ПОВЕДЕНИЕ БЕТОННЫХ КОЛОНН, ОГРАНИЧЕННЫХ

ТРУБАМИ ИЗ СТЕКЛОПЛАСТИКА

Традиционные методы усиления конструкций, такие, как предварительное натяжение арматуры и упрочнение стальными плитами, имеют недостатки из-за коррозии стали и большого веса. Прогрессивными композиционными материалами являются полимеры, армированные волокнами (ПАВ), и их можно использовать для ограничения бетонных колонн, в результате чего повышается прочность на сжатие и вязкость, возрастает долговечность. Использование ПАВ в качестве усиления бетонных колонн получило распространение в Европе, Японии и Северной Америке. ПАВ-оболочка успешно использовалась для реконструкции бетонных колонн. Однако ПАВ используются и в новых конструкциях бетонных колонн. Заполненные бетоном ПАВ-трубы производятся на строительной площадке или полигоне. Трубы выступают в качестве опалубки, защитной оболочки, ограничителя, усиления, противодействуя срезу и изгибу. Так как использование волокнистых композитов для ограничения бетона является относительно новым подходом, теоретические работы в этой области все еще малочисленны, а модели, применявшиеся первоначально для поперечного усиления сталью, не совсем применимы при усилении ПАВ. Поведение бетона, ограниченного композитным материалом, отличается от поведения бетона, ограниченного сталью.

Для однонаправленных композитов характерна линейная зависимость «напряжение-деформация» вплоть до разрушения, максимальные напряжения и деформации намного выше предела текучести стали. Ограниченный композитом бетон достигает одновременно своих наибольших осевых напряжений и деформаций, в то время как ограниченный сталью бетон медленно теряет прочность с увеличением осевой деформации и вследствие текучести стали. Кроме того, радиальные деформации при максимальном осевом напряжении намного выше в ограниченном композитном бетоне, чем в ограниченном сталью бетоне.

Существующие модели обоймы более подходят для бетона, ограниченного сталью, чем для бетона, ограниченного композитом. Применение этих моделей к бетону, ограниченному ПАВ-трубами, может привести к переоценке прочности, что приводит к ненадежному проекту.

Воздействия окружающей среды, такие как низкие температуры, радиация и высокая влажность могут значительно нарушить конструкционную целостность и долговечность бетонных колонн. Чтобы избежать этого, можно укладку бетона производить в несъемную опалубку в виде ПАВ-трубы. Достигается двойной эффект: защита бетона от резких воздействий среды и увеличение прочности и вязкости колонн, обусловленное обоймой. Как следствие, вытекает дополнительная экономия материалов вследствие сокращения площади поперечного сечения при заданной проектной нагрузке, а также использования ПАВ-труб в качестве опалубки.

В настоящее время бетонные колонны большей частью усиливаются продольными стальными стержнями с поперечными связями или спиралями. Бетон внутри спиралей или связей ограничен в боковом направлении. Стальные трубы используются в бетонных колоннах как изначальное усиление вместо продольных стальных стержней. Проведены обширные исследования бетонных колонн в стальной обойме. Экспериментальные исследования показывают, что в заполненных бетоном стальных трубах наблюдается довольно малое взаимодействие между бетоном и сталью. Существуют две причины такого явления. Во-первых, бетон в большом диапазоне напряжений имеет меньший коэффициент Пуассона, чем сталь, и, следовательно, отделяется от трубы, когда оба материала испытывают осевую деформацию. Во-вторых, усадка бетона вызывает расслаивание на границе раздела двух материалов при любом нагружении. В результате такие колонны разрушаются вследствие продольной текучести стали, если предел текучести меньше, чем 400 МПа, или вследствие дробления бетона, если предел текучести выше, чем 530 МПа.