ответы деревянные консрукции. 1. Области рационального применения Деревянные конструкции

• Название: 1. Области рационального применения Деревянные конструкции
• Анкор: ответы деревянные консрукции.docx
• Дата: 13.05.2017
• Размер: 358.92 Kb.
• Имя файла: ответы деревянные консрукции.docx
• Тип: Документы; #7513
• страница: 3 из 9

10. Длительное сопротивление древесины

Древесина реанонный материал (ей присуще реалогические свойства) – зависимость прочностных и упругих характеристик от режима напряжений и длительного действия нагрузки.

При быстром загружении или кратковременном действии нагрузки древесина деформируется упруго и показывает наибольший предел прочности. При медленном возрастании нагрузки и длительном ее действии, в древесине развиваются неупругие деформации, а разрушения происходят при меньшем напряжении чем при кратковременном напряжении.

Деформации древесины подразделяют на три вида:

1)на упругие деформации; 2) эластические; 3) остаточные.

Упругие и эластические деформации обратимы, а остаточные нет. прочностные характеристики древесины получают испытанием стандартных образцов:

Кривая длительного сопротивления.



σ_кр – кратковременно сопротивление

σ_дл – предельное длительное сопротивление

m_дл – коэф длительного сопротивления

τ – время,с

Если τ ≥30 лет, то m_дл =0,53.

При напряжении меньше σ_дл древесина не разрушается, поэтому σ_дл считается действительной прочностью древесины не зависимо от режима загружения.

При проектировании влияния длительной нагрузки учитывают коэф условия работы. При нагрузке меньшей продолжительности (ветровая 1,1; сейсмическая 1,4).

При загружении постоянными и длительными нагрузками используют коэф m_д=0,8.

11. Основы расчета элементов конструкций цельного сечения по предельным состояниям

Базовой характеристикой в расчетах прочности деревянных конструкций служит нормативное сопротивление определяемое в результате стандартных испытаний с обеспеченностью 0,95.
- коэф надежности материала учитывающий большую обеспеченность

Непосредственно в расчетах используется расчетное сопротивление древесины имеющее обеспеченность 0,99.

При нормировании расчетных сопротивлений для разных сортов пиломатериалов испытания производят на образцах с максимально допустимыми для данного сорта пороками.

- базовый коэф длительного сопротивления=0,66. Принятый для конструкции нагрузок собственный вес + снег, длительностью примерно 2 месяца. Отклонения условий работы от нормальных учитывается в расчетах коэф надежности по условию работы:

- коэф условия работы для отклонения влажности и температуры;

- вводится в расчетах на длительную нагрузку и в расчетах на комбинацию нагрузок содержащих кратковременные нагрузки;

- учитывают концентрацию напряжения возле ослабления (возле отверстия 0,8), - для элементов подвергнутых глубокой пропитке антисептиками =0,9;- коэф условий работы дощатоклееных конструкций; первый вводится при больших размерах поперечного сечения (высота более 50см), второй учитывает повышение надежности элементов склеенных из более тонких слоев по сравнению с основным рекомендуемым слоем 33мм, третий учитывает начальные напряжения в слоях гнутоклееных конструкций, принимается в зависимости от радиуса гнутья и толщины доски (радиус гнутья не менее 150 толщин доски);

- переходный коэф к древесинам других пород, чем сосна или ель.

12. Центральное растяжение

Деревянные элементы, работающие на центральное растяжение, рассчитывают по наиболее ослабленному сечению. σ_р =N/A_нт ≤ R_рm₀

Коэффициент m_о=0,8 учитывает концентрацию напряжений, которая возникает в местах ослаблений. А_нт– площадь сечения за вычетом ослаблений. При вычислении А_нт ослабление расположенные на участке длиной до 20см принимаются совмещенными в одном сечении. N - расчетная растягивающая сила.

Растяжение с изгибом.

В растянуто-изгибаемых элементов кроме изгибающего момента действуют центрально приложенное усилие, которое растягивает стержень, т.е. направленно в сторону по сравнению со сжато-изгибаемым элементом. Поэтому после прогиба стержня вызванного изгибающим моментом, нормальное усилие будет создавать дополнительный момент противоположного знака и таким образом уменьшать основной момент. Т.к. на деревянные элементы при растяжении сильно влияют пороки древесины, снижая их прочность, то растянуто-изгибаемые элементы рассчитывают в запас прочности без учета дополнительного момента от продольных сил при деформации стержня по формуле:


13. Центральное сжатие

1. Расчет прочности коротких элементов он выполняется если длина элемента не превышает 7 минимальных размеров поперечного сечения: . При вычислении площади нетто в отличие от центрального растяжения ослабление в одно сечении не совмещают.

