Banguotas plieno pluoštas: gofruota konstrukcija tvirtam betono matricos klijavimui
Apžvalga
Pluoštas{0}}armuotas betonas (FRC) tapo pagrindiniu komponentu gerinant natūraliai trapių cementinių matricų atsparumą tempimui ir atsparumą įtrūkimams sparčiai kintančioje statybinių medžiagų srityje. Plieno pluoštai yra labai vertinami tarp skirtingų pluoštų tipų dėl savo išskirtinio stiprumo lenkimo ir gebėjimo sugerti energiją. Tačiau pluošto-matricos sąsajos jungtis, reguliuojanti įtempių perdavimą ir įtrūkimų plitimą, turi didelę įtaką pluošto sutvirtinimo efektyvumui. Gofruotas arba banguotas plieninis pluoštas pasirodė kaip perspektyvus dizainas, padedantis įveikti sąsajų apribojimus, nes naujausi patobulinimai pakeitė dėmesį nuo įprastų tiesių pluoštų prie pritaikytų geometrijų.
Pluošto{0}}gelžbetonio sąsajos problema
Betono matricoje esantys pluoštai pirmiausia yra skirti įtrūkimams užpildyti, padidinti lūžių energiją ir išvengti katastrofiškų gedimų. Cheminis sukibimas, mechaninis blokavimas ir atsparumas trinčiai sudėtingai sąveikauja surišimo mechanizme. Pagrindiniai tiesių, lygių pluoštų sukibimo ir trinties mechanizmai gali sukelti pluošto ištraukimą-, esant dideliam įtempimui, jei jungtis yra silpna. Taikant įrenginius, kuriems reikalinga didelė energijos sugertis, pvz., seisminiam -atspariems pastatams, šaligatviams ir tunelių apmušalams, šis apribojimas yra itin svarbus. Pluošto atsparumas tempimui, ilgis, skersmuo ir -visų pirma-paviršiaus geometrija ir orientacija matricos viduje turi įtakos sukibimo stiprumui. Skaidulų stiprinimo pranašumus gali paneigti prasta sąsaja, kuri gali sukelti deformacijos lokalizaciją ir priešlaikinį gedimą.
Gofruotojo kartono dizaino tobulesnio klijavimo mechanizmas
Plieno pluoštų skerspjūvis{0}}dėl banguotos ar banguotos formos tikslingai, periodiškai keičiasi išilgai jų ilgio. Santykį su aplinkiniu betonu ši forma žymiai pakeičia keliais svarbiais būdais:
1. Mechaninis blokavimas: Sustingusioje cemento pastoje gofruoto smailės ir įdubos tarnauja kaip apčiuopiami inkarai. Energija, reikalinga atsirišimui, labai padidėja, kai susidaro įtrūkimas ir įtempis perduodamas pluoštui, nes betonas turi sutraiškyti arba deformuotis aplink šiuos inkarus, kad pluoštas galėtų išsitraukti. Palyginti su gryna trintimi, ši technika yra žymiai efektyvesnė.
2. Geresnis įtempių pasiskirstymas: išilgai įterpto ilgio banguota forma skatina tolygesnį sąsajos įtempių pasiskirstymą. Gofruotės padeda išsklaidyti jėgą, sumažina matricos skilimo ir lokalaus jungties gedimo tikimybę, priešingai nei tiesūs pluoštai, kai įtempiai susikaupia tam tikrose vietose.
3. Atsparumo išlygiavimui problemos: betono pluoštai turi tendenciją susilyginti su srauto kryptimi, kai jis sumaišomas ir dedamas. Dėl savo struktūros gofruoto pluošto srauto dinamika gali šiek tiek skirtis, todėl gali būti naudingesnis ir trimatis orientacijos pasiskirstymas, o tai pagerina bendrą kompozito veikimą.
Susuktų ir lenktų plieno pluoštų tyrimai parodė, kad jie yra geriau atsparūs įtrūkimams ir{0}}ištraukimui nei tiesūs plieno pluoštai; šios išvados nedelsiant pritaikomos ir sustiprinamos gofruotojo kartono konstrukcijoms. Kitos medžiagų sujungimo technologijos, pvz., glaudžiai sujungtų, nesutrūkinėjusių metalo kompozitų sluoksnių sukūrimas sudėtingais apdorojimo metodais, yra panašus į šią geometrinio optimizavimo, skirto sąsajos veikimui, idėją.
