ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ - ЧАСТЬ 7

 

  Главная      Учебники - Лесная таксация     

 

поиск по сайту           правообладателям

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  5  6  7  8   ..

 

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ - ЧАСТЬ 7

 

 

Определяется длина гвоздей  

   

d

d

n

c

a

l

4

5

,

1

2

2

+

+

+

+

=

,  

 

   (2.23) 

где n = 3 – количество швов в пакете досок нижнего пояса с зазором в каждом шве 2 мм; а – толщина 
поясных досок; с – толщина досок перекрестной стенки; d – диаметр гвоздя. 

Производится проверка принятых сечений: 

– по формуле (2.19) производится проверка прочности нижнего пояса на растяжение в наиболее 

опасном сечении и по крайнему ряду болтов (

1

1

2

2

S

n

l

x

 −

=

) с учетом ослабления пояса. При этом 

коэффициент ослаблений (k

осл

) не учитывается; 

– выполняется проверка устойчивости стенки из плоскости балки в середине опорной панели  

 

и

Д

R

F

ϕ

=

σ

,    

 

        (2.24) 

где 

β

=

2

sin

Д

Тb

 – усилие, приходящиеся на одну доску при угле наклона 45

°; F – площадь сечения од-

ной доски раскоса; 

ϕ – коэффициент продольного изгиба, определяемый по свободной длине доски, 

равной расстоянию между гвоздями, забитыми в стенку;  R

и

 – расчетное сопротивление древесины 

изгибу; b – ширина доски перекрестной стенки; 

–  верхний  сжатый  пояс  на  устойчивость  можно  не  проверять,  если  расстояние  между  ребрами 

жесткости не превышает 25 толщин доски пояса; 

– по формуле (2.2) проверяется жесткость балки. 

Конструирование опорного и конькового узлов [6]. 

Пример 2.6   Рассмотрим расчет дощатогвоздевой балки пролетом 5 м (рис. 2.10). Уклон верх-

него пояса составляет 1:10. Полная высота балки составляет 0,7 м, а высота на опоре – 0,4 м. Пояса 
выполнены из цельных сосновых брусков 1 сорта и имеют сечение 2

×45×75 мм. Стенка выполнена 

из досок размером 20

×150 мм. Собственный вес балки составил 130 кг (определен эксперименталь-

но с помощью пружинного динамометра). На балку действует равномерно распределенная нагрузка 
(200 кг/м

2

). 

1  Определим нагрузку, действующую на балку.  

226

200

5

130

н

=

+

=

q

 кг/м (2,26 кН/м), 

71

,

2

2

,

1

н

р

=

q

q

 кН/м. 

2  Определим геометрические характеристики балки: 
– расстояние между центрами поясов на опоре  

325

75

400

п

оп

оп

=

=

=

h

h

h

 мм; 

– уклон 

12

,

0

2500

300

2

/

оп

=

=

=

l

h

h

i

– площадь поясов 

5

,

67

5

,

4

5

,

7

2

н

в

=

=

F

F

 см

2

– момент инерции 

4

5

2

4

2

0

бр

м

10

33

,

5

2

475

,

0

10

5

,

67

7

,

0

2

7

,

0

×

=

=

=

h

F

I

– расстояние между осями поясов в четверти пролета  

475

,

0

075

,

0

4

5

12

,

0

4

,

0

0

=

+

=

h

 м. 

3      Определим  положение  наиболее  опасного  сечения  в  балке  по  формуле  (2.20) 

86

,

1

1

325

,

0

5

12

,

0

1

12

,

0

325

,

0

=



+

=

x

 м. Расстояние между центрами тяжести поясов в данном сечении равно  

55

,

0

86

,

1

12

,

0

325

,

0

оп

=

+

=

+

=

ix

h

h

x

 м. 

Определим  изгибающий  момент,  действующий  в  этом  сечении  (х  =  1,86  м) 

(

)

(

)

91

,

7

86

,

1

5

2

86

,

1

71

,

2

2

=

=

=

x

l

qx

M

x

  кН

⋅м,  тогда  расчетное  усилие  в  нижнем  поясе  будет  равно 

38

,

14

55

,

0

91

,

7

=

=

=

x

x

h

M

N

 кН. 

