СТАТЬИ АРБИР
 

  2016

  Декабрь   
  Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
28 29 30 1 2 3 4
5 6 7 8 9 10 11
12 13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30 31 1
   

  
Логин:
Пароль:
Регистрация
Забыли свой пароль?


К постановке проблемы о необходимости учета в расчете напряженно-деформированного состояния системы «сэндвич- панель - каркас


К ПОСТАНОВКЕ ПРОБЛЕМЫ О НЕОБХОДИМОСТИ УЧЕТА В РАСЧЕТЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ «СЭНДВИЧ- ПАНЕЛЬ - КАРКАС ЗДАНИЯ» КРЕПЕЖНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Ананьин М.Ю.

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», Екатеринбург, Россия m.y.ananin[AT]urfu.ru

Ведищева Ю. С.

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», Екатеринбург, Россия botan1[AT]inbox.ru Обеспечение безопасных и комфортных условий пребывания людей в здании является первостепенной задачей как при типовом проектирований зданий, так и при разработке новых конструктивных решений.

Соблюдение санитарно-гигиенических норм в здании при использовании в качестве ограждающих конструкций сэндвич-панелей с металлическими обшивками, а также вопросы, связанные с необходимостью учета напряженно-деформированного состояния крепежных элементов при расчете несущей способности системы «сэндвич-панель - каркас здания», были рассмотрены авторами в работе [3].

При изучении напряженно-деформированного состояния ограждающих конструкций зданий из металлопрофилей, представляет интерес не только величина прогиба панели под действием внешней нагрузки, но и работа крепежных элементов системы «сэндвич-панель - каркас здания».

С целью выявления характера деформации крепежной системы был проведен ряд предварительных численных экспериментов при приложении к системе равномерно- распределенной статической нагрузки, а также нагрузки, возникающий вследствие разности температур снаружи и внутри здания. Результаты расчета, полученные авторами, сравнивались с теоретическим расчетом, проведенным по известным формулам [1], и с результатами эксперимента, приведенными в работе [2].

Согласно результатам эксперимента прогиб панели длиной 3,2 метра с обшивками толщиной 0,5 мм с малым гофром и толщиной утеплителя 50 мм от равномерно- распределенной нагрузки величиной 1,82 кПа составит 48 мм. При проведении эксперимента совместная работа системы «сэндвич-панель каркас здания» не учитывалась [2].

Прогиб панели, полученный в результате численного моделирования работы конструкции без учета совместной работы панели и ветрового ригеля, равен 50 мм, что согласуется с данными эксперимента [2], распределение напряжений, полученных при моделировании работы панели, соответствует реальной работе конструкции. Теоретический расчет по формулам сопротивления материалов [1] дает значение прогиба, равное 47,2 мм, что также согласуется со значениями прогибов панели по результатам эксперимента [2] и по результатам численного моделирования работы конструкции.

В реальных условиях, при действии на сэндвич-панель внешней нагрузки, элементы каркаса здания (ветровые ригели) включаются в работу совместно с сэндвич-панелью, что влияет на напряженно-деформированное состояние самой панели, элементов ее крепления к каркасу здания и элементов каркаса здания (ветровых ригелей). Из-за наличия утеплителя в сэндвич-панели увеличивается гибкость конструкции, а сдвиговая сила, действующая в конструкции, распределяется между внутренней обшивкой и конструкцией опоры (элементами каркаса здания) [1]. Таким образом, при расчете на прочность системы «сэндвич-панель - каркас здания» возможно необходим учет контактных напряжений, возникающих в месте крепления сэндвич-панели к элементам каркаса здания.

Для выяснения действительной работы сэндвич-панелей была разработана модель для численного решения задачи совместной работы панели и ветрового ригеля.

При решении контактной задачи в программном комплексе значение прогиба панели, с учетом совместной работы системы «сэндвич-панель - каркас здания», равно 42,6 мм. При теоретическом расчете панели, с учетом работы ветрового ригеля на концах панели, теоретический прогиб панели равен 42,1 мм.

Разрушение системы «сэндвич-панель - каркас здания» происходит чаще всего из-за отрыва утеплителя панели от ее наружных обшивок и из-за превышения предельных деформаций крепежных элементов (самонарезающих винтов и обшивок панели в зоне ее крепления к ветровым ригелям) [3].

Характер деформаций самонарезающих винтов, наблюдаемый в ходе численного эксперимента, говорит о том, что элементы крепления испытывают деформации сдвига, растяжения и изгиба.

