Испытание соединения на цилиндрических нагелях. Теоретические обоснования, порядок выполнения работы

Лабораторная работа № 3

Испытание соединения на цилиндрических нагелях.

Цель работы: в ходе испытания определить величины, характеризующие несущую способность и деформативность соединения на стальных или пластмассовых нагелях: разрушающее усилие N_u, кН;  верхнюю границу области упругой работы N_1-2, кН; нагрузку, соответствующую предельной деформации |δ|=2 мм N_δ, кН; взаимные смещения соединяемых элементов под нагрузкой δ, мм; коэффициенты, характеризующие работу соединения.

Теоретическое обоснование

Нагельными называются соединения с помощью гибких связей, которые, сами работая на изгиб, препятствуют взаимному сдвигу соединяемых деталей. Нагели могут быть цилиндрическими, пластинчатыми, треугольными,  крестообразными и других форм,  изготовленными из металла,  твердых пород древесины,  полимеров и других материалов.

Нагельные соединения выполняют с помощью специального инструмента, они сравнительно легко подлежат механизации и могут быть выполнены плотниками средней квалификации,  контроль качества соединений прост и достаточно надежен.

В нагельных соединениях действующее усилие распределяется между большим числом податливых, вязко работающих связей, что повышает надежность изделий, которые разрушаются в основном от смятия или от изгиба нагелей.

В соединениях нагели рекомендуется располагать четными рядами, исключая постановку их в середину элемента, так как именно здесь существует наибольшая вероятность появления усушечных трещин.  Для исключения раскалывания древесины следует строго соблюдать правила расстановки нагелей в соединении (п. 5.18 СНиП II-25-80). Для обеспечения плотности нагельного соединения ¼ нагелей в стыке выполняется в виде болтов.

Образцы для испытания изготавливают из выдержанной сухой древесины в соответствии с рис.1.

Испытание образцов проводят на испытательной машине непрерывно возрастающей нагрузкой. Шкала машины устанавливается в зависимости от величины разрушающей нагрузки на соединение.

Рис.1. Образец для испытания соединения на цилиндрических нагелях и схема его нагружения

Под действием внешней нагрузки на соединение нагели,  препятствуя взаимному сдвигу соединяемых элементов, изгибаются и снимают древесину нагельного гнезда. Разрушение стыка может происходить либо от смятия древесины нагельного гнезда, либо от изгиба нагелей с образованием одного или нескольких пластических шарниров.

Расчетная несущая способность Т (кН) одного условного среза нагеля, согласно главе СНиП II-25-80, определяется как наименьшая величина из условий:

- смятия древесины крайнего элемента

Т_а=0,8аd=0,8*39*10=312 кгс (а)                                                  

- смятия древесины среднего элемента

Т_с=0,5сd=0,5*42*10=210 кгс (б)                                                  

- изгиба стального нагеля

Т_и=1,8d²+0,02а²,  но не более 2,5d^{2 (в)}                                                          

Т_и=1,8*10²+0,02*39²=210,42 кН<2,5*10²=250 кгс

Т_min=210 кгс.

- изгиба стеклопластикового нагеля

Т_и=1,45d²+0,02а², но не более 1,8d² (г)                                       

В формулах (а)…(г) обозначено:  а и с –  соответственно толщина крайних и среднего элемента, см; d – диаметр нагеля, см.

Расчетную несущую способность соединения в целом вычисляют по формуле

N_n=Т_minnn_с=210*2*2=840 кгс, (д)                                                    

где Т_min – минимальное значение расчетной несущей способности