Novodobรฉ lanovรฉ a membrรกnovรฉ konลกtrukcie
Lanovรฉ nosnรฉ sรบstavy zohrรกvajรบ stรกle dominantnรบ รบlohu pri tvorbe novodobรฝch konลกtrukciรญ sย veฤพkรฝmi aย ultraveฤพkรฝmi rozpรคtiami, aplikovanรฝmi vย pozemnom, aย najmรค vย mostnom staviteฤพstve. Aby sa tieto rozpรคtia mohli naฤalej zvรคฤลกovaลฅ, vย rรกmci neustรกleho vรฝvoja novรฝch nosnรฝch systรฉmov treba zabezpeฤiลฅ adekvรกtnu pevnosลฅ materiรกlov, aย tรฝm aj relevantnรบ odolnosลฅ lanovรฝch konลกtrukฤnรฝch prvkov, ako aj ich ochranu proti moลพnรฝm vplyvom prostredia.
Rieลกenรญm by mohli byลฅ kombinรกcie visutรฝch aย zavesenรฝch konลกtrukciรญ, ako aj rรดzne varianty hybridnรฝch aย tensegrity sรบstav (obr. 1) [1] sย moลพnosลฅou kontroly, regulรกcie aย prispรดsobenia napรคtosti (adaptรญvne inteligentnรฉ systรฉmy).Zรกkladnรฉ charakteristiky oceฤพovรฝch drรดtov na vรฝrobu lรกn
Lanรก na konลกtrukฤnรฉ รบฤely sa vyrรกbajรบ zย ลฅahanรฝch patentovanรฝch drรดtov. Vรฝchodiskovรฝm materiรกlom na vรฝrobu ลฅahanรฉho drรดtu je valcovanรก tyฤ zย vysokopevnej nelegovanej uhlรญkovej ocele, ktorรก je zuลกฤพachtenรก patentovanรญm. Patentovanie je zvlรกลกtny spรดsob izotermickรฉho kalenia, pri ktorom sa valcovanรก tyฤ zohreje do austenitickรฉho (austenit โ tuhรฝ roztok uhlรญka vย ลพeleze) stavu pri teplote pribliลพne 900 ยฐC aย nรกsledne nรกhle ochladรญ na pribliลพne 500ย ยฐC vย olovenom kรบpeli. Tรฝm sa dosiahne veฤพmi jemnรก sorbitickรก ลกtruktรบra ocele, vhodnรก na ลฅahanie. ลคahanรญm sa prierez drรดtu redukuje postupne vย niekoฤพkรฝch stupลoch, naprรญklad vย siedmich stupลoch zo 6ย mm na priemer 2 mm. Pevnosลฅ drรดtov sa ลฅahanรญm zvyลกuje sย rastรบcou redukciou prierezu, naproti tomu ich ลฅaลพnosลฅ klesรก. ล tandardizovanรก nominรกlna pevnosลฅ oceฤพovรฝch drรดtov vย Eurรณpe je 1 370, 1 570, 1 770, 1ย 860, 2 160 aย 2ย 450 N/mm2 (poslednรฉ dve hodnoty sa udรกvajรบ pre menลกรญ priemer drรดtov). Vย STN EN 1993-1-11 sa odporรบฤa pre oceฤพovรฉ kruhovรฉ drรดty nominรกlna pevnosลฅ 1 770 N/mm2 aย pre Z-drรดty 1 570 N/mm2 [2]. Modul pruลพnosti oceฤพovรฝch drรดtov sa udรกยญva vย rozpรคtรญ od 190 000 do 200 000 N/mm2.
Lanรก sa vyrรกbajรบ prevaลพne zย drรดtov sย kruhovรฝm prierezom. Pre niektorรฉ konลกtrukcie lรกn sa vyrรกbajรบ tvarovanรฉ drรดty, ako sรบ Z-drรดty na lanรก uzavretรฉ aย H-drรดty na lanรก polouzavretej konลกtrukcie. Na ลกpeciรกlne konลกtrukcie lรกn sa vyrรกbajรบ drรดty sย trojuholnรญkovรฝm, lichobeลพnรญkovรฝm aย ovรกlnym prierezom.
Protikorรณzna ochrana jednotlivรฝch drรดtov
Kaลพdรฝ oceฤพovรฝ drรดt lanovรฝch konลกtrukฤnรฝch prvkov treba chrรกniลฅ proti korรณzii buฤ zinkom alebo zliatinou zinku. Drรดty pokrytรฉ zliatinou Zn95Al5 (95 % zinok, 5 % alumรญnium) majรบ omnoho lepลกie vlastnosti zย hฤพadiska protikorรณznej ochrany ako ลพiarovo pozinkovanรฉ zinkom sย rovnakou hrรบbkou povlaku. Povlak drรดtov na bรกze Zn95Al5 mรก za rovnakรฝch podmienok aลพ trojnรกsobne lepลกiu odolnosลฅ vย porovnanรญ sย hrubรฝm zinkovรฝm povlakom drรดtov.