70

40

0

 

500 

5000 

75 

2

×20 

45

 

h

 

Рис. 2.10   Дощатогвоздевая балка пролетом 5 м 

Проверяем прочность балки на растяжение по формуле (2.19) 

13

,

2

10

5

,

67

10

38

,

14

4

3

=

=

σ

 МПа 

3

,

6

9

,

0

7

осл

p

=

=

<

k

R

 МПа. 

4   Произведем расчет гвоздей для крепления поясов. Для этого всю длину балки разбиваем на три 

зоны  гвоздевого  забоя:  первые  две  зоны  расположены  на  первых  панелях  от  опоры  длиной  по  50  см, 

вторые  зоны  –  на  вторых  панелях  от  опоры  длиной  по  50  см,  третья  зона  –  на  остальном  участке 

300

50

6

6

=

=

a

см. 

Гвозди рассчитываем для каждой зоны в отдельности на сдвигающую силу, действующую в сере-

дине зоны. 

Зона 1   Определим положение опасного сечения 

25

2

50

2

1

=

=

=

a

x

см. Расстояние между центрами тя-

жести поясов в этом сечении равно 

355

,

0

25

,

0

12

,

0

325

,

0

1

=

+

=

h

 м. 

Определим поперечную силу и изгибающий момент, действующие в сечении:  

1

,

6

25

,

0

2

5

71

,

2

2

1

1

=

 −

=

 −

=

x

l

q

Q

 кН, 

(

)

61

,

1

25

,

0

5

2

25

,

0

71

,

2

1

=

=

M

 кН

⋅м. 

Тогда продольные и сдвигающие усилия в нижнем поясе будут равны:  

54

,

4

355

,

0

61

,

1

1

1

1

=

=

=

h

M

N

 кН 

и        

65

,

15

355

,

0

12

,

0

54

,

4

355

,

0

1

,

6

1

1

1

1

1

=

=

=

h

i

N

h

Q

T

 кН/м. 

Определим длину гвоздя диаметром 4 мм (2.23) 

113

4

4

4

5

,

1

3

2

20

2

45

=

+

+

+

+

=

l

 мм. 

Принимаем длину гвоздя равной 120 мм. 

Определим несущую способность гвоздя на один срез с коэффициентом 0,8 [9, табл. 17]: 
– из условия смятия в средних элементах 

64

,

0

4

,

0

4

5

,

0

8

,

0

гв

=

=

Т

 кН; 

– из условия смятия в крайних элементах 

15

,

1

4

,

0

5

,

4

8

,

0

2

гв

=

=

Т

 кН; 

– из условия изгиба 

52

,

0

5

,

4

01

,

0

4

,

0

5

,

2

8

,

0

2

2

гв

=

+

=

Т

 кН. 

Для  дальнейшего  расчета  принимаем  наименьшее  значение  несущей  способности  равное  0,52  кН. 

Так как гвоздь работает на два среза, то его несущая способность увеличивается вдвое Т

гв 

= 1,02 кН. 

Определим необходимое количество гвоздей  

5

,

7

04

,

1

5

,

0

65

,

15

гв

1

1

=

=

=

T

a

T

n

 (8 шт). 

Зона 2   Определим положение опасного сечения  

75

2

50

50

2

2

=

+

=

+

=

a

а

x

 см. 

Расстояние между центрами тяжести поясов в этом сечении равно 

415

,

0

75

,

0

12

,

0

325

,

0

2

=

+

=

h

 м. 

Определим поперечную силу и изгибающий момент, действующие в сечении:  

74

,

4

75

,

0

2

5

71

,

2

2

=

 −

=

Q

 кН, 

(

)

32

,

4

75

,

0

5

2

75

,

0

71

,

2

2

=

=

M

 кН

⋅м. 

Тогда продольные усилия в нижнем поясе и сдвигающие усилия будут равны: 

41

,

10

415

,

0

32

,

4

2

=

=

N

 кН и 

41

,

8

415

,

0

12

,

0

41

,

10

415

,

0

74

,

4

2

=

=

T

 кН/м.  

