ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР

Рекомендации

по испытанию соединений деревянных конструкций

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИИ ИМ. В. А. КУЧЕРЕНКО (ЦНИИСК ИМ. В. А. КУЧЕРЕНКО)

ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ИСПЫТАНИЮ СОЕДИНЕНИЙ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

тах испытательной машины. Одна из призм (со стороной, равной 30 мм) имеет закругление ребра радиусом 0,5 мм, а другая — углубление радиусом 0,8 мм (см. рис. 3, в).

Назначение ступени нагружения

3.7.    Величина ступени возрастания усилия (рис. 4, а) при нагружении образца (см. п. 4.3) назначается в 0,08—0,1 разрушающего усилия N_t. Величина последнего определяется из испытания до разрушения пробных образцов соединения.

3.8.    Чтобы удобно было осуществлять в процессе испытания контроль за постоянством скорости нагружения по секундомеру (в отсутствие автоматики), ступени нагрузки должны совпадать с делениями циферблата силоизмерителя испытательной машины или циферблат должен быть предварительно размечен карандашом.

Рис. 4. Схемы диаграмм

а — изменения усилия N во времени при испытании соединения с периодической разгрузкой; б — разностей полных деформаций Д£>_п в зависимости от усилия N (соединение I группы); в — остаточной деформации за цикл d_Q в функции упругой деформации D_y (соединения II группы)

10

3.9, По назначенной ступени нагружения перед испытанием заранее должны быть заготовлены и разграфлены все журналы, необходимые для записей во время испытания.

4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ Нагружение и измерение деформаций

4.1.    Для обеспечения необходимой точности эксперимента шкала испытательной машины не должна превышать ожидаемую величину разрушающего усилия Nt более чем в 1,5—2 раза.

Испытание с периодической разгрузкой (до величины начального нажатия N" около 0,5—1% разрушающего усилия N_t) для определения остаточной деформации в машинах, имеющих маятниковый силоизмеритель с демпфером, допускается только при выключенном демпфере.

4.2.    Испытание проводится с постоянной скоростью нагружения, а испытание с периодической разгрузкой — с постоянной скоростью нагружения и разгрузки (при отсутствии программированной автоматики используется ручное регулирование скорости нагружения и разгрузки). Поэтому изменение усилия на величину одной ступени N' должно происходить в течение одинаковых промежутков времени (см. рис. 4, а), что контролируется по секундомеру наблюдателем, ответственным за нагружение; моменты совпадения стрелки силоизмерителя с величиной очередной ступени (указаны на рис. 4, а кружками) отмечаются в журнале испытания. В эти моменты дается отрывистая команда: «есть!» (после предшествующего — за 3—4 с—предупреждения: «внимание!») для синхронного снятия отсчетов по индикаторам. При прохождении стрелки силоизмерителя через деление или отметку данной ступени нагрузки на его циферблате перерыва в нагружении на время записи отсчетов не делается, а тотчас по прохождении стрелкой требуемого деления меняется направление изменения усилия,

4.3.    Общая продолжительность испытания t\ с периодической разгрузкой (рис. 4, а) может быть определена из формулы

t’ = n*t\    (1)

р

где п — число ступеней нагружения до разрушения;

f — продолжительность, с, изменения усилия на величину одной ступени N' (обычно 7—10 с).

4.4.    При отсутствии автоматики испытание выполняют трое сотрудников: один у силоизмерителя подает команды, контролирует процесс нагружения по секундомеру, делая отметки в журнале, и по одному человеку с каждой стороны образца снимают по команде отсчеты по индикаторам, записывая их в журнал.

Выполнение наблюдений

4.5.    Во время испытания кроме отсчетов по индикаторам производятся наблюдения за различными изменениями в образце (появлением треска, трещин,' перекоса и т. п.), записываемые п журнал с отметкой моментов времени.

4.6.    Если в конце испытания не отмечено разрушения с нарушением сплошности материала элементов соединения (например,

И

разрыва, раскалывания и т. д.), то моментом разрушения считается резкое падение усилия или непрерывный рост деформации без изменения величины прилагаемого усилия, что должно отмечаться в журнале (в графе «Примечания»).

4.7. После разгрузки разрушенного образца производится его осмотр (желательно фотографирование) с описанием характера разрушения в журнале. Для обмера после разрушения остаточных изменений формы гнезда и рабочих частей соединений (например, нагельного гнезда, выгиба нагелей и т. п.) образец раскалывается вдоль волокон (по оси нагелей). Тотчас по окончании испытания определяется влажность древесины испытанного образца.

Техника безопасности

4.8. В процессе испытания должны соблюдаться правила техники безопасности, обязательные при пользовании испытательными машинами, а также меры предосторожности при приближении к разрушающей нагрузке на случай откалывания отдельных частей от элементов испытуемого образца соединения в момент разрушения.

5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

5.1.    По записанным в журнале отсчетам вычисляются остаточные за цикл и упругие деформации (при испытании с периодической разгрузкой), полные деформации и их разности (при испытании с непрерывным нагружением). По вычисленным данным строятся графики. Опытные точки наносятся на график с точностью до 0,2 мм остро отточенным карандашом и отмечаются кружками диаметром 1,5—2 мм.