Na kruhovรฝch drรดtoch lanovรฝch prvkov mรก byลฅ povlak zinku alebo zliatiny zinku vย sรบlade sย poลพiadavkami STN EN 10264-2, trieda Aย [3]. Povlak na tvarovanรฉ drรดty mรก byลฅ vย sรบlade sย poลพiadavkami STN EN 10264-3, trieda Aย [4]. Vo vลกeobecnosti majรบ byลฅ Z-drรดยญty ลพiarovo pozinkovanรฉ povlakom sย hrรบbkou aลพ 300 g/m2, aby sa zaistila dostatoฤnรก hrรบbka na ostrรฝch hranรกch. Vย prรญpade pouลพitia Zn95A15 mรดลพu byลฅ kruhovรฉ drรดty aย Z-drรดty chrรกnenรฉ zรกkladnou hrรบbkou.
Ak drรดty lana nie sรบ dostatoฤnรฉ chrรกnenรฉ, dochรกdza kย degradรกcii ich vonkajลกieho povrchu korรณziou (obr. 2), ฤo spรดsobuje oslabenie kovovej ฤasti prierezu drรดtov, aย tรฝm aj prierezu celรฉho lana.
a) | b) |
c) Obr. 2 Korรณzne napadnutie drรดtu lana a) vonkajลกรญ povrch drรดtu lana (zvรคฤลกenรฉ 70ร), b)ย prierez napadnutรฉho drรดtu (zvรคฤลกenรฉ 100ร), c)ย detail korรณzneho napadnutia (zvรคฤลกenรฉ 200ร) |
Drรดty zย nehrdzavejรบcej ocele
Rovnako ako nelegovanรฉ uhlรญkovรฉ oceฤพovรฉ drรดty aj drรดty zย nehrdzavejรบcej ocele (antikorovรก oceฤพ) sa vyrรกbajรบ ลฅahanรญm. Pretoลพe tieto drรดty majรบ austenitickรบ ลกtruktรบru (bez prรญtomnosti ฮด-feritu), nemรดลพu byลฅ zmagnetizovanรฉ. Zย uvedenรฉho dรดvodu nie je moลพnรฉ na kontrolu aย monitoring lรกn pouลพiลฅ vysoko รบฤinnรบ magnetickรบ defektoskopickรบ metรณdu. Odporรบฤanรก nominรกlna pevnosลฅ vย ลฅahu kruhovรฝch drรดtov zย nehrdzavejรบcej ocele je 1 450 N/mm2. Modul pruลพnosti je niลพลกรญ vย porovnanรญ sย hodnotami udรกvanรฝmi pre oceฤพovรฉ drรดty aย vย zรกvislosti od typu nehrdzavejรบcej ocele nadobรบda naprรญklad hodnotu 160 000 N/mm2.
Konลกtrukcie drรดtenรฝch lรกn
Vย stavebnรญctve sa pouลพรญvajรบ drรดtenรฉ lanรก vinutรฉ, ktorรฉ sa vyrรกbajรบ vinutรญm, takzvanรฝm zlaลovanรญm drรดtov do prameลov aย prameลov do lรกn, ktorรฝch paralelnรฝm usporiadanรญm sa zรญskajรบ lanรก skladanรฉ.
Doterajลกia terminolรณgia rozoznรกvala vinutรฉ jednopramennรฉ lanรก otvorenej, polouzavretej alebo uzavretej konลกtrukcie aย lanรก viacpramennรฉ sย drรดtenou, syntetickou alebo organickou duลกou. Vย sรบฤasnosti sa vย sรบlade sย platnou STN EN 1993-1-11 zavรกdzajรบ nasledujรบce termรญny aย definรญcie [2]:
- prameล (angl. strand) โ prvok lana beลพne zloลพenรฝ zย drรดtov urฤitรฉho tvaru aย rozmerov, uloลพenรฝch skrutkovito okolo stredu vย jednej alebo vo viacerรฝch vrstvรกch okolo stredu vย rovnakom alebo opaฤnom smere;
- pramennรฉ lano (strand rope) predstavuje spojenie niekoฤพkรฝch prameลov uloลพenรฝch skrutkovito vย jednej alebo vo viacerรฝch vrstvรกch okolo duลกe;
- ลกpirรกlovรฉ lano (spiral rope) โ spojenie minimรกlne dvoch vrstiev drรดtov uloลพenรฝch skrutkovito okolo strednรฉho drรดtu;
- ลกpirรกlovรฉ pramennรฉ lano (spiral strand rope) โ ลกpirรกlovรฉ lano obsahujรบce len kruhovรฉ drรดty;
- plne uzavretรฉ ลกpirรกlovรฉ lano (fully locked coil rope) predstavuje ลกpirรกlovรฉ lano, ktorรฉ mรก vonkajลกiu vrstvu zย plne uzavretรฝch drรดtov vย tvare Z.
Charakteristiky konลกtrukcie jednotlivรฝch typov vinutรฝch lรกn, rozmerovรฉ rady veฤพkosti ich priemerov aย informรกcie oย poฤtoch drรดtov vย prameลoch sรบ uvedenรฉ vย tab. 1 [2].
