Главная|Контакты
ПОСЛЕДНИЕ ЗАПИСИ
Памятники культуры могут разрешить передавать между учебными заведениями

Памятники культуры могут разрешить передавать между учебными заведениями

Учебные заведения, находящиеся в признанных культурным наследием зданиях, возможно смогут...

06.09.16  В Королеве в октябре будет открыта пешеходная зона в технологическом стиле

31.08.16  Корпорация Технониколь открыла новый завод по производству минваты в Хабаровске

31.08.16  Отреставрированный корпус РЭУ им. Плеханова открыт

29.08.16  На строительство нового терминала аэропорта на Камчатке претендуют 4 инвестора

29.08.16  ЦАГИ включен в список объектов культурного наследия

28.08.16  На Северном Кавказе к 2017 году будет введен в экусплуатацию индустриальный комплекс

26.08.16  Жилой комплекс со спортивной инфраструктурой будет построен в Казани

26.08.16  В усадьбе "Константиново" откроется детский хоспис

25.08.16  Перинатальный центр на северо-западе Москвы в скоро времени будет построен

24.08.16  В ходе реставрации метро "Сокол" будут восстановлены исторические элементы

ТОП СТАТЕЙ
Опубликовано : 08.02.15 | Категория: Пневматические строительные конструкции
Любая длинная мягкая трубообразная оболочка является в средней части цилиндрической, независимо от того, замыкается она с концов кругом или любой другой формой (рис. 10.2—10.3).
Из всех призматических тел большой длины только цилиндрическая оболочка может быть использована в качестве пневматически напряженной конструкции. Лишь на концах цилиндра краевые условия в том случае, когда торцы отличны от круга, влияют на форму пневматической оболочки.
Гибкая цилиндрическая оболочка широко распространена в различных типах шлангов и труб, как, например, в тканевых пожарных рукавах или воздухопроводах. Поскольку внутреннее избыточное давление придает цилиндрической оболочке нежелательную для шлангов жесткость, зависящую от модуля упругости материала, для изготовления гибких шлангов при-, меняют эластичные материалы, преимущественно резину, причем для восприятия высоких давлений резиновые шланги усиливаются диагонально перекрещивающейся обмоткой из кордного шелка.
Резиновые шланги малых диаметров сохраняют круговое поперечное сечение и без внутреннего избыточного давления.
Цилиндрическая оболочка

Широко известны также жесткие цилиндрические оболочки, как, например, паровые котлы, резервуары, нефтяные баки (рис. 10.1) и дистилляционные колонны, форма которых сохраняется и в случае отсутствия внутреннего избыточного давления.
Без внутреннего избыточного давления жесткие цилиндрические оболочки воспринимают в основном нагрузки от собственного веса и транспортные. Однако самой большой нагрузкой для таких оболочек, как и в пневматически напряженных оболочках, является нагрузка от внутреннего избыточного давления.
Мягкая цилиндрическая оболочка под действием внутреннего избыточного давления сохраняет свою форму и может сопротивляться изгибу (рис. 10.4), продольному изгибу (рис. 10.6) и кручению (рис. 10.5). Несущая способность такой оболочки зависит от внутреннего избыточного давления, толщины стенок и упругости материала. Чем выше модуль упругости материала, тем меньше деформации оболочки под нагрузками.
Если мы будем изгибать пневматически напряженную цилиндрическую оболочку, внешние волокна будут растягиваться, а внутренние разгружаться. В тот момент, когда вызываемые изгибом усилия сжатия больше уже не смогут компенсироваться предварительными растягивающими напряжениями в продольном направлении от внутреннего избыточного давления, возникают складки (рис. 10.7). При образовании складок изгибная жесткость оболочки резко падает. Оболочка сминается (рис. 10.8), образуется шарнир. Благодаря этому при перегрузках пневматической цилиндрической оболочки конструкция не перенапрягается; но в рукавах, заполненных жидкостью или газом, такие изломы вызывают нежелательные скачки давления.
Гофрирование поверхности оболочки понижает ее жесткость настолько, что становятся возможными относительно резкие изгибы оболочки без образования складок (рис. 10.9 и 10.10). При испытаниях на изгиб продольное сжатие и кручение упругие свойства материала оболочки имеют большое значение; в случае же бокового сжатия длинной цилиндрической оболочки (рис. 10.11), когда внутреннее избыточное давление поддерживается постоянным, например, путем подключения баллона со сжатым воздухом, эти характеристики не играют решающей роли. Ho если цилиндрическая оболочка замкнутая, то и в этом случае деформации более эластичной оболочки, например резиновой, больше по величине, чем у малоэластичной, поскольку удлинение последней от действия внутреннего избыточного давления меньше. Пневматически напряженная цилиндрическая оболочка — превосходный амортизатор для различных экипажей и машин, причем ее амортизирующая способность зависит от внутреннего избыточного давления. При деформации оболочка не подчиняется линейному закону. Уже при небольших нагрузках наблюдается заметная деформация оболочки, обусловленная малой площадью опирания. Чем больше нагрузка, тем меньше становится относительная деформация. В связи с этим цилиндрическая оболочка лучше отвечает требованиям, предъявляемым к амортизации экипажа, чем стальная рессора.
Цилиндрическая оболочка

