CC BY
13Определение деформаций фрагментов картин
V | V
прямой фальцевой кровли
см см о см
со
о ш т
X
<
т о х
X
Кущев Иван Евгеньевич,
д.т.н., профессор кафедры ПГС Рязанского института (филиала) ФГАОУ ВО «Московский политехнический университет»
Ольхов Сергей Васильевич,
магистрант кафедры ПГС Рязанского института (филиала) ФГАОУ ВО «Московский политехнический университет», Olkhoff.serj@yandex.ru
Применение металлической фальцевой кровли, не смотря на достаточно продолжительный период использования, остаётся актуальным до настоящего времени. Статья посвящена изучению деформаций маленьких прямых фрагментов металлической кровли со стоячим соединением типа двойной фальц. Сравнению величин деформаций в зависимости от длины, ширины и толщины фрагментов точки и величины прикладываемой силы. А также анализу деформаций фрагментов кровли. В результате исследования удельных деформаций фрагментов прямых плоских картин с экспериментальными фальце-выми стыками установлено, что: величина деформаций фрагментов картин сопряжённых на фальцевых стыках зависит от точки навески грузов, момента сопротивления сечения и определяется квадратичными зависимостями (в первую очередь от плеча нагрузки); величина деформаций сопряжённых фрагментов картин прямо-пропорционально зависит от их толщины, проявляя на малых толщинах и высоких удельных нагрузках эффект пропеллерности; изменение величина деформаций сопряжённых фрагментов картин в поперечном сечении на толщинах вызывающих пропеллерность при деформации носит неустойчивый характер, образуя, как положительные, так и отрицательные седловины.
Ключевые слова: металлическая кровля, двойной фальц, маленькие прямые фрагменты металлической кровли, деформация, приложенная сила.
Применение металлической фальцевой кровли, не смотря на достаточно продолжительный период использования, остаётся актуальным до настоящего времени. Главными её достоинствами продолжают оставаться:
- высокая скорость монтажа [1, 2];
- большая продолжительность эксплуатации [1, 3];
- возможность реализации сложных архитектурных форм [1, 3, 4].
Однако, не смотря на такой опыт её использования и явные достоинства, многие вопросы влияющие на качество укладки фальцевых картин металлической кровли остаются до сих пор мало исследованными, что вызывает значительные трудности при монтаже металлической кровли. К числу таких вопросов можно отнести сложную деформацию металла в двойных фальцевых стыках, когда возникающие в микро деформациях напряжения приводят к повороту картин [3, 5] или возникновению не плотностей между ними и обрешёткой [4, 5]. Поэтому целью данной статьи является сделать анализ проведённых нами экспериментальных данных и попытаться найти ответы на некоторые вопросы, связанные с микро деформациями фрагментов картин при укладке.
При проведении кровельных работ, как ни странно, жесткость кровельной жести играет двойную роль с одной стороны положительную - высокая прочность, следовательно высокая способность противостоять статическим и кинематическим нагрузкам (снег и ветер) и ударно-динамическим (град). С другой стороны высокая жесткость препятствует качественному формированию герметичности фальцевого стыка картин [4]. В соответствии с ГОСТ 8075 - 56 кровельная жесть выпускалась толщиной 0,7 мм. Она обладала хорошим противокоррозионным покрытием, но в силу плохой гибкости была ограничена в выборе фальцевых стыков для соединения картин кровли. В соответствии с новым стандартом ГОСТ 14918-2020 толщина кровельной жести уменьшена до 0,4 мм, несколько уменьшена толщина противокоррозионного покрытия, но зато появилась возможность формировать фальцевые стыки закрытого типа, т.е. гвозди предыдущей картины прикрываются сгибами фальца последующей (рис. 1). Это позволяет значительно сократить контакт повреждённого участка картины с водой и влагой атмосферы.
При этом следует отметить, в целом кровельное железо обладает малой жесткость и хорошо принимает форму стропил, уложенных на раскосы крыши, в силу того, длина и ширина картины во много раз превосходят её толщину. Поэтому общая жесткость в продольном или поперечном сечении всей картины мало интересна,
а вот на малых участках (25-100 мм), т.е. там, где происходит технологическая гибка фальцев, жёсткость представляет особый интерес, причём, не только в поперечном направлении картины (соединение фальцев в стык), но и продольном (укладка картин на стропила), особенно при пространственно-деформированной кровле.
можном появлении эффекта пропеллерности деформаций. Забегая вперёд, скажем, он ярко проявился на фрагментах картин толщиной s = 0,4 мм.
