Kalvomateriaalitedit
p> tavallisia materiaaleja kaksinkertaisesti kaartuvissa kangasrakenteissa ovat PTFE-pinnoitettu lasikuitu ja PVC-pinnoitettu polyesteri. Nämä ovat kudottuja materiaaleja, joilla on eri vahvuuksia eri suuntiin. Loimikuidut (ne kuidut, jotka ovat alun perin suoria—vastaavat lähtökuituja kangaspuilla) voivat kantaa suurempaa kuormaa kuin kude-tai täytekuidut, jotka kudotaan loimikuitujen väliin.
muissa rakennelmissa käytetään ETFE—kalvoa joko yksikerroksisena tai tyynynmuotoisena (jota voidaan paisuttaa, tarjota hyviä eristysominaisuuksia tai esteettistä vaikutusta-kuten Allianz-areenalla Münchenissä). ETFE-tyynyt voidaan myös syövyttää kuvioilla, jotta eri tasoiset valotasot pääsevät läpi, kun ne täytetään eri tasoille.
päivänvalossa kangaskalvojen läpikuultavuus tarjoaa pehmeitä, luonnollisesti valaistuja tiloja, kun taas yöllä keinovalaistuksella voidaan luoda ympäristön ulkopuolista luminesenssia. Niitä tukee useimmiten rakenteellinen runko, koska ne eivät voi saada voimaa kaksinkertainen kaarevuus.
CablesEdit
kaapelit voivat olla miedosta teräksestä, suurlujuusteräksestä (vedetystä hiiliteräksestä), ruostumattomasta teräksestä, polyesteristä tai aramidikuituja. Rakennekaapelit on valmistettu sarjasta pieniä säikeitä, jotka on kierretty tai sidottu yhteen muodostaen paljon suuremman kaapelin. Teräskaapelit ovat joko kierrenauhaa, jossa kiertotangot kierretään yhteen ja” liimataan ” polymeeriä käyttäen, tai lukittua kelanauhaa, jossa yksittäiset toisiinsa kiinnittyvät teräsnauhat muodostavat kaapelin (usein spiraalinauhasydämellä).
Spiraalinauha on hieman heikompi kuin lukittu kelanauha. Teräskierukkakaapeleissa on Youngin moduuli E, joka on 150±10 kN/mm2 (tai 150±10 GPa), ja niiden halkaisija on 3-90 mm. Spiral strand kärsii rakentamisen venytys, jossa säikeet kompakti, kun kaapeli on ladattu. Tämä poistetaan yleensä esijännittämällä kaapeli ja pyörittämällä kuorma ylös ja alas 45%: iin murtovetokuormasta.
lukitun Kelan juosteen Modulus on tyypillisesti 160±10 kN / mm2, ja sen halkaisija on 20-160 mm.
eri materiaaleista valmistettujen yksittäisten säikeiden ominaisuudet on esitetty alla olevassa taulukossa, jossa UTS on murtovetolujuus tai murtokuorma:
| E (GPa) | UTS (MPa) | Strain at 50% of UTS | |
|---|---|---|---|
| Solid steel bar | 210 | 400–800 | 0.24% |
| Steel strand | 170 | 1550–1770 | 1% |
| Wire rope | 112 | 1550–1770 | 1.5% |
| Polyester fibre | 7.5 | 910 | 6% |
| Aramid fibre | 112 | 2800 | 2.5% |
Rakennemuotosedit
Ilmakantoiset rakenteet ovat eräänlaisia vetorakenteita, joissa kangaskuorta tukee vain paineilma.
suurin osa kangasrakenteista saa vahvuutensa kaksinkertaisesta kaarevasta muodostaan. Kun Kangas pakotetaan tekemään kaksinkertainen kaarevuus, se saa tarpeeksi jäykkyyttä kestääkseen siihen kohdistuvia kuormia (esimerkiksi tuuli-ja lumikuormia). Jotta saadaan aikaan riittävän kaksin verroin kaareva muoto, on useimmiten tarpeen pretension tai prestress kangas tai sen tukirakenne.
muodon löytämisen edit
prestressistä riippuvien rakenteiden käyttäytyminen lujuutensa saavuttamiseksi on epälineaarista, joten kaikkea muuta kuin hyvin yksinkertaista kaapelia on 1990-luvulle asti ollut hyvin vaikea suunnitella. Yleisin tapa suunnitella kaksinkertaisesti kaarevia kangasrakenteita oli rakentaa lopullisista rakennuksista pienoismalleja niiden käyttäytymisen ymmärtämiseksi ja tehdä muodonmuodostusharjoituksia. Tällaisissa pienoismalleissa käytettiin usein sukkamateriaalia tai sukkahousuja tai saippuafilmiä, koska ne käyttäytyvät hyvin samalla tavalla kuin rakennekankaat (ne eivät voi kantaa leikkuria).
