Левчук Александра Александровна

Прочность и деформативность трехслойных панелей с металлическими обшивками и утеплителем в ограждениях зданий и сооружений

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
по специальности 05.23.01 – Строительные конструкции, здания и сооружения

Сэндвич панели: введение

Сэндвич панели в Республике Беларусь производятся с середины 1990-х годов. На сегодняшний день в стране работают более 10 предприятий, выпускающих сэндвич панели. Наиболее крупными из них являются группа компаний «Изобуд», ООО «УниверсалСистем», ООО «Паветра». Общий объем выпускаемых в республике панелей превышает 3 млн. м кв. в год.

Несмотря на большие объемы выпуска трехслойных панелей, они не всегда удовлетворяют требованиям надежности. Выполненные в 2008—2009 гг. обследования ограждений из сэндвич панелей (настила покрытия корпуса РУП «Борисовский завод медицинских препаратов», стенового ограждения строящегося здания СООО «Джокей Пластик Могилев» и настила покрытия части здания участка литейного производства алюминиевых клапанов серий ВН, ВФ и фильтров газовых серий ФН, СП «ТермоБрест» ООО) выявили массовые повреждения панелей в виде отслоений и потери устойчивости обшивок, вмятин в местах крепления панелей. Выполненные испытания и поверочные расчеты показали, что во всех перечисленных случаях, вследствие допущенных при проектировании ограждений ошибок, панели не способны воспринимать нормируемые [1, 2, 3] внешние воздействия. Большое число ошибок при проектировании ограждений из трехслойных панелей вызвано, в основном, недостатками существующих методик расчета таких ограждений [4–6] и отсутствием данных о необходимых для расчета прочностных и упругих характеристиках выпускаемых панелей.

Существующие инженерные методики расчета сэндвич панелей [4–6]:

• не позволяют производить статический расчет трехслойных панелей по неравнопролетным расчетным схемам с учетом требований [1, 2, 3] по приложению нормируемых нагрузок (линейное изменение нагрузки в зоне расположения снеговых мешков для панелей покрытия или ветровой нагрузки по высоте для стеновых панелей; наличие силовой нагрузки не во всех пролетах; приложение сосредоточенных сил);
• не позволяют учесть жесткость опорных связей (крепление панели к несущим конструкциям считается жестким из плоскости и допускает свободные деформации в плоскости панели);
• позволяют определять внутренние усилия в элементах панелей только в предположении абсолютной плоскостности ограждения, что, как правило, не соблюдается на практике;
• при анализе напряженного состояния среднего слоя вне опорных зон позволяют учесть только сдвигающие усилия, в то время как высокая деформативность применяемых профилированных обшивок приводит к возникновению в среднем слое сложного напряженного состояния.

При проектировании ограждений зданий и сооружений из металлических панелей с утеплителем должны выполняться расчеты по первой и второй группам предельных состояний, для чего необходимо знать следующие прочностные и упругие характеристики панелей – расчетное сопротивление материала обшивок растяжению, критические напряжения потери местной устойчивости подкрепленных средним слоем сжатых обшивок, модуль сдвига среднего слоя, расчетные сопротивления материала среднего слоя сдвигу и сжатию (смятию) на опорах. Часть из них известна (расчетное сопротивление стали растяжению), другие же необходимо определять экспериментально. На сегодняшний день информация о прочностных и упругих характеристиках предоставляется единичными производителями трехслойных панелей. Отсутствие этой информации делает невозможным расчет ограждений по первой и второй группам предельных состояний.

Анализ показал, что недостатки существующих инженерных методик расчета сэндвич панелей [4–6] делают невозможным строгий расчет ограждений по первой и второй группам предельных состояний с достаточной точностью. Устранение повреждений ограждений из трехслойных панелей, вызванных неточностями расчетов при проектировании, приводят к высоким экономическим издержкам. Поэтому, задача обеспечения несущей способности ограждений из трехслойных панелей весьма актуальна с экономической точки зрения, а данная работа, посвященная изучению особенностей напряженно-деформированного состояния трехслойных панелей, является важной в практическом и научном планах.