Аспекты прочности комбинированного профиля 2017-09-12 Инжиниринг Проблема: В России неуклонно растет популярность теплого алюминия в строительстве, причем не только в коммерческой недвижимости, но и в частном домостроении. Это связанно в первую очередь с тем что профильные системы из алюминиевых сплавов наконец догнали по коэффициентам теплопередачи системы из ПВХ. Причем это было возможно и раньше, но цена вопроса была на порядок выше. В настоящий момент, высокая конкуренция, политика импорта на рынке светопрозрачных конструкций позволили приблизить стоимость теплого алюминиевого окна к аналогичному по характеристикам окну из ПВХ. В некоторых случаях, при остеклении здания размеры окна диктуют установку именно оконных систем из алюминия. Например, створки больших размеров или алюминиевый фасад, который сочетается со скрытыми створками. При больших габаритах на первое место выходят прочностные характеристики алюминиевых профилей. Выбор профиля по требуемому моменту инерции и расчет всей конструкции окна или витража на ветровую нагрузку и вес стеклопакета знаком каждому проектировщику. В данной статье мы уйдем глубже и расскажем из чего складывается понятие прочности теплого алюминиевого профиля. Решение: Комбинированный профиль состоит из двух алюминиевых половинок (внешней и внутренней), которые соединены при помощи полиамидного профиля – термовставки. На прочность помимо толщин стенок и свойств алюминия и полиамида, влияют еще несколько факторов: 1. Качество насечки паза алюминиевого профиля 2. Усилие закатки 3. Качество полиамидной термовставки и её свойства Для тестирования комбинированного профиля необходимо руководствоваться ГОСТом 22233-2001. Данный стандарт регламентированы показатели на сдвиг и разрыв профиля полуфабриката (неокрашенного) и готового (окрашенного). Тест на сдвиг Тест на сдвиг является основным параметром контроля качества комбинированного профиля, причем очень важно проводить тест до покраски и после, чтобы оценить качество насечки. Если значение усилия на сдвиг после покраски падает более чем в три раза, то есть повод задуматься о настройках станка насечки или даже замены дисков насечки Рис.1. Рис. 1 диск насечки профиля Кроме этого тест на сдвиг показывает, правильно ли были настроены ролики для закатки. Согласно ГОСТу 22233-2001 несущая способность при сдвиге, Н/мм длины образца, должна быть не менее: для готовых профилей - 24; для профилей-полуфабрикатов - 40. Для теста используется образец профиля 100мм Рис. 2 тест на сдвиг Профиль помещается в тестер на сдвиг и замеряется усилие, при котором произошел сдвиг профиля. При тестировании очень важным является правильность установки профиля и скорость, при которой происходит сдвиг. Если профиль перекошен или зажимается термовставка, результат тестирования будет не точным. К сожалению на практике приходится сталкиваться с тем, что тест на сдвиг проводится очень редко (иногда раз в год), что противоречит требованиям стандарта. Это может привести к тому что профиль может быть поставлен клиенту “не закатанным”, т.е. не будет соответствовать выше указанным параметрам. Этот брак легко определим при обработке профиля – внешняя и внутренняя половинки двигаются друг относительно друга. На до ли говорить, как такой профиль будет работать в готовом окне или двери. Испытание на разрыв В рамках этого теста определяется прочностные показатели полиамидной термовставки. Тест проводится до покраски и после, чтобы можно было оценить качество самого полиамида. Несущая способность при поперечном растяжении как готовых, так и профилейполуфабрикатов должна быть не менее 80 Н/мм длины образца. Рис. 3 образец после разрыва Образец помещается в зажимной фланец и происходит растяжение профиля до момента его разрушения рис.3. Максимальное усилие, при котором произошло разрушение, фиксируется программным обеспечением и выдается на экран в виде графика рис.4. Рис. 4 результат тестирование комбинированного профиля на разрыв. Компанией Aditim уже было проведено большое количество испытаний. Можно констатировать, что в основном результаты испытаний демонстрировали соответствие испытываемых образцов профилей ГОСТу 22233, однако были выявлены и исключения. Нужно отметить, что не все компании обладают должным оборудованием, которое способно достоверно определять параметры по ГОСТу. Компания Aditim регулярно проводит испытания на сдвиг и на разрыв для своих клиентов, контролируя качество. Для этих целей используется тестер на сдвиг швейцарской фирмы Muller, которая специализируется именно на оборудовании для производства комбинированного профиля. Теперь подробней остановимся на определении момента инерции комбинированного профиля. К сожалению, в ГОСТ 22233-2001 ничего об этом не сказано, и чтобы разобраться в вопросе, необходимо обратится к европейскому стандарту EN 14024:2004 Приложение С. Действующий момент инерции теплых профилей Первым шагом в расчете комбинированного профиля является расчет прогиба. Прогиб теплых профилей рассчитывается с помощью обычной формулы прогиба, учитывая действующий момент инерции, при котором рассматривается гибкое