Mechanickรฉ vlastnosti drรดtenรฝch lรกn
Skutoฤnรฉ odolnosti vย ลฅahu aย charakteristiky deformaฤnรฝch vlastnostรญ lรกn sa zisลฅujรบ na zรกklade ลฅahovรฝch skรบลกok. Aktuรกlna hodnota modulu pruลพnosti oceฤพovรฝch lรกn zรกvisรญ od typu konลกtrukcie lana, od รบrovne napรคtia aย dฤบลพky jeho pรดsobenia, ako aj od toho, ฤi sa lano predbeลพne vytiahlo aย cyklicky zaลฅaลพovalo aย odฤพahฤovalo.
Predbeลพne nevytiahnutรฉ lanovรฉ konลกtrukฤnรฉ prvky vykazujรบ znaฤnรฉ pruลพnรฉ aย trvalรฉ deformรกcie od statickรฉho zaลฅaลพenia. Takรฉto lanรก sa odporรบฤa predbeลพne vytiahnuลฅ pred alebo po inลกtalรกcii opakovanรฝm zaลฅaลพenรญm najviac na hodnotu rovnajรบcu sa 45 % charakteristickej hodnoty medznej pevnosti vย ลฅahu ฯuk.
Ak vรฝsledky skรบลกok nie sรบ dostupnรฉ, moลพno nominรกlne hodnoty modulu pruลพnosti na prvรฝ odhad stanoviลฅ podฤพa tab.ย 2ย [2]. Zavedenie reรกlnej hodnoty modulu pruลพnosti lanovรฝch prvkov mรก rozhodujรบci vplyv na vystihnutie reรกlnej tuhosti lanovej konลกtrukcie (ลฅahovรก tuhosลฅ lanovรฉho konลกtrukฤnรฉho prvku sa zรญska vynรกsobenรญm modulu pruลพnosti prierezovou plochou kovovej ฤasti Am jeho prierezu) aย nรกsledne stanovenie jej reรกlnej odozvy, hlavne vย sรบvislosti sย medznรฝm stavom pouลพรญvateฤพnosti.
Prรญrastok pomernej deformรกcie mรดลพe spรดsobiลฅ okamลพitรฉ pruลพnรฉ pretvorenie lanovรฉho konลกtrukฤnรฉho prvku jeho priลฅaลพenรญm po zavedenรญ do konลกtrukcie alebo vplyvom dotvarovania pri dlhodobo pรดsobiacom napรคtรญ, keฤ mรดลพu narastaลฅ trvalรฉ pretvorenia, ktorรฉ spรดsobujรบ pokles zaฤiatoฤnej hodnoty aj stabilizovanรฉho modulu pruลพnosti.
ล pirรกlovรฉ viacpramennรฉ lanรก majรบ zย hฤพadiska rozhodujรบcich mechanickรฝch veliฤรญn vลพdy horลกie deformaฤnรฉ vlastnosti ako lanรก jednopramennรฉ. Preto sa vย stavebnรฝch konลกtrukciรกch odporรบฤa pouลพรญvaลฅ vรฝhradne jednopramennรฉ lanovรฉ konลกtrukฤnรฉ prvky aย pri aplikรกcii ลกpirรกlovรฝch lรกn vytvorenรฝch zย viacerรฝch prameลov, vลพdy navrhovaลฅ iba lanovรฉ konลกtrukฤnรฉ prvky sย drรดtenou duลกou vytvorenou zย prameลov alebo lรกn (oznaฤenรฉ ako CWS โ Core Wire Strand alebo CWR โ Core Wire Rope, aย nie CF โ Core Fibre). Unikรกtne lanovรฉ konลกtrukcie si vyลพadujรบ ลกpeciรกlne konลกtrukcie lรกn (obr.ย 3) [5].
Protikorรณzna ochrana lanovรฝch prvkov
Vลกetky medzery vo vnรบtri lana majรบ byลฅ vyplnenรฉ aktรญvnou alebo pasรญvnou vnรบtornou vรฝplลou, ktorรก sa nedรก odstrรกniลฅ vodou, teplom alebo vibrรกciami.
Kย aktรญvnym plnivรกm patrรญ polyuretรกnovรฝ zรกklad so zinkovou prรกลกkovou farbou. Pasรญvnym vnรบtornรฝm plnivom mรดลพe byลฅ trvalo pruลพno-plastickรฝ vosk alebo hlinรญkovรฉ vloฤky vย uhฤพovodรญkovej ลพivici. Vnรบtornรก vรฝplล, ktorรก sa vkladรก poฤas vรฝroby ลฅahanรฝch prvkov, sa mรดลพe poฤas zaลฅaลพenia prvku vytlรกฤaลฅ. Podฤพa toho treba naฤasovaลฅ ฤalลกiu protikorรณznu ochranu. Vnรบtornรก vรฝplล sa mรก vybraลฅ tak, aby bola zluฤiteฤพnรก sย ostatnรฝmi protikorรณznymi prostriedkami pouลพitรฝmi na ochranu lana.