5.2.    Для испытанных соединений I группы на графике разностей полных деформаций ДD_n в зависимости от усилия N проводят в начальном его участке среднюю прямую по точкам (рйс. 4,6), ордината последней точки которой даст величину усилия Ni-ц. Для испытанных соединений II группы на графике зависимости остаточной деформации за цикл do от упругой деформации D_y также проводят на начальном участке по точкам среднюю прямую; по ординате Ос последней точки этой прямой, равной упругой деформации при усилии Ni-ti, определяют величину усилия Ni-ji (рис. 4, в), по величине которого оценивается несущая способность соединения.

5.3.    По диаграмме деформаций соединений I группы (кроме клеевых соединений) находят абсолютные величины:

а)    начальной деформации б₀ (обычно включающей рыхлые деформации и влияние контактных деформаций на поверхностях контакта рабочих частей соединения с древесиной), которая определяется отрезком, отсекаемым на оси абсцисс продолжением графически построенной в I области линии диаграммы полных деформаций;

б)    полной деформации 6/-л при значении усилия Nj^n и

в)    максимальной полной деформации б< при разрушающем усилии A^ft или вблизи него.

5.4.    По данным испытания нескольких одинаковых образцов соединения вычисляют средние арифметические найденных значений Nt и Nr-л, равно как и величин характерных деформаций (см. п. 5.3), и производят статистическую обработку.

5.5. В зависимости от числа рабочих частей в испытанных образцах соединений значения разрушающего усилия N_tt а также усилия Ni-ix должны быть отнесены к одному срезу крепления (например, к одному срезу нагеля и т. п.).

6. ОЦЕНКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СОЕДИНЕНИЯ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИСПЫТАНИЯ

6.1. Для вычисления требуемого коэффициента надежности испытанного соединения (см. п, 6.3) помимо величины разрушающего усилия Nt необходимо определить временную характеристику испытания; время /, приведенное к неизменному действию усилия Nt. По фиксированным в журнале при проведении испытания отметкам времени находят продолжительность V_и испытания с постоянной скоростью и вычисляют / по формуле

6.2.    Если и а графике деформаций (см. п. 5.2) найдено усилие Ni-ii, соответствующее началу интенсивного роста деформаций, а разрушение образца соединения произошло при нагружении за Ni~u с заметным развитием деформаций, то работу соединения следует отнести к пластическому виду, в противном случае — к хрупкому. К хрупкому разрушению соединения относится разрушение от скалывания вдоль волокон и под углом к волокнам, от раскалывания с отрывом поперек волокон, разрыва поперек волокон, с выкалыванием участка древесины вместе с рабочей частью крепления и т. п.

Разрушение соединений II группы относится к пластическому виду (исключением может быть хрупкий разрыв, например, самой ногтевой пластинки при испытании вдавливаемого в древесину соединения по растянутой схеме и т. п.).

6.3.    Кроме определения усилия    для    оценки несущей спо

собности испытанного соединения вычисляется требуемый коэффициент надежности К к величине разрушающего усилия N_t по приведенному к неизменному его действию времени t_t с, (см. п. 6.1) по формулам:

при пластическом разрушении

7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИСПЫТАНИЙ

7.1.    Заключение по результатам испытаний образцов соединения должно содержать [кроме чертежа образцов с размерами, данных о качестве древесины и ее влажности, качестве материалов рабочих частей соединения, числе испытанных образцов, условиях испытания (системе испытательной машины, шкале силоизмерителя, скорости нагружения, температуре в помещении)], следующие показатели:

характеристики деформативности в виде абсолютных величий полных деформаций: начальной деформации б₀, деформации б/-л при усилии Ni-ji верхней границы I области упругой работы и максимальной деформации 6* при разрушающем усилии N_t или вблизи него (см. п. 5.3);

значения усилий Ni~u (см. п. 5.2) и N_t (см. п. 4.6); вид деформации разрушения (см. п. 6.2); требуемый коэффициент надежности К (см. п. 6.3); выполнение неравенств (5)—(7) (см. пп. 6.4—6.6).

7.2.    Заключение заканчивается оценкой несущей способности испытанного соединения и рекомендацией величины его расчетной несущей способности N_a в соответствии с пп. 1.1; 6.4—6.6, Дополнительно высказываются соображения о рекомендуемых областях применения в деревянных конструкциях данного вида соединения, учитывающие полученные при испытании характеристики деформатив ности и работы соединения под нагрузкой.

