Гофролист

 На основании патента Увакина В.Ф. «Гофрированная оболочка» автором разработана пространственная конструкция ГОФРОЛИСТ с периодическими волнами гофр синусоидального профиля по двум ортогональным направлениям (профнастил — the corrugated sheet), обладающая уникальными свойствами, по сравнению с применяемыми на строительном рынке гофрированными листами (профнастил). Полезное применение конструкции в строительстве — как элементы строительных конструкций и объектов, несущая конструкция в плитах перекрытий капитальных сооружений и зданий, в том числе и сейсмостойких (жесткая кровля, настилы, армирующие оболочки железобетонных плит, стеновых панелей, стыковочных узлов между фундаментом и несущим конструктивом здания), дорожно-мостовых конструкциях;

Аналогия формы куриного яйца и конструкции Гофрированной оболочки Увакина

Аналогия формы куриного яйца и конструкции Гофрированной оболочки Увакина

Конструкция корпуса (палубы) суднаСтелебетонное перекрытие на основе гофролиста с ортогональными гофрами

Так, например, стальная гофрированная оболочка с периодическими волнами гофр синусоидального профиля по двум ортогональным направлениям толщиной h = 1мм, выполненная в виде плиты перекрытия для крыш гаражей с размерами в плане длиной L = 6м, шириной    В = 2м с относительной глубиной гофр в продольном направлении Нпр / h = 150, длиной волны гофр lпр=480мм, относительной глубиной гофр в поперечном направлении Hпоп / h = 60 при действии в центре плиты сосредоточенной нагрузки Q=103 Н или распределенной по длине плиты нагрузки q=270 Н/м имеет прогиб центра плиты 3,5 мм.

Эквивалентная по изгибной жесткости плита с теми же размерами в плане, но без волн гофр должна иметь толщину hэ = 32мм и в 23-26 раз большую массу.

Ниже представлены чертежи разработанных автором гофрированных по двум ортогональным направлениям листов:

Чертеж гофролист ПЛ-11 Чертеж гофролист ПЛ-01 Чертеж гофролист ПЛ-12 Чертеж гофролист ПЛ-13

Технические характеристики профилированных листов с периодическими волнами гофр синусоидального профиля по двум ортогональным направлениям:

 Предлагаемая конструкция и технология изготовления профилированных листов с периодическими волнами гофр синусоидального профиля по двум ортогональным направлениям по сравнению с обычными профилированными листами с волнами гофр в одном направлении по ГОСТ 27045-94 позволяет:

  • при той же самой суммарной относительной глубине волн гофр листов увеличить допустимую равномерно распределенную нагрузку в 8-10 раз, а при заданной распределенной нагрузке уменьшить удельную массу предлагаемых профилированных листов более чем в два раза;
  • регулировать увеличение изгибной жесткости в двух ортогональных направлениях (продольном и поперечном) по сравнению с изгибной жесткостью плоских листов путем увеличения относительных глубин волн гофр в сотни и тысячи раз, при этом жесткость предлагаемых профилированных листов на растяжение уменьшается в поперечном и продольном направлениях во столько же раз;
  • уменьшение жесткости на растяжение в продольном и поперечном направлениях приводит к резкому снижению температурных напряжений в композиционных конструкциях металл-керамика, металл-футеровка, металл-бетон, что позволит резко увеличить ресурс работы печей, камер сгорания, котельных установок и других высокотемпературных аппаратов;
  • ортотропно-сотовые конструкции из предлагаемых профилированных листов обладают очень малой плотностью и имеют малый коэффициент теплопроводности в направлении слоев композиции.

Предельная равномерно распределенная нагрузка Pm для различных профилированных листов с периодическими синусоидальными волнами гофр по двум ортогональным направлениям, защемленных по четырем краям (патент РФ № 2200807) представлена ниже табл. 1Tabl profilirovannih listov Uvakina

Сравнительная характеристика существующих гофрированных листов с гофрированным листом Увакина (патент РФ № 2200807 «Гофрированная оболочка») приведена ниже в данной статье и содержат следующие выводы:

1. Профилированные листы ПЛ-01, ПЛ-11 и ПЛ-12 с суммарной глубиной продольных и поперечных волн гофр, не превышающей глубину продольных волн гофр у аналогичных выпускаемых в РФ профилированных листов С44-1000-0,8, Н57-750-0,7 и Н114-750-0,8 по ГОСТ 24045-94 при меньшей толщине допускают в 10 раз большую равномерно распределенную нагрузку по сравнению с известными профилированными листами.