Protikorรณzna ochrana vonkajลกieho povrchu lanovรฝch prvkov sa mรดลพe skladaลฅ zย polyetylรฉnovรฉho puzdra alebo zย farby bohatej na zinok. Minimรกlna hrรบbka polyetylรฉnu sa mรก rovnaลฅ 1/15 vonkajลกieho priemeru lana aย nemรก byลฅ menลกia ako 3 mm. Nรกterovรฝ systรฉm sa mรก skladaลฅ najmenej zย 2 ร 50 ยตm zรกkladnรฝch nรกterov polyuretรกnovou farbou so zinkovรฝm prรกลกkom aย zย 2ย รย 125 ยตm vrchnรฝch nรกterov polyuretรกnovou farbou sย tvrdou sฤพudou.
Ochrana drรดtov, vnรบtra aย vonkajลกieho povrchu oceฤพovรฉho lana proti korรณzii je znรกzornenรก na obr. 4.
Lanรก sย drรดtmi zย nehrdzavejรบcej ocele aย koncovky zย nehrdzavejรบcej ocele bez ฤalลกej protikorรณznej ochrany majรบ spฤบลaลฅ podmienky zodpovedajรบcej triedy korรณznej odolnosti.
Obr. 4 Ochrana drรดtov, vnรบtra aย vonkajลกieho povrchu oceฤพovรฉho lana proti korรณzii
1 โ prameล, 2 โ vrstva epoxidovej ลพivice, 3 โ mazivo, 4 โ polyetylรฉnovรฝ plรกลกลฅ
Vhodnosลฅ protikorรณzneho ochrannรฉho systรฉmu vrรกtane trvanlivosti vรฝplnรญ aย ochrannรฝch materiรกlov sa mรก overiลฅ zodpovedajรบcou skรบลกkou.
Trvanlivosลฅ lanovรฉho systรฉmu sa mรก overiลฅ pouลพitรญm metรณdy takzvanรฉho zrรฝchlenรฉho starnutia, poฤas ktorรฉho sa simulujรบ cykly osovรฉho zaลฅaลพenia, ohybu aย teploty. Skรบลกky sa majรบ uskutoฤniลฅ na reprezentatรญvnom รบseku celรฉho dolnรฉho konca lana vrรกtane kotevnรฝch zariadenรญ, ochrannรฝch rรบrok zรกvesov aย podobne.
Skรบลกka vย soฤพnej hmle je ลกtandardizovanรก metรณda pouลพรญvanรก na kontrolu korรณznej odolnosti nรกterov aย povlakov aย podobne, ktorรฉ poskytujรบ odolnosลฅ proti korรณzii prvkom vyrobenรฝm zย ocele [6]. Skรบลกka vย soฤพnej hmle je zrรฝchlenรก skรบลกka odolnosti proti korรณzii. Po ukonฤenรญ skรบลกky sa hodnotรญ vzhฤพad produktov korรณzie. ฤas trvania skรบลกky zรกvisรญ od korรณznej odolnosti povlaku. ฤรญm je povlak odolnejลกรญ proti korรณzii, tรฝm je ฤas skรบลกky dlhลกรญ.
Skรบลกky vย soฤพnej hmle sรบ populรกrne, pretoลพe sรบ pomerne finanฤne nenรกroฤnรฉ, rรฝchle, dobre ลกtandardizovanรฉ aย primerane opakovateฤพnรฉ. Vรฝsledkom je vลกak iba pribliลพnรฝ pomer medzi odolnosลฅou definovanou trvanรญm skรบลกky vย soฤพnej hmle aย predpokladanรฝm ฤasom ลพivotnosti nรกteru alebo povlaku, pretoลพe korรณzia je veฤพmi zloลพitรฝ proces, ktorรฝ mรดลพe ovplyvลovaลฅ mnoho vonkajลกรญch faktorov.
Skรบลกkami moลพno hodnotiลฅ korรณznu odolnosลฅ vรฝslednรฝch produktov zakonฤenรญ lรกn, detailov spojov lรกn aย podobne.
Zakonฤenia drรดtenรฉho lana
Spรดsoby zakonฤenia drรดtenรฉho lana zalievanรฉho kovom alebo ลพivicou sรบ uvedenรฉ vย tab. 3 [2]. ฤalลกie typy zakonฤenรญ lรกn, akรฝmi sรบ oฤnica so zalisovanou hlinรญkovou objรญmkou alebo svorka so svornรญkom vย tvare U, sรบ vhodnรฉ na zhotovenie menej namรกhanรฝch konลกtrukฤnรฝch prvkov, vhodnรฝch do menej nรกroฤnรฝch, najmรค doฤasnรฝch konลกtrukciรญ.
Zakonฤenie aย kotvenie ลฅahanรฝch prvkov sa majรบ navrhnรบลฅ tak, ลพe:
- medznรก odolnosลฅ ลฅahanรฉho prvku sa dosiahne skรดr ako nastane preklz alebo inรก stรกla deformรกcia kotevnรฝch alebo inรฝch nosnรฝch prvkov;
- ich รบnavovรก odolnosลฅ bude vรคฤลกia ako odolnosลฅ ลฅahanรฝch prvkov;
- zariadenia na nastavenie dฤบลพky ลฅahanรฉho prvku zaistia splnenie poลพiadaviek na predpรคtie, geometrickรฉ tolerancie aย podobne;
- primeranรฉ kฤบbovรฉ spojenie vย kotvenรญ ยญmusรญ umoลพniลฅ vyrovnanie vรฝrobnรฝch aย montรกลพnych imperfekciรญ (vyboฤenia prรบtu/rรกmu);
- ลฅahanรฉ prvky sa budรบ daลฅ vymeniลฅ.
