ГлавнаяШвы бывают заводские и монтажные. Заводскими швами полотнища соединяются между собой при изготовлении оболочки. Монтажными швами обычно расчленяются оболочки больших размеров, весящие более 1,5—2 т, транспортирование и монтаж которых становятся затруднительными. Иногда монтажные швы устраиваются в предвидении дальнейшего удлинения сооружения или присоединения к нему дополнительных объемов. Монтажных швов следует избегать ввиду сложности их конструкции, трудоемкости изготовления и монтажа, а также пониженной прочности. Поэтому на практике встречаются примеры возведения оболочек с площадью поверхности более 5 тыс. м2 и весом до 7,5 т без монтажных швов.
Заводские швы (рис. 3.14) бывают клееными, шитыми и сварными. Данные экспериментов показывают, что в среднем прочность швов составляет от прочности материала
Клееные швы отличаются высокой герметичностью и применяются только тогда, когда в герметичности есть особая необходимость (пневмопанельные конструкции, газгольдеры, аэростаты и т. п.).
Недостатками клееных швов являются: высокая трудоемкость, падение прочности при повышении температуры, старение, низкое сопротивление агрессивным воздействиям светопогоды, в некоторых случаях — токсичность клеев.
Шитые швы очень распространены. Выполнение их не требует высоких трудозатрат, производительность швейных машин, особенно многоигольных, достаточно высока, трудности сшивания больших и тяжелых полотнищ преодолеваются применением специальных машин с длинным рукавом, передвигающихся на колесах вдоль сшиваемых кромок. Иногда затруднения при совмещении сшиваемых кромок приводят к необходимости предварительной их склейки перед прошивкой. В этом случае шов становится клеено-шитым. Достоинство его — высокая герметичность и несколько повышенная прочность. Однако трудоемкость возрастает чрезвычайно, и стоимость оболочки резко повышается. Использовать такой шов можно только для пневмокаркасных конструкций, где требуется высокая степень герметичности. Для оболочек воздухоопорных зданий его рекомендовать нельзя.
Нитки, которыми сшивают швы, в отличие от материала полотнища не защищены от воздействия света и атмосферы, в связи с чем теряют свою прочность быстрее, чем основной материал, и швы становятся слабым местом конструкции. Во избежание этого нитки приходится защищать отворотом кромки полотнища (рис. 3.14, б) или наклейкой герметизирующих лент (рис. 3.14, в). Возможна защита ниток специальной смазкой — лаком ХСПЭ, составом СПО-46 и др.
Прочность шитых швов зависит от многих факторов, в том числе от физико-механических характеристик ткани и нитей (табл. 3.5), а также парам шва частоты, шага и числа строчек), вида напряженного состояния оболочки (одноосное, двухосное) и т. п. Сделаны попытки теоретического обоснования их прочности. Экспериментальные исследования шитых швов, выполненные рядом исследователей, приводят к следующим выводам:
1) разрушение шва происходит либо в результате разрыва нитей, либо разрыва ткани, ослабленной проколами иглой; при назначении числа швов следует стремиться к равнопрочности обоих состояний, учитывая, однако, постепенное снижение прочности ниток в результате их старения;
2) прочность шва (исходя из прочности нитей) зависит от числа строчек, расстояния между строчками и частоты стежков;
3) прочность многострочечного шва сначала (до 3—4 строчек) растет почти пропорционально их числу, в дальнейшем (после 5—6 строчек) практически не увеличивается, хотя рост прослеживается и дальше (до 12—15 строчек). Оптимальное число строчек дано в табл. 3.6. Оно может быть определено по эмпирической формуле, предложенной В.П. Шлаковым:
4) расстояние между строчками рекомендуется принимать 10—15 мм (не менее 8 мм);
5) частота стежков и толщина (номер) нитки зависят от прочности (толщины) материала:
6) в условиях двухосного растяжения прочность шва снижается тем заметнее, чем больше число строчек; при соотношении поперечных и продольных напряжений 2:1 и числе строчек три и более снижение доходит примерно до 20—30%;
7) применение строчки «трехукольный зигзаг» вместо прямой в условиях одноосного растяжения повышает прочность шва на 20—40%; при двухосном напряженном состоянии строчки «зигзаг» прочность на 10—15% ниже;
8) при шитье продольная усадка шва (укорочение) достигает 2%; это следует учитывать при рассмотрении формообразования оболочки, тем более, что дополнительная жесткость сечения оболочки по шву также ведет к сокращению удлинений в этом направлении (не менее I % при рабочих напряжениях);
9) прочность шитого шва всегда ниже прочности материала оболочки; при оптимальном подборе парам шва максимальные показатели его прочности достигают 80—86% прочности материала, минимальные — 60—70%;
10) прочность двухстрочных швов невысока. Тем не менее они часто применяются при шитье цилиндрических оболочек в швах, где меридиональные усилия вдвое меньше кольцевых.