2. Расчет устойчивости гибких элементов он выполняется если длина элемента превышает 7 минимальным размеров поперечного сечения. φ – коэф продольного изгиба; А_расч – расчетная площадь сечения, принимают равным площади брутто при отсутствии ослабления, а также при ослаблении не входящим за кромки, если площадь не превышает 25% площади сечения., если площадь таких ослаблений > 25%,

при симметричном ослаблении, выходящем на кромки

- при упругой работе материала
А=3000 для древесины

А=2500 для фанеры

а=0,8 древ

а=1 фанера
, если ; , если

, l₀ – расчетная длина, i – радиус инерции, μ₀ – коэф учета условия закрепления элемента по концам (отношение длины полуволны к геометрической длине элемента).- для прямоугольного сечения, 0,25d – для круглого сечения.

Для элементов переменного по длине сечения расчет производится по той же формуле, но коэф φ дополнительно умножается на коэф к_жw – учитывающий изменение жесткости по длине элемента.



Площадь сечения А_расч и коэф φ вычисляются для сечения с максимальными размерами.

14. Расчет на поперечный изгиб

Изгибаемые элементы рассчитывают по первому и второму предельным состояниям, или иначе на прочность и жесткость. В расчете по первому предельному состоянию используют расчетную нагрузку, а при определении прогиба нормативную нагрузку, т. е. без учета коэффициента перегрузки.

Проверка прочности нормальных сечений на действие изгибаемого момента:



Проверка на скалывание при изгибе по формуле Журавского:

b – ширина элемента в котором проверяют касательные напряжения

В соответствии с формулой Журавского:



Проверка устойчивости плоской формы деформирования:

φ_м – коэф устойчивости при изгибе

φ_м=140b²к_ф/(l_ph)

l_p – расстояние между точками раскрепления сжатой кромки изгибаемого элемента

к_ф – коэф учета формы эпюры изгибающих моментов на рассматриваемом участке длиной l_p

Для параболической эпюры к_ф=1,13.

Устойчивость считается обеспеченной если выполняется условие: l_p≤140b²/hm_б

Проверка жесткости:



f_и – предельно допустимые значения прогиба

f₀ – это прогиб условного элемента с постоянным сечением равным наибольшему сечению рассчитываемой конструкции от действия изгибающих моментов.


к₁ – по справочнику

к – коэф учета переменности сечения рассчитываемой конструкции

с – коэф учитывающий влияние касательных напряжений на прогиб балки

Расчет на косой изгиб →15. Сжатие с изгибом

Расчет на сжатии с изгибом производится по деформированной схеме (геометрически не линейный расчет) т.к. из-за низкого модуля упругости древесины нельзя пренебречь изгибными деформациями, в следствии чего продольная сила в расчетном сечении получает эксцентриситет и момент возрастает.



М_Д – изгибающий момент вычисленный по деформированной схеме с учетом доли привносимой продольной силой

ξ- учитывает долю момента от продольной силы



Проверка устойчивости:



φ_у – коэф продольного изгиба из плоскости деформации

n=1 если растянутая кромка раскреплена

n=2 если не раскреплена

Растяжение с изгибом:

17. Расчет сжато-изгибаемых элементов

Метод расчета сжато-изгибаемых элементов составного сечения на податливых связях остается таким же, как и элементов цельного сечения, но в формулах дополнительно учитывается податливость связей.

При расчете в плоскости изгиба составной элемент испытывает сложное сопротивление и податливость связей учитывают дважды:

1) введением коэффициента k_wтакого же как при расчете составных элементов на поперечный изгиб;

2) вычислением коэффициента ξ с учетом приведенной гибкости элемента.

Нормальные напряжения определяют по формуле:

где

Прогиб в общем виде:



При определении количества связей, которое надо поставить на участке от опоры до сечения с максимальным моментом, учитывают возрастание поперечной силы при сжато-изгибаемом элементе

п_с =1,5 M_maxS/IT_cξ.

В стержнях с короткими прокладками помимо общего расчета стержня необходима еще проверка наиболее напряженных ветвей как сжато-изгибаемых стержней по формуле



где φ_в — коэффициент продольного изгиба для отдельной ветви, вычисленной по ее расчетной длине; F_бр, W_бр — площадь и момент сопротивления (брутто) поперечного сечения всего стержня; М_д= М_q/ξ— изгибающий момент от нагрузок, определяемый из расчета по деформированной схеме.

Сжато-изгибаемые элементы рассчитывают из плоскости изгиба приближенно без учета изгибающего момента, т.е. как центрально-сжатые составные стержни и, кроме того, проверяют на устойчивость плоской формы деформирования.

19. Лобовая врубка

Врубкой называют соединение, в котором усилие элемента, работающего на сжатие, передается другому элементу непосредственно без вкладышей или иных рабочих связей. За этим видом соединения сохранилось старое название «врубка», хотя в настоящее время врезки и гнезда выполняют не топором, а электро- или мотопилой, цепнодолбежником и т. п.

Основной областью применения врубок являются узловые соединения в брусчатых и бревенчатых фермах, в том числе в опорных узлах примыкания сжатого верхнего пояса к растянутому нижнему поясу.