Saippuafilmeillä on yhtenäinen rasitus joka suuntaan ja niiden muodostamiseen tarvitaan suljettu raja. Ne luonnollisesti muodostavat minimaalisen pinnan-muodon, jolla on minimaalinen pinta-ala ja johon sisältyy minimaalinen energia. Niitä on kuitenkin hyvin vaikea mitata. Suurelle kalvolle sen paino voi vaikuttaa vakavasti sen muotoon.
Jos kalvo kaartuu kahteen suuntaan, tasapainotilan Perusyhtälö on:
w = t 1 R 1 + t 2 R 2 {\displaystyle w={\frac {t_{1}}{R_{1}}}+{\frac {t_{2}}{R_{2}}}}
missä:
- R1 ja R2 ovat saippuakalvojen pääasialliset kaarevuussäteet tai kankaiden loimi-ja kudesuunnat
- T1 ja T2 ovat Jännitteet asianomaisissa suunnissa
- W on kuormitus neliömetriä kohti
pääkaareviivoilla ei ole kierrettä ja ne leikkaavat muut pääkaarveviivat suorassa kulmassa.
geodeettinen tai geodeettinen viiva on yleensä Lyhin viiva pinnan kahden pisteen välillä. Näitä viivoja käytetään tyypillisesti määriteltäessä leikkaus kuvio sauma-linjat. Tämä johtuu niiden suhteellisesta suoruudesta tasoliinojen syntymisen jälkeen, mikä johtaa pienempään kankaan hävikkiin ja tiiviimpään yhtymiseen kangaskankaan kanssa.
esijännitetyllä mutta kuormittamattomalla pinnalla w = 0, joten t 1 R 1 = -t 2 R 2 {\displaystyle {\frac {t_{1}}{R_{1}}}= − {\frac {t_{2}}{r_{2}}}}
.
saippuafilmissä pintajännitykset ovat tasalaatuisia molempiin suuntiin, joten R1 = – R2.
nyt on mahdollista käyttää tehokkaita epälineaarisia numeerisia analysointiohjelmia (tai äärellistä elementtianalyysiä) kangas-ja kaapelirakenteiden muotoiluun. Ohjelmien on mahdollistettava suuret taipumat.
kangasrakenteen lopullinen muoto tai muoto riippuu:
- kankaan muoto tai kuvio
- tukirakenteen geometriasta (kuten mastot, vaijerit, rengaspuomit jne.)
- kankaaseen tai sen tukirakenteeseen kohdistuva pretenaatio
on tärkeää, että lopullinen muoto ei salli veden pondingia, koska tämä voi muuttaa kalvoa ja johtaa koko rakenteen paikalliseen vikaantumiseen tai asteittaiseen pettämiseen.
Lumikuormitus voi olla kalvorakenteelle vakava ongelma, sillä lumi ei useinkaan valu rakenteesta pois kuten vesi. Tämä on aiemmin aiheuttanut esimerkiksi Hubert H. Humphrey Metrodomen (väliaikaisen) romahtamisen Minneapolisissa, Minnesotassa. Joissakin puntaroinnille alttiissa rakenteissa sulatetaan lämmityksen avulla lunta, joka asettuu niiden päälle.
on monia erilaisia kaksinivelisiä muotoja, joista monilla on erityisiä matemaattisia ominaisuuksia. Alkeellisin kaksinkertaisesti kaareva alkaen on satulan muoto, joka voi olla hyperbolinen paraboloidi (kaikki satulan muodot eivät ole hyperbolisia paraboloideja). Tämä on kaksoissuojattu pinta ja sitä käytetään usein molemmissa kevyissä kuorirakenteissa (katso hyperboloidirakenteet). Todelliset hallitut pinnat löytyvät harvoin vetorakenteista. Muita muotoja ovat antiklastiset satulat, erilaiset säteittäiset, kartiomaiset telttamuodot ja mikä tahansa niiden yhdistelmä.
Pretensionsedit
Pretensionsedit ovat rakenteellisissa elementeissä keinotekoisesti aiheutettuja jännitteitä niiden mahdollisesti kantamien omapainoisten tai määrättyjen kuormien lisäksi. Sillä varmistetaan, että normaalisti hyvin joustavat rakenneosat pysyvät jäykkinä kaikissa mahdollisissa kuormituksissa.
päiväkohtainen esimerkki pretensiosta on lattiasta kattoon kulkevien johtojen tukema hyllyyksikkö. Johdot pitävät hyllyt paikoillaan, koska ne on kiristetty – jos johdot olisivat löysällä, järjestelmä ei toimisi.
Pretensiota voidaan levittää kalvolle venyttämällä sitä sen reunoilta tai esijännittämällä sitä tukevia kaapeleita ja siten muuttamalla sen muotoa. Sovellettavan pretension taso määrää kalvorakenteen muodon.
vaihtoehtoinen muodon löytämisen lähestymistapa
vaihtoehtoinen approksimaatio muodon löytämisen ongelmanratkaisuun perustuu ruudukko-solmukohta-järjestelmän kokonaisenergiataseeseen. Fysikaalisen merkityksensä vuoksi tätä lähestymistapaa kutsutaan venytetyksi Hilamenetelmäksi (Stretch Grid Method, SGM).