ПРИЛОЖЕНИЕ I

ОСОБЕННОСТИ ИСПЫТАНИЯ СОЕДИНЕНИИ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИИ

Прочность соединений и их деформативность непосредственно определяют работу под нагрузкой деревянной конструкции и ее элементов. Рациональное проектирование конструкций с высоким уровнем использования ресурсов материала и учетом специфических свойств соединений различных видов требует подробных сведений о максимальной и длительной несущей способности соединений, характере и величине их деформаций, области упругой работы, виде деформации разрушения и др. Получение этих данных (в основном из кратковременных испытаний) возможно при соблюдении определенных правил, предусматривающих временнбй режим нагружения, измерение деформаций соединения и ряд других требований, излагаемых в настоящих Рекомендациях (далее делаются ссылки на пункты).

На основании многочисленных испытаний соединений различных видов установлено подразделение их на две группы — с линейной зависимостью упругой деформации от величины усилия (Т группа) и с нелинейной зависимостью (II группа). Перечень соединений I и II групп дан в п. 1.4. Для уяснения различий в работе под нагрузкой соединений этих групп следует подробнее ознакомиться с современными данными о деформациях древесины, отличающих ее от других конструкционных материалов, таких, как металл, бетон.

Если сопоставить изменение по мере нагружения упругой деформации древесины при небольших напряжениях сг<сг7_г/ с изменением ее при больших напряжениях о>(Тг-7/ (рис. 5, а — образец цельной древесины сосны сечением 250X250 мм, высотой 1050 мм, база измерения деформаций сотыми индикаторами 900 мм, влажность 17%), то обнаружим, что в I области диапазона изменения напряжения (0<а<ст/-7/) имеет место линейная зависимость упругой деформации от напряжения, а во II области (a>a/_7j) — нелинейная. Таким образом, величина напряжения а_г-гг разграни* чивает области I и II линейной и нелинейной зависимости упругих деформаций древесины от напряжения. Микроскопические наблюде* ння за строением древесины в процессе нагружения свидетельствуют о том, что до момента разрушения, происходящего, например, при сжатии вдоль волокон с образованием местной складки, никаких изменений строения древесины не происходит, т. е. указанные деформации являются деформациями самого вещества клеточных стенок древесины (высокоориентированной природной целлюлозы). Опыты с действием постоянного напряжения показали при а<аг_г/ затухающие (при постоянной температуре и влажности) деформации упругого последействия, а при а<<Т/_7 7 — незатухающие непрерывно возрастающие деформации. Скорость последних, постепенно стабилизирующаяся во времени (см. рис. 5,6 — образец древесины бука сечением 20X20 мм, высотой 40 мм, база измерения деформаций тысячным индикатором 26 мм, влажность 9%), находится в экспоненциальной зависимости от напряжения, т. е. быстро растет при увеличении последнего. Возникающая при этом остаточная деформация исчезает при набухании древесины, т. е. является по природе обратимой.

По совокупности характерных черт — интенсивное развитие во времени при напряжении, превышающем определенную величину

15

Рис. 5. Деформации древесины

а, б, в — прн сжатии вдоль волокон; а — упругая; б — ввэл деформация прн о= =const; в — разность полных деформаций; г — контактные (смятие вдоль волокон); разности полных деформаций: а — при растяжении вдоль волокон; е — сдвиге при кручении: ж — изгибе; з — сжатии поперек волокон; к — местном смятии поперек волокон; и — упругие (1) и полные (2) при сжатии поперек волокон

Gi-ii, нелинейная зависимость от напряжения, обратимость при набухания — эти деформации отождествляются с вынужденными высокоэластическими (ввэл) деформациями полимеров в стеклообразном состоянии, а верхняя граница I области деформирования 0;_г/ (ранее названная пределом пластического течения⁴) — с пределом вынужденной высокоэластичности древесины. До предела О/-//, т. е. в I области, модуль упругости древесины сохраняет постоянную величину, в том числе и при повторной статической нагрузке до 30 ООО циклов, остаточная деформация имеет незначительную величину, т. е. диапазон изменения напряжений 0<сг< <аг-тт является областью упругой работы древесины.

Переход во II область деформирования древесины, т. е. за величину напряжения aj-ir, можем определить не только по диаграмме упругой деформации, но и по диаграмме разностей полных деформаций. На рис. 5, в для того же образца (см. рис. 5, а) при сжатии вдоль волокон построена диаграмма разностей полных деформаций, изображаемая в I области прямой, слабо наклонной к оси ординат, а во II области — кривой линией. Ордината последней точки прямой определяет величину напряжения От-л — верхнюю границу I области деформирования.

