СОЕДИНЕНИЯ НА ШПОНКАХ

Шпонки — это вкладыши из твердых пород древеси­ны, стали или из пластмасс, которые устанавливаются между сплачиваемыми элементами и препятствуют их взаимному сдвигу. Сами они работают на сжатие.

"- " Шпоночные соединения являются неуравновешенными, поэтому отличительным признаком работы шпоночного соединения является наличие распора – неуравновешенного усилия, для восприятия которого требуется постановка дополнительных рабочих стяжных связей; при их применении для соединения де­ревянных элементов цельного сечения, из-за устройства гнезд под шпонки сильно ослаблялось поперечное сече­ние.

Lшп – длина шпонки

Hвр – глубина врубки (приближенно можно считать равной половине высоты шпонки)

Тсм – равнодействующая усилий, распределенных по площадкам шпонки

Q – вертикальная реакция (распор),

возникающая в углах шпонки

N – равнодействующая усилий, появляющихся в каждом из соединенных элементов в результате их взаимного сдвига(при расчете шпонки условно принимается за внешнюю нагрузку)

e шп – эксцентриситет равнодействующих усилий, возникающий по нагруженным площадкам шпонки

Рассмотрим принцип работы шпоночного соединения на примере продольной шпонки. Под действием внешней сдвигающей силы, эксцентрично передающейся через площадки упоров, возникают реакции Тсм на площадках шпонки, между этими реакциями у нас образуется плечо, обозначенное е, а следовательно образуется момент, который стремиться повернуть шпонку. В результате этого в ее углах возникают вертикальные реакции (распор), для восприятия которых необходимы дополнительные связи, препятствующие вертикальному перемещению соединяемых брусьев. Обычно в качестве таких связей используются стяжные болты.

Рассмотрев условие равновесия шпонки (взяв сумму моментов относительно точки «а» и проняв ее равной нулю), получим: ΣMа = 0, Тсм×hвр - Q×Lшп = 0

Отсюда: Q = Тсм×hвр/ Lшп

Следовательно, чем больше отношение длинны шпонки к глубине врубки, тем меньше величина распора, воспринимаемая стяжными болтами. Во избежание чрезмерной деформативности шпоночных соединений, а также для уменьшения количества стяжных болтов, длину шпонки по нормам принимают не менее lшп≥5hвр.

1. Сопряжение на продольных шпонках

"+ " способно работать на знакопеременные усилия.

"- " жесткое и непластичное, следовательно, для его разрушения требуется небольшая работа, несмотря на значительные усилия, которые могут быть восприняты непосредственно шпонкой.

1. Сопряжение на колодках

Для изгибаемых элементов, где по нейтральной оси возникает сдвиг: Продольные шпонки увеличенной высоты. Применяют в составных балках или составных стойках, те в элементах конструкции, работающих на изгиб. Колодки выполняют из того же материала, что и сопрягаемые элементы.

"+ " увеличивается момент инерции => несущая способность без дополнительного расхода материала; зазор в шве улучшает условия проветривания соединяемых брусьев или бревен и уменьшает возможность их загнивания;

3. Сопряжение на наклонных шпонках

"+ " несколько увеличивается площадь смятия и возникающее по площадке смятия усилие прижима, обратное усилию распора => более грамотное распределение усилий; уменьшает опасность скалывания древесины.

"- " способно воспринимать только однозначные усилия (те знак усилия не должен меняться); сложная вырубка гнезда

4. Поперечные натяжные клиновидные шпонки («мягкие»)

Каждая состоит из двух клиньев, волокна которых направлены перпендикулярно волокнам соединяемых элементов – работают на смятие.

"+ " снижается опасность жесткости и непрочности сопряжения, связанной с трудностью точной пригонки шпонок к их гнездам (что особенно существенно в многорядных соединениях), тк плотно забиваются; уменьшается опасность скалывания.

"- " на смятие работает не древесина брусьев, а древесина шпонок => значительное снижение несущей способности древесины шпонок при работе поперек волокон, а следовательно, понижение несущей способности всего сопряжения. Предназначены для спокойной эксплуатации.

5. Особую группу составляют шпонки, используемые в соединениях элементов деревянных конструкций, расположенных под углом друг к другу – центровые шпонки. Их задача – распределять сосредоточенное усилие, передающееся с элемента на элемент, на большую площадь. Как правило, в центре такого шпоночного соединения располагается узловой болт. Центровые шпонки принято разделять на гладкие и зубчатые, кольцевые шпонки и дисковые шпонки (шайбы шпоночного типа).

Расчет шпоночного соединения, так же, как и лобовых врубок, выполняется на смятие и скалывание, при этом глубину врез­ки шпонок в брусья следует принимать не менее 2 см и не более 1/5 высоты бруса, а бревна — не менее 3 см и не более 1/4 диаметра бревна. При расчете соединений на шпонках требуется подбор стяжных бол­тов и шайб под его головку и под гайку для восприятия распора.