FRP-конструкционные профили — руководство по инженерному применению

FRP-решётка нуждается в опорах, и эти опоры — балки, швеллеры, уголки, трубы и плита — это пултрузионные FRP-конструкционные профили. Используемые правильно они строят полные коррозионно-непроницаемые структуры: опорные рамы для решётки, поручневые стойки, трубные эстакады, лестничные перила и оборудовательные стенды. Используемые неправильно — применяя стальную проектную практику неизменённой — они пере-прогибаются и пере-напрягаются. Это руководство устанавливает диапазон сечений, прогиб-управляемое правило большого пальца и узловую деталь.

1. Пултрузионный диапазон сечений

Стандартные пултрузионные профили включают двутавры, широкополочные балки, швеллеры, равные и неравные уголки, круглую и квадратную трубу, плоский брус и плиту. Стеклянное содержание идёт ~60–70% вдоль пултрузионного направления, давая высокую осевую жёсткость. Типичный продольный модуль E ~20–25 GPa — около четверть стальных 200 GPa. Тот единственный факт управляет каждым проектным решением.

2. Прогиб управляет, не прочность

Потому что E ~¼ стали, FRP балка которая проходит стальной-стильный прочностной чек на данном пролёте прогибает примерно в четыре раза больше. Проектируйте FRP профили к пределу прогиба (L/180–L/240 для балок, L/100–L/120 для поручней), затем чек-прочность против 3:1–5:1 коэффициента безопасности. Общая ошибка — размер по допустимому напряжению и кончить с балкой которая чувствует себя пружинистой под пешеходным трафиком. Увеличьте глубину сечения прежде увеличивать стекло — глубина то что поднимает I и подавляет прогиб.

3. Работенная балочная размерность (индикативная)

Дано: просто-опёртая пултрузионная I-балка перелётом 2.0 m несущая равномерную нагрузку 2.0 kN/m (полоса решётчатого ходового), предел прогиба L/240 = 8.3 mm. Для равномерно нагруженной просто-опёртой балки, δ = 5wL⁴/(384EI). С E = 22 GPa, выбирая I-балку чей I ≥ 5wL⁴/(384E·δ_limit) даёт требуемый второй момент площади; на практике это садится на 200 mm-глубокий класс сечения а не 100 mm. Это почему пултрузионные FRP структуры используют более глубокие, более мелко-разнесённые балки чем эквивалентная стальная рама — смотрите пролёт/нагрузочный расчёт.

4. Соединение и опорная деталь

FRP профили соединяются болтовыми соединениями (никогда сварными — нет сварного шва). Используйте SS316 болты, увеличенные шайбы размазать опорное напряжение, и продолговатые отверстия позволить тепловое движение. Опорное напряжение под шайбой должно остаться ниже компрессионной прочности ламината (~150–200 MPa); отверстие диаметр = болт + 1.5–2 mm. Клипсуйте решётку к верхней полке согласно клипсы решётки. Смотрите конструкционные соединения для полной узловой детали и режимов отказа.

5. Где FRP профили превосходят (и где нет)

• Превосходят: коррозионно-непроницаемые опорные рамы в химической, водо-сточной и морской службе; не-проводные рамы вокруг живого электрического снаряжения; лёгкие крышные и плавающие структуры; поручневые и лестничные системы.
• Нет: длинные не-раскреплённые колонны в тяжёлой компрессии (слабая ось FRP выпучивается рано), ударно-тяжёлые зоны, или служба выше ~120 °C где смола размягчается.

6. Проектный чек-лист

• Идентифицируйте нагрузку (равномерную vs. концентрированную) и управляющий предел прогиба.
• Выберите глубину сечения для жёсткости, не только прочности; верифицируйте I в работенной формуле.
• Проектируйте болтовые соединения с SS316 аппаратурой, большими шайбами, продолговатыми отверстиями; применяйте 3:1–5:1 коэффициент безопасности на предельное.
• Включите боковое раскрепление для широкополочных балок и проверки выпучивания колонны.
• Соответствуйте смолу среде (ISO / VE / FR) и специфицируйте УФ-стабилизированный открытый класс.

ZeAllgrate поставляет пултрузионные I-балки, швеллеры, уголки, трубы и плиту рядом с решёткой и поручнями, с прогиб-расчётами и узловыми деталями на проект; пришлите пролёт, нагрузку и среду для размерной конструкционной рамы.

7. Проектирование для слабой оси и соединений

Когда инженеры трактуют пултрузионный FRP как сталь, два отказа — слабая ось и деталь. Широкополочные FRP балки выпучивают бокально далеко раньше эквивалентного стального сечения, так добавьте боковое раскрепление в средних или четвертных точках и не полагайтесь на полку одну для кручения. Колонны в компрессии — та же история: FRP компрессионный модуль ниже и длина выпучивания управляет, так проектируйте колонную гибкость а не её осевую прочность. Соединение — другая слабая точка. Болтовые FRP-к-FRP узлы не развивают полное сечение — они развивают примерно нетто-площадь на отверстиях — так проектируйте плиту, не только брус, и размажьте опорное с большими шайбами на обе стороны. Где рама встречает стальную или бетонную опору, используйте болтовой угловой консоль с неопреновой изолирующей шайбой прорвать гальванический контакт в хлоридном воздухе. Эти три детали — боковое раскрепление, колонная гибкость, опорная деталь — это что превращает жёстко-выглядящий список сечений в раму которая остаётся прямой на двадцать лет.

Нижняя строка: проектируйте FRP профили для жёсткости и детали, не для стальной-стильной прочности. Добавьте боковое раскрепление, чек-проверьте колонную гибкость, детализируйте каждый болтовой узел большими шайбами и продолговатыми отверстиями, и соответствуйте смолу среде. Сделайте это и рама остаётся прямой на десятилетия; пропустите деталь и это показывает в течение первого лета.