Шмігель Р.В.

Луцький національний технічний університет

Дослідження роботи клеєметалевих з’єднань елементів дерев’яних конструкцій

З’єднання є одними з найбільш відповідальних частин дерев’яних конструкцій тому, що для їх виготовлення у елементах часто роблять отвори та врізи, які послаблюють поперечні перерізи і при цьому виникає концентрація напружень. Руйнування конструкцій, як правило, відбувається в місцях з’єднання окремих елементів. Тому таким частинам конструкцій потрібно приділити особливу увагу у розрахунку і конструюванні. Особливо це стосується елементів які працюють на розтяг і сколювання. Основними способами з’єднань таких елементів є нагельні та клеєві з’єднання.

Нагельні з’єднання можна виготовляти як в заводських умовах так і на будівельному майданчику з деревини будь-якої вологості, але недоліком є ослаблення поперечних перерізів та концентрація напружень у місцях безпосереднього з’єднання конструкцій, їх піддатливість.

В клеєних з’єднаннях неможливі і нема ослаблень поперечних перерізів. Такі з’єднання можна вважати монолітними (суцільними), так як вони є не менш міцними ніж реальна деревина. Також перевагою клеєвих з’єднань є те, що вони надають можливість з дошок обмежених розмірами перерізу і довжини виготовляти дощатоклеєні елементи несучих конструкцій практично будь-яких розмірів і форм. Клеєві з’єднання є водостійкими. Недоліком таких з’єднань є те, що їх виготовлення повинно проходити в заводських умовах при наявності пресового обладнання, що впливає на загальну вартість конструкції. Руйнування таких з’єднань проходить миттєво.

Застосування саморізів при виготовленні клеєметалевих з’єднань дає змогу проводити запресування без спеціального обладнання і запобігає миттєвому руйнуванню з’єднання.

Для дослідження роботи таких з’єднань були використані дослідні зразки з різними типами з’єднань окремих дошок, а саме: клеєве з’єднання, нагельне (за допомогою саморізів) та комбіноване (за допомогою саморізів та клею).

В даних випробуваннях були використані наступні матеріали: дерев’яні зразки, які виготовлені за типорозмірами, які показані на рис.1, з прямошарової деревини сосни без особливих вад. Перед випробуванням лісоматеріал пройшов витримування в приміщені при температурі t = 20 ± 2С і відносній вологості повітря W = 65±5%, доки її вологість не знизилася до 10%. Саморізи виготовлені із сталі, поверхня фотосфатована на чорний колір. Вістря саморіза гостре. Потайна головка з нарізкою Phillips№ 2. Довжина саморіза 90мм, зовнішній діаметр 3,5мм. Використаний дисперсний монтажний клей на основі полівінилацетату (ПВА) для твердої і м’якої деревини торгової марки “Jowat”.

Зразок на нагелях з’єднується за допомогою 8 саморізів з обох сторін так як це показано на рис.1. Клеєний зразок з’єднується за допомогою клею ПВА, який наноситься тонким шаром на поверхні дотику дощок, після чого зразок поміщається під прес на 24 години. Клеєметалевий зразок з’єднують за допомогою клею без пресового обладнання, так як роль пресу в цьому випадку виконують саморізи.

Дослід проводиться в лабораторії за допомогою пресу та проходить за таким порядком: дослідний зразок встановлюється на стенді для випробування; навантаження на зразок передається від гідравлічного домкрата і контролюється пружним динамометром. Для вимірювання деформації зсуву дошок одна відносно одної для зразків нагельного з’єднання встановлюють індикатор, головка якого впирається в дерев’яну поличку, яка закріплена до зовнішніх дошок. На шві для контролю наклеюють смужку паперу з міліметровою розміткою, яку після висихання розрізують лезом безпечної бритви по шву зразка (рис.2).

Безпосередньо перед початком випробувань з точністю до 0,5мм вимірюються товщини дошок і діаметри нагелів та визначається несуча здатність нагельного і клеєного з’єднання, згідно з [1]:

1) нагельне з’єднання

де Т_min - мінімальна несуча здатність нагеля на один зріз в кН,

що визначається із виразу:

;

;

;

а - середнє арифметичне товщини крайніх елементів зразка з

врахуванням довжини защемлення цвяха, (см):

с- товщина середнього елемента, с=3,5 см;

d - діаметр нагеля; d = 0,35см;

n - кількість нагелів у зразку n = 8;

m - кількість зрізів одного нагеля m = 2.

2) клеєве з’єднання

;

Рис. 1. Схема випробовуваних клеєметалевих зразків

Таблиця.1. Показники залежності деформацій зсуву від навантаження зразка з нагельним з’єднанням

N, кН	S, мм	N, кН	S, мм	N, кН	S, мм
2	0,01	10	0,93	18	4,33
3	0,03	11	1,16	19	4,57
4	0,07	12	1,52	20	5
5	0,14	13	2	21	5,4
6	0,22	14	2,51	22	5,6
7	0,33	15	3,1	23	5,9
8	0,45	16	3,52	24	6,33
9	0,69	17	3,94	25	6,76

Руйнівне навантаження N_max = 33 кН.

Рис.2. Графік залежності деформацій від навантаження нагельного з’єднання

Індикатор

Рис.3. Випробовування зразка на саморізах (початкове положення)

Рис.4. Зразок на нагельному з’єднанні після випробування (відбулося зміщення однієї дошки відносно інших, про що і свідчить паперова смужка з міліметровими позначками)

Зразок на клеєному з’єднанні зруйнувався миттєво, після досягнення його руйнівного навантаження, яке дорівнювало N_max = 70,5 кН (рис.5)

Рис.5. Клеєний зразок після випробування

Випробування клеєметалевого зразка показало наступні результати: руйнування клейового шару наступає при N = 57 кН і зміщення дощок одна відносно одної досягає одного міліметра, але за рахунок роботи саморізів зразок певний час ще витримує тимчасове навантаження N = 33 кН, після чого досягає критичного руйнування. Розрахункове навантаження клеєного шва, яке пораховане вище, менше ніж руйнівне, що доводить достатню міцність запресування зразка лише за допомогою саморізів.

Дані дослідження показали доцільність застосування клеєметалевих з’єднань і ефективність їх полягає у наступному:

· відсутність послаблень поперечного перерізу, порівняно з клеєболтовим з’єднанням;

· нема миттєвого руйнування конструкцій (порівняно із клеєним з’єднанням);

· відсутність піддатливості з’єднань;

· такі з’єднання демонструють вагому перевагу перед з’єднаннями на цвяхах, так як саморізи, на відміну від цвяхів, не “висмикуються” із конструкції;

· нема необхідності застосовувати пресове обладнання, тому їх можна виготовляти безпосередньо на будівельному майданчику, що значно знижує енергозатрати, та кошторисну вартість усієї конструкції.

Такі з’єднання доцільно застосовувати при виготовлені невеликої кількості дощатоклеєних конструкцій (балок, арок, ферм) на звичайних деревообробних комбінатах або будівельних майданчиках.

Рис.6. Клеєметалевий зразок після випробовування

Література:

1. СНиП ІІ-25-80. Деревянные конструкции.-М.,1982.

2. Зубарев Г. Н. Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. Пособие.-М.:Высшая школа,1990.

3. Кормаков И. К. Проектирование клееных деревянных конструкций – Киев: Будівельник, 1983.-152с.