Gamyba ir medžiagos
Didelio stiprumo Svarbūs projektavimo veiksniai yra galutinis pluošto ilgis ir skersmuo (kraštinių santykis), gofravimo amplitudė ir dažnis bei plieno lydinio pasirinkimas. Šiuos nustatymus reikia pakeisti konkrečiam naudojimo atvejui:
Krašto santykis: nors jis gali sumažinti apdirbamumą, didesnis kraštinių santykis (ilgis / skersmuo) paprastai suteikia daugiau paviršiaus ploto klijavimui. Palyginti su labai ilgais, tiesiais pluoštais, gofruotojo kartono konstrukcijos gali pasiekti puikų sukibimą net ir esant šiek tiek dideliems kraštinių santykiams, nes mechaninis blokavimas kompensuoja sumažėjusį paviršiaus plotą.
Gofravimo profilis: tvirtinimo efektyvumui ir jėgos -poslinkiui ištraukiant- įtakos turi forma, kuri gali būti trapecijos, stačiakampio arba sinusinės formos. Medžiagų mokslo tyrimai aktyviai skirti šio profilio optimizavimui.
Tikslas yra pagaminti pluoštą, kuris geriausiai sutvirtina{0}}įtrūkimus ir lengvai pasiskirsto maišant be rutuliukų. Pluoštai patenka į nepertraukiamo pluošto armavimo kategoriją, kuri dažniausiai randama atsitiktinio pasiskirstymo betone.
Naudojimas ir našumo pranašumai
Puikios FRC konstrukcijos ir ilgaamžiškumo savybės yra glaudžiai susijusios su padidėjusiu banguotų plieno pluoštų tvirtumu:
Konstrukciniai elementai: Banguoti pluoštai gali sėkmingiau pakeisti arba sumažinti tradicinės plieno strypų (armatūros) armatūros kiekį, reikalingą sijų, kolonų ir plokščių šlyčiai ir lūžiams kontroliuoti. Tai atitinka ACI ir RILEM projektavimo principus, kurie pripažįsta pluošto indėlį į struktūrinį pajėgumą.
Pluoštas gali būti pagrindinė dangos ir plokščių -ant-tvirtinimo priemonė. Puikios banguotų pluoštų įtrūkimų kontrolės ir apkrovos paskirstymo savybės sumažina atspindėtą įtrūkimą, sumažina tarpą tarp siūlių ir pailgina tarnavimo laiką.
Surenkamieji elementai ir šlifuotas betonas: banguoti plieno pluoštai puikiai tinka surenkamiems tiltų paklotams, architektūrinėms plokštėms, o betonas tunelių apmušalams ir šlaitų stabilizavimui dėl didesnio kietumo ir atsparumo smūgiams. Esant dinaminėms apkrovoms ir tvarkant, jų veikimas garantuoja vientisumą.
Sinergija su medžiagų istorija: pluošto „formavimas“ arba geometrija lemia jo eksploatacinių savybių istoriją betone, panašiai kaip dvifazių plieninių plonasienių konstrukcijų formavimosi istorija (štampavimas) daro didelę įtaką jų galutiniam susidūrimo elgesiui. Sąmoningas dizaino sprendimas, kuriame atsižvelgiama į šią eksploatacinių savybių istoriją nuo medžiagos lygio aukštyn, yra didelio našumo banguotų pluoštų naudojimas.
Išvada ir ateities perspektyvos
Svarbi pažanga kuriant išmanų kompozicinių statybinių medžiagų dizainą yra banguotas plieno pluoštas. Jie sprendžia pagrindinę skaidulų-matricos sujungimo problemą, ne tik paprasta geometrija, bet ir gofruotą formą, kuri maksimaliai padidina mechaninį blokavimą. Didesnis atsparumas, geresnė įtrūkimų kontrolė, ilgesnis patvarumas ir galbūt ekonomiškesnis{3}} dizainas dėl ne tokio tradicinio sutvirtinimo.
Būsimi tyrimai tikriausiai bus sutelkti į šiuolaikinės gamybos ir kompiuterinio modeliavimo naudojimą, siekiant toliau tobulinti gofravimo geometriją. Dar didesnės našumo lubos gali būti pasiekiamos integruojant su kitais patobulinimais, pvz., itin -didelio našumo- betono (UHPC) matricomis arba hibridinio pluošto sistemomis, kuriose derinamas sintetinis ir banguotas plieno pluoštas. Numatyta, kad banguotas plieno pluoštas taps įprasta specifikacija inžinieriams, norintiems sukurti patvaresnes, efektyvesnes ir tvaresnes betonines konstrukcijas, nes projektavimo taisyklės ir toliau tobulėja ir visiškai panaudojamos FRC.