Ввиду того, что сэндвич – панели представляют собой композиционный материал, состоящий из полиуретанового наполнителя между двумя металлическими обкладками, требуется обратить особое внимание на поведение сэндвич – панелей под воздействием различных нагрузок. Несмотря на несущую способность каждого отдельного полиуретанового наполнителя, и металлических поверхностей, низкие показатели модуля упругости материалов в отдельном состоянии указывают на неспособность выдержать нагрузку даже собственного веса. С другой стороны, в собранном виде, благодаря высокой прочности на сдвиг и изгиб, система приобретает лучшие показатели несущей способности, по сравнению с каждым отдельным слоем панели. В результате равномерного распределения и высокой адгезии соединенных частей панели, металлические поверхности воспринимают нагрузку изгибающего момента, что напрямую влияет на устойчивость к образованию деформаций на поверхности.[6]

Большую часть момента сдвига принимают на себя не столько металлические поверхности, сколько более большая по толщине часть внутреннего наполнителя панели. В результате увеличивается прочность на сдвиг композиционной системы, что в свою очередь, обеспечивает преимущества сэндвич – панелей. Трапециевидная форма и прочность материала наполнителя панелей в значительной степени повышают несущую способность панелей.

Прочность на сдвиг и Модуль сдвига

С целью определения прочности на сдвиг и модуля сдвига[2] составляется диаграмма нагрузка – деформация (рисунок 2). На специальном оборудовании (рисунок 1) определяется нагрузка, при которой возникает прогиб в материале сердечника, и расстояние между точками опор.
Испытания проводятся на образцах при четырехточечном испытании на изгиб (рисунок 3).

Коэффициент ползучести

Коэффициент ползучести определяется для всех панелей, используемых в качестве кровельного и потолочного облицовочного материала, предназначенных для выдерживания снеговых нагрузок и нагрузок собственного веса в течение продолжительного срока или постоянных нагрузок [3]. Определяется как величина нагрузки, соответствующая от 30 до 40 % средней нагрузки, вызывающей разрушение при сдвиге, путем крепления панели между двух опор (рисунок 4) и вычерчиванием кривой зависимости деформации от времени приложения нагрузки (рисунок 5).

Предел прочности при сдвиге после длительной нагрузки

Определяется путем проведения испытания (рисунок 6), и вычерчивания графика поведения под воздействием равномерно распределенных нагрузок[5] в течение времени (рисунок 7), примененных на не менее 10 образцах. Путем регистрации показателей деформации в течение первых 6 минут и до 42 дней, определяется предел прочности при сдвиге после длительной нагрузки.

Величина изгибающего момента и Напряжение скручивания

В результате испытаний определяется прочность при изгибе панелей с L-пролетом, достаточным для возникновения разрушения при воздействии изгибающих нагрузок, таких как скручивание, текучести или искривления поверхности[3]. Составляется график зависимости деформации от нагрузки (рисунок 9). В испытаниях с опорой по центру, имитируется момент изгиба в системах с большим пролетом (рисунок 8). В результате расчетов определяется напряжение скручивания плоских или слегка профилированных поверхностей, или напряжение текучести или деформации профилированных поверхностей.

Прочность на сжатие и Прочность на разрыв

Определяется модуль упругости материала сердечника под воздействием нагрузки растяжения и прочности на растяжение при перпендикулярной нагрузке на панель (рисунок 10). При помощи кривой зависимости смещения от нагрузки определяется прочность на разрыв согласно конечно нагрузке, модуль упругости на растяжение определяется на основе конечного смещения.[1]

Кроме того, определяются прочность материала сердечника на сжатие и модуль упругости при сжатии (рисунок 11). Модуль упругости при сжатии определяется расчетным путем с учетом конечного смещения. [2]

Склеивание сэндвич – панелей – одна из основных производственных стадий, и здесь каждый производитель использует свои методы и способы. Как расход клея повлияет на характеристики панелей, [4] расскажем в нашей статье.

