ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ КОНСТРУКЦИЯ ЗАМКНУТОГО ОБЪЕМА Российский патент 1994 года по МПК E04H15/20 

Изобретение относится к строительству, в частности к конструкциям пневматических сооружений.

Известна трехслойная сферическая конструкция, в которой отдельные оболочки упруго связаны между собой мембранами в нескольких местах.

Давление в полостях между оболочками является одинаковым и в случае разрыва наружной оболочки в космическом пространстве средняя (оболочка) прижимается внутренним давлением к месту разрыва и закрывает его. При разрыве наружной и средней оболочки полость сферы защищает внутренняя оболочка.

Недостатками этой конструкции являются возможность применения только в пространстве, где внешнее давление на конструкцию не оказывается, а также возможность поражения воздушной волной людей и оборудования, находящихся во внутреннем объеме конструкции, при разрыве внутренней оболочки. Поэтому данная конструкция может применяться только там, где давление в оболочках может быть не выше атмосферного, т. е. несущая способность данной конструкции минимальная.

Известна двухслойная пневматическая конструкция (прототип), включающая центральную секцию, соединенную с чередующимися трапециевидными и треугольными секциями, причем торцевые грани (мембраны) каждой секции перпендикулярны к срединной плоскости конструкции.

Недостатком этой конструкции является ее малая несущая способность и незащищенность внутреннего объема от воздействия воздушных ударных волн, образующихся при взрыве внутренней оболочки.

Целью изобретения является повышение несущей способности и надежности защиты конструкции от воздушной волны при аварийной ситуации.

Цель достигается тем, что в известной пневматической конструкции замкнутого объема, состоящей из двух несущих оболочек, полость между которыми разделена мембранами на герметические секции, заполненные воздухом под давлением, конструкция снабжена размещенной в замкнутом объеме защитной оболочкой с мембранами, свободно прикрепленными к соответствующей несущей оболочке с образованием дополнительных герметических секций, мембраны основной и защитной оболочек имеют разрывную прочность соответствующих оболочек, причем объем V₂, ограниченный мембранами секции защитной оболочки, определяется по формуле
V₂= V , где V₁ - объем, ограниченный мембранами секции несущей конструкции;
Р₁ - давление в секции несущей оболочки;
R₂ - давление в секции защитной оболочки;
R - разрывная прочность материала защитной конструкции, а толщина материала защитной оболочки рассчитывается на давление, определяемое по формуле
P₃= (P₁V₁+P₂V₂) .

Проведенный поиск по материалам патентной информации и научно-технической литературы не выявил технических решений, которые обладают такими существенными признаками, как совмещение воздухонесомых и защитных конструкций, разбиение их на герметические секции с помощью мембран, имеющих разрывную прочность соответствующих оболочек и определение объема секции защитной конструкции по формуле
V₂= V , а толщина материала защитной оболочки рассчитывается на давление, определяемое по формуле
P₃= (P₁V₁+P₂V₂) .

Следовательно, можно сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия" по сравнению с прототипом.

На чертеже показана схема пневматической конструкции замкнутого объема. Она включает две несущие оболочки 1 (наружная), 2 (внутренняя), полость между которыми разделена мембранами 3 на герметические секции, и защитную оболочку 4 с мембранами 5, свободно прикрепленными к несущей оболочке 2 с образованием дополнительных герметических секций.

С помощью оболочек 1,2 и мембран 3 создают различные конфигурации пневматической конструкции, например сферические и цилиндрические. Защитная оболочка 4 повторяет контур несущей оболочки 2. При создании избыточного давления в секциях между несущими оболочками 1 и 2 (равного расчетному внешнему давлению на эту конструкцию) пневматическая конструкция принимает проектную форму. Давление в секциях защитной оболочки практически может быть равно атмосферному. Для создания достаточной несущей способности избыточное давление в секциях между несущими оболочками 1 и 2 может достигать нескольких атмосфер (МПа) и поэтому при разрыве внутренней несущей оболочки 2 в замкнутом объеме сооружения будет распространяться мощная воздушная волна, а несущая способность пневматической конструкции будет исчерпана. Чтобы локализовать эту волну, предотвратить ее разрушительное действие и сохранить часть несущей способности пневматической конструкции предусмотрена секция защитной оболочки 4, объем которой определяется из условия
, (1)
а толщина материала оболочки 4 рассчитывается на давление, определяемое по формуле
P₃= (P₁V₁+P₂V₂) . (2)
Пример использования пневматической конструкции замкнутого объема. Необходимо возвести подземное (котлованное) убежище цилиндрической формы, обеспечивающее защиту от воздушной ударной волны (вув) с избыточным давлением во фронте Δ Р_ф= 1 кг/см² (0,1 МПа). Материал для конструкции выбирают, например, нейлон. Расчетным путем по известным методикам, определяем толщину нейлонового покрытия несущих оболочек, давление в секциях которой поддерживается величиной
Р₁= Δ Р_ф + Р_aтм + γ h, где Р_aтм - атмосферное давление;
γ - удельный вес грунта обсыпки убежища;
h - высота обсыпки.

Диаметры наружной и внутренней защитных оболочек из конструктивных соображений принимают d_н и d_с соответственно. По окружности разбивают сооружение на восемь герметических секций. Давление в секциях защитной оболочки в аварийном состоянии принимают равным атмосферному, т. е. Р₂= Р_атм. Тогда объем, ограниченный мембранами секции защитной оболочки, обеспечивающий защиту внутреннего объема сооружения при разрыве несущей оболочки, определяется по формуле
V₂= V = V , где Р= R_н - разрывная прочность нейлона.

Далее определяют диаметр защитной оболочки, а ее толщина рассчитывается на основании известных методик на избыточное давление, определяемое по формуле
P= (P₁V₁+P₂V₂) .

Для цилиндрической конструкции диаметр внутренней оболочки определяется по формуле
d_вн= .

Использование предлагаемого изобретения позволит повысить несущую способность пневматической конструкции замкнутого объема и защитить внутренний объем. (56) Авторское свидетельство СССР N 131681, кл. Е 04 Н 15/20, 1984.

Изобретение относится к строительству, в частности к конструкции пневматических сооружений. Целью изобретения является повышение несущей способности и надежности защиты конструкции от воздушной волны при аварийной ситуации. Цель достигается тем, что пневматическая конструкция снабжена размещенной в замкнутом объеме защитной оболочкой с мембранами, свободно прикрепленными к соответствующей несущей оболочке с образованием дополнительных герметических секций, мембраны основной и защитной оболочек имеют разрывную прочность соответствующих оболочек, объем V₂ ограниченный мембранами секции защитной оболочек, определяется по формуле, приведенной в описании изобретения, 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ КОНСТРУКЦИЯ ЗАМКНУТОГО ОБЪЕМА, состоящая из двух несущих оболочек, полость между которыми разделена мембранами на герметичные секции, заполненные воздухом под давлением, отличающаяся тем, что конструкция снабжена размещенной в замкнутом объеме защитной оболочкой с мембранами, свободно прикрепленными к соответствующей несущей оболочке с образованием дополнительных герметичных секций. 2. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что мембраны основной и защитной оболочек имеют разрывную прочность соответствующих оболочек. 3. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что объем V₂ ограниченной мембраны защитной оболочкой определяется по формуле
V₂= V
где V₁ - объем ограниченный мембранами несущей конструкции;
P₁ - давление в секции несущей оболочки;
P₂ - давление в секции защитной оболочки;
R - разрывная прочность материала защитной оболочки,
а толщина материала защитной оболочки рассчитывается на давление, определяемое по формуле
P₃= (P₁V₁+P₂V₂)