Диссертация (Напряженно-деформированное состояние строительных конструкций из технических тканей с покрытием с учетом модуля сдвига материала), страница 5

Это служит причиной повышеннойдеформативности технических тканей с покрытием в соответствующих направлениях из-завыпрямления нитей при растяжении [17]. Чтобы исключить подобный эффект ведущаязарубежная фирма Serge Ferrari (Франция) при нанесении пленочного покрытия использует25технологию Precontraint (сбалансированное и постоянное натяжение нитей основы и утка переднанесением полимерного покрытия на текстильную основу).Для увеличения прочностных характеристик материала, ткани делают двухслойными.Различают параллельное и диагональное дублирование.

Из-за повышения стоимостидвухслойных материалов, их стараются применять только для уникальных и ответственныхсооружений, например, для тканевых плотин.В последние десятилетие прошлого века появилась тенденция к применению такогополимерного материала, как сополимера этилена и тетрафторэтилена (ЭТФЭ) (рисунок 1.12) встроительных конструкциях. Его положительные стороны – широкий рабочий диапазонтемператур наружного воздуха – от -185° до +150°C, долговечность (свыше 50 лет), прочность,высокаяэнергоэффективность,ультрафиолетовомуизлучению,малыйвес,стойкостьрегулируемаякхимическойсветопрозрачность,коррозииисамоочищаемость.Недостатки – большая деформативность пленки и высокая стоимость. Замена материаловтекстильных тканей строительных сооружений на полимерный материал из ЭТФЭ в условияхэксплуатации здания при постоянно низких температурах, дает большие возможности дляприменения пневматических оболочек на крайнем севере.а)б)г)в)Рисунок 1.12.

Строительные сооружения с применением материала ЭТФЭ: а) Ботаническийсад «Edem», Англия; б) Water Cube, Китай; в) Allianz Arena, Германия; г) Стадион «Фишт»,Россия26Значительноеулучшениезапоследнеедесятилетиеосновныхмеханическиххарактеристик и долговечности технических тканей с покрытием за счет усовершенствованияпроизводства, технологии и сырья, сделали этот материал конкурентоспособным страдиционными видами материалов.1.2.2.

Виды и технология производства технических тканей с покрытием, применяемых встроительных конструкцияхВыбор вида материала волокон и покрытия, применяемых в технических тканях, главнымобразом зависят от области применения строительных конструкций.Самым распространенным видом технической ткани с покрытием, применяемой встроительных конструкциях, является материал на основе полиэфирных нитей и покрытия изполивинилхлорида (ПВХ). Данный вид технических тканей с покрытием предоставляется почтивсеми производителями материала, который предназначен от простых покрытий в виденебольших навесов до масштабных проектов - покрытий стадионов, воздухоопорныхсооружений, пневмокаркасных зданий и т.п. Материал может быть изготовлен на заказ излюбого цвета.

Обычно в каталогах предусматривают 6-8 основных цветов. Финишное топовоепокрытие может выполняться в нескольких вариантах: ПВДФ (поливинилденфторид), ПВФ(поливинилфторид) или др.В США для уникальных и ответственных сооружений, в частности для покрытийстадионов, применяют техническую ткань с покрытием, состоящую из текстильной основы изстекловолокна и защитным покрытием из ПТФЭ (политетрафторэтилен, «тефлон»). Основноедостоинство данного вида материала это долговечность (более 40-50 лет). Применяется толькодля постоянных сооружений, так как данный вид технической ткани с покрытием не можетбыть демонтирован и перемещен на расстояние (из-за своей хрупкости при изгибе). Недостаткиэтого материала: стоимость (на порядок выше, чем у материала из полиэфирных волокон иПВХ покрытием) и трудоемкость монтажа (обязательно необходимо крановое оборудование слебедками).Другой вид технической ткани с покрытием состоит из стекловолокна (текстильнаяоснова) и силиконового покрытия.

Первый раз применялся в 1981 году для куполаолимпийской арены в Сеуле, Южная Корея (рисунок 1.13). Основным достоинством являетсято, что стекловолокно с покрытием из силикона более гибкое, чем из политетрафторэтилена(«тефлона»), поэтому вероятность повреждения при перевозке и монтаже материала намного27ниже. Преимущество состоит в том, что материал может быть изготовлен с высокой степеньюсветопроницаемости (до 90%). По стоимости и затрат по производству данный вид материалазанимает промежуточное положение между технической тканью с покрытием из стекловолокнас покрытием из «тефлона» и полиэфирной текстильной основой с ПВХ покрытием.Рисунок 1.13. Олимпийская арена в Сеуле, Южная КореяТехнология производства технических тканей с покрытием подробно представлена вкниге [65], в которой рассмотрены основные процессы изготовления материала:- подготовка текстильной основы для будущей технической ткани с покрытием;- изготовление полимерной композиции с необходимыми свойствами;- нанесения пропитки и полимерного защитного покрытия на текстильную основу;- изготовление материала по соответствующей технологии;- выполнение заключительной отделки технической ткани с покрытием.Текстильная основа технических тканей с покрытием обычно представлена несколькимитипами ткацких переплетений: полотняное, саржевое, сатиновое и атласное.

Вид переплетенияявляется важной характеристикой строения ткани, который определяет основные физикомеханические, технологические и другие свойства ткани. Ткацкие переплетения – эторазличные способы взаимных переплетений нитей основы и утка, использующиеся припроизводстве тканей.В технических тканях с покрытием, работающих в составе строительных конструкций,используют полотняный (рисунок 1.14а) и саржевый тип переплетения, но чаще всего можновстретить одну из разновидностей полотняного переплетения – рогожка 2х2 (реже 3х3), зарубежом имеющую название - panama или basket weave (рисунок 1.14б).28а)б)Рисунок 1.14.