Zalievanรบ koncovku lana sย ฤapovรฝm pripojenรญm sย moลพnosลฅou pootoฤenia vย jednom smere aย zalievanรบ koncovku lana sย priestorovรฝm kฤบbovรฝm pripojenรญm sย moลพnosลฅou pootoฤenia vo vลกetkรฝch smeroch vidieลฅ na obr. 5.
Obr. 5 Zalievanรก koncovka lana a) sย ฤapovรฝm pripojenรญm (moลพnosลฅ pootoฤenia vย jednom smere), b) sย priestorovรฝm kฤบbovรฝm pripojenรญm (moลพnosลฅ pootoฤenia vo vลกetkรฝch smeroch) (foto: autor). |
รnavovรก odolnosลฅ drรดtenรฝch lรกn
รnavovรบ odolnosลฅ ลฅahanรฝch prvkov je nutnรฉ stanoviลฅ pre relevantnรฉ รบnavovรฉ zaลฅaลพenia aย prรญsluลกnรบ kategรณriu konลกtrukฤnรฉho detailu.
รnavovรฉ poruลกenie lanovรฝch systรฉmov nastane beลพne vย kotveniach, sedlรกch alebo svorkรกch. Zodpovedajรบca kategรณria detailu vย tรฝchto miestach sa mรก prednostne stanoviลฅ pomocou skรบลกok, ktorรฉ vystihujรบ skutoฤne pouลพitรฉ usporiadanie detailu aย zahลลajรบ vลกetky ohybovรฉ รบฤinky alebo prieฤne napรคtia, ktorรฉ sa vyskytujรบ vย praxi. Vyhodnotenie skรบลกok sa mรก uskutoฤniลฅ podฤพa STN EN 1990, prรญloha D [7].
Lanรก zo syntetickรฝch materiรกlov
Medzi syntetickรฉ vlรกkna pouลพรญvanรฉ na vรฝrobu lรกn patria aramidovรฉ vlรกkna (aromatickรฝ polyamid) znรกme pod nรกzvom Kevlar (registrovanรฝ obchodnรฝ nรกzov americkej spoloฤnosti E. I. DuPont de Nemours and Company), Twaron aย Technora (obchodnรฉ nรกzvy japonskej spoloฤnosti Teijin). ฤalej sรบ to vlรกkna vyrobenรฉ na bรกze tekutรฉho kryลกtalickรฉho polymรฉru znรกme pod nรกzvom Vectran (obchodnรฝ nรกzov japonskej spoloฤnosti Kuraray Company).
Medzi tri zรกkladnรฉ konลกtrukcie syntetickรฝch lรกn patria lanรก vytvorenรฉ zย vinutรฝch alebo splietanรฝch vlรกkien aย vlรกkien paralelne usporiadanรฝch. Zย uvedenรฝch typov majรบ najlepลกie vlastnosti lanรก zย paralelne situovanรฝch vlรกkien. Vykazujรบ najvyลกลกiu pevnosลฅ, najvรคฤลกรญ modul pruลพnosti aย najlepลกie deformaฤnรฉ aย รบnavovรฉ charakteristiky. Do tejto skupiny lรกn patrรญ aj aramidovรฉ lano sย nรกzvom Parafil G, ktorรฉ vyrรกba spoloฤnosลฅ Linear Composites Ltd. Je charakterizovanรฉ lineรกrnou zรกvislosลฅou medzi napรคtรญm aย pomernou deformรกciou, nominรกlnou pevnosลฅou vย ลฅahu 1 900 N/mm2, deformรกciou pri poruลกenรญ 1,5 % aย modulom pruลพnosti 125 000 N/mm2. Vonkajลกรญ priemer lana vytvorenรฉho zย rovnobeลพnรฝch vlรกkien vloลพenรฝch do polyetylรฉnovรฉho puzdra sa menรญ vย rozpรคtรญ od 4 do 66 mm. Mรดลพu sa pouลพiลฅ aj ลกpeciรกlne plรกลกte zย poลพiarnych materiรกlov odolnรฝch proti vysokรฝm teplotรกm. Koncovky sa vyrรกbajรบ zย hlinรญkovรฝch zliatin, zย ocele alebo zย antikorovej ocele.
Medzi hlavnรฉ vรฝhody syntetickรฝch lรกn vย porovnanรญ sย oceฤพovรฝmi lanami patria: vysokรฝ pomer pevnosti kย vlastnej tiaลพi lana, antikorรณzne vlastnosti, lepลกie รบnavovรฉ aย tlmiace absorpฤnรฉ vlastnosti, jednoduchลกia aย bezpeฤnejลกia manipulรกcia. Medzi nevรฝhody patria niลพลกรญ modul pruลพnosti aย reologickรฉ vlastnosti charakterizovanรฉ vplyvmi dotvarovania, respektรญve relaxรกcie. Pracovnรญci NASA [8] zistili, ลพe vlรกkna typu Vectran vykazujรบ ลกtyrikrรกt menลกie deformรกcie od dotvarovania ako Kevlar 49 (aramidovรฉ vlรกkna) pri rovnakรฝch testovacรญch podmienkach (obr. 6) [9].
