Влияние геометрии деформационного шва на его эксплуатационную надежность
Наша компания около тридцати лет занимается производством герметиков строительного назначения, и в течение всего этого времени мы наблюдаем отсутствие проработанных, аргументированных рекомендаций по относительным размерам и форме деформационного шва. При этом, как показывает наш опыт, отклонения от оптимальной геометрии шва - одна из основных причин аварийного разрушения (разрыв материала шва или отрыв от опорной поверхности стыка). Поэтому мы решили изложить наши представления о данном аспекте и надеемся, что это будет полезно читателям.
Основная доля деформационных швов испытывает два вида механических нагрузок: растяжение/сжатие из-за деформаций и значительные поперечные механические нагрузки на материал шва. Геометрическая форма таких швов - практически всегда прямоугольная или близкая к ней (что наиболее технологично), а влияние соотношения размеров шва В (ширина) / Т (толщина) имеет более чем существенное и при этом не очевидное значение.
Может показаться неожиданным, но при увеличении толщины сверх определенной допустимой деформационные характеристики шва резко ухудшаются, и он разрушается в непосредственной близости от стенок шва (место А на Рис. 1).
Этот факт подтверждается расчетом напряженно-деформационного состояния, который Вы можете увидеть по ссылке https://disk.yandex.ru/i/Wk6BfAnJPg01Wg
Но при организации шва зачастую увеличивают толщину ради сопротивления поперечным нагрузкам. Здесь есть место инженерному компромиссу в выборе толщины шва, что как раз и обусловлено влиянием отношения В / Т, описанном в приведенном расчете.
В случаях, когда поперечные нагрузки на шов не столь существенны, появляется вопрос вариации формы шва и выбора между швом с плоскими кромками (рис. 1) и так называемым «менискообразным» швом (рис. 2).
Как показывают расчеты https://disk.yandex.ru/i/HeLU2U_jhvyWPg , оптимальной для наших швов кривизной будет отношение ≈0,8. Придание шву такой кривизны технологически не сложно и вполне освоено в практике работ по герметизации.
Для наглядности мы провели демонстрационный эксперимент https://disk.yandex.ru/i/y9_0F4GN_vVQKg, где видно, что при общей деформации модели плоского шва около 50% (= (150-180) / 180*100%) опасная точка (угол около опорной поверхности) имеет деформацию в 4 раза больше 200% (= (9-3)/ 3*100%).
И, как показали расчеты, при соотношении около Т1/Т ≈ 0,8 точки в углу и в центре шва равноопасны.
И в заключение предлагаем фотографии разрушенных швов. При существенном завышении отношений Т/В (или Т1/Т) шов разрушается с образованием разгрузочной трещины вдоль опорной стенки (Рис. 3) при занижении Т/В или Т1/Т - вдоль центральной линии шва (Рис. 4).
