15. Основные материалы, применяемые для мембран. Физические свойства.

Мягкие оболочки – особый класс пространственных конструкций, выполненных из материалов, обладающих высокой прочностью при растяжении (в 2х направлениях) и практически неспособных сопротивляться др. видам напр. состояния (на кручение, изгиб).

Для оболочек исп-ют ткани с покрытием из синт. смол или пленки, армированные сетками.

Срок службы: эксплуатируемых в средних широтах 7-10 лет; уникальных, капитального типа из спец. дорогих мат-ов (основа – стеклоткань, покрытие – политетрафторэтилен – «тефлон») – 25-30 лет.

Мембраны, прим. в Германии(2000г.):

- без покрытий: - х/б мембрана с откр. пористостью;

- стальная мембрана (откр. сетка);

- фторполимерная мембрана;

- с покрытием: - фторполимерная мембрана;

- мембрана из полиэстера, покрытая поливинилхлоридом(ПВХ);

- решетчатая мембрана на основе полиэстера, покр-тая ПВХ;

- на основе стекловолокна, покр-тая политетрафторидэтиленом(PTFE)

- на основе стекловолокна, покр-тая силиконом, открытая пористость;

- из полтэстера, покр-тая ПВХ, закрытая пористость;

- прозрачная мембрана – пленка из этилентетрафторидэтилена(ETFE);

- прозр. мембрана на основе ПВХ.

В качестве мат-ла мягких оболочек м.б. листовая нерж. сталь и алюминий (СКК).

Рпр м.б. создано 2-мя способами: 1) пневматическим(пневматические конструкции);

2) механическим(тентовые конструкции).

Наиболее распространенные мат-лы: ткани с покрытием на текстильной силовой основе и изолирующего покрытия с обеих (реже одной) сторон в виде пасты или приклеиваемой (привариваемой) пленки. В качестве силовой основы – ткань полотняного переплетения (№8-20).

Покрытие обеспечивает: воздухо-, водонепроницаемость, а также от ультрафиолета и мех. повреждений. Покрытия (пленки): синт. каучуки, поливинилхлорид(ПВХ), хлорсульфированный полиэтилен («хайпалон») и др.

Нормативное сопротивление разрыву:

1) по основе (вдоль рулона)= 40..80 кН/м(4..8т/м); расч.=1,5..2,5 т/м;

2) по утку (поперек рулона)= на 10-20% ниже.

Толщина мат-ла: 0,5..1,5 мм. Масса = 600..800 г/м² (из кот. текстиль – 25..30%).

Ширина полотнищ: от 1 до 2 м.

Требования к материалу:

-долговечность;-прочность;-водонепроницаемость;-воздухонепроницаемость;-негорючесть;-морозостойкость;-светопроницаемость в зад. степени;-окрашиваемость в массе в любой цвет;-технологичность;-склеиваемость (спаиваемость);-экологичность;-умеренная стоимость

16. Пневматические конструкции. Воздухоопорные конструкции. Принципы работы. Основы расчета. Конструкции узлов.

П невматические конструкции отличаются простотой, высокой технологичностью, малой массой, легкостью и компактностью в сложенном виде, высокой сборностью и транспортабельностью. Их возведение весьма просто и не требует каких-либо трудоемких вспомогательных приспособлений. Они обладают сейсмостойкостью, а их основание можно возводить на скальных грунтах. Однако общий срок службы воздухоопорных конструкций на тканевой или пленочной основе составляет до 10 лет.

Воздухонесомые конструкции, в отличие от воздухоопорных, представляют собой не цельное здание или сооружение, но только его конструктивные элементы – пневматические стержни (балки, стойки, арки, рамы) и панели. Пневмостержни используются как легкий каркас сооружений, обтягиваемый в дальнейшем мягким покрытием. Из пневмопанелей создают пространственные конструкции – своды и купола. Несущая способность воздухонесомых конструкций (сопротивление сжатию, изгибу, кручению) обеспечивается высоким давлением воздуха в полностью замкнутом объеме.

Опоры пневмоарок шарнирные. Торец пневмоэлементов надевают на стальной стакан и закрепляют нагелями или хомутами. Наиболее целесообразно для ПК использовать арки кругового очертания. Пролет пневмоарок следует принимать 12-16 м., шаг 2,5-3 м. Проектное положение ПК сохраняется благодаря избыточному давлению воздуха (0,5-1,5 атм.)

Д остоинства:

• Высокая несущая способность

• Очень малый вес

• под ними нет избыточного давления воздуха и нет необходимости его поддержания и шлюзования

• теплотехнические показатели панельных конструкций несравненно выше, чем у однослойных воздухоопорных оболочек

Недостатки

• Трудно создать необходимую степень герметичности

• Высокая стоимость (3-4 раза превышающей стоимость воздухоопорных)

• ограниченность перекрываемых пролетов, не превышающих (при экономической целесообразности) 18-20 м.

К наиболее распространенным видам воздухонесомых конструкций относятся пневмоарки. Их экономически обоснованные пролеты находятся в пределах 10-20 м, хотя технические возможности гораздо выше. Например, круговой в плане павильон Фудзи на Экспо-70 в Осаке (Япония) перекрыт пневмоарками пролетом до 50 м.

Арки низкого давления (от 25 до 75 кПа) выполняют из таких же тканей с покрытиями, которые служат оболочками воздухоопорных зданий. Их выкраивают в виде коротких цилиндрических секций, которые соединяют между собой сварными, шитыми или комбинированными швами. Диаметр сечения арок низкого давления равен 1/10 – 1/12 радиуса кривизны их оси.

Арки высокого давления (от 100 до 700 кПа) представляют собой цельнотканые рукава типа пожарных шлангов, покрытых с обеих сторон воздухонепроницаемым слоем или снабженных камерой. Высокое внутреннее давление, обусловленное высокой прочностью текстильной основы, позволяет настолько уменьшить диаметр сечения шланга, что, стягивая концы прямых пневпостержней, можно образовать пневмоарки желаемой кривизны, образующие каркас сводчатого или купольного сооружения. Ограждающей конструкцией может быть тент из любого мягкого материала. Диаметр арок высокого давления составляет 1/25 – 1/40 среднего радиуса кривизны их оси.

Расчет

1) по несущей способности (прочность, устойчивость);

2) по деформациям (прогибам, складкообразованию и сохранению положительной кривизны).

Расчет на устойчивость необходим при проектировании элементов ПК, которые могут потерять несущую способность раньше разрыва оболочек.

Расчет по прогибам производится из условия f≤[f] и заключается в определении максимального прогиба от нормативных нагрузок, который должен быть меньше предельного.

В основу приближенного расчета пневмостержневых конструкций положена следующая гипотеза: продольные сжимающие усилия в оболочке от действия внешних нагрузок нейтрализуются продольными растягивающими усилиями, вызываемыми избыточным давлением воздуха. Если на пневмостержень с радиусом поперечного сечения r действует сжимающая сила N и изгибающий момент M, то сжатие в нем будет равно

А растягивающее усилие от избыточного давления воздуха составит n_p = pr/2

Приравнивая правые части, можно найти величину необходимого уровня избыточного давления в пневмостержне:

С другой стороны, прочность материала пневмостержня должна соответствовать условиям прочности: n₁ = pr/2 + (M/r – N/2)/(πr) ≤ R₁

В кольцевом направлении n₂ = pr ≤ R₂