Konstrukce z plastických hmot Nosné konstrukce III 1

Konstrukce z plastických hmot

14.4.2010

Nosné konstrukce III

1

Druhy plastických hmot PLASTICKÉ HMOTY syntetické polymery termosety

polykondenzáty termoplasty

polyestery nestálé

přírodního původu

termosety

polyadukty

termoplasty

termosety

polyetylén

fenoplasty

aminoplasty

epoxydy

polystyrol

aminoplasty

polyamidy

polyuretany zesítěné

polyakryl

silikony

polyestery lineární

polyvinichlorid

polyestery zasítěné

termoplasty

termosety

termoplasty

bílkovinného původu

deriváty celulozy z přírodní pryskyřice

polyuretany lineární

polybudadien

polyvinilkarbazol

14.4.2010


2

Polymerace z nízkomolekulární látky (monomeru) látka makromolekulární, bez vedlejší zplodiny. Polymer má stejné chemické složení jako látka výchozí. Polymerace dvou nebo více monomerů nebo polymerů monomeru je tzv. kopolymerace, výsledným produktem je kopolymer.

14.4.2010


3

Polykondenzace kromě makromolekulární látky vznikají odštěpováním ještě nízkomolekulární zplodiny (voda, amoniak apod.). Podle počtu funkčních skupin výchozích látek - polykondenzáty se strukturou lineární nebo prostorovou. Na výsledný produkt polykondenzace má vliv struktura výchozích látek, jejich poměr, dále teplota, katalyzátor a způsob odstraňování vedlejších produktů. 14.4.2010


4

Polyadice makromolekulární látky postupným spojováním výchozích látek, bez vzniku vedlejších nízkomolekulárních zplodin. Složení výsledného produktu se proto neliší od výchozí suroviny.

14.4.2010


5

Přísady Změkčovadla (zvláčňovadla) dodávají ohebnost, tvárlivost, zvyšují termoplastičnost. Hodnotí se snížení bodu křehnutí a teploty měknutí. Maziva usnadňují zpracování těžko zpracovatelných hmot, nemají ovlivňovat vlastnosti výrobku. Plniva - upravující vlastnosti základního produktu (plniva aktivní) nebo snižují cenu (plniva neaktivní). Často zvyšují pevnost výrobku (vláknité materiály), zlepšují elektrické vlastnosti, odolnost proti odírání, vznícení, chemickou odolnost, teplovzdornost apod. Stabilizátory snižují rychlost degradace vlivem povětrnosti, tepla, světla, mikrobiologické koroze a stabilizují fyzikálněmechanické vlastnosti v čase. Barviva se užívají buď přímo ve hmotě a to téměř ve všech případech, nebo povrchově, je-li povrch přístupný pronikání barviva. 14.4.2010


6

Vlastnosti značný rozsah podle druhu hmoty, přídatných látek, způsobu zpracování a mnoha dalších faktorů.

14.4.2010


7

Pracovní diagram - úsek 0 - 1 (do meze úměrnosti) s určitou přesností Hookův zákon, - mezi průtažnosti 2 začíná plastická oblast, materiál se deformuje bez zvýšení napětí - bod 3, dochází ke zpevnění materiálu, - mez pevnosti 4 se materiál poruší.

Pracovní diagram termoplastů při zkoušce tahem a) při krátkodobé zkoušce, b) při různých teplotách 14.4.2010


8

Modul pružnosti Materiál

Modul pružnosti Mpa krátkodobý

dlouhodobý

Sklolaminát

6 000

3 000

Organické sklo

2 800

1 400

PVC

2 800

1 600

7

2

Pěnový polystyrén

velmi nízký a jeho hodnoty v tlaku se mohou výrazně lišit. Závisí na teplotě - při vyšších teplotách u termoplastů vymizí pružná oblast, materiál měkne, naopak za nízkých teplot křehne, větší pružná oblast zaa současně zvýšího modul pružnosti. Termosety méně citlivé na teplotu než termoplasty. Vliv rychlosti zatížení - materiál při rázu křehne, není plastická oblast. 14.4.2010


9

Dotvarování (creep) dlouhodobé zatížení způsobuje postupnou přeměnu pružných deformací na plastické - buď nárůst deformací (poklesem modulu pružnosti), nebo poklesem napětí (při konstantním přetvoření). Při vyšších teplotách dotvarování větší. Dále se snižuje i pevnosti materiálu podle doby trvání až na 20 - 30 % krátkodobé pevnosti.

