Диссертация (Напряженно-деформированное состояние строительных конструкций из технических тканей с покрытием с учетом модуля сдвига материала), страница 10

Выполнить обзор и провести анализ современных отечественных и зарубежныхметодик и результатов лабораторных и натурных испытаний технических тканей с покрытием,а также математических моделей, описывающих поведение материала под нагрузкой,работающего в составе строительных конструкций.2. Провести экспериментальные и численные исследования технических тканей спокрытиемсцельюопределенияосновныхмеханическиххарактеристикматериала,необходимых для расчета строительных конструкций из технических тканей с покрытием.3. Разработать методику экспериментальных исследований строительной конструкции изтехнической ткани с покрытием в форме гиперболического параболоида при несимметричнойравномерно-распределенной нагрузке.4.

Разработать методику численных исследований строительной конструкции изтехнической ткани с покрытием в форме гиперболического параболоида при несимметричнойравномерно-распределенной нагрузке, и выполнить сопоставление результатов испытаний счисленными данными, полученными с использованием программного комплекса ANSYS.5. Изучить влияние модуля сдвига материала на напряженно-деформированное состояниестроительной конструкции из технических тканей с покрытием в форме гиперболическогопараболоида.6.

Уточнить методику расчета строительных конструкций из технических тканей спокрытием с учетом влияния модуля сдвига.56ГЛАВА 2. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ СПОКРЫТИЕМ2.1.Методики лабораторных и натурных испытаний технических тканей с покрытиемОсновными исследованиями поведения технических тканей с покрытием под нагрузкойявляются различные испытания для определения главных механических характеристикматериала. Созданы и разрабатываются новые нормативные документы, регламентирующие иописывающие проведения этих исследований.

Обычно, стандарты рассматривают испытания наодин или два вида совместно действующих фактора. Однако, в реальных условиях наконструкции и сооружения из технических тканей с покрытием, как правило, воздействуетнемалое количество нагрузок и факторов, которые связаны также и со специфическимисвойствами самого материала.Важным исследованием является тензометрия технической ткани с покрытием.Существуетнесколькоматериала в испытаниях.методовопределениянапряжено-деформированногосостоянияОдин из самых распространенных является метод определениянапряжений с помощью специальных приборов - тензометров.

В настоящее время применяютсяи другие методы.В работе [173] для определения деформаций был использован оптический методкорреляции цифровых изображений (digital image correlation), с помощью которого можноизмерить поля деформаций и напряжений, а также формы поверхности (рисунок 2.1). Сущностьметода заключается в разбивки изображения исследуемого образца на элементарные секторы ианализе перемещений поверхности рисунка, нанесенного на материал в пределах каждого изэтих секторов.

Максимум корреляции соответствует перемещению поверхности, которая даетдлину и направление вектора для каждого элементарного сектора. Для проведенияисследования с помощью метода корреляции цифровых изображений необходима как минимумдва изображения образца. Обычно, первое изображение снимают при нулевой нагрузкематериала. Для испытаний необходимо использовать как минимум одну видеокамеру испециализированное программное обеспечение для обработки результатов исследования.

Еслинеобходимы измерения деформаций в трехмерном пространстве используют систему из двух иболее видеокамер.57Рисунок 2.1. Пример применения метода корреляции цифровых изображений в испытаниипри растяжении образцаВ статье [19] для определения деформаций представлена методика бесконтактнойтензометрии материала, основанной на обработки цифровых изображений с помощьюмашинной графики программы Autocad.До начала проведения лабораторных испытаний технических тканей с покрытиемнеобходимо выполнить:- метрологическую проверку измерительных приборов;- отобрать образцы в соответствии с требованиями, установленными в нормативныхдокументах.Независимо от вида и назначения материалов определяется масса 1 м2, ширина и длинарулона.

Для определения этих параметров разработан общий международный стандарт ИСО2286:1998 «Ткани с резиновым или пластмассовым покрытием. Определение характеристикрулонов» [231], выпущенный в трех частях:1.Определение длины, ширины и общей массы;2.Метод определения общей массы на единицу площади, массы покрытия наединицу площади и массу подложки на единицу площади;3.Метод определения толщины [65].Представленные выше методы определения характеристик технических тканей спокрытием приведены в европейском документе EN 15619:2014 [264].582.1.1. Испытания материала при одноосном растяженииОдноосные испытания при растяжении являются одними из главных испытанийтехнических тканей с покрытием для определения прочности материала в направлении нитейосновы и утка.

По результатам именно этих испытаний, определяется и заносится втехническую документация на материал предельная прочность при растяжении.Испытания технических тканей с покрытием при одноосном растяжении (на разрывнуюнагрузку) проводят в соответствии с отечественным стандартом - ГОСТ 30303-95 «Ткани срезиновым или пластмассовым покрытием. Определение разрывной нагрузки и удлинения приразрыве» [94], полностью соответствующим (аутентичным) международному стандарту ISO1421-1998 [232].Согласно ГОСТ 30303-95 [94] испытания могут проводиться с использованиемследующих типов машин:- с постоянной скоростью нагружения;- с постоянной скоростью траверсы;- с постоянной скоростью удлинения образца.В РФ существует еще один отечественный нормативный документ ГОСТ 29104.4-91«Ткани технические.