2. Уменьшение жесткости профилированных листов ПЛ-01, ПЛ-11, ПЛ-1, ПЛ-12, ПЛ-13 на растяжение в продольном и поперечном направлениях в тысячи раз, резко снижает температурные напряжения в композиционных конструкциях металл-керамика, металл-футеровка, металл-бетон, что весьма существенно для печей, камер сгорания, дымовых труб, тепловых экранов и т.д.

3. Сварной профилированный лист с размерами в плане 6х3 м на базе листа ПЛ-13 с суммарной глубиной продольных и поперечных волн гофр НΣ = 140 мм и большой изгибной жесткостью по двум ортогональным направлениям может быть использован для покрытия производственных зданий и сооружений и при необходимости сверху может быть заполнен легким бетоном.

4. Предлагаемые профилированные листы являются жесткой поверхностной пружиной и являются амортизаторами для нагрузки, позволяют повысить сейсмостойкость зданий и сооружений.

5. При выполнении жесткой кровли из профилированных листов уклон крыши должен быть 23о…25о, а соединение смежных листов в продольном и поперечном  направлениях должно производиться внахлестку с перекрытием на  0,5 шага волн гофр.

6. Расчетные значения коэффициентов теплопроводности λп в поперечном направлении профилированных листов не превышают 0,4Вт/мК, что  значительно меньше, чем у кирпича и бетона. В случае выполнения профилированных листов из нержавеющих сталей с λст.н=15 Вт/мК соответствующие коэффициенты теплопроводности уменьшатся в 4 раза.

7. Профилированные листы, выполненные из стеклопластиков толщиной в 1…1,5 мм для стен и перегородок, обладают высокими теплоизоляционными свойствами.

8. Предлагаемые профилированные листы могут быть отштампованы на прессах двухкривошипных закрытых простого действия модели КБ3537 с номинальным усилием Рн = 500 т.с. [9].

Пресс двухкривошипный простого действия закрытый КБ3537Пресс двухкривошипный простого действия закрытый КБ3537Press5000ton

9. Области применения предлагаемых профилированных листов: в строительных конструкциях, в том числе и в сейсмостойких зданиях и сооружениях [10], [11]; в машиностроении и судостроении – для двухконтурных скоростных теплообменников для мощных дизелей [12]; в теплоэнергетике – в печах, в том числе и во вращающихся [13]; в дымовых трубах [14], в котельных установках, в самолето- и ракетостроении – для ортотропно-сотовых пространственных конструкций с малой плотностью; в приборостроении [15].

10. Возможность создания жестких на изгиб ортотропно-сотовых сварных конструкций с плотностью ρ менее 60 кг/м3.

Расчет экономического эффекта от внедрения

Экономический эффект от внедрения профилированных листов по патенту РФ № 2200807 «Гофрированная оболочка» взамен профилированных листов с волнами гофр только в одном направлении определяется экономией материала на изготовление 1 м2 листа (удельной массы листа m) при сохранении тех же функциональных возможностей в строительной конструкции или оборудовании, т.е. способности нести заданную нагрузку.

При годовом производстве профилированных листов Sг=100000 м2 экономический эффект составит:

Эг= Sг·(mг1- mг2)·С1= 29,2 млн. руб.,

где mг2=5,2 кг/м2 – удельная масса профилированного листа НГ2-28-18-960-1344-0,55; С1 – стоимость 1 кг листа в зависимости от марки стали составляет 30-120 рублей, в качестве расчетной величины принимаем С1=40 руб./кг.

При одной и той же несущей способности по нагрузке и примерно равных производственных затратах на изготовление 1 м2  профилированных листов с волнами гофр только в продольном направлении (по ГОСТ 24045-94) и с волнами гофр в двух ортогональных направлениях (по патенту  РФ № 2200807) (штамповка, прокатка) экономический эффект будет примерно равен стоимости сэкономленного металла.