В.П. Шлаковым предложена формула расчета прочности однострочечного прямого шва, исходя из условия прочности ниток.
В двухстрочечном шве усилие в оболочке делится между обеими строчками поровну, в трех- и многострочечных швах на долю крайних строчек приходится большая доля усилия, нежели на средние. Зная закон распределения усилий между строчками шва (табл. 3.7), можно найти наибольшее усилие, приходящееся на крайнюю строчку, и рассчитать ее прочность по формуле.
Если прочность однострочечного шва в данных условиях равна 250 Н/см, то прочность многострочечных швов (от 2 до 6 строчек) будет равна соответственно 500; 688; 806; 865; 892 Н/см. Поэтому для тканей № 51—019 с прочностью 800 Н/см, снижающейся после шитья до 0,8х800=640 Н/см, наложение более трех строчек в шве нецелесообразно.
Сварные швы в последние годы решительно вытесняют шитье. Они прочны, герметичны, технологичны и более долговечны. Область их применения ограничена тканями, имеющими покрытия из термопластов, однако большинство используемых в настоящее время полимерных покрытий термопластично.
Необходимое для сварки тепло либо отбирается от нагретого инструмента (контактная сварка), либо генерируется внутри покрытия ткани при преобразовании других видов энергии (токи высокой частоты, ультразвуковые колебания).
Сварка токами высокой частоты высокопроизводительна, но неприменима для некоторых видов покрытий (полиэтилена, полипропилена и других неполярных пластмасс). Ультразвуковая сварка — весьма перспективный способ для соединения пластмасс вообще. Ho опыта использования ее для соединения полотнищ пневматических сооружений пока еще нет.
Монтажные швы оболочек: кромочно-тросовые, петлевые, накладные и застежки «молнии».
Кромочно-тросовые швы (рис. 3.16) образуются пропуском стальных тросов или капроновых фалов толщиной 12—16 мм через петли, прорезанные в подвернутых кромках соединяемых оболочек. Двойные швы (рис. 3.15, б) в настоящее время широко распространены.
При их испытании на одноосное растяжение достигнута средняя прочность 52—65% (максимум 73%) прочности материала оболочки (σ=41 кН/м). При двухслойной кромке, возможно, удалось бы получить равнопрочный монтажный шов. Высокой прочностью отличаются швы на скобах; у них ослабление материала на кромках минимальное. Катенарные швы многодельны в изготовлении и монтаже, но прочность их сравнительно высока.
Петлевые швы (рис. 3.16) имеют в качестве соединительного элемента капроновый шнур, образующий ряд петель, пропущенных через люверсы. При соединении полотнищ петли последовательно продевают одну в другую, образуя непрерывный ряд, причем последняя петля заводится за костыль. Петлевые швы могут быть однорядными и двухрядными. Прочность однорядных швов очень невысока. Двухрядные с петлями с одной стороны прочнее, но далеки от равнопрочности с основным материалом. В швах из материала 51-060 сдвижка и срыв люверсов наблюдаются при натяжениях соответственно 4 и 5 кН/м, а разрушение — при 7 кН/м. Наибольшей прочностью из петлевых швов обладают двухрядные с петлями с обеих сторон, но и она составляет не более 40—50% прочности материала. Достоинство петлевых швов в их быстроразмыкаемости — для разъединения достаточно снять последнюю петлю с костыля. В некоторых случаях требование быстрого раскрытия шва может быть предусмотрено заданием на проектирование.
Накладные швы (рис. 3.17) снабжены люверсами и скобками, через которые пропускается плоский или круглый замыкающий шнур. Прочность их невысока, и они применяются в ненапряженных соединениях (переходников с тентами шлюзов и т. п.).
Монтажный шов типа б (рис. 3.17) отличается простотой, но непрочен. Шов типа в требует перфорированных металлических полос, снабженных отбортовками для упора кромок секций с заделанными в них фалами; этот шов герметичен и равнопрочен материалу оболочки. Швы типа «молния» используют редко. Недостаток их — в малой прочности, склонности к механическим повреждениям, подверженности коррозии.
Все монтажные швы негерметичны и требуют дополнительных средств герметизации. В большинстве случаев это внутренние и наружные фартуки (рис. 3.17, г), которые своей свободной кромкой пришнуровываются к оболочке или пристегиваются к ней кнопками или резиновыми пуклями. В петлевых швах применяют герметизирующие лепестки, сворачиваемые в рулон, развернуться которому мешают петли и фартуки. Несмотря на все эти мероприятия, утечки воздуха из-под оболочки, снабженной монтажными швами, повышены, что следует принимать во внимание при проектировании воздухоподающих установок.