Расчет соединений на металло-зубчатых пластинах методом Foschi и с использованием программного комплекса APM Wood

Металло-зубчатые пластины (МЗП) используются для соединения различных частей деревянных конструкций, в особенности для устройства стыков ферм. Пластины имеют прямоугольную форму, обычно изготавливаются из стали, иногда покрываются защитным слоем, например, из цинка. Зубья пластины могут иметь различную форму, длину и шаг. Для соединения деревянных брусков, МЗП впрессовывают симметрично с двух сторон конструкции, поэтому присоединяемые элементы должны иметь одинаковую ширину поперечного сечения. Для лучшего сопряжения элементов, их торцы обычно шлифуют. Запрессовка проводится с помощью специального оборудования и может происходить как на заводах, так и на строительной площадке. Простейший алгоритм расчета соединений на МЗП можно описать следующим образом: конструкция рассчитывается обычными методами строительной механики, в предположении, что все узлы, скрепляемые пластинами, абсолютно жесткие, затем, из найденных внутренних усилий и справочных данных о нагрузки, приводящей к разрушению или выдергиванию различных пластин (лабораторные испытания проводятся компанией-производителем), подбирают нужные пластины. Одним из программных комплексов, действующих по такому пути, является программа APM Wood, входящая в состав системы автоматизированного проектирования APM Civil Engineering. Данный алгоритм не учитывает неравномерность распределения усилий по различным зубьям одного узлового соединения и деформаций, возникающих в самих металло-зубчатых пластинах, что приводит к существенной погрешности в нахождении внутренних усилий и неточному подбору пластин. Модель, которую предложил Foschi [1], лишена этих недостатков и может быть использована, в том числе, для определения деформаций и силовых факторов в зубьях МЗП. В данной статье рассмотрен алгоритм расчета узлов с металлозубчатыми пластинами и проведено сравнение с программным комплексом APM Wood. В качестве примера решена задача о стержне, прикрепленном к неподвижному основанию с обоих концов при помощи МЗП и находящемся под действием продольной нагрузки. В результате делается вывод о необходимости учета податливости пластины и ее зубьев в конечно-элементной схеме, а также о влиянии неравномерного распределения усилий в зубьях на расчет напряженного состояния всей конструкции.