6.1 齿连接
6.1.1 齿连接可采用单齿或双齿的形式(图6.1.1),并应符合下列规定:
1 齿连接的承压面应与所连接的压杆轴线垂直。
2 单齿连接应使压杆轴线通过承压面中心。
3 木桁架支座节点的上弦轴线和支座反力的作用线,当采用方木或板材时,宜与下弦净截面的中心线交汇于一点;当采用原木时,可与下弦毛截面的中心线交汇于一点,此时,刻齿处的截面可按轴心受拉验算。
4 齿连接的齿深,对于方木不应小于20mm;对于原木不应小于30mm。
5 桁架支座节点齿深不应大于h/3,中间节点的齿深不应大于h/4,h为沿齿深方向的构件截面高度。
6 双齿连接中,第二齿的齿深hc应比第一齿的齿深hc1至少大20mm。单齿和双齿第一齿的剪面长度不应小于4.5倍齿深。
7 当受条件限制只能采用湿材制作时,木桁架支座节点齿连接的剪面长度应比计算值加长50mm。
6.1.2 单齿连接应按下列规定进行验算:
1 按木材承压时,应按下式验算:
N/Ac≤fcα (6.1.2-1)
式中:fcα——木材斜纹承压强度设计值(N/m㎡),应按本标准第4.3.3条的规定确定;
N——作用于齿面上的轴向压力设计值(N);
Ac——齿的承压面面积(m㎡)。
2 按木材受剪时,应按下式验算:
V/lvbv≤ψvfv (6.1.2-2)
式中:fv——木材顺纹抗剪强度设计值(N/m㎡);
V——作用于剪面上的剪力设计值(N);
lv——剪面计算长度(mm),其取值不应大于齿深hc的8倍;
bv——剪面宽度(mm);
ψv——沿剪面长度剪应力分布不匀的强度降低系数,应按表6.1.2的规定采用。
6.1.3 双齿连接的承压应按本标准公式(6.1.2-1)验算,但其承压面面积应取两个齿承压面面积之和。
双齿连接的受剪,仅考虑第二齿剪面的工作,应按本标准公式(6.1.2-2)计算,并应符合下列规定:
1 计算受剪应力时,全部剪力V应由第二齿的剪面承受;
2 第二齿剪面的计算长度lv的取值,不应大于齿深hc的10倍;
3 双齿连接沿剪面长度剪应力分布不匀的强度降低系数ψv值应按表6.1.3的规定采用。
6.1.4 桁架支座节点采用齿连接时,应设置保险螺栓,但不考虑保险螺栓与齿的共同工作。木桁架下弦支座应设置附木,并与下弦用钉钉牢。钉子数量可按构造布置确定。附木截面宽度与下弦相同,其截面高度不应小于h/3,h为下弦截面高度。
6.1.5 保险螺栓的设置和验算应符合下列规定:
1 保险螺栓应与上弦轴线垂直。
2 保险螺栓应按本标准第4.1.15条的规定进行净截面抗拉验算,所承受的轴向拉力应按下式确定:
Nb=Ntan(60°-α) (6.1.5)
式中:Nb——保险螺栓所承受的轴向拉力(N);
N——上弦轴向压力的设计值(N);
α——上弦与下弦的夹角(°)。
3 保险螺栓的强度设计值应乘以1.25的调整系数。
4 双齿连接宜选用两个直径相同的保险螺栓,但不考虑本标准第7.1.12条规定的调整系数。
6.1.1 齿连接的可靠性在很大程度上取决于其构造是否合理。因此,尽管齿连接的形式很多,本标准仅推荐采用正齿构造的单齿连接和双齿连接。所谓正齿,是指齿槽的承压面正对着所抵承的受压构件,使该构件传来的压力明确地作用在承压面上,以保证其垂直分力对齿连接受剪面的横向压紧作用,以改善木材的受剪工作条件。因此,在本条文中规定:
1 齿槽的承压面应与所连接的压杆轴线垂直;
2 单齿连接压杆轴线应通过承压面中心。
与此同时,考虑到正确的齿连接设计还与所采用的齿深和齿长有关,因此,也相应地作了必要的规定,以防止因这方面构造不当,而导致齿连接承载能力的急剧下降。
另外,应指出的是,当采用湿材制作时,齿连接的受剪工作可能受到木材端裂的危害。为此,若干屋架的下弦未采用“破心下料”的方木制作,或直接使用原木时,其受剪面的长度应比计算值加大50mm,以保证实际的受剪面有足够的长度。
6.1.2 1988年规范根据下列关系确定ψv值:
1 单齿连接
由于木材抗剪强度设计值所引用的尺寸影响系数是以lv/hc=4的试件试验结果确定的,在考虑沿剪面长度剪应力分布不均匀的影响时,应将lv/hc=4的ψv值定为1.0。据此,将试验曲线进行了平移,并得到当lv/hc≥6的ψv值关系式为:
ψv=1.155-0.064lv/hc (15)
1988规范即按此式确定lv/hc≥6时的ψv值。至于lv/hc=4.5及lv/hc=5时ψv取值,则按lv/hc=4和lv/hc=6时ψv值的连线确定。
2 双齿连接
对试验曲线作同上的平移后得到当lv/hc≥6时的ψv值的关系式为:
ψv=1.435-0.0725lv/hc (16)
根据ψv值和有关的抗力统计参数,计算了齿连接的可靠指标,其结果可以满足目标可靠指标的要求(参见表10)。
6.1.4 在齿连接中,木材抗剪属于脆性工作,其破坏一般无预兆。为防止意外,应采取保险的措施。长期的工程实践表明,在被连接的构件间用螺栓予以拉结,可以起到保险的作用。因为它可使齿连接在其受剪面万一遭到破坏时,不致引起整个结构的坍塌,从而也就为抢修提供了必要的时间。因此,本标准规定桁架的支座节点采用齿连接时,必须设置保险螺栓。
为了正确设计保险螺栓,本标准对下列问题作了统一规定:
1 构造符合要求的保险螺栓,其承受的拉力设计值可按本标准推荐的简便公式确定。因为保险螺栓的受力情况尽管复杂,但在这种情况下,其计算结果与试验值较为接近,可以满足实用的要求。
2 考虑到木材的剪切破坏是突然发生的,对螺栓有一定的冲击作用,故规定螺栓宜选用延性较好的钢材(例如:Q235钢材)制作。但它的强度设计值仍可乘以1.25的调整系数,以考虑其受力的短暂性。
3 关于螺栓与齿能否共同工作的问题,原建筑工程部建筑科学研究院和原四川省建筑科学研究所的试验结果均证明:在齿未破坏前,保险螺栓几乎是不受力的。故明确规定在设计中不应考虑二者的共同工作。
4 在双齿连接中,保险螺栓一般设置两个。考虑到木材剪切破坏后,节点变形较大,两个螺栓受力较为均匀,故规定不考虑本标准第7.1.14条的调整系数。