装有混凝土的PE管会成为好支柱吗?


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这个想法一直在我脑海中浮现,我不了解足够的结构/土木工程,从技术的角度来看它是否好。

取一块聚乙烯(PE)管道,在其中填充混凝土,使混凝土粘结。我的理解是,在受压下,混凝土(或其他)支柱会“想”在与受压方向成45°的平面上剪切开(假设我们不弯曲支柱)。这是向外运动。由于PE的拉力非常好,因此剪切力可能会被周围的管道所抑制。我说PE的其他材料可能也一样,因为它非常耐腐蚀。

我知道每个人都在建造带有钢筋的混凝土支柱,但我并不认为自己的想法更好。我对理解为什么每个人都像构建每个人一样构建支柱不感兴趣,我想了解我的想法的缺陷和局限性。一些想法:

我认为将压力视为管道中的压力很有用,因为我们可以轻松获得这些数据-如果使用PN10,则可能需要10 bar等,并且我们无需考虑管道的厚度,屈服强度。但是压缩力将如何转化为管道上的压力?混凝土不是液体,因此压力将小于压缩载荷/管道面积。多少?我认为了解这一点将告诉我们,我们的支柱将承载多少。

另一个可能的问题是PE相当平滑。在我看来,管道无法通过摩擦来承受力,而这在混凝土最容易变形的地方转化为点载荷。

Answers:


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您的想法可能没问题,但是根据情况,它有一个重大缺陷。

当我们等待混凝土固化(即凝固并加固)时,PE管基本上将在那里容纳潮湿的混凝土。在这种情况下,我们需要担心管道上混凝土的压力。然而,一旦混凝土固化,混凝土本身就完全能够承受很大的垂直力。我们根据混凝土的抗压强度设计混凝土柱。我们无需添加其他任何东西即可停止您描述的剪切破坏。由垂直作用在混凝土上引起的管道上的水平力也不大可能成为问题。

那么,为什么要在混凝土柱内加钢筋呢?答案是,圆柱不仅承受垂直载荷,而且通常还承受水平力和弯矩。这些力量造成了紧张。混凝土的拉力不是很好。因此,我们添加钢是因为钢具有良好的张力。

我们可以使用PE管承受张力吗?我没有详细研究这个。从理论上讲,是的。但是您会a)需要足够厚的PE,b)需要某种方式在PE和混凝土之间转移应力。正如您所说,PE是光滑的,因此没有摩擦来传递应力,我们很可能不会达到b)点。

因此,总而言之,您的PE管道可以很好地用于构建仅承受垂直压缩载荷的混凝土柱。但是,按照目前的建议,实际上并不会增加色谱柱的承载能力。


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与钢相比,聚乙烯(PE)是一种较弱的材料。钢铁比聚乙烯强一个数量级。

N/mm2MPa

在将PE用作支柱的模具之前,需要确定PE管是否足够牢固以支撑重量和刚从管中充满后不从管中变形而产生的湿混凝土产生的压力(通常是通过鼓出)在底部。混凝土凝固后,管道就不再多余了。在某些情况下,这可能会不利于管道松动,并使水分凝结在凝结的混凝土和管道之间的缝隙中。PE非常容易受热变形。

PE管道的另一个问题是,大多数管道并没有像用作重要混凝土支柱的模具那样直。

为了使混凝土柱具有抗拉强度,在模具中填充混凝土之前,将特殊设计的钢笼插入模具的中心,以确保柱的整个长度。


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湿混凝土的重量... PN10,10 bar可容纳约100m的水头,考虑到密度为2.5kg / l的混凝土,即40m的“混凝土头”。我怀疑您的说法,即一旦设置,管道是多余的,但我无法做数学来证明它。您的其他观点都很好。
2015年

管道一旦设置就多余的说法几乎可以肯定是正确的。在工程材料中,PE的粘合力非常低。此外,安迪(Andy)的回答解释了为什么剪切破坏不是问题。
2015年

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这种方法已经在许多科学研究中使用,并且是材料工程界的活跃研究领域,但是使用的材料却不同。FRP(纤维增强塑料)用于包裹现有的混凝土柱(或使用填充有混凝土的FRP管),效果非常好。

资料来源:1 2 3 4


我不确定我是否购买包裹现有的柱子,因为它与OP的想法特别相似,但是用混凝土填充FRP管道是可以的。是否特别使用了什么将混凝土粘结到FRP的内表面?
AndyT '17

使用包装纸在实验室进行测试更容易。FRP树脂可以很好地粘合到任何粗糙的表面上。使用离心铸造的FRP管,您可以在内部使表面粗糙,然后为混凝土提供界面区域。
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