Испытательным центром МИВ «СибНИИстрой» были проведены испытания кровельных сэндвич – панелей, по определению несущей способности при равномерно распределенной нагрузке, при однопролетной схеме нагружения, согласно ТУ 5284-227-39124899-2005 с изм. 1.[1]

Изготовителем были представлены образцы:

- Образец №1  ПМКМ – 3800х1000х150 – 0,7/0,7 (с существующим расходом клея) – 3шт.

- Образец №2  ПМКМ – 3800х1000х150 – 0,7/0,7 (с увеличенным расходом клея) – 3шт.

Испытание сэндвич-панелей производилось в проектном положении, согласно схеме испытаний представленной на рисунке 1

1-Испытуемый образец (две кровельные сэндвич – панели с утеплителем из минеральной ваты номинальной толщиной 150 мм) с перехлестом в гофре; 2-Опорный прогон (с шириной полки не менее 60 мм); 3-Опорные прокладки из бруса 59х 100х 150; 4-Шуруп саморез с шайбой 5.5х 205 мм(на крайних опорах в каждую гофру, на промежуточной через волну); 5-Шуруп самонарезающий 4.8х 19 с шагом 300 мм; 6-Слой резины или войлока толщиной 10 мм.

Рисунок 1- Однопролетная расчетная схема испытания кровельных сэндвич – панелей с утеплителем из минеральной ваты толщиной 150 мм.

Методика испытаний:

1 – Испытания проводить в помещениях с температурой воздуха (22±5) ºС с относительной влажностью 50±5 %.

2 – Величина свесов от крайних опор принята равной не менее 2,5 толщины панели, что составляет 400 мм.

3 – Нагрузку прикладывать ступенчато, значение ступени не должно превышать 10% контрольной нагрузки по прочности панели. После приложения каждой ступени нагрузки испытываемое изделие следует выдерживать под нагрузкой до полной стабилизации прогибов не менее 5 минут. На протяжении этого времени следует поддерживать значение нагрузки. По истечении времени определяют окончательное значение остаточной деформации.[2]

4 – Прогибометром зафиксировать максимальный прогиб перед разрушением (прогиб, при котором панель воспринимает приложенную нагрузку не разрушаясь, а дальнейшее небольшое увеличение нагрузки приводит к неограниченному росту деформации)

5 – По результатам испытаний указать разрушающую силу Р, действующую на пролет, а также значение разрушающей нагрузки в перерасчете в кг/кв.м для пролетов 2, 4, 6, 8 метров.

6 – В отчете об испытаниях описать характер разрушения: разрушение минераловатных плит, отслоение, потеря устойчивости листа обшивки, смятие под опорами, или др. – в каком месте.

7 – При проведении испытаний образцов на прочность необходимо осуществлять меры, обеспечивающие безопасность персонала и сохранность оборудования.

8 – Остальные требования в соответствии с приложением “Б” ГОСТ 32603 – 2012.[2]

Порядок проведения испытаний:

При испытаниях образцов нагрузку повышают постепенно, ступенями. Время испытания образца не должно быть более 20 мин. Нагрузка на конструкцию создавалась с помощью домкрата. В процессе нагружения определяют прогибы посредине пролета образца на каждой ступени нагружения и определяют разрушающую нагрузку. Прогиб измерялся в середине пролета панели прогибомером системы Аистова тип 6-ПАО-0,01.

Результаты испытаний по определению несущей способности кровельных сэндвич – панелей приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты испытаний по определению несущей способности кровельных сэндвич – панелей.

В результате проведения испытаний установлено:

1 – Несущая способность кровельной сэндвич-панели ПМКМ – 3800х1000х150 – 0,7/0,7 (с существующим расходом клея) составила 558,29 кгс/м².

2 – Несущая способность кровельной сэндвич-панели ПМКМ – 3800х1000х150 – 0,7/0,7 (с увеличенным расходом клея) составила 837,44 кгс/м².

Делаем вывод о том, что увеличенный расхода клея положительно влияет на прочностные характеристики сэндвич – панелей.