Для подробного изучения свойств пневматически напряженных цилиндров под различными видами нагрузки в исследовательском центре легких строительных конструкций, руководимом автором, был проведен ряд опытов. На рис. 10.12 показан закрепленный с одного конца гибкий стержень в момент потери устойчивости при нагрузке собственным весом; на рис. 10.13 показан опыт на кручение.
Если обозначим через р — внутреннее избыточное давление, а через r — радиус кривизны, то мембранное напряжение цилиндрической оболочки в направлении образующей цилиндра выражается формулой nθ=pr/2, а в направлении, нормальном к предыдущему, т. е. в кольцевом направлении, nφ=pr, если торцы цилиндра не являются жестко закрепленными.
Цилиндрическая оболочка

Таким образом, напряжения в кольцевом направлении в два раза больше, чем в продольном. Цилиндр, из материала, имеющего одинаковую прочность по обоим направлениям, например из жести, в случае перенапряжения разрывается по образующей, т. е. нормально к направлению главных напряжений. Усиление цилиндрических котлов бандажами или накладками в общем случае целесообразно, если только нельзя использовать материал, прочность которого в кольцевом направлении в два раза больше прочности в другом направлении. Если же цилиндрическая оболочка используется как жесткий элемент строительной конструкции, работающий на изгиб или продольное сжатие, то наибольшие напряжения возникают в поперечном сечении оболочки.
В цилиндрической оболочке возможны самые разнообразные завершения торцов. На рис. 10.14 показано применение торцового завершения в форме трех четвертей сферы; на рис. 10.15 — применение луковицеобразной формы. В месте сопряжения этих форм с цилиндром располагается трос. Возможно также шпилеобразное завершение (рис. 10.16) и многие другие формы, если только они отвечают закону формообразования. При этом в оболочке не возникает сжимающих или изгибающих усилий. В случае же плоского торца цилиндра в виде мембраны на жестком кольце (рис. 10.17) возникают усилия сжатия и изгиба (рис. 10.18).
Если мы завершаем цилиндр, например, полусферой, то, как видно из диаграммы напряжений (рис. 10.19), кольцевые усилия в месте сопряжения сферы и цилиндра имеют различную величину. При одинаковой толщине мембраны цилиндрическая оболочка испытывает большие деформации, чем сферическая. В этом случае возникает искажение формы, которое сглаживается растяжимостью материала и трансформацией полусферы в новую, плавно сопрягающуюся с цилиндром поверхность вращения (рис. 10.20).
Весьма простым является завершение цилиндрической оболочки с помощью поперечного шва. Под действием внутреннего давления возникает известная форма (рис. 10.26). В этом случае, если только не применяется высокоэластичный материал или не делается специальный раскрой (рис. 10.23) материала, складок избежать нельзя. Могут конструироваться также суживающиеся (рис. 10.22—10.24) и разветвляющиеся оболочки (рис. 10.21), в которых не возникают сжимающие усилия от действия избыточного давления. Эти конструктивные приемы могут использоваться при проектировании экономичных форм трубопроводов высокого давления. Такие сопряжения имеют еще то преимущество, что они наилучшим образом отвечают аэродинамическим требованиям.
Цилиндрическая оболочка