Соединяемые врубкой элементы деревянных конструкций (д.к.) должны быть скреплены вспомогательными связями — болтами, хомутами, скобами и т. п., которые следует рассчитывать в основном на монтажные нагрузки. Лобовая врубка может утратить несущую способность при достижении одного из трех предельных состояний: 1) по смятию площадки упора F_смα ; 2) по скалыванию площадки F_CK; 3) по разрыву ослабленного врубкой нижнего пояса.

Площадь смятия определяют глубиной врубки h_BP, которая ограничивается нормами h_вр≤h_бр/3, где h_бр— высота растянутого элемента. При этом несущая способность врубки из условия разрыва растянутого элемента в ослабленном сечении при правильном центрировании узла всегда обеспечивается с избыточным запасом прочности. Решающее значение имеет как правило несущая способность врубки, исходя из условий скалывания.

Согласно СНиП П-25-80, лобовую врубку на скалывание рассчитывают определением среднего по длине площадки скалывания напряжения сдвига по формуле^

где R_ck— расчетное сопротивление древесины скалыванию для максимального напряжения; l_cк — расчетная длина плоскости скалывания, принимается не более 10 глубин врезки в элемент; е — плечо сил сдвига, принимаемое 0,5h при расчете элементов с несимметричной врезкой в соединениях без зазора между элементами и 0,25h при расчете симметрично загружаемых элементов с симметричной врезкой; β — коэффициент, принимаемый 0,25. Отношение l_ск/е должно быть не менее 3.

Однако выполненный анализ сложного напряженного состояния, возникающего по плоскости скалывания¹, показал, что вышеприведенная формула СНиП П-25-80 приемлема только для угла а=45°. А для угла а=30°, при котором несущая способность врубки повышается, формула СНиП не верна и должна быть заменена другой:



В результате анализа установлено, что с увеличением глубины врубки h_вр при постоянной длине плоскости* скалывания l_ск снижается коэффициент концентрации напряжений сдвига и уменьшаются напряжения сжатия поперек волокон в начале плоскости скалывания. Выявлена зависимость коэффициента концентрации напряжений сдвига t_max/t_cpeдот отношения l_ск/е и от угла смятия α.

1) чем больше отношение длины плоскости скалывания к е, тем больше коэффициент концентрации напряжений сдвига;

2) чем меньше угол α, тем меньше коэффициент концентрации напряжений сдвига;

3) чем больше нормальная к плоскости сдвига составляющая, тем выше значение концентрации напряжений сдвига.

При этом необходимо отметить, что нормальные к плоскости сдвига напряжения сжатия поперек волокон повышают сопротивление скалыванию вдоль волокон.

20. Соединения на шпонках и шайбах шпоночного типа

Шпонки — это вкладыши из твердых пород древесины, стали или из пластмасс, которые устанавливаются между сплачиваемыми элементами и препятствуют сдвигу. Для сплачивания деревянных элементов издавна применялись призматические шпонки из твердых пород древесины. Различают призматические деревянные продольные шпонки, когда направления волокон древесины шпонок и соединяемых элементов совпадают, и поперечные, когда направление волокон в шпонках перпендикулярно к направлению волокон соединяемых элементов. Во втором случае для обеспечения более плотной посадки шпонок они могут быть выполнены из двух клиновидных элементов.

Призматические шпонки, передавая от одного элемента другому сдвигающие силы, работают на смятие и скалывание. По надежности из деревянных призматических шпонок следует выделить наклонные шпонки. Отличительный признак шпонок — появление опрокидывающего шпонку момента и как результат этого возникновение распора между соединяемыми элементами.

Для восприятия распора необходимо устанавливать рабочие связи — стяжные болты. Во избежание чрезмерной деформативности шпоночных соединений, а также для уменьшения количества стяжных болтов, длину шпонки по нормам принимают не менее l_шп>5h_вр. Глубину врезки шпонок в брусья следует принимать не менее 2 см и не более 1/5 высоты бруса, а бревна — не менее 3 см и не более 1/4 диаметра бревна.

В настоящее время в зарубежной практике строительства нашли широкое применение тавровые металлические шпонки. Они занимают промежуточное положение между шпонками и пластинчатыми нагелями. Несомненным их преимуществом является простота сборки, упрощенное изготовление гнезда небольшого размера и возможность в связи с этим расположения большего количества шпонок без снижения несущей способности деревянных элементов на скалывание.

Соединения на зубчатых шпонках характеризуются высокой несущей способностью и вязкостью. Зубчатые шпонки вдавливают в тело древесины ударным способом или специальными зажимами. К недостаткам соединений на зубчатых шпонках относится образование трещин в сопрягаемых элементах, а также уменьшение несущей способности из-за неравномерности запрессовки шпонок в многорядовых соединениях. Вследствие этого количество зубчатых шпонок в одном ряду ограничивается десятью.

Металлические шпонки, расположенные внутри деревянных элементов, не требуют в обычных условиях антикоррозионной защиты. При использовании шпоночных соединений в условиях повышенной химической агрессивности окружающей среды применяют антикоррозионное покрытие металлических шпонок, чаще оцинкование.