В железобетонных и других традиционных конструкциях толщину слоя пенопластового заполнителя (см. рис. 1, а, б) определяют обычно теплотехническим расчетом. Эксплуатационную надежность слоистых конструкций со средним слоем из конструкционных пенопластов (рис. 1, в, г, д) устанавливают как статическим, так и теплотехническим расчетом [16, 42, 43].
Целью статического расчета слоистых конструкций является обеспечение требуемой эксплуатационной надежности при минимальных затратах материалов. Расчет ведут исходя из расчетных сопротивлений и модулей упругости материалов, из которых изготовлена конструкция. При расчете слоистых панелей определяют оптимальные параметры, прочность и деформативность элементов конструкции, рассматривают общую и местную устойчивость и прогиб конструкции. Под потерей общей устойчивости и общим прогибом понимают деформации, связанные с искривлением конструкции в целом; под потерей местной устойчивости — деформации, связанные с местным искривлением тонких обшивок панели при сжатии или сдвиге.
В слоистых панелях типа «сэндвич» основные нормальные усилия воспринимаются обшивками, а сдвигающие— средним слоем. Пенопластовый средний слой связывает между собой обшивки панели, обеспечивая этим совместную работу элементов конструкции, восприятие местных нагрузок и устойчивость сжатой обшивки. В панелях, в которых обшивки связаны помимо сплошного среднего слоя также и жесткими ребрами, располагаемыми обычно по периметру панели, сдвигающие усилия частично или полностью воспринимаются ребрами.
Как отмечалось, одной из особенностей среднего слоя, изготовленного из беспрессовых пенопластов, является его сравнительно высокая деформативность. Характер работы панели с податливым средним слоем отличается от характера работы однослойной конструкции. В податливом пенопластовом среднем слое могут развиваться значительные деформации. В результате происходит взаимное смещение обшивок в направлении, параллельном срединной поверхности панели. При расчете панелей со сплошным пенопластовым средним слоем необходимо учитывать эти смещения, существенно влияющие па работу конструкции и делающие непригодными для ее расчета формулы, которые выведены для однослойных панелей в предположении, что отсутствует взаимное смешение внешних слоев.
Рис. 43. Случаи потери несущей способности сжатой обшивки
Разрушение панелей с тонкими обшивками (металлическими или стеклопластиковыми), как правило, наступает от потери несущей способности сжатой обшивки. Возможны различные случаи потери несущей способности обшивки [44]:
а) отрыв обшивки от среднего слоя, вызванный разрушением пенопластового заполнителя или клеевого соединения обшивки со средним слоем (рис. 43,с);
б) выпучивание обшивки в сторону среднего слоя с
образованием складок (рис. 43,6);
в) излом обшивки (рис. 43,с).
Первые два случая характерны для обшивок из упруго-пластических материалов (алюминий, сталь), а третий — из хрупких материалов (слоистых и армированных пластиков). В панелях с асбестоцементными обшивками, сравнительно плохо работающими па растяжение, разрушение, как правило, происходит от разрыва растянутой обшивки.
В панелях без обрамления и ребер, особенно при большой толщине, возможно разрушение панели и по
среднему слою.
Точный расчет слоистых панелей приводит к довольно сложным формулам, которые используют главным образом для оценки точности более простых приближенных решений. При выводе упрощенных уравнении принимают ряд допущений, облегчающих их решение, но являющихся более приемлемыми, чем гипотезы сопротивления материалов, используемые при расчете однослойных плит.
Допускается, что обшивки и пенопластовый средний слон работают совместно как упругие материалы. Слоистая панель работает как балка сплошного сечения, и ее рассчитывают исходя из условия восприятия внешней нагрузки и собственного веса. Одно из основных допущений позволяет пренебречь неравномерностью распределения нормальных напряжении по толщине обшивки. Если толщина обшивок по сравнению с толщиной всей панели мала, то при решении задач, связанных с общим изгибом панели, можно не учитывать изгибную жесткость обшивки.
В случае задачи общего изгиба или устойчивости панели не учитывают влияние сближения обшивок. Это допущение соответствует принятию модуля упругости пенопластового среднего слоя в направлении, нормальном к поверхности панели, равным бесконечности. Из-за податливости пенопластового среднего слоя принимают, что продольные усилия и моменты, действующие в поперечных сечениях панели, воспринимаются только обшивками. Это допущение равносильно принятию модуля упругости пенопластового среднего слоя в плоскости плиты равным нулю. Напряжения сдвига, вызываемые поперечной силой, воспринимаются средним слоем, причем податливость среднего слоя при сдвиге характеризуется модулем сдвига.
Отмеченные допущения не универсальны. Например, условие равномерности распределения напряжении по толщине обшивок неприемлемо при рассмотрении задач, связанных с местными изгибами обшивок (при действии местной сосредоточенной нагрузки). Применение этого допущения ограничено также для случая общего изгиба панели, если изгибная жесткость обшивок достаточно велика (толстые асбестоцементные обшивки).
|