Определяем необходимое количество гвоздей  

94

,

3

04

,

1

5

,

0

41

,

8

2

=

=

n

 (4 шт). 

Зона 3  Определим положение опасного сечения 

175

2

50

50

3

3

=

+

=

x

 см. Расстояние между центрами тя-

жести поясов в этом сечении равно 

535

,

0

75

,

1

12

,

0

325

,

0

3

=

+

=

h

 м. 

Определим поперечную силу и изгибающий момент, действующие в сечении:  

03

,

2

75

,

1

2

5

71

,

2

3

=

 −

=

Q

 кН, 

(

)

71

,

7

75

,

1

5

2

75

,

1

71

,

2

3

=

=

M

 кН

⋅м. 

Тогда продольные усилия в нижнем поясе и сдвигающие усилия будут равны: 

41

,

14

535

,

0

71

,

7

3

=

=

N

 кН и 

562

,

0

535

,

0

12

,

0

41

,

14

535

,

0

03

,

2

3

=

=

T

 кН/м. 

Определяем необходимое количество гвоздей 

58

,

1

04

,

1

3

56

,

0

3

=

=

n

 (2 шт). 

Проверка устойчивости стенки из плоскости балки выполняется по формуле (2.24). Определяем 

усилие,  приходящееся  на  одну  доску  при  угле  наклона  45

° 

68

,

1

45

sin

2

15

,

0

65

,

15

2

sin

Д

=

=

β

=

Тb

  кН.  Площадь 

сечения одной доски равна 

003

,

0

02

,

0

15

,

0

=

=

F

 м

2

, тогда 

12

,

1

5

,

0

003

,

0

10

68

,

1

3

=

=

σ

 МПа 

≤ 

15

и

=

≤ R

 

МПа.

 

Верхний сжатый пояс на устойчивость не проверяем, так как расстояние между ребрами жесткости 

равное 0,5 м не превышает 25 толщин доски пояса (

12

,

1

045

,

0

25

25

=

=

b

 м).  

Проверка жесткости производится по формуле (2.2). Модуль упругости древесины равен 10

4

 МПа. 

<

=

=

00069

,

0

000533

,

0

10

10

5

26

,

2

384

5

4

3

3

l

f

 

005

,

0

200

1 =

=





l

f

 

2.7   ИСПЫТАНИЕ ДОЩАТОГВОЗДЕВОЙ БАЛКИ 

 

Дощатогвоздевая балка является ригелем друхшарнирной рамы, на которой смонтировано на-

гружающее устройство (см. рис. 2.8), позволяющее передавать нагрузку на балку в трех точках. Со-
средоточенную  нагрузку,  с  погрешностью  до  10  %,  заменяем  эквивалентной  распределенной  на-
грузкой (200 кг/м

2

).  

Напряжения,  возникающие  в  конструкции,  определяют  по  формуле  (2.17),  фиксируя  с  помо-

щью  тензодатчиков  (см.  рис.  2.7)  деформации  (табл.  2.6).  Схема  расположения  тензодатчиков  на 
балке изображена на рис. 2.12. 

 
 

Рис. 2.12   Схема расположения тензодатчиков на дощатогвоздевой балке 

 

2.6   Испытание дощатогвоздевой балки 

 

Номер датчика 

 

1  2  3  4  5  6  7  8  9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 

0  195273370201346388248 363 355220291275380241357375315352374

100 1952753732073503932512365356220290273378235351371312350374

Р

, кг 

200 196278377211355398255 369 356220288270373225341368310348374

∆(100…0)  0  2  3  6  4  5  3  2  0 0 –1 –2 –2 –6 –6 –4 –3 –2 0

∆(200…100) 1  3  4  4  5  5  4  4  1 0 –2 –3 –5 –10–10 –3 –2 –2 0

Т

ср 

0,5 2,5 3,5  5  4,5  5  3,5  3  0,5 0

1,5

2,5

3,5

–8 –8

3,5

2,5

–2 0

 

