Ремонт оболочечных конструкций, применяемых в сельском хозяйстве

Тонкостенные оболочечные (панельные) конструкции широко применяются в сельском хозяйстве в виде элементов силосов и т.п. В процессе эксплуатации эти элементы получают различные повреждения, в том числе и сквозные отверстия (рис.). При этом нарушается герметичность и снижается несущая способность последних. Ремонт таких повреждений сводится, в общем случае, к восстановлению герметичности и несущей способности. Как правило, на отверстие накладывается заплата из материала конструкции с определенным нахлестом.

В последнее время начинают широко применяться многослойные, обычно трехслойные, конструкции каркаснощитового исполнения. Их применение имеет ряд неоспоримых преимуществ перед традиционными конструкциями. Находят применение следующие основные типы трехслойных конструкций (всего их четыре). Типы 1 и 2 —ребристые панели без сплошного среднего слоя. Сюда относятся светопрозрачные панели и панели несветопрозрачные со средним слоем в виде решетки из древесноволокнистых плит. Различие панелей типов 1 и 2 состоит в том, что панели типа 1 имеют весьма жесткие ребра (из металла, дерева и т. д.), воспринимающие значительную часть нормальных усилий, а в панелях типа 2, с ребрами менее жесткими, практически все нормальные усилия воспринимаются обшивками; эти панели имеют также пониженную изгибную жесткость, обусловленную большей податливостью ребер при сдвиге. Светопрозрачные панели типа 2, выполняемые обычно из полиэфирного стеклопластика с низким модулем упругости, отличаются значительной деформативностью; поэтому для уменьшения прогибов и повышения несущей способности их рекомендуется закреплять на опорах и рассчитывать с учетом закрепления. Тип 3 — панели с ребрами и сплошным средним слоем. В этих панелях нормальные усилия воспринимаются обшивками, а сдвигающие — ребрами. Средний слой, выполняемый обычно из пенопласта, выполняет функции теплоизоляции, а также обеспечивает устойчивость сжатой обшивки и распределение местных сосредоточенных нагрузок на панель. К этому типу не относятся панели с весьма жестким средним слоем, который может частично воспринимать сдвигающие, а также нормальные усилия. Тип 4 — панели со сплошным средним слоем, без ребер (так называемые панели «сэндвич»). В этих панелях в отличие от предыдущего типа, сдвигающие усилия воспринимаются только средним слоем; поэтому панели типа 4 наиболее деформативны. Таким образом сэндвич-панели - современный строительный материал, состоящий из нескольких слоев различных материалов, у каждого из которых есть свое функциональное предназначение. К этим слоям относится внутренняя обшивка, прослойка утеплителя и наружная обшивка панели. В некоторых разновидностях между наружной обшивкой и слоем утеплителя устанавливают гидро-ветрозащитную пленку, предназначение которой сводится к защите материала утеплителя от воздействия проникающей в него влаги из окружающего воздуха, а также отвод накопленной ранее воды. Вода здесь может присутствовать в виде пара. Обычно это происходит в теплые месяцы года. Данная пленка выполнена в виде мембранной структуры с односторонней проницаемостью, которая позволяет вывести водяные испарения изнутри и препятствует попаданию их вовнутрь.

Ремонтные органы при восстановлении повреждений широко применяют традиционные методы, такие как сварка, пайка, правка, клепка, болтовые и винтовые соединения. В последнее время все большее применение находят сравнительно новые способы, такие как склеивание, клее-заклепочные, клеевинтовые и клее-сварные соединения.

Широкое применение сварки при восстановлении металлических конструкций обусловлено сравнительно простым оборудованием, необходимом при производстве сварных работ, высокой прочностью соединения, технологичностью. Как недостаток следует отметить невозможность соединения не металлических материалов, необходимость (желательность) термической обработки при сварке высоколегированных сталей и сплавов, необходимость предварительного разогрева металла при сварке при отрицательных температурах, сварку должен производить специалист высокой квалификации.

До недавнего времени клепка широко применялась для изготовления неразъемных соединений, в том числе и из разнородных материалов. В настоящее время применение клепки для восстановления конструкций ограничивается из-за:

низкой производительности;

ослабления материала вырезами под отверстия заклепок;

образованием остаточных напряжений в материале и снижения циклической прочности.

Рис.

Кроме того, для обеспечения герметичности клепанного соединения необходимо принимать дополнительные меры (применять герметик и др).

Последнее время все большее применение при изготовлении и ремонте различных агрегатов и механизмов находит соединение конструкционных материалов при помощи клея (в том числе и применение комбинированных соединений: клее-сварных, клее-заклепочных и др.).

Соединение материалов с помощью клея выгодно отличается от соединения сваркой тем, что можно надежно соединять разнородные материалы, не происходит образования внутренних напряжений в зоне шва. В отличие от соединения материалов с помощью клепки, склеивание позволяет получить герметичное соединение, более устойчивое при циклическом нагружении, т.к. зона шва не ослаблена отверстиями под заклепки. Технологический процесс восстановления емкостей и панелей при помощи клеев более прост чем клепка и сварка, т.к. зачастую не требует двухстороннего подхода к поверхности и особенно специальной обработки емкостей, в которых хранились взрывчатые жидкости и газы.

В настоящее время вопрос использования восстановленных панелей и

P кр =(1,238 –0,019 r²

оболочек еще не решен окончательно, т.к. нет достаточно простых способов определения несущей способности восстановленных панелей и оболочек. До конца не ясно на сколько снижается несущая способность панелей и оболочек в результате сквозных отверстий.

Исследование влияния сквозных отверстий на несущую способность прямоугольных цилиндрических панелей и оболочек было проведено теоретикоэкспериментальным методом, определены критические нагрузки для восстановленных склеиванием панелей и оболочек.

Было установлено, что панели с большим удлинением менее чувствительны к отверстиям. При отношении диаметра отверстияы к диаметру образующей d/D менее 0,15 уменьшение Р кр незначительно ( 8%), при 0,20 - 20:25%, при 0,30 - 30% и более.

Влияние отверстия на несущую способность оболочки определялось на стальных образцах. Было отмечено, что небольшие отверстия (d/D≤0,30) незначительно снижают несущую способность оболочки (менее 10%). Была получена формула критической нагрузки P кр для оболочек ослабленных одним отверстием при действии внешнего давления

/(Rh))Eh/L (h/R)3/2 (МПа), где r - радиус отверстия;

R радиус оболочки;

h - толщина оболочки;

L - длина оболочки;

E - модуль Юнга.