Диаграммы разностей полных деформаций при разных видах напряженного состояния представлены на рис. 5, в—з, на них отчетливо различаются I и II области деформирования древесины. На рис. 5, г показана диаграмма отношения деформаций всего образца при сжатии вдоль волокон (включающих контактные деформации на торцах образца размером 20X20 мм. высотой 60 мм) к деформациям древесины на высоте образца (считая их равномерно распределенными по высоте образца), которая свидетельствует о развитии контактных деформаций не только на начальном участке, но и во всем диапазоне сжимающих напряжений. Средний участок диаграммы с постоянным отношением заканчивается при пределе ввэл деформаций О/-//, за которым контактные деформации растут быстрее деформации древесины. При растяжении вдоль волокон (см. рис. 5, д — образец древесины сосны сечением 8X70 мм, длиной 1100 мм, база измерения деформаций сотыми индикаторами 700 мм, влажность 26,5%) II область деформирования по сравнению со сжатием вдоль волокон (рис. 5, в, е) и сдвигом (см. рис. 5, е — образцы при кручении — древесины сосны диаметром 20 мм, длиной 300 мм, влажность 9%) получается суженной, возможно, вследствие надрывов волокон, в результате чего ввэл деформации не успевают получить достаточного развития перед разрывом всего образца. Суженная область упругой работы может иметь место и при сжатии клееных элементов, при преждевременном разрушении от скалывания по клеевым швам. Диаграмма разностей полных деформаций при изгибе приведена на рис. 5, ж (образец древесины сосны сечением 45X60 мм, пролетом 1000 мм, влажность 27%).

При сжатии поперек волокон (рис. 5, з, и) в отличие от сжатия вдоль волокон появление ввэл деформаций в клеточных стенках, особенно в тонких стенках трахеид ранней зоны годичных слоев хвойной древесины, быстро приводит к искажениям формы поперечного сечения волокон и значительным деформациям древесины. В этом наглядно проявляется, кроме анизотропии, также неоднородность древесины. При дальнейшем нагружении (см. рис. 5, и — образец древесины сосны сечением 40X40 мм, высотой 40 мм, радиальный, влажностью 10%) клетки начинают сплющиваться и уплотняться. Уплотнение нарушенной структуры древесины сопро-

17

вождается уменьшением приращения упругой деформации (при увеличении напряжения на равные ступени), которая постепенно стабилизируется, и значительным увеличением полной деформации. При местном смятии поперек волокон (см. рис. 5, к — образец древесины сосны сечением 30 У 30 мм, длина 90 мм при длине пуансона 30 мм, влажность 10%) диаграмма разностей полных деформаций в I области подобна этой диаграмме при равномерном сжатии поперек волокон по всей поверхности (см. 5, з — образец древесины сосны сечением 30x30 мм, высота 30 мм, влажность 9%), что указывает на сохранение при местном смятии линейной зависимости упругой деформации от усилия. Нелинейность указанной зависимости возникает лишь при появлении ввэл деформаций на отдельных участках сминаемой древесины. В общем при действии усилия поперек волокон I область упругой работы сужена и при небольших перегрузках деформирование древесины переходит в неупругую область.

Простейшим видом I группы соединений деревянных конструкций является примыкание сжатых элементов через торцевой упор, т. е. путем упирания торна элемента или в торец другого элемента (в стойках, колоннах) или в металлический башмак (в узлах ферм, шарнирах арок и т. п.). Передача усилия в соединениях основных элементов системы через смятие древесины поперек волокон не рекомендуется, так как к значительным деформациям смятия прибавляются еще влажностные деформации древесины поперек волокон, увеличивающиеся со временем в условиях колебаний температуры и влажности окружающей атмосферы, что ведет к повышенной деформативности конструкции.

Деформации соединения I группы, к которым относятся соединения на кольцевых и других шпонках во фрезерованных гнездах, врубках, дубовых нагелях, клею (см. п. 1.3), в области упругой работы под нагрузкой точно соответствуют описанным деформациям древесины: упругая деформация находится в линейной зависимости от усилия при незначительной! остаточной деформации и упругом последействии, затухающем под действием постоянного усилия где Ni-ii — усилие верхней границы I области упругой

работы.

При переходе усилия за величину Ni-u, т. е. во II область неупругого деформирования, происходит интенсивное развитие ввэл деформаций, в воздушно-сухой древесине преимущественно остаточных, при нелинейной зависимости упругой деформации от усилия. Под действием постоянного усилия происходит непрерывное приращение деформаций. Верхняя гранипа Nj-л области упругой работы соединений I группы под нагрузкой определяется также путем построения диаграммы разностей полных деформаций, вычисленных для равных ступеней роста усилия (рис. 6, б) или более точно (так как относительная погрешность разностей больше) путем графического построения кривой второго порядка, которая хорошо аппроксимирует диаграмму полных деформаций I группы соединений в I области деформирования. Для этого через первую и вторую точки опытной диаграммы полных деформаций соединения проводят луч 2 (рис. 6, я), отсекающий отрезок ар горизонтальной прямой, проведенной на уровне усилия Ah-n. Этот отрезок делят на п—2 частей (на рис. 6, а п—2 = 3), через деления проводят лучи 3—5; в пересечениях с горизонтальными линиями на уровнях ступеней усилия получают точки искомой кривой, которая описывает диаграмму полных деформаций в I области (диаграмма раз-

18

ностей полных деформаций изобразится слабо наклонной к оси ординат прямой, см. рис. 6,6). Откладывая на уровне Ni-u один

отрезок в противоположном направлении, проведем через его левый конец и первую точку опытной диаграммы полных деформаций луч /, который в пересечении с осью абсцисс даст точку у начала кри-