Методы определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве» [85],регламентирующий проведение испытаний при одноосном растяжении материала.Образцы технической ткани с покрытием для лабораторных испытаний подготавливаютопределенным образом и проводят по пять испытаний в направлении нитей основы и утка.Обычно рабочие размеры образцов принимают 200х50 мм. Для особо прочных тканейдопускается использовать размеры материала 200х25 мм с последующим пересчетомрезультатов на ширину 50 мм. Экспериментальное оборудование для испытания техническойткани с покрытием при одноосном растяжении представлено на рисунке 2.2. В ГОСТах [85, 94]приведена необходимая информация для проведения одноосных испытаний при растяжениитехнических тканей с покрытием при нормальной внешней температуре и влажности.59а)б)Рисунок 2.2.

Разрывная машина для испытания при одноосном растяжении материала: а) сплоскими захватами «flat grips» б) с изогнутыми захватами «curved grips»(рисунки взяты из работы [113])Европейские нормативные документы, регламентирующие испытания техническихтканей с покрытием при одноосном растяжении, следующие: [221, 232, 261]. Американскийстандарт ASTM D 751-06 [254] содержит все необходимые методы для полного изучениятехнических тканей с покрытием. Документ регламентирует и включает в себя: методыопределения размеров и массы материала, методы оценки прочности на разрыв, продавливания,проколу и деформации образцов, методы оценки прочности материала на раздирающуюнагрузку и др. В стандарте описано испытательное оборудование, подготовка образцов, а такжесама процедура эксперимента и представлена необходимая информация, которую следуетзаписать в отчет об проведенном исследовании.Основные различия межу стандартами разных стран по испытанию технической ткани спокрытием при одноосном растяжении приведены в таблице 2.1.Таблица 2.1.

Основные различия между стандартами в испытаниях при одноосном растяженииГОСТ 30303-95 [94]EN ISO 1421:1998 [232]ASTM D 751-06 [254]Скорость испытания100 мм/мин100 мм/мин300 мм/минШирина образца50 мм50 мм100 ммРасстояние междузахватамиТип захвата200 мм100 или 200 мм75 ммПрямые (плоские)«Strip»Прямые (плоские)«Strip»Цилиндрические«Grab»60Заметно, что американский стандарт имеет небольшие различия в скорости нагруженияматериала и геометрических размерах образца по сравнению с отечественным и европейскимдокументом. Возможно, что при проведении испытания технических тканей с покрытием поприведенным стандартам и сравнении полученных значений предельной прочности прирастяжении, не будет точного совпадения результатов между собой.

На сегодняшний деньотсутствуют данные о проведении таких сравнительных испытаний.2.1.2. Испытания материала при двухосном растяженииВ целом, на большой части поверхности различных строительных конструкций изтехнических тканей с покрытием материал находится именно в двухосном напряженнодеформированном состоянии. Причем, соотношение нагрузок по направлению нитей основы иутку непостоянны и меняются по поверхности конструкции. Поэтому, важно оценитьповедения материала при двухосном растяжении с различным соотношением нагрузок понаправлению нитей основы и утка.Западные нормативные документы, регламентирующие и описывающие испытания придвухосном растяжении технических тканей с покрытием, следующие: японский стандартMSAJ/M-02:1995 [222], американский стандарт ASCE/SEI 55-16 Tensile membrane structures[268] и европейское руководство European Design Guide for Tensile Surface Structures – [155].К сожалению, в настоящее время отсутствуют отечественные стандарты по испытаниямпри двухосном растяжении технических тканей с покрытием.

В связи с этим обстоятельством,назрела необходимость в разработке отечественного стандарта по испытанию материала придвухосном растяжении.В статье [195] проводится сравнение японского стандарта [222] и европейскогоруководства [155] по определению основных характеристик материала по результатамиспытаний при двухосном растяжении. Далее, вычисляются напряжения и деформации вконструкцииизтехническойтканиспокрытиемосновываясьнахарактеристиках,определенных с помощью этих нормативных документов.

Результаты сведены в таблицу, гдепоказана разница в результатах между напряжениями и деформациями. В среднем, разницасоставила 15-20%.Можно сделать вывод о том, что разные нормативные документы, регламентирующиеодно и то же испытание, могут давать различные значения характеристик, которые вдальнейшем используются при проектировании конструкций и сооружений из технической61тканиспокрытием.Этообстоятельствонеобходимоучитыватьинженерамприпроектировании.Согласно работам [114, 115, 121, 122] испытания при двухосном растяжении обычнопроводят при определенных размерах и двух вариантах исполнения образцов (рисунок 2.3).Общие габаритные размеры экземпляра, из которого будет вырезан образец, составляют400х400 мм. Далее вырезают крест с исследуемой площадью в центре размером 100х100 мм,ширина «руки» креста – 100 мм.

Расстояние между захватами испытательного оборудования –300 мм. По 50 мм с каждой стороны необходимы для захватов испытательной машины.Надрезы в материале, показанные на рисунке 2.3 б) (по пять полос на каждой стороне), делаютдля того, чтобы избежать влияния поперечной деформации и краевого эффекта («пиков»напряжений) в углах технической ткани с покрытием при испытании.а)б)Рисунок 2.3. Испытание технической ткани с покрытием при двухосном растяжении – дваварианта исполнения образца: а) без надрезов, б) с надрезами (рисунки взяты из работы [122])Двухосные испытания при растяжении обычно выполняют с различным соотношениемнагрузки в направлении нитей основы и утка. Этот коэффициент соотношения нагрузки пооснове и утку обычно выбирают: 1:8, 1:4, 1:2, 1:1, 2:1, 4:1 и 8:1.Существуют еще несколько вариантов образцов материала в данном виде испытания:квадрат с размерами 400х400 мм (рисунок 2.4), цилиндр диаметром от 150 до 400 мм, кругдиметром 500 мм, и широкая прямоугольная полоса с эффектом «стесненного растяжения».62Рисунок 2.4.