Схематичное изображение двух типов ткацких переплетений: а) полотняное, б)«рогожка 2х2» (каждая белая и черная клетка это одна нить)Нанесение полимерного покрытия на текстильную ткань может производиться поразличным технологиям. Основными способами являются: каландровый, шпрединговый,каширование, экструзия расплава, параллельный перенос, распыление и др.В книге [147] представлена обширная классификация натуральных и синтетическихволокон, применяемых в текстильных материалах.

Описаны параметры и свойства волокон, ихструктура и формообразование. Приведена классификация текстильных полуфабрикатов дляпроизводства различных видов волокон. Представлены операции по производству волокон итекстильной ткани, а также по технологии нанесения отделочного покрытия на материал(рисунок 1.15). Присутствуют главы об лабораторных испытаниях материала и численноммоделировании работы текстильных тканей под нагрузкой.Рисунок 1.15. Один из методов («принцип обратного ролика») нанесения покрытия натехническую ткань (рисунок взят из работы [147])29В книге [199] представлены особенности и технологические операции по раскроютекстильных тканей.

Описана ручная и автоматическая резка текстильных материалов ипоказано оборудование для этих процессов. Представлены основные проблемы, возникающиепри выполнении данных операций, и методы их решения.За рубежном производством технических тканей с покрытием занимаются множествофирм, например - Mehler (Германия), Serge Ferrari (Франция), Sioen (Бельгия), Sedo (Испания),Naizil (Италия), Sattler (Австрия), Scantarp (Финляндия), Licana (Италия), Hawna (Корея),Huifeng (Китай), Gaia Textile (Китай) и многие другие.В России производство технических тканей с покрытием представлено более скромно –Уфимский завод РТИ, Ивановский завод «Искож», ОАО «Искож» г.

Котовск, НИИРП (г.Сергиев Посад).В настоящее время в связи с увеличением спроса на данный материал и технологическогоразвития различных стран в целом, на рынке появляются новые производители техническихтканей с покрытием.1.2.3. Эксплуатационные свойства технических тканей с покрытиемОсновные эксплуатационные свойства технических тканей с покрытием делятся нафизико-механические и декоративные.К физико-механическим показателям по ГОСТ 4.116-84 «Кожа искусственная ипленочные материалы технического назначения» [92] относятся: прочность при растяжении,прочность на раздирающую нагрузку, удлинение под нагрузкой, прочность связи пленочногопокрытия с основой, прочность сварного шва, устойчивость к многократному изгибу,морозостойкость, огнестойкость, вес и др.Прочность при растяжении является одной из основных характеристик технической тканис покрытием.

Значения предельной разрывной прочности при растяжении, прочности нараздирающую нагрузку, адгезия, прочность на изгиб, огнестойкость и вес производители даютв своих технических каталогах (рисунок 1.16).30Рисунок 1.16. Технический каталог компании Mehler на техническую ткань с покрытиемБольшинство показателей можно получить по данным лабораторных испытаний.Основные методики и результаты подобных испытаний подробно представлены в разделе 2.1диссертационной работы.Кдекоративнымпоказателямотносятцвет,блеск,стойкостькзагрязнению,светопроницаемость (светонепроницаемость), фактура.Подробноосновныеэксплуатационныедиссертационной работе Сулейманова А.М.

[44].Важно отметить следующее:свойстваматериалапредставленыв31- во-первых, из-за отсутствия основных механических характеристик материала(например, модуля Юнга, коэффициента Пуассона и модуля сдвига) в технических каталогахпроизводителей невозможно выполнить корректный аналитический или численный расчетстроительных конструкций из технических тканей с покрытием;- во-вторых, при проектировании уникальных и ответственных строительных конструкцийиз технических тканей с покрытием всегда проводят собственные лабораторные испытанияматериала.Поэтому,прочностныехарактеристикиматериалавтехническихкаталогахпроизводителей нужны инженерам только для «первого приближения» при выборе техническойткани с покрытием в зависимости от напряженно-деформированного состояния материала иответственности конструкции.1.2.4.

Кратковременная и длительная прочность технических тканей с покрытиемНеобходимо разделять две важные характеристики материала – кратковременную идлительную прочность. Под длительной прочностью технической ткани с покрытиемнеобходимо понимать снижение разрывной прочности материала при растяжении, а такжедругих прочностных характеристик по истечению некоторого периода времени (обычно около3-5 лет).Кратковременная прочность технических тканей с покрытием, определяемая пристандартных испытаниях, не может служить критерием надежности и долговечностиконструкции. Это связано со свойствами полимерных материалов, к которым приложеныпостоянные во времени длительные нагрузки, разрушаться при напряжениях значительноменьших, чем при кратковременных испытаниях [65].При проектировании строительных конструкций из технических тканей с покрытием,снижение прочности материала при растяжении (т.е.

длительную прочность) в расчетахучитывают введением дополнительного коэффициента надежности.В книге [65] данный коэффициент называется коэффициентом длительной прочности,представляющий собой значение относительно нагрузки в долях от кратковременнойразрушающей, которая вызовет разрушение материала через заданный период времени.Значение этого коэффициента в работе [65] варьируется от 1,2 до 1,5. Во второй редакцииСП«Конструкциистроительныетентовые.Правилапроектирования»[66]значение32коэффициента равно 1,43. В европейском руководстве European Design Guide for Tensile SurfaceStructures [155] данный коэффициент располагается в диапазоне от 1,6 до 1,7.Исследования длительной прочности различных видов технических тканей с покрытиемявляются весьма актуальными в практике проектирования подобных сооружений.