Obr. 6 Priebehy dotvarovania aramidovรฝch vlรกkien a vlรกkien Vectran pri konลกtantnom namรกhanรญ rovnajรบcom sa 30 % pevnosti pri pretrhnutรญ [9] | Obr. 7 Membrรกnovรก konลกtrukcia Leteckรฉho mรบzea v Koลกiciach (autor nรกvrhu a foto: Ing. arch. Martin Drahovskรฝ) [10] |
Novodobรฉ membrรกnovรฉ konลกtrukcie
Membrรกnovรฉ konลกtrukcie zvyฤajne pozostรกvajรบ zย troch zรกkladnรฝch konลกtrukฤnรฝch subsystรฉmov: nosnรฉho podpernรฉho vย tvare rรกmov, oblรบkov alebo stฤบpov (pylรณnov), ฤalej stabilizaฤnรฝch, hrebeลovรฝch, okrajovรฝch aย kotevnรฝch lรกn aย samotnej technickej textรญlie, ktorรก tvorรญ streลกnรบ membrรกnu. Oblรบky, rรกmy aย pylรณny sa beลพne vyrรกbajรบ zย ocele alebo antikorovej ocele. Lanรก sรบ buฤ zย antikorovej ocele, alebo potiahnutรฉ plรกลกลฅom sย jasnรฝm povrchom na ochranu proti korรณzii. Vย sรบฤasnosti moลพno oฤakรกvaลฅ aj frekventovanejลกie pouลพรญvanie syntetickรฝch lรกn. Koncovky lรกn sย ฤapovรฝm pripojenรญm, sedlรก, svorky, ako aj ฤalลกie rรดznorodรฉ detaily pรดsobia elegantnรฝm dojmom tak, ako produkty zaloลพenรฉ na sรบฤasnรฝch vysoko sofistikovanรฝch technolรณgiรกch.
Membrรกnovรฉ konลกtrukcie zย technickรฝch textรญliรญ sa pouลพรญvajรบ ako doฤasnรฉ alebo trvalรฉ ฤพahkรฉ strechy aย prรญstreลกky ลกtadiรณnov, arรฉn, nรกkupnรฝch centier, vรฝstavnรฝch hรกl (obr. 7) [10], letรญsk, amfiteรกtrov (obr. 8) [11], ale aj ako efektnรฉ dominanty vybranรฝch priestorov (obr. 9) [12] aย podobne. Vย sรบฤasnosti sa ฤasto pouลพรญvajรบ na vytvorenie mobilnรฝch membrรกnovรฝch streลกnรฝch segmentov ลกtadiรณnov aย kรบpalรญsk (obr. 10). Zvlรกลกtnu skupinu tvoria pneumatickรฉ konลกtrukcie.
Obr. 8 Doฤasnรก konลกtrukcia membrรกnovรฉho zastreลกenia javiska amfiteรกtra v Detve [11] | Obr. 9 Efektnรฉ membrรกnovรฉ konลกtrukcie s nรกzvom SkySong nachรกdzajรบce sa v areรกli ล tรกtnej univerzity v Arizone [12] |
Obr. 10 Pohฤพad na mobilnรบ membrรกnovรบ streลกnรบ konลกtrukciu Toyota a) ลกtadiรณn v meste Toyota v Japonsku (foto: autor), b) princรญp skladania membrรกny |
Charakteristika materiรกlov membrรกnovรฝch konลกtrukciรญ
Membrรกny, ktorรฉ plnia sรบฤasne nosnรบ aย ochrannรบ krytinovรบ funkciu, sa zvyฤajne vyrรกbajรบ zย vysoko pevnรฝch technickรฝch textรญliรญ. Materiรกly na technickรฉ textรญlie sa vyrรกbajรบ zย tkanรฝch osnov zloลพenรฝch zo zvรคzkov dlhรฝch priamych vlรกkien situovanรฝch vย pozdฤบลพnom smere tkaniny aย kratลกรญch รบtkovรฝch, respektรญve vรฝplลovรฝch vlรกkien tkanรฝch kolmo medzi priamymi vlรกknami vย prieฤnom smere. ลคahovรก pevnosลฅ materiรกยญlu membrรกny zรกvisรญ priamo od ลกtruktรบry zรกkladnej tkaniny. Tkaniny sa vyrรกbajรบ zo sklenรฝch vlรกkien alebo zย polyesterovรฝch, polyamidovรฝch, polyvinylalkoholovรฝch aย polyaramidovรฝch vlรกkien. Na dosiahnutie vyลกลกej pevnosti aย trvanlivosti sรบ tkaniny potiahnutรฉ aย laminovanรฉ syntetickรฝmi materiรกlmi. Medzi najฤastejลกie pouลพรญvanรฉ materiรกly patria polyestery vrstvenรฉ alebo potiahnutรฉ polyvinylchloridom (PVC) aย tkanรฉ sklenรฉ vlรกkna potiahnutรฉ polytetrafluรณretylรฉnom (PTFE), znรกmym pod obchodnรฝm nรกzvom Teflรณn alebo etylรฉn-tetrafluรณretylรฉnom (ETFE). Povlaky zย PTFE, PVC, vinylchloridovej ลพivice, chloroprรฉnu alebo chlรณrsurfonรกtovรฉho polyetylรฉnu tvoria ochrannรฉ vrstvy vlรกkien aย zabezpeฤujรบ vodonepriepustnosลฅ tkaniny. Takรฝto materiรกl charakterizuje pomerne vรฝraznรก anizotropia (rozdielne fyzikรกlne vlastnosti v jednotlivรฝch smeroch). Trvanlivosลฅ membrรกnovรฝch zastreลกenรญ na bรกze PVC je pribliลพne 15ย aลพ 20 rokov, priฤom membrรกny sย PTFE povlakmi majรบ trvanlivosลฅ viac ako 25 rokov.
