Более современными являются шпонки из стали или композиционных материалов. Такие шпонки могут выполняться из стальных (стеклопластиковых) тавров или из полосовой стали. Т- образные шпонки хорошо работают на изгиб под действием сдвигающих сил, гнезда сжимаются вдоль волокон древесины.
Распор воспринимается стяжными болтами. Полосовые шпонки имеют толщину 10-30 мм, которая определяется расчетом на смятие гнезда, ширина шпонки определяется требуемой расчетом длиной сварных швов, прикрепляющих шпонку к накладке. Расстояние между шпонками (шаг) определяется из условий работы древесины на скалывание. Стальные шпонки защищают от коррозии покрытия.
Круглые центровые шпонки применяли в узлах и стыках деревянных конструкций в 20-40-х годах прошедшего столетия. Упоминаем об этих соединениях, так как они еще часто встречаются в несущих деревянных конструкциях (стропильные фермы, рамы), сооруженных в тот период. Эти виды шпонок (гладкокольцевые и зубчатокольцевые) имеют высокую несущую способность и не применяются сейчас ввиду сложности выполнения. Их вытеснили теперь шайбы нагельного типа (см. ниже), которые не требуют устройства довольно многодельных гнезд под шпонки, сильно ослабляющих поперечное сечение соединяемых деревянных элементов.
Деформации склеиваемых досок при высыхании их с различным расположением годовых слоев:
а) согласованном; б) несогласованном; в) смешанном
Появление клееных деревянных конструкций (КДК) расширило возможности применения деревянных конструкций больших пролетов и значительно увеличивало их долговечность. Поэтому в современных деревянных конструкций очень большое применение находят клеевые соединения и соединения отдельных деревянных элементов (клееных или из цельной древесины) на нагелях, шайбах нагельного типа, металлических вставках в узлах и вклеенных стержнях.
До начала ХХ века клеевые соединения применялись в основном в столярных изделиях. Это объясняется применением клеев белкового и растительного происхождения, обладающих невысокой клеящей способностью, водостойкостью и долговечностью. В современных деревянных конструкциях применяют синтетические водо- и атмосферостойкие клеи, позволяющие соединять дерево не только с деревом, но и с металлическими деталями и с композиционными материалами (пластмассами). Применяют водостойкие резорциновые , фенольно-резорциновые, алкилрезорциновые, фенольные, эпоксидные клеи, эпоксидно-цементные композиции и средневодостойкие карбамидные и карбамидно-меламиновые клеи (для конструкций, защищенных от систематического увлажнения). Металлические элементы приклеиваются к древесине универсальными водостойкими клеями БФ-2 и БФ-4 горячего твердения с нагревом при Т = 100…1500.С. Для несущих КДК применяют доски и бруски хвойных пород влажностью не более 12 % и толщиной не более 42 мм (после острожки перед склеиванием в пакет). В криволинейных элементах толщина ограничивается 33 мм. Ограничения вводятся в целях снижения дополнительного напряжения и более равномерного распределения давления по площади клеевых швов при запрессовке элементов.
Применяются следующие виды клеевых соединений:
- для стыкования при сращивании по длине отдельных слоев клееного пакета – зубчатый шип;
- для стыкования клееных пакетов (элементов) вдоль волокон и под углом к волокнам по всему сечению – зубчатый шип;
- для стыкования листов фанеры – на ус;
- при образовании пакетов и сплачивании по плоскости и кромке – впритык;
Соединение на зубчатый шип получают путем фрезерования фигурной фрезой стыкуемых поверхностей элементов. Для стыкования по длине рекомендуется длина зубьев шипов 32 мм, при стыковании по всему сечению 50 мм . После образования шипов на их поверхность наносится клеевой слой и стыкуемые части выдерживаются под боковым давлением.
Прочность соединения почти равновелика прочности стыкуемого материала, хотя при растяжении несколько ниже, чем при сжатии.
Соединение на ус применяют для стыкования листов фанеры. При указанных размерах стык равнопрочен стыкуемому материалу. Если его применять для стыкования досок, то большое количество древесины при его выполнении пойдет в отход. В конструкциях клеевые соединения работают на сложное сопротивление сдвига и отрыва поперек волокон. К этим усилиям добавляются внутренние напряжения от различия температурно-влажностных деформаций склеиваемых элементов. Поэтому очень важно согласование слоев при склеивании. Клеевые соединения деревянных элементов под углом к волокнам по указанным причинам (по причине различия температурно-влажностных деформаций соединяемых элементов) ненадежны и требуют усовершенствования для широкого применения. При расчете конструкций клеевые соединения рассматривают как неподатливые соединения.