Стелебетонное перекрытие на основе гофролиста с ортогональными гофрамиПрименение сталежелезобетонных перекрытий с монолитной плитой по стальным оцинкованным профилированным настилам дает следующие преимущества:

  • снижение расхода стали в армировании перекрытий и балок;
  • сокращение трудозатрат при строительстве на 25-40% по сравнению с традиционными монолитными перекрытиями (со стержневой арматурой);
  • сокращение сроков строительства на 25%;
  • уменьшение массы перекрытия на 40-60% по сравнению с железобетонными перекрытиями традиционной конструкции:
  • уменьшению строительной высоты на 10% по сравнению с железобетонными перекрытиями традиционной конструкции;
  • увеличение жесткости перекрытий здания при действии горизонтальных нагрузок;
  • размещение коммуникаций в гофрах профилированного настила перекрытия;
  • отсутствие расходов на опалубку;
  • повышение безопасности труда и пожарной безопасности на стадии монтажа, технологичность выполнения строительно-монтажных работ без привлечения мощных средств транспорта и механизации (панелевозы, подъемные краны и др.), обеспечивающая снижение трудозатрат на 25-40% и сокращение сроков строительства на 20-25%.
  • возможность достижения любой степени огнестойкости, в том числе с использованием современных огнезащитных средств

Гофрированная оболочка Увакина (патент)Пакет из нескольких соединенных вместе оболочек Увакина

Для подробного ознакомления рекомендуются следующие документы:

ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ПРОФИЛИРОВАННЫХ ЛИСТОВ С ПЕРИОДИЧЕСКИМИ ВОЛНАМИ ГОФР ПО ДВУМ ОРТОГОНАЛЬНЫМ НАПРАВЛЕНИЯМ (патент РФ № 2200807 «Гофрированная оболочка»).

Ниже приведены выдержки из статей и публикаций автора (см. ссылке на PDF файлы выше). 

Известны профилированные листы в одном продольном направлении с профилем волн гофр близком к трапецеидальному (ГОСТ 24045-94), которые используются в качестве жесткой кровли, настилов, армирующих оболочек железобетонных плит, стеновых перегородок [1].

Недостатком таких профилированных листов является небольшая изгибная жесткость в поперечном направлении, которая значительно ниже жесткости на изгиб плоского листа той же толщины h, что приводит к снижению предельной равномерно распределенной нагрузки (давления) и ограничивает области применения, и большая жесткость на растяжение в продольном направлении, приводящая к большим термическим напряжениям в двухслойных конструкциях, например, армирующая оболочка-футеровка в камерах сгорания, печах, котлах, дымовых трубах, возникающих за счет термобиметаллического эффекта.

Этого недостатка не имеет профилированный лист с периодическими волнами гофр близкими к наиболее технологичному синусоидальному профилю в двух ортогональных направлениях по патенту РФ № 2200807 «Гофрированная оболочка», патентообладатель и автор изобретения – Увакин В.Ф. [2], разработчик  данного проекта.

Сравнительный анализ по предельной равномерно распределенной нагрузке проведем для нескольких вариантов стального профилированного листа, например Н57-750-0,7 по ГОСТ 24045-94 с глубиной волны гофр Нг1=57 мм, шириной листа В1=750 мм с четырьмя волнами гофр в продольном направлении, выполненного из листа толщиной h=0,7 мм, для которого при длине листа    L=3 м предельно допустимая равномерно распределенная нагрузка           P=2,9 кН/м2, удельная масса которого  mг1 составляет 8,7 кг/м2.

По патенту РФ № 2200807 профилированный лист ПЛ-11 (Пиложение1) выполнен с глубиной волн гофр в продольном направлении Нпр1=32 мм, длиной одной волны гофр в продольном и поперечном направлениях               lпр1 = lп1 =120 мм, числом волн гофр по ширине листа nпр1=8,5, ширина листа         В= nпр1· lпр1=1020 мм, расстояние между осями продольных балок составляет  мм.

Волны гофр профиля близкого к синусоидальному в поперечном  направлении листа выполнены с глубиной Нп=24 мм (Нпр п < Нг1), с числом волн гофр в поперечном направлении nп1=25,5.

Длина профилированного листа L= lп1· nп1=3060 мм, расстояние между поперечными опорами Lon= Lln1/2=3000 мм. Профилированный лист выполнен из стального листа толщиной h=0,55 мм с цинковым покрытием.

При расчете профилированный лист можно рассматривать как конструктивно-ортотропную пластину той же толщины, упругие коэффициенты анизотропии материала которой на растяжение и изгиб с учетом двойной анизотропии свойств по каждому направлению – продольному и поперечному – определяются главным образом геометрией волн гофр по двум ортогональным направлениям, аналитические соотношения для которых К1i и К2i для трапецеидальной, треугольной и пологой синусоидальной формы профиля волн гофр приведены в работах [3], [4].