Начальный этап эффекта пропеллерности деформаций проявился и на образцах при плече нагружения 120 мм, поэтому на рисунке 3 величина деформаций показана в увеличенном масштабе. На линиях графиков хорошо видно, как экспериментальные точки достаточно велико отклоняются от теоретических значений, причём достаточно хаотически. Квадратическая зависимость в продольном направлении здесь носит ещё более выраженный характер, но вот в поперечном направлении (по ширине фрагментов картин) теоретическая линейная характеристика явно хаотическая, причём не повторяющаяся по величине нагрузки.
Рисунок 1 - Схема лабораторной установки фальцевого
стыка закрытого
типа с параметрами испытаний.
Н21, Н22, Н23 - нагрузка грузами на 2-й позиции; Н31, Н32, Нзз -нагрузка на третьей позиции; 1 - нижняя картина; 2 - стропил; 3 - фальц верхней картины; 4 - фальц нижней картины; 5 - гвоздь крепления фальца к стропилу; 6 - верхняя картина.
Формирование стыков различных видов - вопрос достаточно хорошо изученный для крупных картин, образующих плоскую кровлю, однако при производстве стыков сложной формы, когда они формируются из небольших фрагментов, возникают некоторые затруднения связанные с неоднородностью физико-механических свойств.
В проведённых сравнительных экспериментах на фрагментах кровли по ГОСТ 8075 - 56 с толщиной оцинкованного железа s = 0,7 мм было установлено, что существенную роль в формировании фальцевого стыка, а именно деформации листа играет величина захватки приспособлением для гибки фальцев, их последующей стыковки и эксплуатации.
На рисунке 2 приведены показатели деформации собранного двойного стыка от приложенной нагрузки на расстоянии 20, 70 и 120 мм для фрагментов картин шириной 25, 50, 75 и 100. При этом если для фрагментов картин шириной 25 мм наблюдается практически линейная зависимость деформации от приложенной силы, то при ширине 100 мм, величина деформации явно склоняется к квадратичной зависимости. Здесь всё происходит по классическим правилам Сопротивления материалов, момент сопротивления сечения на изгиб при увеличении ширины сечения и постоянной высоте подчиняется закону
W = s Ь2 / 12 (1)
где s - толщина сечения, а Ь - ширина сечения.
Учитывая то, что величина нагрузок была небольшая, деформации фрагментов картин тоже была в пределах упругости (рис. 3).
Следующими образцами для испытаний были фрагменты картин с определением деформаций на расстоянии 70 мм от точки закрепления (рис. 4), здесь деформации хоть и находились в пределах упругости, но их величина сразу на всех широтах пошла квадратичной зависимости, причём не только в продольном но поперечном направлении, что явно свидетельствует о воз-
Рисунок 2 - Деформация фрагментов картин толщиной 0,7 мм фальцевого соединения на расстоянии 20 мм от точки закрепления в зависимости от ширины и величины нагрузки.
Рисунок 3 - Деформация фрагментов картин толщиной 0,7 мм фальцевого соединения на расстоянии 70 мм от точки закрепления в зависимости от ширины и величины нагрузки.
Следующей серией этапа исследования фрагментов плоских фальцевых кровель явились испытания с фрагментами толщиной s = 0,4 мм. Как в предыдущих случаях образец стыка жестко крепился на установке, от опорной поверхности которой, производилось определение его деформации с помощью индикаторной головкой часового типа ИЧ-10Р ГОСТ 577-68 (рис. 5).
Основной прочностной характеристикой данной схемы явилась недостаточная жёсткость, так как данная схема имела высокие деформации на консоли в процессе экспериментов.
X X
о
го А с.
X
го т
о
2 О
м м
CN СЧ О
cs оэ
о ш m
X
<
m О X X
В целом результаты сравнительных деформаций на различных расстояниях от точки закрепления приведены на рисунках 6, 7 и 8, которые показали достаточно сложное формообразование деформаций, с образованием седловины на расстояниях свыше 120 мм от линии закрепления, что связано с началом деформации картин вдоль трёх осей.
Рисунок 4 - Деформация пластин толщиной 0,7 мм фальце-вого соединения на расстоянии 120 мм от точки закрепления в зависимости от ширины и величины нагрузки.