Рис. 6. Диаграммы полных деформаций (а) и их разностей (б) (в сотых долях мм в зависимости от номера п ступени) соединения I группы на гладкой кольцевой шпонке диаметра 200 мм при сжатии вдоль волокон (воздушно-сухая древесина сосны)

вой. Луч 0, проведенный через точку у и отсекающий равный отрезок на уровне Ni-u, явится касательной к построенной кривой. Достраивая кривую во II области (по точкам, полученным в пересечении лучей 6—8 с горизонтальными линиями на уровнях последующих ступеней нагружения 6—8), найдем точку р, в которой графически построенная и экспериментальная кривые разветвляются: ордината этой точки определит величину Ni-u соединения (рис. 6, а). Отрезок на оси абсцисс определит начальную деформацию бо соединения (отрезок Оу около 0,5 мм на рис. 6, а), включающую в основном рыхлую деформацию (определяемую неплотностями между рабочей частью соединения, в данном случае, сталь-

19

УДК 694.14:620.1

Рекомендовано к изданию решением секции деревянных конструкций научно-технического совета ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко.

Рекомендации по испытанию соединений деревянных конструкций / ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко. — М.: Стройиздат, 1980. — 40 с.

Изложены основные правила проведения испытания соединений деревянных конструкций; требования к испытанию соединений I и II группы, рекомендуемая форма образцов соединений различных видов и схемы приложения к ним усилия, изготовление образцов и подготовка их к испытанию с измерением деформаций, назначение ступени нагрузки на основании результатов пробных испытаний, передача усилия на образцы и их центрирование, проведение испытаний, временной режим нагружения, отсчеты деформаций и времени, обработка результатов испытаний и оценка несущей способности испытанного соединения. Даны пояснения особенностей испытания соединений деревянных конструкций и формы журналов испытания соединений I и II группы.

Для инженерно-технических раоотпиков проектных и научно-исследовательских организаций и работников предприятий по производству деревянных конструкций.

ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Госстроя СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПЫТАНИЮ СОЕДИНЕНИЙ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Редакция инструктивно-нормативной литературы Зав. редакцией Г. А. Жига чева Редактор М. Г. А в е ш и и к о в а Мл. редактор Л. М. Климова Технические редакторы М. В. Павлова, Ю. Л. Циханкова Корректор Н. П. Чугунова

Н/К

Сдано в набор 11.05.81. Подписано в печать 02.09.81. Т-24240. Формат 84xl08'/32. Бумага тип. № 2. Гарнитура «Литературная». Печать высокая. Уел. печ. л. 2,1. Уел. кр.-отт. 2,31. Уч.-изд. л. 2,65. Тираж 15000 экз. Изд. № XII-893U. Заказ № 610. Цепа 15 коп.

Стройиздат, 101442, Москва, Каляевская, 23а

Московская типография № 32 Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. Москва, 103051, Цветной бульвар, 26.

30213—594

Р -- Инструкт.-иормат.,    I    вып    -    77—81.    3203000000.

© Стройиздат, 1981

ным кольцом, и стенками фрезерованного в древесине гнезда) н влияние контактной деформации, возникающей в местах соприкасания рабочей части соединения с поверхностью древесины гнезда. Контактная деформация дает себя знать и при дальнейшем нагружении (см. выше рис. 5, г), увеличивая взаимное смещение элементов соединения.

Более сложной зависимостью деформаций от усилия в I области характеризуются соединения II группы, к которым относятся соединения на металлических и пластмассовых нагелях и гвоздях, зубчатых, ногтевых вдавливаемых в древесину креплениях разной формы: пластинках, шайбах, кольцах и др. (см. п. 1.3). Упругая деформация нелинейно растет с усилием, а остаточная деформация за цикл, т. е. измеренная при разгрузке на каждой ступени нагружения (см. рис. 4, а), линейно связана с упругой. Соединения II группы отличаются весьма неравномерным распределением напряжений в гнезде их рабочих частей, приводящим к перенапряжениям с появлением ввэл деформаций на отдельных его участках, при одновременном упругом деформировании на остальных участках гнезда (играющих роль упругого ядра).

Нечто подобное наблюдается при нагружении во II области изгибаемых образцов древесины, в поперечном сечении которых с максимальным изгибающим моментом сжатые краевые волокна деформируются в неупругой области при упругом ядре на остальной площади поперечного сечения. В обоих случаях быстро протекающая часть ввэл деформации (с малыми временами релаксации) прибавляется к мгновенной упругой деформации и придает нелинейность ее зависимости от усилия. Отмеченное сходство подтверждается экспериментально: если во II области нагружения изгибаемого образца построить остаточную деформацию за цикл в функции упругой деформации D'_yt равной разности между абсциссами точек ее криволинейной диаграммы и прямой, являющейся продолжением линейного в I области участка этой диаграммы, то получим зависимость, близкую к линейной (рис. 7, а).