Цилиндрическая оболочка с односторонним продольным утолщением (рис. 10.25) при повышении внутреннего давления изгибается вследствие различной деформации участков оболочки, сохраняя в поперечном сечении круговую форму.
Ветровые нагрузки на цилиндрическую оболочку зависят от отношения диаметра цилиндра к его длине. Величина сопротивления цилиндра, обтекаемого ветровым потоком, представлена графически на рис. 10.27. Ветровая нагрузка прикладывается нормально к поверхности обтекания. Пневматически напряженные цилиндрические оболочки давно и широко используются в различных областях, здесь приводится только несколько примеров из неисчерпаемого богатства областей применения.
На рис. 10.29 показано поперечное сечение плавучего моста, проходящего над большим глубоким водоемом. Мост собирается из пневмати-
чески напряженных цилиндрических оболочек, разделенных по высоте на две части. Верхняя часть оболочки используется для вентиляции, средняя — для пропуска транспорта и нижняя часть заполняется водяным балластом. Проезжая часть, выполненная в виде продольных жестких балок, обладает необходимой жесткостью. Подводные анкеры надежно закрепляют трубу моста; выезжают на мост через шлюзы. Цилиндрическая оболочка в виде тоннеля может пропускаться под водой на определенной глубине только при уравновешивании давления воды внутренним избыточным давлением. На очень больших глубинах (рис. 10.30) конструкция, целиком располагающаяся под водой, более экономична. В оболочке может поддерживаться избыточное давление, но особой необходимости в нем нет. Эта конструкция реализуется следующим образом. Между тяжелыми жесткими кольцами натягивается мембранная оболочка в форме седловидной поверхности вращения (например, тросовая сетка с заполнением из тяжелой прорезиненной ткани, рис. 10.28). Мембранная оболочка напрягается наружным давлением воды. Последние достижения в области строительных материалов позволяют создавать безупречные конструкции плавучих мостов и подводных тоннелей, обеспечивая также исключительно простые методы монтажа, производимого на плаву.
Применение надувных баллонов в виде труб для передвижки тяжелых грузов на слабом грунте иллюстрируется рис. 10.31.
На рис. 10.32—10.34 показано использование цилиндрических форм в многослойных оболочках, проектируемых для внеземного строительства, которые с целью защиты от усиленного излучения располагаются в штольнях в расщелинах скал.
Цилиндрическая оболочка

Пневматические цилиндрические полости используются в пневматических прессах, например, для склеивания деревянных элементов, при этом во внутреннюю полость двойного рукава подается большое избыточное давление (рис. 10.35). Так как двойной рукав обеспечивает плотное прилегание поверхностей, становится возможной непрерывная проходка штолен в самых разнообразных и неустойчивых горных массивах (рис. 10.36). Вначале в штольню вводится жесткая стальная труба с оголовником, позволяющим вести разработку породы буровым, взрывным или гидравлическим способом. Удаление породы из штольни производится также гидравлическим способом. Непосредственно за оголовником производится бетонирование поверхности штольни быстротвердеющим бетоном, уплотняемым затем с помощью воздушного рукава. При проходке тоннеля воздушный рукав смещается относительно стальной трубы. Это перемещение производится с помощью большого количества кольцевых шлангов в соответствии с рис. 10.31. Стальной цилиндр передвигается гидравлическими прессами, установленными на его конце. Поверхность штольни после такой обработки является полностью водонепроницаемой, она может создаваться в условиях высокого горного давления и давления воды.
Цилиндрическая оболочка

Цилиндрическая оболочка может быть представлена как композиция из бесконечно близко стоящих друг к другу сферических оболочек (рис. 10.37). Если же расстояния между центрами сфер становятся больше, то возникающие в местах перетяжек повышенные напряжения должны восприниматься с помощью тросов (рис. 10.38). Возможна комбинация из цилиндрических и сферических форм с тросами в применении к вытянутым трубообразным сооружениям (рис. 10.39). Большие оболочки в форме цилиндра из тяжелой ткани с покрытием применяются для водной транспортировки жидкостей, например нефти. Широко известны надувные лодки и понтоны, которые также составляются из цилиндрических оболочек.
Составленные рядом цилиндры могут образовывать большие изгибно-жесткие поверхности
Полуцилиндр. Цилиндрическая оболочка, рассеченная по образующим, вследствие простого раскроя широко используется в строительстве, в особенности при возведении вытянутых в длину сооружений. В таких зданиях можно избежать непосредственного присоединения именно сферической формы к цилиндру. Существует много возможностей торцового завершения оболочек без концентрации напряжений. На рис. 10.40 и 10.41 показаны примеры такого решения.
Конструкции тоннеля, проложенного в снегу, в виде пневматически напряженной цилиндрической оболочки поясняется поперечным разрезом на рис. 10.42. В арктических областях все более и более ощущается нужда в такого рода транспортных магистралях. Если для удаления отработанных автомобильных газов не предусматривается специального вентиляционного канала, то вентиляция производится усиленным воздухообменом. В промышленных транспортных магистралях высокая скорость движения воздуха в тоннеле может использоваться для непосредственного передвижения вагонеток (рис. 10.43). Еще Ланчестер в своем патенте 1917 г. (рис. 10.44 и 10.45) предложил завершение цилиндрической оболочки с помощью части сферы и соответствующего тросового усиления, в котором были использованы диагональные тросы, а также соединительные тросы, проходящие между центрами сопрягаемых куполов.
Цилиндрическая оболочка

