Может ли полиэтиленовая труба, наполненная бетоном, стать хорошей опорой?

Идея, которая постоянно появляется в моей голове, заключается в том, что я не знаю достаточно структурного / гражданского строительства, чтобы знать, хорошо ли это с технической точки зрения.

Возьми кусочек полиэтилен (PE) трубопровод, залейте его бетоном, дайте бетону скрепиться. Насколько я понимаю, при сжатии бетонный (или другой) столб «захочет» срезаться в плоскости под углом 45 ° к направлению сжатия (при условии, что мы не сгибаем наш столб). Это внешнее движение. Это усилие сдвига может сдерживаться окружающей трубой, поскольку полиэтилен достаточно хорош при растяжении. Другие материалы для трубы могут работать одинаково, я говорю PE, потому что она довольно устойчива к коррозии.

Я знаю, что все строят бетонные колонны с арматурой внутри, я не утверждаю, что моя идея лучше. Мне не интересно понимать, почему все строят колонны так, как все строят их, я хочу понять недостатки и ограничения в моей идее. Некоторые мысли:

Я думаю, что это полезно воспринимать как давление в трубе, так как эти данные легко доступны - если мы используем PN10, это может занять 10 бар и т. Д., И нам не нужно думать о толщине трубы, и это предел текучести Но как сжимающая сила переходит в давление на трубу? Бетон не является жидким, поэтому давление будет меньше, чем сжимающая нагрузка / площадь трубы. Сколько? Я думаю, что понимание этого скажет нам, сколько или мало наша колонна будет нести.

Другая возможная проблема заключается в том, что PE довольно гладко. Труба не может воспринимать силы через трение, и, по моему мнению, это приводит к точечным нагрузкам в местах, где бетон деформируется больше всего.

Ваша идея может быть в порядке, но в зависимости от ситуации у нее есть серьезный недостаток.

Труба из полиэтилена в основном должна была бы там содержать влажный бетон, в то время как мы ждем, пока бетон не затвердеет (то есть отвердится и укрепится). Это ситуация, когда нам нужно беспокоиться о давлении бетона на трубе. Однако, как только бетон отверждается, он сам по себе полностью способен выдерживать большую вертикальную силу. Мы проектируем бетонные колонны на основе прочности бетона на сжатие; нам не нужно добавлять что-либо еще, чтобы остановить описанную вами ошибку сдвига. И горизонтальная сила на трубе, вызванная вертикальной силой на бетоне, вряд ли будет проблемой.

Итак, почему мы кладем арматуру внутри бетонных колонн? Ответ заключается в том, что колонна не только воспринимает вертикальную нагрузку, но и горизонтальные силы и изгибающие моменты. И эти силы создают напряжение. Бетон не очень хорош при растяжении. Поэтому мы добавляем сталь как сталь является хорошо в напряжении.

Можем ли мы использовать полиэтиленовую трубу, чтобы снять напряжение? Я не рассматривал это подробно. В теории да. Но вам а) нужен достаточно толстый полиэтилен и б) нужен какой-то способ передачи напряжения между полиэтиленом и бетоном. Как вы говорите, PE гладкая, поэтому без трения для переноса напряжения мы, вероятно, не достигнем точки b).

Таким образом, в заключение, ваша полиэтиленовая труба будет хорошо работать как бетонная колонна, которая будет выдерживать только вертикальные сжимающие нагрузки. Но, как предлагается в настоящее время, на самом деле это не приведет к увеличению несущей способности колонны.

По сравнению со сталью полиэтилен (ПЭ) является слабым материалом. Сталь на порядок прочнее, чем ПЭ.

Этот сайт из США дает предел текучести при растяжении для ПЭ 3800-4800 фунтов на квадратный дюйм, что составляет 26-33 МПа, и это другой сайт из Южной Африки дает предел текучести при растяжении 26 МПа ($ N / {mm} ^ 2 $ равно $ MPa $). Принимая во внимание, что этот сайт перечисляет предел прочности различных сталей, используемых при изготовлении труб, в диапазоне от 48 до 90 тыс. Фунтов на кв.

Прежде чем использовать ПЭ в качестве формы для опоры, необходимо определить, достаточно ли прочна полиэтиленовая труба, чтобы выдержать вес & amp; результирующее давление от влажного бетона сразу после того, как труба была заполнена без деформации трубы, обычно выпячиванием внизу. Как только бетон застыл, труба становится лишней. В некоторых ситуациях это может быть вредно, поскольку труба ослабляется и позволяет влаге накапливаться в зазоре между затвердевшим бетоном и трубой. ПЭ очень подвержен деформации от жары.

Другая проблема, связанная с полиэтиленовыми трубами, заключается в том, что большинство из них не так прямолинейны, как должны быть в качестве форм для значительных бетонных столбов.

Чтобы придать прочность бетонному столбу на растяжение, в центр пресс-формы вставляется специально сконструированная стальная клетка по всей длине колонны до заполнения бетоном пресс-формы.

Этот подход использовался во многих, многих научных исследованиях и является активной областью исследований в сообществе материаловедов, но с другим материалом. FRP ( Армированный волокном пластик ) используется для наматывания вокруг существующей бетонной колонны (или с использованием трубы FRP, заполненной бетоном), с очень хорошими результатами.

Источники: 1 2 3 4