Соединительный элемент для деревянных конструкций

 

Изобретение относится к строительству, а именно к металлическим соединительным элементам с выштампованными зубьями, и может быть использовано для соединения элементов деревянных несущих и ограждающих строительных деталей и конструкций. Соединительный элемент содержит пластину с гнездами и односторонним расположением зубьев, отогнутых последовательно в каждом поперечном ряду в противоположных направлениях и имеющих в основании уширение, боковые грани которого выполнены по вогнутой линии на участке длины зуба до постоянной ширины, которая выполнена равной 0,5 - 0,6 длины зуба, а зона заострения зуба составляет 0,20 - 0,25 длины зуба, при этом отношение шага зубьев к расстоянию от продольного ряда зубьев лежит в пределах 3,5 - 4,5, причем в каждом поперечном и продольном рядах смежные зубья отогнуты в противоположных направлениях относительно друг друга с отклонением от вертикали в продольном осевом направлении на угол до 5°. Техническим результатом изобретения является повышение несущей способности при изгибе от усилий, прикладываемых к деревянным соединяемым элементам при одновременной экономии металла, а также повышение прочности пластины от воздействия возможных монтажных нагрузок. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области строительства, а именно к металлическим элементам с выштампованными зубьями, и может быть использовано для соединения элементов деревянных несущих и ограждающих строительных деталей и конструкций, например ферм, балок, арок, рам, панелей, ограждений и т.п.

Известен соединительный элемент для образования стыковых соединений строительных, преимущественно деревянных, конструкций, содержащий металлическую пластину по крайней мере с одной удлиненной просечкой с отогнутым из ее плоскости в продольном направлении просечки заостренным выступом, длина которого не превышает толщины конструкции, при этом высота отогнутого выступа составляет 6 - 20 толщин металлической пластины и не более 15 длин наибольшего поперечного сечения удлиненной просечки, выступ отогнут с образованием у его основания в сечении радиуса изгиба, не превышающего удвоенной толщины пластины, а заострение выступа ориентировано перпендикулярно пластине с осевым отклонением не более 10^o (RU 2123563 кл. E 04 B 21/38, 1998).

Известные соединительные элементы такого вида при достаточной простоте конструкции не обеспечивают надежного соединения строительных деталей или конструкций вследствие значительных деформаций в соединительном элементе в зоне соединения выступа с пластиной при возможной ориентации зуба поперек волокон древесины. Особенно этот недостаток скажется при знакопеременных нагрузках.

Известны соединительные элементы для крепления деревянных деталей, выполненные в виде пластины с прорезями и односторонним расположением зубьев, отогнутых последовательно в каждом поперечном ряду в противоположных направлениях, причем зубья выполнены с поперечными нарезками на одной из граней (WO 96/18776 кл. E 04 B 1/38, 1966).

Известен запатентованный в РФ соединительный элемент для крепления деревянных деталей или конструкций, выполненный в виде пластины с прорезями и односторонним расположением зубьев, отогнутых в каждом поперечном ряду в одинаковом направлении, причем зубья пластины выполнены разновысокими (WO 98/09029 кл. E 04 B 1/38, F 16 B 15/00, 1998).

Однако разновысокие зубья требуют увеличенную площадь пластины, что ведет к перерасходу металла в каждом узле конструкции.

Известен соединительный элемент для крепления деревянных деталей, выполненный в виде пластины с прорезями и односторонним расположением зубьев, отогнутых последовательно в каждом поперечном ряду в противоположных направлениях (SU 1073400 кл. E 04 B 1/49, 1984).

Недостатком данного соединительного элемента является неравнопрочность соединения, так как при постоянной ширине зуба по всей длине изгибающий момент, действующий от усилий в соединяемых деталях, имеет переменное значение по всей длине зуба.

Известна зубчатая крепежная металлическая пластина для соединения деревянных деталей, содержащая параллельные ряды выштампованных и вертикально отогнутых в одну сторону фигурных зубьев с внутренней и наружной стенками с заостренными концами и уширением по боковым торцам у основания, при этом каждый зуб снабжен ребром жесткости, выполненным по оси симметрии на его внутренней стенке длиной L, равной 0,8 высоты h уширения, глубиной "b", выбранной из соотношения "b" = (0,6-0,7)t, где t - толщина пластины, и под углом к плоскости пластины, равным по меньшей мере 70^o (RU 5603 U1 кл. E 04 B 1/49, F 16 B 15/00, 1997).