Однако в отличие от деформирования во II области изгибаемого элемента развитие ввэл деформаций в соединениях II группы при нагружении в I области не носит столь прогрессирующего характера, поскольку здесь, видимо, более значительна сдерживающая роль упругого ядра: результаты испытаний длительной нагрузкой соединений II группы различных видов (Ю. М. Иванов. Предел пластического течения древесины. 2-е изд. М., Стройиздат, 1948, с. 155) показывают затухание деформаций под действием постоянного усилия N<Ni-u и небольшие остаточные деформации, характерные для I области прочной работы соединений под нагрузкой.

В силу отмеченных особенностей деформирования соединений II группы при их испытании обязательно определение остаточных и упругих деформаций. Линейная зависимость остаточной деформации за цикл от упругой в I области позволяет определить ее верхнюю границу Ni-ii, по ординате Ос последней точки средней прямой, проведенной на начальном участке этой диаграммы, как это сделано, например, для образца симметричного соединения на гвоздях диаметром 4 мм (рис. 7,6) в воздушно-сухой древесине сосны (влажность древесины 9—10%).

Иначе ведут себя соединения II группы во И области деформирования при N>Ni-n. Происходящее при смятии развитие ввэл деформаций древесины приводит к искажениям клеток древесной ткани, особенно тонкостенных ранних трахеид, что вызывает су ще-

20

ПРЕДИСЛОВИЕ

Соединения элементов представляют собой важнейшую часть несущих деревянных конструкций, от прочности которой непосредственно зависит надежная служба конструкций. Этим обусловливается существенное значение испытания с целью определения несущей способности соединений, особенно новых видов, и назначение расчетных усилий, необходимых при проектировании конструкций. Поставленную задачу должны разрешить настоящие Рекомендации, основанные на обширных исследованиях соединений различных видов и апробированные практикой нормирования расчета и строительства деревянных конструкций. Издание Рекомендаций будет способствовать повышению качества и надежности деревянных конструкций, производство которых в настоящее время расширяется, превращаясь в отдельную отрасль промышленности.

Рекомендации разработал и составил д-р техн. наук, проф. Ю. М. Иванов.

Все замечания и пожелания просьба направлять по адресу: 109389, Москва, 2-я Институтская, 6. ЦНИИСК, Отделение деревянных конструкций.

Дирекция ЦНИИСК

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Задачи испытания

1.1.    Испытание образцов соединений деревянных конструкций необходимо для выяснения основных характеристик его работы под нагрузкой путем:

определения максимальной несущей способности соединения (разрушающего усилия) и характера деформации разрушения;

оценки длительной несущей способности испытанного соединения по найденной из испытания величине Nt и временнбй характеристике /;

установления верхней границы Ni-u области упругой работы соединения под нагрузкой по диаграммам измеренных при испытании деформаций;

определения величии деформаций соединения (взаимных смещений соединяемых элементов) при различной величине действую щего усилия.

1.2.    Испытание соединений может преследовать разные цели (экспериментальная проверка соединения нового вида, установление расчетной несущей способности, выяснение влияния на нее различных эксплуатационных условий и т. п,), в зависимости от которых та или другая из указанных в п. 1.1 характеристик работы соединения под нагрузкой привлекает большее внимание. Но правильная оценка испытанного соединения должна основываться на всей совокупности его характеристик.

Группы соединений деревянных конструкций

1.3.    Соединения деревянных конструкций подразделяются на две группы по виду зависимости упругой деформации от прилагаемого усилия (в диапазоне расчетной несущей способности) и характеру работы под нагрузкой: в I группу входят соединения с линейной зависимостью упругой деформации от усилия, а во II группу — с нелинейной.

1.4.    К I группе относятся соединения на врубках, на различных шпонках (в том числе гладких кольцевых), тарельчатых вкладышах и т. п. во фрезерованных гнездах; на деревянных (дубовых и т, п.) цилиндрических и пластинчатых ¹ нагелях в сверленых и фрезерованных гнездах, а также клеевые соединения различных видов (зубчатые, усовые, пластевые, кромочные и др.).

Ко II группе относятся соединения на нагелях металлических и пластмассовых, гвоздях металлических и пластмассовых; зубчатых, ногтевых вдавливаемых в древесину креплениях (шайбах, пластинках, кольцах и др.).

Основные требования к проведению испытаний

1.6. Испытания соединений проводятся возрастающей нагрузкой с доведением образцов до разрушения. Каждое соединение нового типа должно быть испытано с периодической разгрузкой в целях

отнесения его к I или II группе на основе измерения деформаций упругой и остаточной за цикл. После установления принадлежности соединения к I группе оно может испытываться при упрощенном режиме непрерывного нагружения с постоянной скоростью без разгрузки.

Соединения II группы испытываются с периодической разгрузкой через равные ступени возрастания усилия и измерением остаточной деформации.

1.6.    При проведении испытаний в журнале обязательно фиксируется величина усилия и деформации соединения в определенные моменты времени, отсчитываемые по секундомеру (или автоматически) и заносимые в журнал испытания.

