примак а.п.

УДК 635.342.531.011
ПРИМАК А.П.,
КУЛЬМАТОВ Л.А.
УКРЫТИЯ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ
Нечерноземная зона Российской Федерации является критической для
получения в открытом грунте урожая многих теневыносливых культур, и
прежде всего огурца, томата, патиссона, перца и т.д.
Зимние теплицы являются дорогостоящими сооружениями, поэтому в
последнее время все шире используется утепленный грунт и пленочные
теплицы.
Сейчас в фермерских, подсобных и индивидуальных хозяйствах
производят более 2/3 объема овощей от общего вала произведенной овощной
продукции в стране. Поэтому в критических зонах земледелия для малых
индивидуальных, фермерских хозяйств необходимы малогабаритные
пленочные укрытия.
Основное внимание при разработке укрытий должно уделяться
прочности конструкции ввиду большой парусности пленочного укрытия.
Вместе с тем, эти укрытия должны быть экономичными, удобными в
эксплуатации.
В разработке новых укрытий для выращивания растений мы исходили
из существующих конструкций, широко применяемых в овощеводстве
защищенного грунта. При этом учитывались их слабые и сильные стороны.
Существующие и предлагаемые авторами укрытия представлены на
рисунке.
Вар. I
Вар. II
Рис. Каркасы укрытий для выращивания растений
Вариант I
Вариант II
Укрытия, применяемые
Укрытия, предлагаемые
в настоящее время
авторами
Условные обозначения:
1 – арка; 2 – точка пересечения арок; R и R1 – радиус арки;
4 - РN – силы, действующие на арку; h - высота
В I варианте арки (1), в обиходе их называют дугами, закрепляются в
земле параллельно друг другу. Шпагат и полиэтиленовая пленка для
удобства чтения чертежа не показана. Обычно арки делают из стальной
проволоки (далее по опыту применяют термин дисциплины «Сопротивление
материалов» – стержень диаметром 5-8 мм), однако такая конструкция имеет
ряд недостатков, одним из которых является малая жесткость конструкции. С
увеличением высоты подкоса его жесткость уменьшается, поэтому на
практике высота таких каркасов не превышает одного метра.
Авторами была разработана, изготовлена и опробована в личных
подсобных хозяйствах конструкция укрытия для растений (вариант II).
Предложенная конструкция каркаса позволяет увеличивать жесткость и
устойчивость укрытия при этом же материале и диаметре стержня.
Увеличение жесткости каркаса, в свою очередь, позволяет увеличить высоту
всего укрытия, что важно при выращивании высокорослых культур.
Нами были выполнены расчеты каркасов на жесткость для вариантов I
и II методами сопротивления материалов и строительной механики.
Жесткость конструкций определяется величинами перемещений под
действием приложенных сил Р1, Р2, Р3. Сравнительный расчет производился
для арок, изготовленных из стали круглого поперечного сечения. При
расчетах было принято допущение, что рассмотренные расчетные схемы
реализуются только при достаточном закреплении арок в грунте, что
обеспечивается глубиной анкеровки, зависящей от прочности грунта. Для
каркаса по варианту I эта анкеровка обязательна. Каркас по варианту II
может нести нагрузку и без анкеровки, но тогда перемещения должны
вычисляться исходя из другой расчетной схемы.
Перемещения определялись методами сопротивления материалов и
строительной механики, статистическая неопределимость раскрывалась по
методу сил. Для варианта II ввиду жесткого сцепления арок между собой в
точках 2 и небольшой высоте h принято допущение, что, анкеровка арок
производится в точках 2.
Окончательная формула в варианте I для определения перемещений в
направлении сил Р1, Р2, Р3., при указанных на рисунке размерах, имеет вид
SN=FN (PNR3/E I),
(1)
где SN – перемещение под действием сил PN в направлении этой силы;
FN – коэффициент зависящий от конкретных размеров укрытия
каркаса;
PN – сила действующая на каркас
R – радиус арки (вариант I)
E I – изгибная жесткость стержня
Формула в варианте II определения перемещений в направлении сил
Р1, Р2, Р3 для размеров, приведенных на рисунке, имеет аналогичный вид:
SN=FN (PNR13/E I),
(2)
где R1 - радиус арки в варианте II –1,41 х R.
Подставим значение R в формулу (2):
SN=2,82 FN (PNR3/E I)
(3)
Подставив конкретные размеры укрытий по варианту I и II (ширина
2R=1м, длина 4,5м, высота 1,45 м) в формулы (1) и (3), определим
перемещение SN от действия приложенных сил. Разделив величину
перемещения SN каркаса по варианту I на величину перемещения SN каркаса
по варианту II, определим, во сколько раз жесткость каркаса по варианту II
больше жесткости каркаса по варианту I. Данные расчеты сведем в таблицу.
Таблица
Результаты перемещений по различным вариантам укрытий
Обозначение
перемещений
S1
Перемещение каркаса от действия силы РN
вариант I
вариант II
3
0,7 (P1R /EI)
0,049( P1R3/EI)
Вариант I /вариант II
14,3
S2
1.9 (P2R3/EI)
0,049(P2R3/EI)
38,8
S3
0.06( P3R3/EI)
0,024( P3R3/EI
2,5
Следовательно, расчеты показали, что жесткость каркаса по варианту
II в направлении силы P1 больше жесткости каркаса по варианту I в 14,3 раза,
в направлении силы Р2 - в 38,8 раза, в направлении силы Р3 - в 2,3 раза.
В результате увеличения жесткости каркаса, предложенного авторами
(вариант II), можно сделать укрытия для растений большей высоты или
снизить металлоемкость всей конструкции за счет уменьшения диаметра
стержней арок.