Однако данная полезная модель требует излишне сложного и точного изготовления технологической оснастки и, кроме того, наличие плеча-ступеньки влечет за собой дополнительное перерезание волокон древесины и, как следствие, повышение деформативности соединения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является соединительный элемент для крепления деревянных деталей или конструкций, выполненный в виде пластин с прорезями и односторонним расположением зубьев, отогнутых последовательно в каждом поперечном ряду в противоположных направлениях и имеющих в основании уширения (SU 5435111 кл. E 04 B 1/38, 1995).

Однако уширение зуба у основания путем образования ступени, хотя и позволяет увеличить момент сопротивления в основании зуба, но тем не менее сопряжено с трудностями при технологии изготовления штампового оборудования (пуансона и матрицы). Кроме того, образование ступени ведет за собой дополнительное прорезывание волокон древесины и вследствие этого снижение несущей способности соединения деревянных элементов при ориентации оси пластины перпендикулярно волокнам древесины.

Предложенное изобретение лишено вышеперечисленных недостатков и является наиболее промышленно применимым, так как обеспечивается создание соединительного элемента с зубьями, профиль которых позволяет максимально использовать несущую способность при изгибе от усилий, прикладываемых к деревянным соединительным элементам при одновременной экономии металла, а также обеспечивается прочность пластины при воздействии возможных монтажных нагрузок.

Промышленная применимость предложенного соединительного элемента обеспечивается тем, что соединительный элемент для крепления деревянных конструкций содержит пластину с выштампованными гнездами и односторонним расположением зубьев, отогнутых последовательно в каждом поперечном ряду в противоположных направлениях и имеющих в основании уширение, при этом боковые грани зоны уширения каждого зуба образованы предпочтительно по вогнутой линии на участке длины зуба от его основания до постоянной ширины "b", лежащем в пределах 0,20 - 0,25L, где L длина зуба, постоянная ширина зуба, начиная от зоны уширения, образована на части длины зуба, равной 0,50 - 0,60L, а зона заострения зуба составляет 0,20 - 0,25 длины зуба, при этом отношение шага зубьев "S" к расстоянию от продольного края пластины до продольной оси крайнего продольного ряда выштампованных гнезд "C" лежит в пределах S/C = 3,5 - 4,5, причем в каждом продольном ряду смежные зубья отогнуты в противоположных направлениях относительно друг друга с продольным осевым направлением с отклонением от вертикали на угол, лежащий в пределах 1 - 5^o, а в каждом поперечном ряду смежные зубья также противоположно направлены относительно друг друга в продольном осевом направлении с таким же углом отклонения от вертикали, кроме того, вогнутая линия боковых граней уширения каждого зуба, предпочтительно, образована по параболе. Как вариант исполнения зуба его зона уширения может быть образована прямыми участками, равными соответственно 0,10 и 0,15 L от основания, при этом уширение у основания зуба выполнено равным 0,1 - 0,2 "b" с каждой стороны зуба.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где: на фиг. 1 изображен соединительный элемент, вид в плане, на фиг. 2 - вид по А-А фиг. 1, на фиг. 3 изображен фрагмент зуба, на фиг. 4 - то же (вариант).

Соединительный элемент для крепления деревянных несущих и ограждающих строительных деталей и конструкций содержит металлическую пластину 1 с выштампованными гнездами 2 и односторонним расположением зубьев 3, отогнутых последовательно в каждом поперечном ряду в противоположных направлениях и имеющих в основании 4 уширение 5. Боковые грани 6 зоны уширения 5 каждого зуба 3 образованы предпочтительно по вогнутой линии на участке длины зуба от его основания 4 до постоянной ширины - "b", лежащем в пределах 0,20 - 0,25 L, где L - длина зуба 3.

Постоянная ширина зуба, начиная от зоны уширения 5, образована на части длины зуба 3, равной 0,5 - 0,6 L, а зона заострения 7 зуба 3 составляет 0,20 - 0,25 длины зуба.

Отношение шага "S" к расстоянию от продольного края 8 пластины 1 до продольной оси крайнего продольного ряда выштампованных гнезд "C" лежит в пределах S/C = 3,5 - 4,5. В каждом продольном ряду смежные зубья 3 отогнуты в противоположных направлениях относительно друг друга с продольным осевым направлением с отклонением от вертикали на угол до 5^o, а в каждом поперечном ряду смежные зубья 3 также противоположно направлены относительно друг друга в продольном осевом направлении с таким же углом отклонения от вертикали. Вогнутая линия боковых граней 6 уширения 5 каждого зуба 3 образована по параболе 9.