1.7.    Поскольку надежная работа соединений при назначении их расчетной несущей способности должна быть гарантирована на весь срок службы конструкции, испытываться должны соединения в состоянии, достигаемом в результате длительного воздействия на них эксплуатационных условий. В соответствии с этим требованием силы трения на боковых гранях соединяемых элементов должны быть устранены перед испытанием. С этой целью по плоскостям соприкасания элементов оставляются зазоры, соответствующие по величине сокращению их поперечных размеров в результате усушки древесины в условиях эксплуатации. В клеевых соединениях, эксплуатируемых в условиях переменного температурно-влажностного режима, повышенного высыхания и т. п., могут возникнуть внутренние напряжения в клеевой прослойке, снижающие несущую способность клеевого соединения. Для воспроизведения указанных влияний образцы клеевых соединений рекомендуется перед механическими испытаниями подвергать ускоренным температурно-влажностным воздействиям того или иного характера. Подобное требование относится также к соединениям, подвергающимся в натурных условиях воздействиям агрессивной среды. Соединения элементов конструкций, предназначенных к службе в условиях динамических и вибрационных нагрузок, дополнительно к описываемым в настоящих Рекомендациях испытаниям статической нагрузкой подлежат динамическим и вибрационным испытаниям.

2. ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ ОБРАЗЦЫ СОЕДИНЕНИЙ Форма образцов и схемы приложения усилия

2.1.    Соединениям, испытываемым на образцах при разных схемах приложения усилия, рекомендуется придавать те же размеры, какие они имеют в натурной конструкции. По своим габаритам и величине разрушающего усилия образцы соединений должны соответствовать назначенной для их испытания машине или установке (см. ниже п. 4.1.).

2.2.    Образцы соединений обычно испытываются при сжатии по схеме, представленной на рис. 1,а, с расположением, не менее двух нагелей по осям I—I и II—II с взаимным расстоянием 6, необходимым для восприятия момента в плоскости соприкасания соединяемых элементов. Для испытания соединений на растяжение образцы изготовляют по схеме рис. 1,6.

2.3.    Для определения несущей способности соединений при направлении усилия под углом к волокнам древесины используются образцы по схемам рис. 1,виг. Нагрузка от верхней головы машины передается на деревянный элемент образца вдоль волокон.

2-610 5

На верхнюю грань крайних элементов образца (см. рис. 1,в) наклеивают коротыши, на поперечные соединительные планки которых устанавливают индикаторы (см. ниже п. 3.2) для измерения смещения продольного элемента относительно поперечных элементов образца.

Рис. 1. Схемы испытательных образцов соединений

а — на сжатие нагельного соединения; б — на растяжение нагельного соединения; в, г — на сжатие под углом к волокнам гвоздевого соединения; д — на растяжение стыка на зубчатых пластинках; с — скосы у концов крайних элементов; 1 — коротыши; 2 — поперечные соединительные планки

2.4.    Между элементами (см. рис. 1,а) оставляют свободный зазор (см. п. 1.7). У концов крайних элементов делают скосы на случай перекоса среднего элемента при приближении нагрузки к разрушающей. Для избежания перекоса крайние элементы жестко соединяются планками (на парных шурупах или лучше на клею); чтобы устранить соприкасание со средним элементом, планки утоньшают с внутренней стороны, как показано на рис. 1, а.

2.5.    Образцы клеевого зубчатого соединения испытывают на растяжение, растягивая отдельный слой, стыкованный на этом соединении.

2.6.    Образцы соединений с вдавливаемыми в древесину креплениями при двусторонних зубьях изготовляют и испытывают по схемам рис. 1,а—г, а с односторонними зубьями испытывают на растяжение по схеме рис. 1,д. Между ногтевой пластинкой и поверхностью соединяемых элементов для устранения сил трения оставляют зазор, для чего перед запрессовкой закладывают под ког-тевые пластинки металлические вкладыши требуемой толщины (см. п. 1.7),

6

Изготовление образцов

2.7.    Для изготовления деревянных элементов образцов соединений отбирается древесина хвойных пород с шириной годичных слоев 1—5 мм при содержании их поздней зоны не менее 20%, прямослойная, без деструктивной гнили и других пороков, как сучки, прорость, серные кармашки, сердцевина и другие неоднородности строения древесины. Доски для изготовления элементов образцов должны иметь правильную форму, рекомендуется тангенциальная распиловка. Расположение годичных слоев на торцах элементов должно быть зарисовано. Влажность древесины для соединяемых элементов иеклееиых конструкций рекомендуется 12—18%, для клеевых соединений — 9—12%.

2.8.    Для изготовления образцов соединений составляются рабочие чертежи с указанием размеров с допусками и маркировкой элементов из отобранных досок.

2.9.    Для достижения меньшего разброса результатов испытаний рекомендуется изготовлять образцы с одинаковым составом деревянных элементов, например для серии из десяти образцов по схеме рис. 1,а элементы должны быть изготовлены не более чем из трех досок А, Б и В с тем, чтобы в каждом отдельном образце элементы изготовлялись из этих досок, с разметкой одинаковых элементов по длине каждой из указанных досок.

