4.3.2. Несущая способность панелей при работе на сдвиг

Результаты испытаний образцов панелей с плоскими и профилированными наружными обшивками для определения прочности при сдвиге по схеме, показанной на рисунке 4.15, сведены в таблицу 4.16.

Схема испытаний образцов панелей на свиг

Fug4F_{u-g4} — зафиксированная в момент разрушения образца испытательная нагрузка;

Fg4ncF_{g4} ^{nc} — величина нагрузки от собственного веса стеновой панели;

Fg4nnF_{g4} ^{nn} — величина нагрузки от собственного веса панели покрытия;

Рисунок 4.15. — Схема испытаний образцов панелей на свиг

Как видно из таблицы 4.16, панели покрытия с наружными профилированными обшивками разрушались при значительно меньших напряжениях сдвига в среднем слое, чем стеновые панели.

Разрушение стеновых панелей происходило с образованием наклонных трещин в среднем слое, как показано на рисунке 4.16. Разрушение панелей покрытия начиналось с отрыва гофров в приопорных зонах (рисунок 4.17а), с последующим образованием наклонных трещин (рисунок 4.17б).

Таблица 4.16. — Разрушающие нагрузки и прочность при сдвиге панелей с плоскими и профилированными обшивками

Разрушающие нагрузки и прочность при сдвиге панелей с плоскими и профилированными обшивками

Общий вид разрушения панелей с плоскими обшивками при их испытании по определению сопротивления сдвигу

Рисунок 4.16. — Общий вид разрушения панелей с плоскими обшивками при их испытании по определению сопротивления сдвигу

Общий вид разрушения панелей с наружными профилированными обшивками при их испытании по определению сопротивления сдвигу

а — отрыв гофров в приопорной зоне;

б — наклонная трещина в среднем слое;

Рисунок 4.17. — Общий вид разрушения панелей с наружными профилированными обшивками при их испытании по определению сопротивления сдвигу

Наружная обшивка с широкими нижними полками достаточно деформативна, и ее работа значительно отличается от балочной, в связи с чем в зонах нижних изгибов профиля обшивок (см. рисунок 4.20) могут возникать напряжения, не учитываемые стандартными методиками расчета, учитывающими сдвиг среднего слоя только в плоскости, параллельной продольной оси панели и перпендикулярной ее обшивкам (Y0Z на рисунке 4.18).

Для оценки напряженного состояния среднего слоя был выполнен расчет трехмерной модели образца панели покрытия методом конечных элементов.

Изополя напряжений сдвига в различных плоскостях среднего слоя образца панели, испытываемой на изгиб, показаны на рисунках 4.18 и 4.19.

Изополя напряжений сдвига в среднем слое в плоскости Y0Z

Рисунок 4.18. — Изополя напряжений сдвига в среднем слое в плоскости Y0Z

Изополя напряжений сдвига в среднем слое в плоскости X0Z

Рисунок 4.19. — Изополя напряжений сдвига в среднем слое в плоскости X0Z

Фрагмент профиля наружных обшивок панелей, выпускаемых в Республике Беларусь

Рисунок 4.19-1. — Фрагмент профиля наружных обшивок панелей, выпускаемых в Республике Беларусь

Из рисунков 4.18 и 4.19 видно, что касательные напряжения в плоскости Y0Z и X0Z одновременно достигают максимальных значений в области изгиба профиля обшивки (в точке А).

Величина результирующих касательных напряжений в точке А составляет τp=τx2+τyz2=74.02+73.52\tau_p=\sqrt{\tau_x^2 + \tau_{yz}^2}=\sqrt{74.0^2+73.5^2} = 104,3 кПа, что совпадает с полученной экспериментально прочностью стеновых панелей при сдвиге (103 кПа, см. таблицу 4.16).

Дальнейшее исследование напряженного состояния среднего слоя панелей с профилированными обшивками выполнялось по направлению минимизации касательных напряжений τxz\tau_{xz}.

На рисунке 4.20 приведены полученные расчетным путем зависимости напряжений τxz\tau_{xz} от угла наклона стенки профиля обшивки α в среднем слое панелей различных толщин.

Анализируя зависимости τxz\tau_{xz} (рисунок 4.20) можно отметить, что касательные напряжения τxz\tau_{xz} принимают минимальное значение при α ≈ 40…45˚, а максимальное – при α ≈ 55…60˚. При этом отношение минимального значения τxz\tau_{xz} к максимальному τxz\tau_{xz} (α ≈ 40…45˚) / τxz\tau_{xz} (α ≈ 55…60˚) ≈ 0,5. Таким образом, уменьшение угла наклона стенки профиля обшивки до α = 45˚, вызовет снижение напряжений τxz\tau_{xz} и, следовательно, повышение несущей способности панели при действии поперечной силы.