Рисунок 5 - Схема испытаний на режиме (s = 0,4 мм; li = 20 мм; I2 = 70 мм;
1з = 120 мм; и bi = 25 мм; b2 = 50 мм; Ьз = 75 мм; b4 = 100 мм). 1 -нижняя картина; 2 - верхний прижим; 3 - нижний прижим; 4 - фальц верхней картины; 5 - фальц нижней картины; 6 -I-я линия
навески грузов; 7 - верхняя картина; 8 - II-я линия навески грузов;
9 - III-я линия навески грузов; 10 - индикаторная головка
Рисунок 6 - Результаты деформаций фрагментов картин при испытаниях стыков фальцевой кровли толщиной s = 0,4 мм; шириной Ь = 25 мм; 50 мм; 75 мм; 100 мм; в зависимости от нагрузки на расстоянии Lb = 20 мм
Рисунок 7 - Результаты деформаций фрагментов картин при испытаниях стыков фальцевой кровли толщиной s = 0,4 мм; шириной Ь = 25 мм; 50 мм; 75 мм; 100 мм; в зависимости от нагрузки на расстоянии Lb = 70 мм
Рисунок 8 - Результаты деформаций фрагментов картин при испытаниях стыков фальцевой кровли толщиной s = 0,4 мм; шириной Ь = 25 мм; 50 мм; 75 мм; 100 мм; в зависимости от нагрузки на расстоянии Lb= 120мм
Данное явление сложной деформации не наблюдалось при толщине листов s = 0,7 мм. Очевидно, что листы толщиной s = 0,4 мм, образуя, как положительные, так и отрицательные седловины лучше вписываются в сложные профили кровли, правда остаётся открытым вопрос о их сроках эксплуатации.
В результате исследования удельных деформаций фрагментов прямых плоских картин с экспериментальными фальцевыми стыками установлено, что:
- величина деформаций фрагментов картин сопряжённых на фальцевых стыках зависит от точки навески грузов, момента сопротивления сечения и определяется квадратичными зависимостями (в первую очередь от плеча нагрузки);
- величина деформаций сопряжённых фрагментов картин прямо-пропорционально зависит от их толщины, проявляя на малых толщинах и высоких удельных нагрузках эффект пропеллерности;
- изменение величина деформаций сопряжённых фрагментов картин в поперечном сечении на толщинах вызывающих пропеллерность при деформации носит неустойчивый характер, образуя, как положительные, так и отрицательные седловины.
Литература
1. Белевич, В.Б. Кровельные работы / Белевич В.Б.; 3-е изд. перераб. и доп / - М.: изд-во «Высшая школа» -2000. -400 с. - ISBN-5-060035514
2. Зипенкорт Клаус. Работы по устройству металлических кровель и фасадов: материалы, обработка детали / Зипенкорт К. - М.: Изд. Дом Бизнесс Медиа -2011.- 189 с. - ISBN- 5-903350-01-1 978-5-903350-01-8
3. Металлическая фальцевая кровля: плюсы и минусы. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.krovilruccia.ru - Дата обращения 26.11.2012г.
4. Металлическая фальцевая кровля: плюсы и минусы [Электронный ресурс] - Журнал Кровли в рубрике Материалы и технологии. -16.12. 2011-. Режим доступа: http://krovlirussia.ru - Дата обращения 26.11.2012г.
5. Розанцева, Н.В. Технология устройства быстро-сборной фальцевой кровли / Розанцева Н.В. -М.: Экономика строительства - 2014. -№ 4(28). - С. 40-49.
Determination of deformations of fragments of paintings of a straight
seam roof Kushchev I.E., Olkhov S.V.
Moscow Polytechnic University JEL classification: L61, L74, R53
As a result of the study of specific deformations of fragments of straight flat patterns with experimental seam joints, it was found that: the magnitude of deformations of fragments of patterns conjugated at seam joints depends on the point of attachment of loads, the moment of section resistance and is determined by quadratic dependencies (primarily on the load arm); the magnitude of the deformations of the conjugated fragments of the paintings directly proportionally depends on their thickness, showing the propeller effect at small thicknesses and high specific loads; the change in the magnitude of deformations of conjugated fragments of patterns in the cross section at thicknesses that cause propellerity during deformation is unstable, forming both positive and negative saddles. Keywords: metal roof, double fold, small straight fragments of metal roof,
deformation, applied force. References
1. Belevich, V.B. Roofing / Belevich V.B.; 3rd ed. revised and additional / - M
.: publishing house "Higher School" - 2000. -400 p. - ISBN-5-060035514
2. Zipenkort Klaus. Works on the device of metal roofs and facades: materials,
processing of the part / Zipenkort K. - M .: Ed. House of Business Media - 2011. - 189 p. - ISBN- 5-903350-01-1 978-5-903350-01-8
3. Metal seam roofing: pros and cons. [Electronic resource]. - Access mode:
http://www.krovilruccia.ru - Date of access 26.11.2012.
4. Metal seam roofing: pros and cons [Electronic resource] - Roofing
Magazine in the Materials and Technologies section. -16.12. 2011-. Access mode: http://krovlirussia.ru - Accessed 26.11.2012.
5. Rozantseva, N.V. Technology for quick-assembly seam roofing /
Rozantseva N.V. -M .: Economics of construction - 2014. - No. 4 (28). -FROM. 40-49.
X X
о го А с.
X
го m
о
2 О M
to