Membrรกny zย technickรฝch textรญliรญ vyrรกbajรบ spoloฤnosti Ferrari Textile Corporation, Seaman Corporation, Hiraoka and Company aย ฤalลกie.
Hฤพadanie vรฝslednรฉho tvaru membrรกnovej konลกtrukcie
Hฤพadanie tvaru (form finding) je proces vyลกetrovania rovnovรกลพneho stavu membrรกnovej konลกtrukcie pri danej hladine predpรคtia aย zvolenรฝch okrajovรฝch podmienkach. Aby mohla membrรกnovรก konลกtrukcia efektรญvne prenรกลกaลฅ zodpovedajรบce รบฤinky ฤพubovoฤพnรฉho vektora zaลฅaลพenia, musรญ maลฅ jej priestorovรก plocha tvar dvojitej krivosti. Moลพno ju dosiahnuลฅ tromi principiรกlnymi spรดsobmi, ktorรฉ charakterizujรบ tri najฤastejลกie pouลพรญvanรฉ typy membrรกnovรฝch zastreลกenรญ. Prvรฝm spรดsobom je tvar hyperbolickรฉho paraboloidu, ktorรฝ sa dosiahne fixovanรญm membrรกny do ลกtyroch bodov, priฤom vลพdy dva zย nich sa nachรกdzajรบ vย rรดznych รบrovniach (obr. 11a). ฤรญm je toto sedlo plochejลกie, teda ฤรญm menลกia je vรฝลกkovรก vzdialenosลฅ medzi hornรฝmi aย dolnรฝmi bodmi, tรฝm vรคฤลกie silovรฉ รบฤinky vznikajรบ vย rohoch sรบstavy. Druhรฝm spรดsobom je kuลพeฤพovรฝ tvar (obr. 11b), ktorรฝ sa dosiahne fixรกciou membrรกny kย vrcholu pylรณnu (stฤบpa) aย vย dolnej ฤasti ku kruhovรฉmu podpernรฉmu prstencu. Tretรญm spรดsobom je membrรกna visiaca medzi oblรบkmi situovanรฝmi vย prieฤnom smere aย vย dolnej pozdฤบลพnej ฤasti pripojenรก ku koncovรฝm lanรกm (obr. 11c).
Takmer vลกetky ฤalลกie prรญpady konลกtrukฤnรฉho rieลกenia membrรกn sรบ odvodenรฉ zย uvedenรฝch troch zรกkladnรฝch tvarov.
Tvorba strihovรฉho vzoru
Pretoลพe priestorovรฉ membrรกnovรฉ konลกtrukcie vรคฤลกinou nevytvรกrajรบ rozvinuteฤพnรฉ plochy, sรบฤasลฅou nรกvrhu je stanovenie strihovรฉho vzoru (cutting pattern), ktorรฝ spoฤรญva vย zadefinovanรญ takรฝch dvojrozmernรฝch kusov โ pรกsov technickej textรญlie, ktorรฉ po spojenรญ, zoลกitรญ alebo zvarenรญ aย po zodpovedajรบcom predopnutรญ vytvoria poลพadovanรฝ trojrozmernรฝ tvar priestorovej plochy membrรกny. Vย minulosti sa strihovรฉ vzory zostavovali prostrednรญctvom modelov membrรกnovej konลกtrukcie, vย sรบฤasnosti sa vyuลพรญvajรบ numerickรฉ prรญstupy.
Pri tvorbe strihovรฝch vzorov je nutnรฉ braลฅ do รบvahy aj vplyv predpรคtia membrรกny ako aj nepriaznivรฉ รบฤinky dotvarovania od teploty aย zaลฅaลพenia, aย teda zย uvedenรฝch dรดvodov adekvรกtne kompenzovaลฅ veฤพkosลฅ jednotlivรฝch ฤastรญ membrรกny.