Зависимость касательных напряжений в точке А среднего слоя панелей от угла наклона α стенки профиля обшивки

Рисунок 4.20. – Зависимость касательных напряжений τxz\tau_{xz} в точке А среднего слоя панелей от угла наклона α стенки профиля обшивки

Проверку прочности среднего слоя панелей при сдвиге представляется целесообразным выполнять в виде τp\tau_{p}fc,v,df_{c,v,d}, где fc,v,df_{c,v,d} – расчетное значение прочности материала среднего слоя при сдвиге, τp=τyz2+τxz2\tau_{p}=\sqrt{\tau_{yz}^2+\tau_{xz}^2} – результирующие касательные напряжения в среднем слое.

В связи с тем, что применяемые методики расчета трехслойных панелей [4-6, 26] позволяют получить только значение касательных напряжений в плоскости Y0Z (τyz\tau_{yz}), дальнейшие исследования были направлены на оценку величины τxz\tau_{xz} / τyz\tau_{yz} при различных геометрических параметрах поперечного сечения панели и упругих характеристиках материала среднего слоя.

На рисунке 4.21 показаны зависимости величины τxz\tau_{xz} / τyz\tau_{yz} от угла α для панелей различных толщин.

Рисунок 4.21. — Зависимости величины τxz\tau_{xz} / τyz\tau_{yz} от угла α для панелей различной толщины

Из рисунка 4.21 видно, что для панелей, выпускаемых в Республике Беларусь (α = 59⁰ … 65⁰), независимо от их толщины, τxz\tau_{xz} / τyz\tau_{yz} ≈1, и τp=τyz2+τxz2\tau_{p}=\sqrt{\tau_{yz}^2+\tau_{xz}^2}2τyz\sqrt{2\tau_{yz}}. В случае уменьшения угла α до 45˚ отношение τxz\tau_{xz} / τyz\tau_{yz} уменьшится до τxz\tau_{xz} / τyz\tau_{yz} ≈ 0,5, а τp\tau_{p} – до τxz\tau_{xz}τyz2+(0,5τxz)2\sqrt{\tau_{yz}^2+(0,5 \tau_{xz})^2} = 1,11τyz\tau_{yz}. Таким образом, при уменьшении угла α до 45˚ сопротивление панелей сдвигу должно увеличиться на 28%.

Оценим влияние модуля сдвига материала среднего слоя и геометрических параметров поперечного сечения панели на значение отношения τxz\tau_{xz} / τyz\tau_{yz}. Все расчеты выполнялись по той же расчетной схеме и на ту же нагрузку.

Зависимости τxz\tau_{xz} / τyz\tau_{yz}(α) для панелей с различными величинами модуля сдвига среднего слоя GCG_C показаны на рисунке 4.22. Увеличение модуля сдвига среднего слоя ведет к незначительному снижению величины τxz\tau_{xz} / τyz\tau_{yz}.

Рисунок 4.22. — Зависимости величины τxz\tau_{xz} / τyz\tau_{yz} от угла α для панелей с различным модулем сдвига среднего слоя

Для выявления влияния геометрических параметров обшивки на форму зависимости τxz\tau_{xz} / τyz\tau_{yz}(α) были выполнены расчеты панелей с обшивками различного профиля. Результаты выполненных расчетов показаны на рисунках 4.23—4.26.

Рисунок 4.23. — Влияние размера b на отношение τxz\tau_{xz} / τyz\tau_{yz}(α)

Рисунок 4.24. — Влияние ширины верхней полки профиля обшивки b1 на отношение τxz\tau_{xz} / τyz\tau_{yz}

Рисунок 4.25. — Влияние толщины обшивки tft_f на отношение τxz\tau_{xz} / τyz\tau_{yz}

Рисунок 4.26. – Влияние высоты профиля обшивки h на отношение τxz\tau_{xz} / τyz\tau_{yz}

В результате выполненных экспериментальных и численных исследований установлено, что в среднем слое панелей с профилированными обшивками, наряду с касательными напряжениями в плоскости Y0Z (τyz\tau_{yz}), возникают значительные по величине касательные напряжения в плоскости X0Z (τxz\tau_{xz}). На величину касательных напряжений τxz\tau_{xz} значительно влияет угол наклона стенки профиля обшивки α. Касательные напряжения τxz\tau_{xz} принимают минимальное значение при угле наклона стенки профилированной обшивки α ≈ 40…45˚, а максимальное – при α ≈ 55…60˚. В настоящее время производятся панели с наружными профилированными обшивками с α ≈ 59…65˚. При уменьшении угла α до 45˚, сопротивление панелей сдвигу увеличивается на 28%.

Проверку прочности среднего слоя панелей при сдвиге представляется целесообразным выполнять в виде τp\tau_{p}fc,v,df_{c,v,d}, где fc,v,df_{c,v,d} – расчетное сопротивление материала среднего слоя сдвигу, τp\tau_{p} = τyz2+τxz2\sqrt{\tau_{yz}^2+\tau_{xz}^2} – результирующие касательные напряжения в среднем слое.

results matching ""

    No results matching ""