- стях стержней по форме гофра-и внешние прижимные шайбы под головки болтов с гайками, отличающееся тем, что, с

целью повышения прочности, надежности иную к шпонкам с одной стороны, а на другой

снижения деформативности при действиистороне шпонки выполнены шипы на гребзнакопеременных нагрузок, оно снабженонях гофр и зубья во впадинах, при этом

внутренними шайбами с отверстиями пожелоба на пластях стержней выполнены с

центру под болты, установленными вплот-5 модификацией древесины.

Использование: в соединении стержней деревянных несущих конструкций, преимущественно пространственных структурных плит, а также решетчатых стержней систем 2 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 плаетями друг к другу и сходящиеся под различными углам.и 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 плаетями, желоба на пластах 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 пласти деревянных стержней в зоне соединения могут быть выполнены с модификацией древесины. 5 ил..

фиг. i

280j}/at

8

Фиг.З

фиг.4