Spoje aย detaily
Sรบฤasnรฉ lanovo-membrรกnovรฉ konลกtrukcie tvoria ฤasto pomerne zloลพitรฉ systรฉmy, vย prรญpade ktorรฝch moลพno hladkรฝ prenos zaลฅaลพenia aย plynulรฝ tok sรญl zย jednรฉho prvku konลกtrukcie na druhรฝ dosiahnuลฅ dobre navrhnutรฝmi spojmi aย prรญpojmi. Zvlรกลกtnu pozornosลฅ treba preto poฤas nรกvrhu venovaลฅ spojeniu aย spojovacรญm ฤlรกnkom jednotlivรฝch komponentov, akรฝmi sรบ tkanina โ tkanina, tkanina โ tuhรฝ okraj, tkanina โ lano aย lano โ lano, ako aj lano โ stฤบp alebo tuhรฉ okraje. Nesmie sa pritom zabudnรบลฅ na odkvapy na odvod daลพฤovej vody aย odtokovรฉ systรฉmy zย veฤพkรฝch plรดch zastreลกenรญ.
Veฤพmi uลพitoฤnรฝmi vย procese nรกvrhu aย rieลกenia zloลพitรฝch membrรกnovรฝch konลกtrukciรญ sรบ nรกstroje, ktorรฉ poskytujรบ sรบฤasnรฉ vรฝpoฤtovรฉ aย informaฤnรฉ technolรณgie ako vizualizรกcie nรกvrhov, aย tvorba modelov virtuรกlnej reality.
Poฤakovanie
Prรญspevok bol vypracovanรฝ vย rรกmci rieลกenia projektu 1/0321/12 podporenรฉho VEGA Mล SR aย SAV aย vย rรกmci projektu Centrum excelentnรฉho integrovanรฉho vรฝskumu progresรญvnych stavebnรฝch konลกtrukciรญ, materiรกlov aย technolรณgiรญ, podporenรฉho zo ล F Eurรณpskej รบnie.
TEXT: Prof. Ing. Stanislav Kmeลฅ, CSc.
OBRรZKY aย FOTO: archรญv autora, pozri literatรบra
Prof. Ing. Stanislav Kmeลฅ, CSc. je prorektorom pre vedu aย vรฝskum Technickej univerzity vย Koลกiciach.
Literatรบra
1.ย ย ย http://en.wikipedia.org/wiki/File:KurilpaBridgeConstruction7.JPG.
2.ย ย ย STN EN 1993-1-11: 2011: Eurokรณd 3. Navrhovanie oceฤพovรฝch konลกtrukciรญ. ฤasลฅ 1-11: Navrhovanie konลกtrukciรญ sย ลฅahanรฝmi prvkami
3.ย ย ย STN EN 10264-2: 2002: Oceฤพovรฝ drรดt aย drรดtenรฉ vรฝrobky. Oceฤพovรฝ drรดt na lanรก. ฤasลฅ 2: Nelegovanรฝ oceฤพovรฝ drรดt ลฅahanรฝ za studena na lanรก na vลกeobecnรฉ pouลพรญvanie.
4.ย ย ย STN EN 10264-3: 2003: Oceฤพovรฝ drรดt aย drรดtenรฉ vรฝrobky. Oceฤพovรฝ drรดt na lanรก. ฤasลฅ 3: Kruhovรฝ aย tvarovanรฝ nelegovanรฝ oceฤพovรฝ drรดt na vysokopevnostnรฉ pouลพitie.
5.ย ย ย http://www.bing.com/images/search?q=Akashi+Kaikio+pictures&view=detail&id=55A65D303CCFFA511323076FE5798B262F2D483&first=211&FORM=IDFRIR.
6.ย ย ย Kmeลฅ, S.: Rozborovรก ลกtรบdia na vypracovanie NA kย EN 1993-1-11: 2006 Navrhovanie konลกtrukciรญ sย ลฅahanรฝmi prvkami. Koลกice: Stavebnรก fakulta, Technickรก univerzita vย Koลกiciach, 2010.
7.ย ย ย STN EN 1990: Zรกsady navrhovania konลกtrukciรญ. SรTN, 2004.
8.ย ย ย R. B. Fette โ M. F. Sovinski: Vectran Fiber Time-Dependent Behavior and Additional Static Loading Properties. NASA Center for AeroSpace Information, Goddard Space Flight Center Greenbelt, Maryland 20771, 2004, s. 15.
9.ย ย ย Vectran, Technical Bulletin, Kuraray Company, 2011.
10.ย ย ย Drahovskรฝ, M. โ Pรกsztor, P. aย kol.: Projekt Leteckรฉho mรบzea vย Koลกiciach โ Prezidentskรก galรฉria. Koลกice: Architektonickรฝ ateliรฉr D&P, 2004.
11.ย ย ย Kmeลฅ, S. โ Tomko, M. โ Brda, J.: Zastreลกenie javiska amfiteรกtra vย Detve. Koลกice: Stavebnรก fakulta, Technickรก univerzita vย Koลกiciach, 2001.
12.ย ย ย Riddle, M.: Analyzing Project Size for Fabric Structure Budgets. Fabric Architecture, 2010.
ฤlรกnok bol uverejnenรฝ v ฤasopise Stavebnรฉ materiรกly.