Статическая работа, расчет и конструирование тентово-вантовых покрытий

История тентовых конструкций уходит в далекое прошлое. Сохранившиеся до наших дней сведения о самых старинных тентовых сооружениях ведут нас в ХШ век до н.э. В середине XIX века стали распространяться временные тканевые покрытия для проведения различных представлений. Новый этап в развитии тентовых сооружений, продолжающийся и до наших дней, начался в конце пятидесятых годов XX века, благодаря развитию химической й текстильной промышленностей. Создавались новые виды полимерных волокон и на их основе, новые ткани, удовлетворяющие требования конструкторов при перекрытии больших пролетов.

В последние годы как в СССР, так и за рубежом легкие тентовые сооружения, основными частями которых являются мягкая оболочка и поддерживающие ее конструкции, получают все более широкое распространение. Это объясняется тем, что они обладают рядом характерных черт, которые в определенных условиях превращаются в преимущества по сравнению с другими типами конструкций. В качестве основных таких свойств можно назвать возможность перекрытия больших пролетов, быстровозводимость, малый расход материалов, применимость практически во всех областях народного хозяйства, в том числе в сельском хозяйстве. При возведении тентовых сооружений наряду с достоинствами необходимо учитывать и их недостатки, такие как трудности поддержания микроклимата и малую долговечность.

Актуальность темы

В решениях ряда Всесоюзных конференций по мягким оболочкам в последние несколько лет на основе представленных докладов было рекомендовано для быстрейшего решения вопросов продовольственной программы страны внедрение выгодных и технически легко осуществляемых тентовых покрытий. Последние могут быть эффективно применены в сооружениях различного назначения, например, для хранения удобрений и урожая, для гара-жирования и оперативного обслуживания техники, а также для проведения собраний, концертов и спортивных мероприятий. В то же время необходимо отметить, что еще мало изучены многие типы тентово-вантовых конструкций, в том числе тентовые покрытия с гибким контуром.

Диссертация посвящена теоретическому и экспериментальному изучению статической работы и разработке алгоритма расчета таких конструкций.

Цель работы — экспериментально исследовать работу тентового покрытия, напрягаемого вантовым контуром, для получения данных об их формообразовании и напряженно-деформированном состоянииразработать методику расчета подобных покрытий с учетом геометрической нелинейности их работы и физической нелинейности работы материала тентана основе полученных результатов разработать предложения для проектирования, возведения и эксплуатации тентовых покрытий.

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения.

Основные результаты экспериментально-теоретических исследований и рекомендации по проектированию, возведению и эксплуатации тентово-вантовых покрытий заключаются в следующем:

1. Способность ткани сопротивляться продольным усилиям в направлениях основы и утка значительно больше, чем в других направлениях, а влияние сдвиговой жесткости незначительное. Деформативность в направлениях основы и утка в основном зависит от соотношения натяжений в этих направлениях.

2. Расчетной моделью тканевой материи предложено принимать нитевую сеть, нити которой проходят по направлениям основы и утка ткани, а в узлах сети закреплены между собой. Расчет тентовых покрытий проводится с учетом геометрической нелинейности их работы и физической нелинейности работы материала тента.

3. Геометрия и перемещения элемента покрытия, определяемые расчетом, хорошо сходятся с экспериментальными результатами. Эпюры усилий, получаемые расчетным путем и экспериментально, качественно подобны, но количественно имеют некоторое различие, достигающее в отдельных случаях 30%.

4. Форму тентовых покрытий целесообразно выбирать с возможно большими кривизнами поверхности, что обеспечивает жесткость конструкции при меньших усилиях предварительного натяжения ткани тента.

5. Для тентовых покрытий желательно применять относительно хорошо деформируемый материал. Последняя черта дает возможность получить с помощью простого раскроя неразвертывающеся поверхности без возникновения складок.

6. Использование вантового контура позволяет избежать образования концентрации усилю! в угловых участках тканевого полотна при его предварительном натяжении.

7. Напряженно-деформированное состояние покрытия под нагрузкой зависит от вида закрепления ткани к контуру, а также от того, закреплены ли ванты на неподвижной опоре после предварительного напряжения или усилие в вантах сохраняется соответствующим способом на уровне начального значения. При всех вариантах экстремальные изменения усилий в ткани тента от внешней нагрузки возникнут в районе жестких элементов (опор) контура. Б тех участках, где контур больше перемещается, усилия мало изменяются.

8. Как правило, перемещения тентовых покрытий от реальных распределенных по поверхности оболочки нагрузок (до 0,5 кН/м2), достигаемые примерно ggот пролета, не влияют на их эксплуатационные свойства.

9. При возведении и во время эксплуатации тентовых покрытий, в основном из-за неоднородности тканевых материалов, усадки при увлажнении и высыхании, релаксации и ползучести требуется регулирование преднапряженного состояния. Так как во время эксплуатации практически отсутствует возможность изменения раскроя ткани или она связана со значительными трудностями, то необходимо предвидеть возможность изменения геометрии или предварительного напряжения контура. р

10. Стоимость I мЛ тентовых конструкций, возводимых в Эстонской ССР, по сравнению, например, -со стоимостью I м2 легких неотапливаемых помещений из стали, в среднем на 20% ниже. Эта разница теряется при использовании более капитальных тканевых материй. На основе сказанного можно сделать вывод, что использование тентовых покрытий в сооружениях целесообразно в случаях, когда требуется их быстрое возведение, многократное использование или доставка в труднодоступные районы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В рамках диссертации выполнены следующие исследования и разработки:

1. Анализ литературных данных об эксплуатации конструкций и методах расчета покрытий с использованием мягких оболочек.

2. Экспериментальное исследование физико-механических характеристик ткани тента.

3. Экспериментальное исследование работы тентовой конструкции, напрягаемой вантовым контуром, и элемента тентово-ван-тового покрытия.

4. Разработка принципа и общих уравнений определения напряженно-деформированного состояния тентовых покрытий.

5. Сравнение полученных результатов расчета и экспериментальных данных.

В результате проведенных исследований получено следующее:

1. Метод расчета тентово-вантового покрытиявыведен алгоритм и составлены программы расчета изучаемых покрытий, позволяющие выполнить расчет с учетом геометрической нелинейности их работы и физической нелинейности работы материала тента.

2. Способ расчета прямоугольной тканевой панели с вантовым контуром по методу разложения нагрузки.