Для профилированного листа с волнами гофр пологого синусоидального профиля с глубиной волн гофр в продольном направлении Нпр и поперечном направлении Нп модули упругости анизотропного материала в продольном и поперечном направлениях на растяжение Епр.р и Еп.р и на изгиб Епр.и и Еп.и соответственно равны [3], [4]:

   Епр.и = К2пр· Е;                      Еп.и = К2п· Е , (1)

где     ;                              (2)  К1пр = К1п = 1

Из приведенных соотношений видно, что увеличение жесткости на изгиб в одном направлении приводит к такому же уменьшению жесткости на растяжение по другому ортогональному направлению.

При больших значениях относительной глубины волн гофр  модули упругости на изгиб и растяжение анизотропного материала в продольном и поперечном направлениях могут отличаться от модуля упругости изотропного материала Е в сотни и тысячи раз. Следовательно, изменяя относительную глубину волн гофр   и  можно в широких пределах целенаправленно изменять изгибную жесткость тонкого профилированного листа и соответственно уменьшать жесткость на растяжение по двум ортогональным направлениям листа, что позволяет резко уменьшить температурные напряжения в двухслойных элементах конструкций — профилированный лист с нанесенным на него слоем керамики или огнеупорной футеровки. Такие элементы конструкции необходимы для создания металлокерамических двигателей внутреннего сгорания, печей, дымовых труб.Гофрированная оболочка Увакина (патент)

Условия пологого синусоидального профиля для выбранных параметров волн гофр  в нашем случае не выполняются [3], поэтому расчет проведем в соответствии с работой [5].

Коэффициенты анизотропии К1i и К2i для более крутых волн гофр (Нi /li<1) определяются через полные эллиптические интегралы I и II рода ([3], с. 418).

;                   (3)      ,                 (4) где  и  — полные эллиптические интегралы I и II рода;  — модуль эллиптических интегралов;  — аргумент;  x-текущая координата синусоиды.

Полные эллиптические интегралы I и II рода можно представить в виде рядов  [5]

;         (5) .   (6)

Подставив значения полных эллиптических интегралов (5), (6) в выражения (3), (4) для коэффициентов К1 и К2, получим

; (7)              (8)

Последние формулы будут справедливы как для продольных, так и для поперечных волн гофр профилей близких к синусоидальным.

Для заданных выше параметров волн гофр рассматриваемого варианта профилированного листа модуль эллиптических интегралов для продольных волн гофр aпр=0,64, для поперечных aп=0,525.

Подставляя полученные значения модулей эллиптических интегралов aпр и aп в выражение (7), получим значения коэффициентов анизотропии для плоской анизитропной пластины толщиной h в продольном К1пр=1,16 и поперечном  К1п= 1,04 направлениях.

Величины, обратные коэффициентам анизотропии К1пр и К1п , определяют коэффициенты вытяжки при штамповке  и , которые намного больше допустимых значений для однооперационной вытяжки мягких сталей [7].

Подставляя значения aпр и aп  и глубин волн гофр Нпр и Нп в соотношение (8), получим значения коэффициентов анизотропии К2пр = 5499 и К2п = 2983, которые показывают во сколько раз больше изгибная жесткость анизотропной пластины в продольном и поперечном направлениях по сравнению с жесткостью на изгиб изотропной пластины толщиной h1, при этом жесткость на растяжение анизотропной пластины в поперечном направлении уменьшится в К2пр раз, а жесткость на растяжение в продольном направлении уменьшится в К2п раз.

Толщины эквивалентных по жесткости на изгиб изотропных плоских пластин в продольном hэ.пр и поперечном hэ.п  равны:

,В том случае, если профилированный лист прикрепить к балкам саморезами с гидроизолирующими шайбами, то можно для этого случая выбрать расчетную схему плоской пластины, с эквивалентной толщиной в продольном направлении изгиба hэ.пр и в поперечном направлении hэ.п, защемленной по четырем сторонам. Наибольший прогиб в центре пластины Wm  при Воп=0,96 м,  давлении    Рm = 3·104 Па будет равен [8].