14.4.2010


10

Vyztužené plasty Výztuž ve formě vláken a dodává materiálu pevnost skleněná, bórová, ocelová, grafitová, nejrozšířenější bezalkalická sklovina (Eutal). Skleněný textil podle hmotnosti g/cm2 (gramáže) jemný, střední a hrubý. Skelná rohož - sekáním provazců, vrhá se proti sítu a lisují se s pryskyřicí. Matrice - monolitický charakter, struktura, spojuje výztužná vlákna přispívá k využití jejich pevnosti, rovnoměrné rozdělení sil, ochrana před vnějšími vlivy a přenáší též část zatížení - epoxidové, polyesterové pryskyřice. Meze pevnosti polyesterových pryskyřic se pohybují : ohyb 60 - 85 MPa, tah 40 - 55 MPa, tlak 80 - 110 MPa, modul pružnosti je 2 000 - 3 000 MPa. Technologie zpracování - ruční (kontaktní PESL (K)) a strojní (PESL (S)). 14.4.2010


11

Lehčené plastické hmoty Pěnové lehčené hmoty (pěnoplasty) jsou tuhé, uzavřené dutinky vyplněné vzduchem nebo plynem - vznikají napěňováním výchozí hmoty, nejsou propustné. Pórovité lehčené hmoty (póroplasty) - otevřenými dutinkami - póry. Na rozdíl od pěnoplastů jsou navlhavé a plynopropustné. pěnový polystyrén (PS) -vyrábí se jako vysokotlaký, nízkotlaký, mikroporézní a samozhášivý, pěnový polyuretan (PU) - především tuhá a polotuhá pěny, dražší, pěnový PVC v objem. hmotnosti 30 - 300 kg/m3 s uzavřenými póry, naplněnými inertním plynem, fenolické pěnové hmoty v mnoha druzích a objem. hmotnostech směs pryskyřice, nadouvadla a katalyzátoru přímo na místě potřeby, močovino-formaldehydová pěna - nízké mechanické vlastnosti omezené použití v nosných konstrukcích. 14.4.2010


12

Vrstvené (sendvičové) prvky základním konstrukčním prvkem, využití výhodné vlastností potlačení některých nevýhod. Nejběžnější trojvrstvá deska - dva plášťů a jádro. Pláště - funkce krycí, chrání jádro před účinky vnějšího prostředí, estetická, může být použita vrstva kvalitního materiálu, statická, neboť při ohybu působí pláště jako pásnice a přenáší ohybový moment (pokud je zajištěno jejich spolupůsobení). Jádro - účinná tepelně-izolační vrstva, staticky zajišťuje spolupůsobení plášťů pokud je smykově tuhé, zajišťuje stabilitu plášťů proti zvrásnění. Vzájemné spojení plášťů a jádra dostatečně únosné - spára je buď dodatečně lepená, nebo se jádro přímo vypěňuje. 14.4.2010


13

Jádrové materiály

a) voštinové šestiúhelníkové, vlnité, rourkové b) podélné příčky pilové, vlnité c) prostorové výlisky 14.4.2010


14

Tkaniny a folie Povrchové pláště stanových a pneumatických konstrukcí téměř výlučně z textilních materiálů s ochrannými vnějšími vrstvami, popř. vysokopevnostních fólií. Textilní materiály - na bázi syntetických vláken a tkanin polyester (diolen, trevíra), polyamid (dederon, perlon, nylon), polyacrylnitril (dralon), ve zvláštních případech vyztužení kovovým pletivem. Povrchová vrstva povlak PVC, polyuretanu, polyizobutylénu, chloroprénu, butylkaučuku apod. Velký význam má stárnutí a ztráta únosnosti. Plošná hmotnost textilních materiálů a fólií se pohybuje od 400 do 600 g/m2, pevnost od 1500 do 6000 N/50 mm. 14.4.2010


