Пневматические покрытия

Оболочки таких конструкций выполняются из тканевых материалов. Они способны стабилизировать свою форму только при наличии предварительного напряжения, которое реализуется вследствие разности давлений под оболочкой и вен ее.

Основными преимуществами таких конструкций являются:

— малый собственный вес;

— высокая мобильность;

— быстрота и легкость возведения;

— возможность перекрытия больших пролетов.

К недостаткам относят:

— низкая пространственная жесткость;

— повышенные эксплуатационные расходы;

— ограниченность в выборе формы.

Пневматические покрытия по характеру работы делятся на воздухоопорные и пневмокаркасные.

Пневмокаркасные – это система надувных элементов, соединенных в нужной последовательности. Высокое давление внутри элементов (до 150 кПа) требует высокой степени герметичности и прочности материалов. Этот же фактор ограничивает их пролет (15-16 м). Стоимость их оказывается в 3-5 раз выше воздухоопорных. Основное достоинство – отсутствие повышенного давления под оболочкой и, как следствие, потребности шлюзования.

Воздухоопорные конструкции стабилизируются в проектном положении повышенным давлением под оболочкой (10-40 кПа), практически не влияющим на самочувствие человека. Однако, благодаря своей простоте и низкой стоимости, такие оболочки получили наибольшее распространение.

Отдельную группу составляют пневмолинзовые покрытия. По характеру своей работы они ближе к воздухоопорным конструкциям, а по отсутствию избыточного давления ближе к пневмокаркасным.

Другие виды пневматических покрытий по характеру работы практически не отличаются от рассмотренных.

1 – контурный анкерный элемент;

2 – воздуходувное устройство;

3 – оболочка;

4 – шлюз.

Наибольшее распространение для оболочки получили прорезиненные тканевые материалы и армированные капроновые пленки. Они обладают повышенной прочностью, воздухонепроницаемостью, легкостью и светопроницаемостью (при необходимости).

Шлюз представляет собой жесткий каркас из легких профилей, на который, как тент, натягивается оболочка. Он имеет две двери, между которыми устраивается воздушный подпор.

Наиболее важной частью конструкции является контурный заанкеренный элемент. Он представляет собой стальную трубу, канат или заполненный водой рукав, жестко прикрепляемый скобами к земле.

При расчете воздухоопорной оболочки ее форму выбирают таким образом, чтобы достичь состояния равнонапряженности в возможно большей ее части. Это легко достигается при учете внутреннего давления, но сильно нарушается при действии внешних нагрузок (возникают складки и морщины от ветра и снега). Наиболее сложным является учет ветровой нагрузки, так как, в большинстве случаев, неизвестна картина обтекания воздушным потоком. Она, к тому же, сильно меняется в зависимости от скорости ветра, направления его действия и уровня турбулентности. Снеговая нагрузка, из-за подвижности оболочки, оказывается невысокой. Поэтому принято принимать следующие эпюры от нагрузок:

Так как оболочка работает изменяя свою форму (подобно нити), то определение усилий в ней довольно трудоемко. Разработана специальная техническая теория расчета, пригодная для оболочек сферической или цилиндрической формы пролетом до 50 м. согласно ей определяют усилия:

,

где Т_м и Т_к – усилия в оболочке по взаимно перпендикулярным направлениям;

R – радиус оболочки;

- эмпирические поправочные коэффициенты.

Снеговая нагрузка при этом не учитывается.

Найденные усилия Т_м и Т_к не должны превышать расчетного сопротивления материала оболочки и прочности анкерного закрепления. Необходимо учитывать, что, полученные усилия по этой теории, оказываются заниженными, так как формой разрушения таких оболочек, как показывает практика, является не разрыв, а раздирание. Положение исправляется введением дополнительных высоких коэффициентов запаса по прочности (величина 2,5-5,0).