,                                           (9) где  — коэффициент, определяется по табл. 8 [8] по значению отношения .

Наибольший изгибающий момент Мх m возникает по серединам больших сторон, т.е. в центре пластины.

,                                                            (10) где β1 = 0,0831– коэффициент, определяется по табл. 8 [8]  по значению .

Максимальное изгибающее напряжение при продольном изгибе защемленной по четырем краям изотропной пластины толщиной hэ.пр равно [8]

(11)

Учитывая, что радиус изгиба при нагрузке Рm=3·104Па для профилированного листа с выбранными параметрами тот же самый, что и для плоского изотропного листа с эквивалентной толщиной hэ.пр, то в первом приближении с учетом того, что жесткость на растяжение анизотропной пластины уменьшилась в К2п раз, максимальное значение изгибающего напряжения в профилированном листе σи m.п.л. будет равно

(12)

Проведенный анализ показал, что при допустимых значениях изгибных напряжений в металле предлагаемый профилированный лист с периодическими синусоидальными профилями волн гофр по двум ортогональным направлениям по варианту 1 по сравнению с профилированным листом с волнами гофр только в одном направлении (Н57-750-0,7 ГОСТ 24045-94) допускает в 10 раз большую равномерно распределенную нагрузку (Рm = 30 кН/м2  и                      Р = 2,9 кН/м2  соответственно) при меньшей на 25% удельной массе  предлагаемого профилированного листа.

По технологическим соображениям синусоидальные профили продольных и поперечных волн гофр выбираем подобными, поэтому модули эллиптических интегралов aпрi= aпр1 , aпi = aп; К1прi= К1пр; К1пi= К1п и коэффициенты вытяжки при штамповке профилированных листов по другим трем вариантам будут теми же самыми, что и по приведенному варианту.

В таблице приведены расчетные данные трех вариантов профилированных листов по патенту РФ № 2200807 с суммарной глубиной волн гофр, соответствующих глубинам только продольных волн гофр профилированных листов по ГОСТ 24045-94.

В качестве одного из вариантов предлагаемого профилированного листа рассмотрим лист с размерами в плане 6х3 м, который можно получить из листов ПЛ-13 путем шовной контактной сварки с глубиной продольных волн гофр Нпр13=80 мм, шагом lпр13=300 мм, глубиной поперечных волн гофр     Нп13=60 мм, шагом lп13=300 мм, толщиной h13=0,8 мм и массой 135 кг.

Проведем сравнительный анализ технических характеристик предлагаемого сварного профилированного листа и плиты железобетонной ребристой предварительно напряженной с близкими размерами в плане, высотой 300 мм, предназначенной для покрытия производственных зданий, например, ПГ-6АШвТ, арматура которой выполнена по классу А-IV, термически упрочненная (А-Шв), натяжение арматуры электротермическое, разработанную ЦНИИЖБ и НИИСКА.

гофролист с утеплителем и мембраной

Размеры плиты в плане 5970х2980, марка бетона 400, объем бетона 1,07 м3, масса плиты mпл=2650 кг, масса стальной арматуры mст=260 кг, допустимая нагрузка Рпл=6 кН/м2.

Модули эллиптических интегралов aпр13 = aпр, aп13=aп; и коэффициенты анизотропии остаются во всех трех вариантах профилированных листов одинаковыми, то есть выполняется условие: К1пр13= К1пр ; К1п13= К1п.

Подставляя значения модулей эллиптических интегралов aпр13,aп13 и глубин волн гофр Нпр13, Нп13 в формулу (8), получим следующие значения коэффициентов анизотропии К2пр13 = 15000 и К2п13 = 8440.

Эквивалентные по изгибной жесткости профилированного листа толщины плоских изотропных пластин в продольном и поперечном направлениях hэ.пр13 и hэ.п13 равны,

Для случая защемленной по четырем краям изотропной пластины толщиной hэ.п13, шириной Воп13=3 м, длиной Lоп13=6 м наибольший прогиб Wmз 13 будет в центре пластины и при Pm13=Pпл=6 кН/м2 по формуле (9) равен,

где a1=0,0277 при  по табл. 8 [8].

Наибольший изгибающий момент возникает по серединам больших сторон определяется по формуле (10),

где β1=0,0829 при  по табл. 8 [8].

Максимальное изгибающее напряжение при продольном изгибе защемленной по четырем краям изотропной пластины толщиной hэ.пр13=21 мм равно .