Так, при расчете по допускаемым напряжениям, деформации самонарезающего винта диаметром 5,5 мм, используемого при однопролетном креплении сэндвич-панели длиной 6 м с металлическими обшивками, толщиной 0,5 мм и слоем утеплителя толщиной 150 мм с помощью самонарезающих винтов с шагом 0,45 м к ветровому ригелю здания, представляющего собой швеллер с толщиной полки 5 мм, при действии нагрузки только от перепада температур (температура внутри помещения +20°С, температура снаружи -40°С), касательные напряжения в теле винта составляют 84,7 МПа при допускаемых напряжениях 90 МПа.

Таким образом, разрушение системы «сэндвич-панель - каркас здания» могло произойти из-за среза самонарезающих винтов. На практике, разрушение системы «сэндвич- панель - каркас здания» происходит вследствие разрыва тела винта или его вырыва из полки швеллера под действием внешней нагрузки, или смятия обшивки сэндвич-панели в месте крепления ее самонарезающим винтом к элементу каркаса здания. Так как по данным экспериментов срез винтов происходит только при толщинах соединяемых материалов более 1,5 мм, а для всех остальных толщин разрушение происходит как смятие листов соединяемых материалов [4], то, в данном случае, среза самонарезающего винта не произойдет, но разрушение системы «сэндвич-панель - каркас здания» произойдет из-за смятие обшивки сэндвич-панели в месте крепления ее самонарезающим винтом к ветровому ригелю.

Для однопролетной панели длиной 3 метра при толщине металлических обшивок 0,5 мм, толщине утеплителя 150 мм, которая крепится к ветровым ригелям - швеллерам с толщиной полки 5 мм с помощью самонарезающих винтов с шагом 0,45 м, при действии нагрузки только от перепада температур, касательные напряжения в самонарезающих винтах в месте контакта внутренней обшивки панели и ветрового ригеля, равны 14,4 МПа при допускаемых напряжения 90 МПа. Таким образом, при снижении пролета сэндвич-панели, значительно снижаются сдвиговые деформации, возникающие в месте крепления панели к элементам каркаса здания.

Также в ходе проведения предварительного численного эксперимента выявлено, что деформации самонарезающих винтов в узле не равномерны. Это наблюдение подтверждается данными эксперимента [4]. Кроме того, в ходе численного эксперимента замечено, что крайние самонарезающие винты в узле испытывают большие деформации, нежели центральные самонарезающие винты. Неравномерность включения в работу элементов крепления в многовинтовых соединениях подтверждена результатами эксперимента [4].

Кроме того, по данным предварительных численных экспериментов сделан вывод о том, что постановка дополнительных элементов крепления не дает значительного снижения деформаций сдвига, возникающих в месте крепления сэндвич-панели к элементам каркаса здания. При этом работа самонарезающих винтов, как элементов крепления, на вырыв из полки швеллера и обшивки панели, а также на растяжение, при постановке дополнительных самонарезающих винтов улучшается.

Таким образом, повысить несущую способность системы «сэндвич-панель - каркас здания» можно следующими методами:

применением панелей вертикальной разрезки, что приведет к снижению сдвиговых деформаций в месте крепления панели к элементам каркаса здания;

снижением шага постановки крепежных элементов, что приведет к увеличению несущей способности системы на вырыв самонарезающих винтов из полки швеллера и обшивки панели и снизит деформации растяжения, возникающие в элементах крепления.

Анализ результатов серии предварительных численных экспериментов показал необходимость проведения дальнейших исследований для более глубокого анализа работы системы «сэндвич-панель - каркас здания» с учетом наличия контактных напряжений в месте крепления панели к элементам каркаса здания (колоннам и ветровым ригелям).

Библиографический список

J. M. Davies. Lightweight sandwich construction: Blackwell Science Ltd, 2001

Хайруллин Л. Р. Несущая способность трехслойных панелей с металлическими обшивками и технологическими стыками среднего слоя, дисс. к.т.н.: Казань, 2012.

Ананьин М.Ю., Ведищева Ю.С. Влияние температурных воздействий на энергосберегающие свойства быстровозводимых зданий: Город XXI века: управление развитием. Екатеринбург: Изд- во Урал. ун-та, 2014. - 223 с.

Катранов И.Г. Несущая способность винтовых и заклепочных соединений стальных тонкостенных конструкций: дисс. к.т.н., Москва, 2011.








МОЙ АРБИТР. ПОДАЧА ДОКУМЕНТОВ В АРБИТРАЖНЫЕ СУДЫ
КАРТОТЕКА АРБИТРАЖНЫХ ДЕЛ
БАНК РЕШЕНИЙ АРБИТРАЖНЫХ СУДОВ
КАЛЕНДАРЬ СУДЕБНЫХ ЗАСЕДАНИЙ

ПОИСК ПО САЙТУ