На главную
Материал
Что Вы знаете о стеклопластиках?  
Применение стеклопластиков  
Свойства материалов  
Конструктивный расчет  
Будущее проектирования из стеклопластиков  
   
   
   
Возникли вопросы
ЗВОНИТЕ
+380980457340
+380667144437
ПИШИТЕ
info@decor.cc.ua
 
   
Новинка 3D панели 3D панели
 
   
   

КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ

Концепции. Недостаточный опыт в использовании стеклопластиков объясняет отсутствие нормативных данных, что вынуждает проектировщика самому определять многие параметры, касающиеся свойств слоистых материалов, количество и разнообразие которых почти безгранично. Для этого необходимо хорошо знать требования, которым должна удовлетворять новая конструкция и возможности используемого материала. Что касается напряжений, на которые рассчитывают конструкцию, то теоретическая работа стеклопластиков подобна работе упругого твердого тела. Поэтому можно использовать обычные методы для расчета конструкций из таких материалов, как металл и дерево.
Стеклопластики — композиционный материал, состоящий из нескольких компонентов, различных по своей природе, которые формуются при непосредственном участии человека, что служит фактором, влияющим на однородность получаемого материала, которая не всегда соответствует ожидаемой. Степень оценки однородности стеклопластиков зависит от принятых инженерных критериев. Эти обобщенные положения относятся к слоистым материалам всех типов с ориентацией упрочняющего материала в одном или двух направлениях, а также в распределенном хаотически.

  • СВОЙСТВА СТЕКЛОПЛАСТИКОВ, УЧИТЫВАЕМЫЕ ПРИ РАСЧЕТЕ КОНСТРУКЦИЙ

До начала проектирования изделий из стеклопластиков необходимо внимательно рассмотреть все факторы, ограничивающие применение этого материала, включая его физические свойства. Уже рассмотрены свойства стеклопластиков, существенно отличающие их от других традиционных строительных материалов. К ним относится высокий коэффициент температурного расширения, низкая жесткость и потенциальная возможность к разрушению от усталости.
Следует обратить внимание на отношение прочности к модулю упругости, который остается высоким несмотря на то, что в расчет принимается фактор предела усталости. Это свидетельствует о необходимости тщательно рассматривать устойчивость конструкции в зоне упругих деформаций.
Коэффициент температурного расширения стеклопластиков приблизительно в три раза больше, чем для бетона или металла. Поэтому соединительные элементы, используемые в стыках двух сборных панелей, не всегда эффективны для соединений панелей из стеклопластика. Во многих случаях элементам из стеклопластика придается дополнительная жесткость за счет включения в конструкцию металлических деталей. Однако необходимо учитывать различные тепловые перемещения этих материалов, которые при защемлении могут вызвать нежелательные напряжения или деформации в конструкциях. Это особенно важно при периодическом нагреве или при значительной разности температур. Для тонкостенных элементов из стеклопластиков, имеющих низкую жесткость, важное значение имеет прогиб конструкций, который необходимо тщательно рассмотреть на стадии проектирования.

  • РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ

Полная устойчивость конструкций. В процессе проектирования необходимо проверить надежность сохранения элементами проектного положения и целостности конструкции при воздействии прилагаемых нагрузок. Надежность означает отсутствие превышения допускаемых напряжений или прогиба конструкции. Такой контроль следует выполнять с учетом работы всех крепежных деталей и стыковых соединений отдельных элементов.
Наиболее эффективны изделия из стеклопластиков, выполненные в форме трехразмерных мембран, тонкостенных сферических оболочек или складчатых конструкций сложной конфигурации. Последние требуют трудоемкого теоретического анализа, точность результатов которого практически не обеспечивается методами расчета, используемыми для определения допустимых рабочих напряжений. Обычно при расчете усложненных конструкций пользуются эмпирическими формулами. Такое упрощение допустимо, если оно сочетается с проведением модельных испытаний.
В качестве прилагаемых нагрузок рассматриваются такие, как ветровые, снеговые и др., поэтому испытания на моделях не требуют значительных затрат.
Локальная устойчивость в зоне упругих деформаций или эффект продольного изгиба. Как уже упоминалось, стеклопластики - очень прочные материалы, но достаточно гибкие для появления продольного изгиба (потери устойчивости).
Работу материала можно проиллюстрировать на примере бумажной соломинки для коктейля, на которую воздействует возрастающая сжимающая нагрузка. По мере увеличения нагрузки наступит состояние, когда соломинка прогнется и дальнейшее восприятие нагрузки будет невозможно. Изучение формы разрушения показывает, что оно произошло не от сжатия или растяжения, а от продольного изгиба.
Прогиб. Уже были рассмотрены характеристики работы различных стеклопластиков в упругой стадии при действии кратковременных нагрузок. Отмечено, что модуль упругости стеклопластиков в большей степени зависит от содержания стекловолокна, ориентированного в нужном направлении. Для определения прогиба от кратковременных нагрузок использование соответствующего модуля упругости позволяет получить достаточно точные результаты. При воздействии нагрузок средней продолжительности, таких, как снег, прогиб определяется умножением значения прогиба, полученного для кратковременной нагрузки, на 1,5. Для длительных и постоянных нагрузок прогиб определяется умножением значения прогиба, полученного для кратковременных нагрузок, на 2 (для стеклопластиков на основе стекломатов из рубленого стекловолокна).
При расчетах прогиба следует учитывать и температурные деформации, которые для крупноразмерных панелей или элементов "плавающих" кровель при защемлении их у опор могут значительно увеличить прогиб.

  • КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА ПРОЧНОСТИ

При проектировании из стеклопластиков расчетные критерии отличаются от тех, которые приняты для таких традиционных строительных материалов, как кирпич, бетон, металл и др. В Британский Стандарт 4994 "Резервуары и контейнеры из стеклопластиков" включены некоторые практические рекомендации по проектированию и методика определения допускаемых напряжений при рассмотрении прочности, а не продольного изгиба.
Предел прочности при растяжении стеклопластиков определяется по результатам испытаний, выполняемых в соответствии с требованиями Британских Стандартов, и выражается в единицах удельной прочности - UH/мм на кг/м2 стекловолокна. Значение "U" для стеклопластиков на основе стекломатов из рубленых прядей не должно быть меньше 200 Н/мм на кг/м2 и для стеклопластиков с упрочнением из жгутовой ткани - 300 Н/мм на кг/м2. Допускаемая удельная нагрузка Uz определяется по следующей формуле:
Uz = U/3k1k2k3k4k5, но не более U/6,
где к1 — коэффициент, учитывающий метод изготовления стеклопластиков; изменяется от 1,6 (для ручной укладки) до 3,0 (для метода напыления) к2 — коэффициент, учитывающий снижение прочности при длительном приложении нагрузки; для резервуаров равен 1,2—2,0; k3 — зависит от расчетной температуры и температуры начала деформации (ТНД) при нагреве отвержденной смолы; определяется по потере твердости смолы при росте температуры; значение, равное 1,0, принимается для расчетной температуры на 40°С меньше, чем ТНД; максимальное значение 1,25 при самой высокой расчетной допускаемой температуре, которая на 20°С меньше, чем ТНД; k4-коэффициент усталостного нагружения, равен 1,1 для числа циклов до 103 и 2,0 для 106 циклов; k5 — коэффициент глубины отверждения изменяется от 1,1 для полного отверждения при повышенных температурах в заводских условиях до 1,5.

  • РАСЧЕТ ТИПОВЫХ ФОРМ. ИСПЫТАНИЯ НА МОДЕЛЯХ

Усложненные конструкции оболочек можно рассчитывать на компьютере, используя стандартный блок данных или программу расчета оболочек. В конце раздела приводятся формулы расчета напряжений, вызываемых упругим продольным изгибом.
Устойчивость в упругой стадии. Чтобы предотвратить общую или локальную неустойчивость конструкций, в расчетах используют приведенное значение допускаемых напряжений или увеличивают жесткость элементов. Строительные материалы, используемые в конструкциях, как правило, имеют стандартные поперечные сечения, для которых существуют расчетные таблицы или правила определения максимальной гибкости, регулирующей устойчивость элементов. Для стеклопластиковых элементов, обладающих значительно более произвольной формой поверхности, необходимо тщательное рассмотрение вопроса устойчивости в упругой стадии. При использовании в расчетах на продольный изгиб коэффициента запаса прочности меньше или равного пяти может возникнуть опасность появления начальных деформаций и внезапного разрушения.
Испытания на моделях. Расходы на изготовление формы, используемой для производства элементов из стеклопластика, составляют значительную часть сметной стоимости, определяемую контрактом. В целях уменьшения риска до начала выпуска партии изделий целесообразно изготовить один образец-панель для проведения испытаний на приложение нагрузки (при необходимости до разрушения). Таким образом, на стадии испытаний можно исправить все недостатки, допущенные при проектировании, часто за счет незначительной модификации формы-матрицы или структуры самого слоистого материала. При выявлении серьезных недостатков рекомендуют изготовить второй опытный образец для повторного испытания. Таким образом, к началу производственного процесса все рабочие характеристики изготавливаемых элементов будут тщательно проверены.
Обычно испытания для выбранного типа элементов конструкции проводят с приложением расчетной нагрузки. Если имеется специальное помещение, то испытания проходят без каких-либо трудностей. Приложение расчетных нагрузок позволяет использовать стандартное оборудование, например Дексион. При измерении прогибов, соответствующих кратковременному нагружению, следует учесть ползучесть от приложения длительных нагрузок.


Материал
© Impulse Name 2008 - 2012