С учетом того, что модуль упругости на растяжение в продольном направлении профилированного листа , то максимальное значение изгибающего напряжения будет значительно меньше σи m13.

Предлагаемый профилированный лист по патенту РФ № 2200807 с размерами 6х3х0,14 м и толщиной h13=0,8 мм по сравнению с плитой железобетонной ребристой предварительно напряженной для покрытия производственных зданий ПГ-6АШвТ с размерами 6х3х0,3 м при той же самой допустимой равномерно распределенной нагрузке Pm13=6 кН/м2 при допустимом значении прогиба в центре листа Wmз13 =16мм имеет массу в 19,6 раз меньшую массы плиты тп и в 1,9 раза меньшую массу по сравнению с массой  стальной арматуры плиты тст.

Приведенный сравнительный анализ вариантов профилированных листов с периодическими синусоидальными волнами гофр по двум ортогональным направлениям по патенту РФ № 2200807 (чертежи профилированных листов    ПЛ-01, ПЛ-11 и ПЛ-12, ПЛ-13, приложение 1) и профилированных листов с волнами гофр только в продольном направлении С44-1000-0,8, Н57-750-0,7, Н114-750-0,8 показал:

1. Профилированные листы ПЛ-01, ПЛ-11 и ПЛ-12 с суммарной глубиной продольных и поперечных волн гофр, не превышающей глубину продольных волн гофр у профилированных листов С44-1000-0,8, Н57-750-0,7 и             Н114-750-0,8 по ГОСТ 24045-94 при меньшей толщине допускают в 10 раз большую равномерно распределенную нагрузку по сравнению с известными профилированными листами.

2. Уменьшение жесткости профилированных листов ПЛ-01, ПЛ-11, ПЛ-12, ПЛ-13 на растяжение в продольном и поперечном направлениях в тысячи раз, резко снижает температурные напряжения в композиционных конструкциях металл-керамика, металл-футеровка, металл-бетон, что весьма существенно для печей, камер сгорания, дымовых труб, тепловых экранов и т.д.

3. Сварной профилированный лист с размерами в плане 6х3 м на базе листа ПЛ-13 с суммарной глубиной продольных и поперечных волн гофр   НΣ = 140 мм и большой изгибной жесткостью по двум ортогональным направлениям может быть использован для покрытия производственных зданий и сооружений и при необходимости сверху может быть заполнен легким бетоном.

4. Предлагаемые профилированные листы являются жесткой поверхностной пружиной и являются амортизаторами для нагрузки, позволяют повысить сейсмостойкость зданий и сооружений.

5. При выполнении жесткой кровли из профилированных листов уклон крыши должен быть 23о…25о, а соединение смежных листов в продольном и поперечном  направлениях должно производиться внахлестку с перекрытием на  0,5 шага волн гофр.

6. Расчетные значения коэффициентов теплопроводности λп в поперечном направлении профилированных листов не превышают 0,4Вт/мК, что  значительно меньше, чем у кирпича и бетона. В случае выполнения профилированных листов из нержавеющих сталей с λст.н=15 Вт/мК соответствующие коэффициенты теплопроводности уменьшатся в 4 раза.

7. Профилированные листы, выполненные из стеклопластиков толщиной в 1…1,5 мм для стен и перегородок, обладают высокими теплоизоляционными свойствами.

8. Предлагаемые профилированные листы могут быть отштампованы на прессах двухкривошипных закрытых простого действия модели КБ3537 с номинальным усилием Рн = 500 т.с. [9].

9. Области применения предлагаемых профилированных листов: в строительных конструкциях, в том числе и в сейсмостойких зданиях и сооружениях [10], [11]; в машиностроении и судостроении – для двухконтурных скоростных теплообменников для мощных дизелей [12]; в теплоэнергетике – в печах, в том числе и во вращающихся [13]; в дымовых трубах [14], в котельных установках, в самолето- и ракетостроении – для ортотропно-сотовых пространственных конструкций с малой плотностью; в приборостроении [15].

10. Возможность создания жестких на изгиб ортотропно-сотовых сварных конструкций с плотностью ρ менее 60 кг/м3.

Раздел: ПОВЫШЕНИЕ  ДОЛГОВЕЧНОСТИ  ТОНКОСТЕННЫХ ПРОФИЛИРОВАННЫХ ЛИСТОВ.

