Аналитический расчет сложного напряженно-деформированного состояния армированного ПВХ профиля при температурной нагрузке

Окна из ПВХ профиля вследствие высокого значения коэффициента линейного теплового расширения поливинилхлорида в большей степени подвержены температурным деформациям, нежели иные виды оконных конструкций. Для климатических условий РФ деформации ПВХ окон от действия температурных нагрузок сопоставимы с деформациями от ветровых нагрузок. Температурные деформации приводят к существенному снижению технико-эксплуатационных характеристик окон, однако в настоящее время при проектировании ПВХ окон расчет их температурных деформаций не выполняется. Это во многом связано с отсутствием инженерного метода подобного расчета. В данной статье рассматривается задача температурного изгиба ПВХ профиля, армированного металлическим сердечником. Предложена расчетная схема определения напряженно-деформированного состояния профиля при любом количестве точек соединения ПВХ и сердечника саморезами, которая учитывает: влияние продольных сил реакции, возникающих в точках крепления из-за неодинаковой температурной усадки ПВХ и металла, на деформацию профилей и распределение поперечных сил реакции; внешние сосредоточенные нагрузки и моменты, приложенные к ПВХ профилю. Предложено точное аналитическое решение задачи. Полученные уравнения проверены на тестовой задаче изгиба импоста двухстворчатого окна без створок с заполнением из сэндвич-панелей. Результаты аналитического расчета сопоставлены с результатами лабораторного эксперимента и результатами конечно-элементного компьютерного моделирования (невязка составила 1,4 и 3,2% соответственно). Предложены меры, которые без изменения геометрических параметров сечения ПВХ профиля и армирующего сердечника способны снизить величину их прогиба от температурных нагрузок.

И.С. АКСЁНОВ, инженер (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
А.П. КОНСТАНТИНОВ, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)

1. Плотников А.А. Архитектурно-конструктивные принципы и инновации в строительстве стек-лянных зданий // Вестник МГСУ. 2015. № 11. С. 7–15.
2. Konstantinov A., Mukhin A. Architectural possibilities of using PVC window units in historical buildings. International Scientific Conference Environmental Science for Construction Industry – ESCI 2018. MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 193. DOI: 10.1051/matecconf/201819304018
3. Борискина И.В., Плотников А.А., Захаров А.В. Проектирование современных оконных систем гражданских зданий. М.: ABC, 2003. 320 с.
4. Elmahdy A.H. Air leakage characteristics of windows subjected to simultaneous temperature and pressure differentials. Conf. Proc. Window Innovations. 1995. pp. 146–163.
5. Henry R., Patenaude A. Measurements of Window Air Leakage at Cold Temperatures and Impact on Annual Energy Performance of a House. ASHRAE trans. 1998. Vol. 104 (1b), pp. 1254–1260.
6. Шеховцов А.В. Воздухопроницаемость оконного блока из ПВХ профилей при действии отрицательных температур // Вестник МГСУ. 2011. № 3–1. С. 263–269.
7. Верховский А.А., Зимин А.Н., Потапов С.С. Применимость современных светопрозрачных ограждающих конструкций для климатических регионов России // Жилищное строительство. 2015. № 6. С. 16–19.
8. Konstantinov A., Verkhovsky A. Assessment of the Negative Temperatures Influence on the PVC Windows Air Permeability. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 753. 022092. doi:10.1088/1757-899X/753/2/022092
9. Цыганов А.И. Обоснование возможности строительства пассивных многоэтажных жилых зданий в климатических условиях Центральной России // Строительство: наука и образование. 2021. Т. 11. Вып. 3. С. 58–78. DOI: 10.22227/2305-5502.2021.3.4
10. Verkhovskiy A., Bryzgalin V., Lyubakova E. Thermal deformation of window for climatic conditions of Russia. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 463. 032048. doi:10.1088/1757-899X/463/3/032048
11. Konstantinov A., Verkhovsky A. Assessment of the Wind and Temperature Loads Influence on the PVC Windows Deformation. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 753. 032022. DOI: 10.1088/1757-899X/753/3/032022
12. Елдашов Ю.А., Сесюнин С.Г., Ковров В.Н. Экспериментальное исследование типовых оконных блоков на геометрическую стабильность и приведенное сопротивление теплопередаче от действия тепловых нагрузок // Вестник МГСУ. 2009. № 3. С. 146–149.
13. Сесюнин С.Г., Елдашов Ю.А. Моделирование сопряженной задачи термоупругости на примере анализа вариантов конструктивного оформления оконного блока зданий // Светопрозрачные конструкции. 2005. № 4. C. 18–22.
14. Власенко Д.В. Почему коробит окно. Кто виноват и что делать? // Оконное производство. 2014. № 39. С. 42–44.
15. Аксёнов И.С., Константинов А.П. Аналитический метод расчета напряженно-деформированного состояния оконных профилей ПВХ при действии температурных нагрузок // Вестник МГСУ. 2021. Т. 16. Вып. 11. С. 1437–1451. DOI: 10.22227/1997-0935.2021.11.1437-1451
16. Aksenov I.S., Konstantinov A.P. Temperature deformations of PVC window profiles with reinforcement. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2022. Vol. 18, No. 2, pp. 98–111. DOI: 10.22337/2587-9618-2022-18-2-98-111.