15

Plné desky a profily Organické sklo (polymetylmetakrylát, plexisklo) je průhledná, bezbarvá termoplastická hmota, propouští kromě 90% viditelných 73% ultrafialových paprsků světla. Při teplotě 105 - 1700C se dobře svařuje. Malá povrchová tvrdost a odolnost proti obrušování, malá stálost při zvýšené teplotě a náchylnost ke stárnutí. Polyvinichlorid - dva základních druhy - neměkčený, vhodný na konstrukční účely, potrubí, okenní rámy a měkčený na fólie, podlahovinu apod. Barvení PVC - hlavně anorganické pigmenty a plniva pro snížení ceny. Mechanické vlastnosti ovlivňuje čas, teplota a dlouhodobé namáhání. Při teplotě 200C pevnost v tahu cca 60 MPa, modul pružnosti 3000 MPa, vruby malý vliv. Koeficient α = 0,000085. PVC se dobře opracovává, lepí, svařuje, je odolný proti působení vody a koroze. Nedostatky jsou jeho malá odolnost proti zvýšené (600C) a snížené (-300C) teplotě. Výrobní cena PVC je nejnižší z termoplastů, jeho podíl na celkové výrobě plastických hmot je kolem 25%. Polyetylén v čistém stavu je tvrdá, rohovitá, bílá látka. Odolný při nízkých teplotách (-700C), proti působení kyselin i zásad. Proti stárnutí vlivem povětrnosti stabilizátory, zvyšující jeho odolnost až třicetkrát. Z polyetylénu se zhotovují roury a armatury, profily, bloky apod. Na zpracování termoplastů se používá kalandrování (obdoba válcování), vstřikování (granulovaná výchozí surovina se za zvýšené teploty vstřikuje do forem) a vytlačování (vhodné zejména pro výrobu tyčí a profilů). 14.4.2010


16

Spojování Svařováním lze spojovat jen termoplasty stejného druhu. Podle způsobu svařování jde o svařování horkým plynem, dotykovým nebo sálavým teplem, vysokofrekvenčním ohřevem, plamenem, třením, ultrazvukem, impulzívním svařováním. Lepení se používá prakticky nejčastěji, neboť je rychlé a relativně nenáročné. Vyžaduje čisté spojované plochy a dokonalé odmaštění. Lepit lze jak plastické hmoty navzájem, tak k jiným materiálům. Mechanické spojování zahrnuje celou škálu spojů, např. šití (fólie, tkaniny), šroubování, nýtování atd., případně kombinované s lepením a svařováním. 14.4.2010


17

Navrhování Metodika výpočtu - základní norma ČSN 73 0031 Výpočet stavebních konstrukcí s základů, Základní ustanovení. Určuje základní metodu - metodu mezních stavů norma navrhování konstrukcí z plastických hmot zcela chybí.

14.4.2010


18

Výpočtové charakteristiky podle délky působení zatížení - normová pevnost Rn z meze pevnosti. Dělením součinitelem spolehlivosti materiálu se redukuje na výpočtovou hodnotu R = R / γ k n m Vliv délky trvání zatížení

Rd = Rk / γ d = Rn .γ d / γ m

Pokud je napětí od krátkodobých zatížení alespoň 50% napětí od celkovéhoho zatížení, pak charakteristiky vynásobí 1,3

R´= 1,3.Rd , E´= 1,3.Ed ,

14.4.2010


19

Součinitele podmínek působení

14.4.2010


20

14.4.2010


21

Typy konstrukcí KONSTRUKCE Z PLASTICKÝCH HMOT ohýbané panely

jednovrstvé

vícevrstvé

lomenice

skořepiny

kombinované systémy

jednovrstvé

vícevrstvé

jednovrstvé

vícevrstvé

hladké

prizmatické

neprizmatické

rotační

konoidy

profilované

nosníkové

rámové

translační

válcové

kupole

14.4.2010

krátké


tažené konstrukce stanové

dlouhé

pneumatické

membránové

přetlakové

vláknové

žebrové

kombinované

polštářové kombinované

22

Ohýbané prvky

Detaily pláště z vlnitých desek

Rámování panelů 14.4.2010


23

Lomenice

Lomenice prizmatické a) dvouprvková s diafragmaty, b) tříprvková s diafragmaty, c) tříprvková se vzepětím s diafragmaty, d) ve tvaru válcové klenby