  1 

   2 

  3 

  4 

    5 

  6 

  7 

  8 

   9 

   19 

  18 

 17 

 16 

15 

14 

  13 

12 

11 

10 

  1 

  2 

   3 

630 

620 

620 

490 

140 

630 

620 

620 

490 

140 

450 

630 

630 

   60 

580 

  190 

280 

Для учета изгиба конструкции из плоскости нагружения, складываем показания датчиков, сим-

метрично расположенных относительно плоскости сечения (например 

2

9

1

об

Т

Т

Т

+

=

). После чего оп-

ределяем напряжения по формуле (2.17) (табл. 2.7). 

 

2.7   Определение напряжений дощатогвоздевой балки 

 

Номер датчика 

 

10

11 

12 

13

14

Т

об

, мм 

0,5 

2,75 

3,5

4,5

1,7

2,5 

3,5

–8

σ

э

, МПа 

0,05 

0,275 

0,35

0,5

0,45

0,1

75 

0,2

0,3

0,8

σ

э

, МПа 

0,67 

1,54 

– 

2,13

 

 

 

 

 

Ошибка 

(

σ

т

σ

э

)/

σ, 

92 

82 

– 

76 

78 

 

 

 

 

 

 
Сравним теоретические и экспериментальные значения напряжений, возникающие в балке при 

изгибе  в  середине  пролета  (табл.  2.7).  Как  видно  из  табл.  2.7  теоретические  значения  прочности 
значительно превышают экспериментальные. 

3   ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ РАМ 

 
 

3.1   ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДВУХШАРНИРНЫХ РАМ 

 

Двухшарнирные рамы являются однократно статически неопределимыми. Они состоят из трех конст-

руктивных элементов: двух вертикальных стоек и горизонтального ригеля. Их основное достоинство – это 
относительная простота изготовления и транспортабельность, а недостаток – большая трудоемкость сбор-
ки. В зависимости от опорного узла двухшарнирные рамы подразделяются на рамы с жестким и шарнир-
ным опиранием.  

Друхшарнирная клеедеревянная рама с шарнирными опорными узлами состоит из стоек постоянно-

го или переменного клеедеревянного сечения наибольшей высоты в опорных узлах и ригеля – двускат-
ные балки или пятиугольные фермы, которые крепятся к стойкам на разных высотах, образуя тем са-
мым жесткое рамное соединение. Друхшарнирная клеедеревянная рама с жесткими опорными узлами 
может иметь две клеедеревянные стойки постоянного, переменного или ступенчатого сечения. Ригелем 
этой  рамы  служат  клеедеревянные  двухскатные  балки,  арки  с  затяжкой,  сегментные  или  треугольные 
клеедеревянные фермы, шарнирно опирающиеся на стойки [3, 6, 10, 12]. 

Расчет деревянных рам ведется в два этапа [3, 10, 12]. 
1  Статический  расчет  рамы.  Двухшарнирные  рамы  являются  статически  неопределимыми  и  за 

лишнее неизвестное при их расчете удобно принимать продольную сжимающую силу N

p

 в нижней зоне 

конструкции ригеля. Эта сила возникает от действия горизонтальных ветровых нагрузок (давления w

+

 

на подветренную стойку и отсоса w

 на заветренную стойку). При длине стоек l

p

 эта сила равна: при же-

стком  креплении  стоек  к  опорам  – 

(

)

p

p

16

3

l

w

w

N

+

=

  и  при  шарнирном  креплении  стоек  к  опорам  – 

(

)

p

p

16

5

l

w

w

N

+

=

=

. Кроме того, при жестком креплении ригеля к стойке возникает изгибающий момент 

(

)

2

2

p

p

p

p

l

w

l

N

l

w

M

+

+

=

Усилия в конструкциях ригеля определяют от вертикальных нагрузок без учета отсоса ветра на ри-

гель и продольной силы. Нагрузки, действующие на раму, в большинстве случаев являются равномерно 
распределенными (от собственного веса покрытия и рамы). Геометрический расчет рамы заключается в 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  5  6  7  8   ..