соединение алюминиевых половинок и термовставки. Рис. 5 - Схематическое представление утепленного профиля 1 Центр масс внешней половинки алюминиевого профиля 1, где А1 - площадь и I1 – инерция 2 Центр масс внутренней половинки алюминиевого профиля 2, где А2 - площадь и I2 – инерция 3 Центр масс композитного профиля 4 Полиамидная термовставка, где с – постоянная упругости Действующий момент инерции: где - фиксированный момент инерции; (С.2) - составная часть фиксированного момента инерции; (С.3) - величина воздействия гибкого соединения (С.4) Параметр λ зависит от геометрии секции профиля, постоянной упругости термического барьера с, модуля упругости металла (алюминия) и пролета балки l где l – длина профиля. Примечание 1: Так как λ зависит от длины профиля, действующий момент инерции является функцией длины. Для больших пролетов величина приближается к фиксированной. Примечание 2: Формула для С верна для синусоидальной нагрузки и также работает с высокой точностью для постоянной или треугольной нагрузки. В формуле С.1 есть коэффициент С - величина воздействия гибкого соединения (геометрия термовставки, качество насечки и закатки). Для определения этого коэффициента проводятся натурные испытания профилей под нагрузкой и тем самым определят коэффициент С. Для автоматизированного расчета инерции комбинированного профиля используется программное обеспечение WinVor, которое позволяет внести данные после испытаний и получить значения момента инерции для разной длины профиля. Рис.6 Рис.6 значения для расчета Шаг выдаваемых результатов можно настроить. В настоящий момент подобную методику используют только Европейские производители профильных систем. Она позволяет точно оценить момент инерции конкретного отрезка профиля. На рисунке Рис.7 мы видим график зависимости момента инерции от длины комбинированного профиля. Значение момента инерции профиля значительно ниже на длине до трех метров, а дальше изменение становится не столь значительным. Российские производители комбинированных профилей рассчитывают момент инерции готового профиля умножая его значение на 0,7 или 0,8 тем самым учитывая влияния “гибкой связи” - термовставки. При таком расчете получается значение момента инерции, которое соответствует длине профиля в диапазоне 3 -4м. При этом, нельзя увидеть полный диапазон значений моментов инерции для каждой длины профиля. Как видно на диаграмме (рис. 7) до длины 3м момент инерции растет. Значит, для длины 2м уже не корректно брать фиксированное значение, полученное при усредненном расчете. Рис. 7 Расчетная зависимость момента инерции от длины профиля. В качестве примера рассмотрим, как меняется момент инерции при окрашивании профиля. В данном случае, несущая способность при сдвиге уменьшается на принятые 40% при покраске. На рис. 8 показан график зависимости момента инерции от длины профиля до покраски, как мы видим, значение эффективного момента инерции находится справа и фактически сливается с действующим моментом инерции. До покраски усилие на сдвиг максимально. Рис. 8 значение момента инерции до покраски профиля Теперь рассмотрим изменение момента инерции после покраски профиля рис. 9. Стрелкой указан провал момента инерции из-за уменьшения усилия сдвига профиля. Т.е. эффективный момент инерции уменьшается на маленьких пролетах. Например, эффективный момент инерции при длине профиля 100см составит всего 9,09 cm4, вместо 25,88 mm4. Это очень наглядно показывает, как влияет покраска на усилие при сдвиге, а следовательно, и на момент инерции. Рис. 9 значение момента инерции после покраски профиля Резюмируя вышесказанное, для получения наилучших показателей момента инерции профиля, а, следовательно, и прочности, необходимо контролировать следующие параметры: 1. Качество насечки профиля На рис.9 показана насечка в пазе алюминиевого профиля. Разница в значениях на сдвиг на правом и левом рисунке может составлять 50%. После покраски профиль с насечкой, изображенной на правом рисунке при тесте на сдвиг как правило показывает ноль усилия на сдвиг после покраски. Качественная насечка Некачественная насечка Рис. 9 паз алюминиевого профиля с зубчиками после насечки 1. Качество закатки профиля При закатке важно контролировать усилие, т.к. можно “передавить” замок, после чего он может сломаться, рис.10 Рис. 10 сломанный замок алюминиевого профиля Данный дефект может проявится не сразу после скатки профиля, а уже в конструкции, что приведет к разрушению. 1. Свойства полиамидной термовставки. Свойства полиамидного профиля зависят от влагонаполнения, поэтому важно следить за тем как доставляется и хранится полиамидный профиль. 2. Использовать специализированный прибор для определения усилия сдвига и разрыва профиля. Корректность результатов теста на сдвиг по ГОСТ22233-2001 во многом зависит от условия проведения эксперимента. Прибор должен быть проверен, методика должна соответствовать требованиям стандарта. Совокупность всех этих факторов позволит получить качественный результат, следовательно, и прочность комбинированного профиля будет обеспечена. Обращайтесь к специалистам Адитим! тел 8 (495) 105-90-95
