АНАЛИЗ НЕДОСТАТКОВ СОЕДИНЕНИЙ НА ШАЙБАХ И ШПОНКАХ

АНАЛИЗ НЕДОСТАТКОВ СОЕДИНЕНИЙ НА ШАЙБАХ И ШПОНКАХ

Арискин М.В., Кислякова Е.С.

В практике часто применяются плоские двухпоясные конструкции решетчатого типа (фермы, арки, рамы), а также пространственные стержневые конструкции в виде структур, куполов, складок, сетчатых сводов, оболочек и т. д. Как правило, они состоят из набора стержневых элементов, работающих в условиях одноосного сжатия, растяжения и изгиба. Конструкции такого типа позволяют реализовывать разнообразные и часто более выразительные формы зданий, то есть отвечают современным архитектурным направлениям, таким как High-Tech, постмодернизм и деконструктивизм, заимствование природных форм. К деревянным конструкциям, кроме общеизвестным требованиям (низкая материалоемкость и трудоемкость, равнопрочность с основным сечением, огнестойкость, надежность и т.д.), все чаще предъявляются эстетические требования, например, скрытость крепежных деталей в толще соединяемых элементов. Последнее требование является обязательным при ремонте и усилении деревянных конструкций исторических зданий, где должен соблюдаться принцип идентичности.

К существующим недостаткам соединений на шайбах, впресованых в древесину, относятся необходимость иметь специальное оборудование для запрессовки шайб, растрескивание, опасность скалывания древесины (даже до приложения внешних усилий уже при запрессовке) и ограниченная несущая способность.

Клеестальная шайба, с одной стороны, проще и по форме, и по условиям изготовления, но её несущая способность ограничена даже при качественном изготовлении соединения работой древесины на скалывание в пределах площади шайбы. Скалывание же с одной стороны является опасной и хрупкой работой древесины, снижающей эксплуатационную надежность конструкции. С другой стороны, клеестальные шайбы изготавливаются в виде пластин прямоугольной формы, что приводит к возникновению отрывающих напряжений во всех угловых частях пластины (для восприятия которых ставятся дополнительные шурупы), и несущая способность клеестальной шайбы определяется только работой клеевого шва на скалывание.

Все недостатки указанных видов соединений могут быть значительно устранены путем применения клееных соединений, отличающихся монолитностью и повышенной несущей способностью. Но и клеевые соединения не лишены, в свою очередь, недостатков, а именно: высокая стоимость клеев, необходимость наличия специальных технологических линий (заводов) по изготовлению клееных конструкций. К тому же, работы по склеиванию можно производить только в заводских условиях, а строительное производство во многих случаях требует выполнения соединений на строительной площадке, сборно-разборных операций по укрупнительной сборке и монтажу элементов конструкций. В таких случаях требуется соединение с механическими рабочими связями.

Учитывая опыт исследователей, дано предложение по разработке соединения деревянных конструкций, которое основано на достоинствах совместной работы металлических шайб и шпонок в сочетании с монолитностью клееной композиции.

Суть совершенствования соединения заключается в следующем: гнездо под шайбу может быть выбрано слегка увеличенных размеров, что позволяет осуществлять свободную укладку в него металлической шайбы, а образовавшееся «лишнее» пространство в гнезде заполняется полимерной композицией, которую вводят в гнездо перед укладкой шайбы. После отвердения клеевой композиции шайба надежно вклеивается в древесину, что позволяет ей сразу включиться в работу, минуя процесс первоначального обмятия и обжатия. При этом требуется небольшое количество полимерной клеевой композиции и отпадает необходимость в специальных технологических линиях по изготовлению клеевых соединений.

Введение полимерной клеевой композиции в круглое гнездо позволяет не только приклеить шайбу к древесине, но и быстро и полно включиться ей в работу на смятие по боковой поверхности после отвердения композиции в гнезде.

В процессе эксплуатации конструкции вклеенная шайба (ВШ) находится внутри древесины и имеет защитную полимерную пленку, которая надежно защищает шайбу от коррозии металла.

Таким образом, предлагаемое новое, более совершенное соединение обладает, на наш взгляд, существенными достоинствами:

-простота изготовления (простая форма шайбы и легкость выборки гнезда под шайбу);

-малые затраты клея и простота его нанесения;

-высокая несущая способность и малая деформативность;

- защита полимерной пленкой стальной шайбы от коррозии металла;

-относительно малая площадь взаимного контакта (нахлестка) соединяемых элементов;

-возможность воспринимать как сжимающие, так и растягивающие усилия.

Выводы

1. Рациональный и надежный вид соединений конструкций определяет эффективное и прогрессивное развитие строительства новых и реконструкции существующих деревянных зданий, поэтому поиск более современных и экономических видов соединений является актуальным на любом этапе развития деревянных конструкций.

2. Из существующих соединений современным требованиям повышенной прочности и малой деформативности в наилучшей степени отвечают соединения на клеях, клееметаллических шайбах, зубчатых и когтевых шайбах, вклеенных кольцевых шпонках, вклеенных стальных штырях и некоторые другие. Однако все эти соединения нельзя назвать универсальными и отвечающими полностью всем требованиям к современным индустриальным деревянным несущим конструкциям. Важными факторами при выборе того или иного вида соединений помимо прочности и жесткости являются технологичность изготовления, сборно-разборность и экономичность.

3. Поиск новых решений соединений деревянных конструкций является актуальным и далеко не закрытым вопросом. Предложено новое соединений деревянных конструкций, основанное на достоинствах соединений с применением шпонок, шайб, клеестальных шайб, и исключающее многие их недостатки. Таким соединением является соединение на вклеенных стальных шайбах.