2.10.    Элементы образцов соединений должны быть изготовлены в соответствии с рабочими чертежами при отклонении размеров не более ±0,5 мм и обеспечении строгой параллельности боковых граней и перпендикулярности торцевых плоскостей.

Паспортизация материала образцов

2.11.    При изготовлении элементов образцов соединений из досок отбираются заготовки для стандартных образцов древесины (на сжатие вдоль волокон и изгиб), измеряется ширина годичных слоев и процент поздней древесины, влажность определяется влагомером. Паспортизации подлежит также древесина рабочих частей соединения (например, деревянных нагелей). Для паспортизации материала (стали, пластмасс) рабочих частей соединений производятся его испытания для определения механических показателей.

2.12.    В тех случаях, когда требуется выяснить несущую способность соединения, определяемую прочностью и деформативностью только древесины, стальные части креплений должны быть усилены, поскольку коэффициент надежности деревянных элементов соединения всегда выше, чем его стальных рабочих частей.

3. ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ К ИЗМЕРЕНИЮ ДЕФОРМАЦИЙ И ИСПЫТАНИЮ

Измерительные приборы и их установка

3.1. Перед испытанием к образцам должны быть прикреплены приборы для измерения деформаций. С этой целью используются индикаторы часового типа с ценой деления обычно 0,001 мм и необходимой величиной хода, устанавливаемые с противоположных сторон образца.

Т

3.2.    Прикрепление индикаторов производится, например, К поперечным планкам при помощи обоймы с упорными винтами, зажимающими корпус прибора, и парных шурупов, туго завинчиваемых в древесину. Упоры для штифтов индикаторов привертываются к древесине также парными шурупами.

3.3.    Основное требование к установке индикатора и упора для его штифта заключается в том, чтобы при взаимном смещении элементов соединения под нагрузкой штифт выдвигался из корпуса индикатора. При обязательном выполнении этого условия исключается повреждение индикаторов и появляется возможность оставлять их на образце до момента разрушения последнего. При этом отсчеты по индикатору идут по мере нагружения в сторону уменьшения, что должно учитываться при вычислении деформаций соединения (см. п. 5.1).

При необходимости определения распределения напряжений в элементах соединения применяются теизорезисторы, по показаниям которых и известным модулям упругости древесины в местах их установки определяются напряжения при работе материала в упругой области. Применяются также лаковые, оптически активные покрытия И т. II.

Передача усилия на образец

3.4. При испытании образцов соединений по сжатой схеме сжимающее усилие от машины к образцу рекомендуется передавать через стальные призмы (рис. 1,а), фиксирующие точки приложения сил и, следовательно, плечи моментов в плоскости, перпендикулярной плоскостям соприкасания элементов соединения. По ребрам призм производится центрирование образца в указанной плоскости, в перпендикулярном направлении центрирование осуществляется сферическими опорами голов машины.

3.5. При испытании образца соединения по растянутой схеме достаточно прочное закрепление концов деревянных элементов может быть достигнуто с помощью клиновидных захватов испытательной машины, имеющих глубокую косую насечку и ограничители сближения клиньев для устранения раздавливания древесины поперек волокон. Ограничители должны прикрепляться к кромкам элемента на его концах и иметь такую толщину Ь<В, чтобы деревянный элемент обжимался поперек волокон не более чем на 8—10% своей толщины В, т. е. 0,9В<Ь<0,925 (рис. 2). Длина рабочей части образца принимается равной десятикратной ширине поперечного сечения.

Рис. 2. Закрепление элемен- 3.6. При испытании клеевых сота в захватах машины единении растянутого элемента (а Ь- толщина элемента; с - от- также цельных деревянных элементов раничитель    с пороками) требуется значительно

более прочное закрепление ого кондов, например в спецпаль* ных зажимах согласно рис. 3, а и б. Конец образца зажимается в стальную обойму, состоящую нз двух половин (одна зеркальное изображение другой), стягиваемых вплотную друг к другу точеными болтами с контргайками. При этом конец деревянного элемента обжимается на величину 10% его толщины, с одновременной запрессовкой в древесину его боковых поверхностей двух колец полуромбического профиля и косой насечки. Последняя сделана на внутренней стороне листа обоймы между продольными краевыми планками на длину зажимаемого конца элемента и имеет шаг 10 мм, глубину 1 мм. Диаметр первого кольца и глубина его вдавливания в древесину меньше, чем второго, что обеспечивает значительное развитие площади скалывания. В отверстие Л в обеих половинах обоймы вставляются парные стальные треугольные призмы (см. рис. З.ано), служащие для центрирования прилагаемого усилия в плоскости широкой стороны испытываемого элемента и передачи усилия через «язык» (см. рис. 3,6), закрепляемый в захва-

Рис. 3. Детали зажимов для закрепления концов деревянного элемента при испытании соединений по растянутой схеме (размеры в мм)

а —вид половины зажима; б —«язык*, передающий усилие от головы машины к зажиму через парные треугольные призмы в окне А; в —* деталь парной

призмы

9

1

Применяются в качестве связей в балках составного попереч

кого сечения.

4