Typy uspořádání neprizmatických lomenic a) plášť čtyřbokého jehlanu, b) trojbokého jehlanu,c) šestibokého jehlanu, d) kužele, e) složený plášť 14.4.2010


24

Statické systémy lomenic I

Rámy a) dvojkloubový, b) trojkloubový, c) vetknutý, d) lomenicová klenba, e) smíšená konstrukce, f), g) klenby nad kruhovým půdorysem, h) nosníkový systém nad kruhovým půdorysem 14.4.2010


25

Statické systémy lomenic II

Příklady uspořádání lomenicových konstrukcí 14.4.2010


26

Skořepiny I

Typy skořepin: a) synklastické b) antiklastické plochy; c) válcová skořepiny dlouhá a d) krátká, e) zvlněná válcová plocha, f) hyperbolické paraboloidy, g) rotační zborcený hyperboloid, h) eliptický hyperboloid, i) translační válcová plocha se sinusovou řídící křivkou, j) seskupení hyperbolických paraboloidů kolem vniřní podpory, k) konoidy 14.4.2010


27

Skořepiny II

Světlíky Filon a) detail se svíracím profilem, b) detail s dřevěným hranolem

Princip skladby panelů Everlite 14.4.2010


28

Skořepiny III Příklad skořepinového světlíku z polykarbonátu

Autobusové nádraží v Chemnitz (Německo) 14.4.2010


29

Skořepiny IV

Systém z laminátových pyramidových prvků a kovových prutů Výstavní hala krajinářské výstavy v Laussane 14.4.2010


30

Stanové konstrukce I

Principy stanových střech 1) plášť, 2) tyčové podpěry, 3) vyztužený okraj pláště, 4) kotvy, 5) předpínací lana, 6) nakloněný opěrný oblouk, 7) opěrné lano 14.4.2010


31

Stanové konstrukce II

Pavilon švýcarské krajinářské výstavy v Laussane (1964)

Zastřešení olympijského stadionu v Mnichově 14.4.2010


32

Stanové konstrukce III

Zastřešení hlediště otevřené scény v Manchesteru Lanové membránové střechy na zemědělské výstavě v Merkleebergu (býv. NDR) 14.4.2010


33

Stanové konstrukce IV

Zastřešení mola v Janově při oslavě Krištova Kolumba - 2 000 m2, polyesterová síť pokrytá teflonovou vrstvou 14.4.2010


34

Stanové konstrukce V

14.4.2010


35

Pneumatické konstrukce přetlakové I

Zatížení působící na plášť přetlakové konstrukce

Schéma konstrukce s vnitřním přetlakem a příklady geometrických řezů 14.4.2010


36

Kotvení přetlakových konstrukcí

14.4.2010


37

Přetlakové konstrukce II

Výstavní pavilony "Pantadome", USA Vstup do přetlakových hal 14.4.2010


38

Žebrové konstrukce I

Žebrové pneumatické konstrukce a) nosník, b) stojka, c) oblouk, d) podélný řez halou s oblouky, e) kupole 14.4.2010


39

Žebrové konstrukce II

Expo 1970 Osaca, pavilon Fuji Group 14.4.2010


40

Žebrové konstrukce III

Expo 1970 Osaca, hřibové struktury o průměru 15, 20 a 30 m 14.4.2010


41

Polštářové střechy I

14.4.2010


42

Polštářové střechy II

Polštářová střecha divadla v přírodě (Krupp, Essen) 14.4.2010


43

Polštářové střechy III

Polštářová konstrukce divadla v Bostonu (USA) 14.4.2010


44

Kombinované střechy

Kombinované systémy a) kombinace tuhých rámů s přetlakovou konstrukcí, b) lanová a přetlaková konstrukce, c) žebrová konstrukce s vnitřním přetlakem

14.4.2010


45

Konstrukce z plastických hmot Nosné konstrukce III 1

Recommend Documents