При толщине профилированных листов 0,55…0,9 мм с периодическими волнами гофр по двум ортогональным направления предъявляются высокие требования к коррозионной стойкости материала листов.
Эта задача может быть решена двумя путями: использованием в качестве материала профилированных листов коррозионно-стойких сталей и не коррозионно-стойких сталей с коррозионно-стойкими покрытиями.
Из коррозионно-стойких сталей целесообразно использовать наиболее дешевые безникелевые стали типа 12Х13 ГОСТ 5632-72, предел прочности которой σв= 588 МПа, предел текучести σт= 415 МПа, относительное удлинение δ= 20%, ударная вязкость aн=882 кДж/м2, а также безникелевую сталь, разработанную ЦНИИТМАШ, технология изготовления и состав которой запатентованы в ряде зарубежных стран, которая имеет повышенные прочностные свойства — σв = 450…550 МПа, предел текучести σт= 250…350 МПа, относительное удлинение δ = 20…35%, относительное сужение Ψ=55% [16].
Представляет интерес коррозионно-стойкая жаропрочная углеродистая сталь по патенту РФ № 2082812, содержащая C=0…0,7%, Si=0,13…0,37%, Mn=0,9…1,2%, Ti=0,02…0,07%, в которой отсутствуют дефицитные компоненты [17].
Все коррозионно-стойкие стали предназначены для изготовления профилированных листов для наиболее ответственных элементов конструкций зданий и сооружений с большим ресурсом – плит перекрытий.
В случае выполнения профилированных листов из атмосферокоррозионностойких низколегированных сталей с хорошей адгезией лакокрасочных покрытий, что в свою очередь продляет в 1,5…2,0 раза сроки службы искусственных покрытий, например, из стали   с пределом прочности σв = 490 МПа, предел текучести σт= 343 МПа, относительное удлинение δ = 21% рекомендуется применять следующие покрытия, которые по долговечности можно расположить в следующей последовательности:
1. Покрытие профилированных листов полиуретановым эластомером обеспечивает устойчивость на воздухе при 65 оС – 100 лет, скорость деградации покрытия от погодных воздействий 0,25 мм за несколько десятилетий [18].
2. Технология цинкования фирмы ZINGA METALL позволяет на десятки лет уберечь профилированные листы от коррозии. Покрытие можно наносить напылением, валиком или кистью. При этом металл не обязательно пескоструить, если слой ржавчины не слишком глубок. Покрытие можно использовать в качестве грунтовки под окраску, что увеличивает срок службы
еще в 2,0…2,5 раза [20].
3. Покрытие антикоррозионно-стойкой эмалью (ЭМАКС) Казанской фирмы ТИМ-СФЕРА, предохраняющее металл, дерево, бетон от воды, щелочей, кислот (кроме серной) и органических растворителей. Эмаль эластична, обладает высокой адгезией, 25 лет выдерживает перепад температур от –70 до +300оС, при которых покрытия из обычных эмалей трескаются и теряют герметичность [19].
4. Обработка профилированных листов поверхностно-активными веществами (ПАВ), при которой молекулы ПАВ сорбируются поверхностями металла, формируя на поверхностях листа очень тонкий (10…20 мкм), но ровный и плотный гидрофобный слой, препятствующий проникновению кислорода и других газов внутрь листа, надежно защищая его от коррозии. Способ защиты от коррозии разработан научным центром «Износостойкость» Московского энергетического института и внедряется для защиты от коррозии и различных отложений трубчатых и пластинчатых теплообменников энергетических объектов и труб жилищно-коммунального хозяйства [21].
5. На Московском предприятии ООО «МАСТЕРЪ» (бывшее «Матек») создано новое средство защиты от коррозии – грунт–протектор «жидкий цинк» АК-100. Грунтпротектор коррозии (ГПК), нанесенный на стальную поверхность образует покрытие с высоким содержанием цинка, который является анодом по отношению к стали, обеспечивает эффективную протекторную защиту металла от коррозии и при двух-трехслойном покрытии увеличивает срок службы до 10-15 лет. Ни в чем не уступая по своим характеристикам зарубежным протекторам, отечественная новинка в несколько раз дешевле по стоимости. Нанесение жидкого цинка на подготовленную поверхность металла может осуществляться различными способами – с помощью пневматического распыления, кистью или валиком в диапазоне температур окружающего воздуха от –15оС до +40оС. Расход ГПК на один слой составляет от 110 до 160 г/м2 и зависит от способа нанесения покрытия. После высыхания покрытие образует довольно прочную матовую пленку серого цвета толщиной 30…50 мкм с содержанием цинка до 92…96%. Покрытие отличается высокой водостойкостью и стойкостью к воздействиям химических сред. Этот способ холодного цинкования металлической поверхности в отличие от известного метода горячей оцинковки не требует дополнительных сложных трудоемких операций термической подготовки материала, упрощается процесс сушки обработанной поверхности. Для обеспечения высокого качества работ и достижения максимального срока службы покрытия ГПК необходима тщательная подготовка поверхности перед проведением окрасочных работ ([5], с.40…42).