Подобно куполам, форма цилиндрических и составляемых из цилиндров оболочек может меняться по высоте и пролету за счет введения боковых усилений (рис. 10.46) при постоянных радиусах кривизны. Цилиндры могут произвольно сопрягаться и связываться друг с другом при соответствующих вырезах в цилиндрических оболочках (рис. 10.47) или образовывать вертикальные мембранные стены (рис. 10.48).
В последнее время было опубликовано большое количество данных о проектных разработках и строительстве цилиндрических оболочек. Здесь приводятся некоторые из них.
Входы в большинстве случаев располагаются на торцах сооружения (рис. 10.49 и 10.50).
Инженером Дж. С. Ренехартом совместно с инженерами Колорадского горного института был разработан проект цилиндрического пневматического сооружения для строительства на луне (рис. 10.51 и 10.52). Защита от излучения по проекту создается подвесной кровлей.
Цилиндрическая оболочка

Самая длинная цилиндрическая оболочка, используемая в качестве цеха для производства баллонов и других пневматических конструкций (рис. 10.53 и 10.54), была построена фирмой «Шьельдаль». Этой же фирмой сконструировано огромное пневматическое покрытие из листовой алюминизированной стали (рис. 10.55 и 10.56).
Применение жестких торцовых плоскостей экономически выгодно только в небольших сооружениях, как, например, в теплицах (рис. 10.57 и 10.58) или в малых плавательных бассейнах со стеклянными торцами (рис. 10.59 и 10.60).
Перед возведением полуцилиндрического баллона со сферическими завершениями производится осмотр пневматической оболочки (рис. 10.61). Собственно оболочка соединяется с резиновой контурной трубой, заполняемой водой. Использование водяной балластной трубы в качестве фундамента позволяет производить надувание баллона без непосредственного закрепления его в грунте. Для того чтобы противостоять разнообразным нагрузкам, прежде всего ветровому отсосу, вес водяного балласта должен быть значительным. Конструкции с водяным балластом очень просты, но применять их нужно осторожно. При нагружении контурной трубы вследствие ее деформации повышается водяное давление, что увеличивает полезную жесткость контура. Однако, превращаясь в жесткий элемент, контурная труба становится чувствительной к неровностям площадки основания и повисает на них, что приводит к образованию неплотностей. Последние могут закрываться с помощью специальных фартуков. Так как в цилиндрической части опорные усилия в два раза больше, чем в сферической, поперечное сечение контура трубы соответственно изменяется.
В одной из разработок В. Бэрда торцовые части сооружения выполнены из непрозрачного материала, цилиндрическая же часть — из светопроницаемого (рис. 10.62), что создает внутренний объем, насыщенный светом. Здание надежно крепится к основанию.
Хотя внутреннее пространство пневматически напряженных цилиндрических оболочек в редких случаях удовлетворяет акустическим требованиям, тем не менее в этом отношении они лучше, чем сферические купола.
Цилиндрические оболочки пригодны для разрешения целого ряда строительных задач и позволяют создавать экономичные транспортабельные покрытия.
Цилиндрическая оболочка

В США разработаны простые конструкции оболочек, используемых при строительстве жилых домов зимой (рис. 10.63). Даже большие особняки могут целиком возводиться под такой обогреваемой внутри оболочкой. Строительство ведется в хороших условиях при как угодно низкой наружной температуре. Требования к защитным оболочкам для зимнего строительства очень высоки вследствие суровых условий эксплуатации на строительной площадке. Поэтому используются или особо прочные тяжелые ткани с высоким сопротивлением разрыву, или же очень тонкие недолговечные пленки. Нет сомнения, что пневматические конструкции различных типов весьма удобны в качестве укрытий для зимнего строительства. Их возможности в этом отношении до сих пор еще недостаточно используются.
Цилиндрическая оболочка

Здесь следует упомянуть о разработанных автором конструкциях укрытий для зимнего
строительства, форма которых может изменяться и развиваться по мере возведения сооружения. Наружная оболочка изготовляется из стандартных полотнищ материала, соединяемых различным способом внахлестку, и поджимается к тросовой сетке внутренним давлением.
Для покрытий небольших передвижных плавательных бассейнов (рис. 10.64). В. Бэрд создал конструкцию в виде полуцилиндра из светопрозрачной пленки с весьма простыми входами в форме вращающихся дверей. В этом случае здание крепится также непосредственно к основанию. Высокая влажность внутри помещения приводит к выпадению конденсата на холодной поверхности оболочки. Конденсат стекает по оболочке вниз, где его можно собирать.
Похожие новости