Как вариант исполнения зона уширения 5 каждого зуба 3 образована прямыми участками 10, 11, равными соответственно 0,01 L и 0,15 L от основания 4.

Уширение у основания зуба 3 выполнено равным 0,1 - 0,2 "b" с каждой стороны зуба.

На длине зуба (зуб - это консоль, закрепленная в основании, которая воспринимает равномерно распределенное по ее длине усилие, приложенное к деревянным элементам) изгибающий момент изменяется по длине по нелинейной зависимости, имея на конце зуба нулевое значение, и интенсивно возрастает в зоне, близкой к основанию. На половине длины зуба момент имеет величину, в четыре раза меньшую, чем у основания, а в четверти длины основания момент меньше максимального значения почти в два раза, т.е. несущая способность зуба в значительной мере зависит от профиля зуба в зоне основания.

Из условия прочности зуба по длине и вследствие этого экономии металла необходимо, чтобы в зоне основания зуб имел переменное сечение с уширением у основания.

С этой целью на фиг. 3 и 4 проиллюстрированы два наиболее оптимальных варианта зуба с различными уширениями в зоне основания на участке 0,25 длины зуба. На фиг. 3 проиллюстрирована вогнутая линия боковых граней уширения зуба по параболе, а на фиг 4 - по двумя прямым с переломом на расстоянии 0,1 L от основания зуба.

Отсутствие ступенек в зоне уширения позволяет зубу внедряться в древесину, не перерезая дополнительное количество волокон, а раздвигая их, что дополнительно обеспечивает прочность соединения.

Как правило, крепежные элементы расчитываются на передачу усилий в плоскости поверхности пластин. Однако при монтажных нагрузках возможны усилия из плоскости пластины, т.е. по кромкам пластин возникают сжимающие и растягивающие нормальные напряжения.

Вследствие перфорации поверхности в результате выштамповки зубьев ослабляется сечение, поэтому расстояние от продольной оси крайнего продольного ряда зубьев до края пластины следует регламентировать.

Во избежание неблагоприятного характера распределения напряжений в предложенном соединительном элементе принят наиболее оптимальный вариант отношения S/C = 3,8 - 4,2.

Предложенный соединительный элемент, имеющий зубья с вышепроиллюстрированым профилем позволяет максимально использовать несущую способность при изгибе от усилий, прикладываемых к деревянным соединительным элементам при одновременной экономии металла, а также обеспечить прочность пластины от возможных монтажных нагрузок.

Формула изобретения

1. Соединительный элемент для крепления деревянных конструкций, содержащий пластину с выштампованными гнездами и односторонним расположением зубьев, отогнутых последовательно в каждом поперечном ряду в противоположных направлениях и имеющих в основании уширение, отличающийся тем, что боковые грани зоны уширения каждого зуба образованы предпочтительно по вогнутой линии на участке длины зуба от его основания до постоянной толщины "в", лежащем в пределах 0,20 - 0,25L, где L- длина зуба, постоянная ширина зуба, начиная от зоны уширения образована на части длины зуба, равной 0,50 - 0,60L, а зона заострения зуба составляет 0,20 - 0,25 длины зуба, при этом отношение шага зубьев "S" к расстоянию от продольного края пластины до продольной оси крайнего продольного ряда выштампованных гнезд - "С" лежит в пределах S/C = 3,5 - 4,5, причем в каждом продольном ряду смежные зубья отогнуты в противоположных направлениях относительно друг друга с продольным осевым направлением, с отклонением от вертикали на угол до 5°, а в каждом поперечном ряду смежные зубья также противоположно направлены относительно друг друга в продольном осевом направлении с таким же углом отклонения от вертикали.

2. Соединительный элемент по п.1, отличающийся тем, что вогнутая линия боковых граней уширения каждого зуба образована по параболе.

3. Соединительный элемент по п.1, отличающийся тем, что зона уширения каждого зуба образована прямыми участками, равными соответственно 0,10 и 0,15L от основания.

4. Соединительный элемент по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что уширение у основания зуба выполнено равным 0,1 - 0,2 "в" с каждой стороны зуба.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4