Для защиты металла профилированных листов от коррозии возможно сочетание нескольких из приведенных способов защиты, что увеличит их долговечность до 40…70 лет.

РАСЧЕТ ТЕХНИКО–ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ ПРОФИЛИРОВАННЫХ ЛИСТОВ С ПЕРИОДИЧЕСКИМИ ВОЛНАМИ ГОФР ПО ДВУМ ОРТОГОНАЛЬНЫМ НАПРАВЛЕНИЯМ В РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ ПРОИЗВОДСТВА

В разделе проекта «Обоснование целесообразности производства профилированных листов с периодическими волнами гофр по двум ортогональным направлениям» по патенту РФ № 2200807 «Гофрированная оболочка» показано, что при той же суммарной глубине волн гофр, что и у профилированных листов по ГОСТ 24045-94 предлагаемые профилированные листы допускают в 10 раз большую предельную равномерно распределенную нагрузку (см. таблицу). Поэтому для сравнительного анализа технических характеристик известных профилированных листов с предлагаемыми профилированными листами выбираем профилированный лист Н114-750-1,0 для которого глубина продольных волн гофр Нг1пр=114 мм и предельная равномерно распределенная нагрузка составляет pг1=7,33 кН/м2 [1] и при толщине листа hг1=0,8 мм  удельная масса       mг1=12,5 кг/м2.

Технико-экономическую эффективность проекта  определим из условия равенства или превышения предельной равномерно распределенной допустимой нагрузки  pг1=7,33 кН/м2 для предлагаемых профилированных листов, технические характеристики которых приведены в таблице. Так, например, профилированный стальной лист НГ2-26-18-960-1344-0,55 толщиной h=0,55 мм имеет предельную равномерно распределенную нагрузку pmг2=10 кН/м2, значительно превышающую нагрузку pг1.

Расчет экономического эффекта от внедрения

Экономический эффект от внедрения профилированных листов по патенту РФ № 2200807 «Гофрированная оболочка» взамен профилированных листов с волнами гофр только в одном направлении определяется экономией материала на изготовление 1 м2 листа (удельной массы листа m) при сохранении тех же функциональных возможностей в строительной конструкции или оборудовании, т.е. способности нести заданную нагрузку.

При годовом производстве профилированных листов Sг=100000 м2 экономический эффект составит Эг= Sг·(mг1 mг2)·С1=29,2 млн. руб., где mг2=5,2 кг/м2 – удельная масса профилированного листа НГ2-28-18-960-1344-0,55; С1 – стоимость 1 кг листа в зависимости от марки стали составляет 30-120 рублей, в качестве расчетной величины принимаем С1=40 руб./кг.

При одной и той же несущей способности по нагрузке и примерно равных производственных затратах на изготовление 1 м2  профилированных листов с волнами гофр только в продольном направлении (по ГОСТ 24045-94) и с волнами гофр в двух ортогональных направлениях (по патенту  РФ № 2200807) (штамповка, прокатка) экономический эффект будет примерно равен стоимости сэкономленного металла.

Чертеж гофролист ПЛ-0

Чертеж гофролист ПЛ-1

Чертеж гофролист ПЛ-2

Чертеж гофролист ПЛ-3

Чертеж гофролист ПЛ-01

Чертеж гофролист ПЛ-11

Чертеж гофролист ПЛ-12

Чертеж гофролист ПЛ-13

Предельная равномерно распределенная нагрузка Pm для различных профилированных листов с периодическими синусоидальными волнами гофр по двум ортогональным направлениям, защемленных по четырем краям (патент РФ № 2200807) табл. 1

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.