Несъемная опалубка TRC, спроектированная как арматура на сдвиг для бетонных балок
, 1 О. Реми , 1 Дж. Васиэлс , 1 и Т. Тисманс 1
Абстрактные
Чтобы сократить время строительства на месте, строительная отрасль проявляет растущий интерес к несъемной опалубке с функцией армирования после затвердевания бетона, такой как ограничение опалубки из углепластика для колонн. Существующие комбинированные системы, однако, не отвечают требованиям строительной отрасли к системе материалов, которая одновременно является легкой и пожаробезопасной. Композиты на основе цемента с текстильным армированием (TRC) могут удовлетворить эту потребность. Они могут быть особенно интересны для поперечной арматуры бетонных балок. В данной статье описывается предварительный анализ и технико-экономическое обоснование конструктивной несъемной опалубки из TRC. Сравнительные эксперименты на изгиб показывают, что балка, полностью армированная сталью, и эквивалентная балка с поперечной арматурой в опалубке TRC демонстрируют сходные характеристики текучести, что указывает на то, что система поперечной арматуры TRC действительно работает. Кроме того, момент растрескивания бетона был более или менее удвоен, что привело к гораздо меньшему прогибу в предельном состоянии пригодности к эксплуатации, чем расчетный. Измерения корреляции цифровых изображений показывают, что последнее связано с возможностью перекрытия трещин внешней поперечной арматурой TRC.
1. Введение
Конструкционная несъемная опалубка уже широко используется для некоторых типов бетонных элементов, таких как плиты перекрытий. Но для других типов, таких как бетонные балки, доступно несколько коммерческих систем. Как правило, существующие системы изготавливаются из древесины, стали или полимеров, армированных волокном (FRP) [1, 2]. Все они сочетают, с одной стороны, преимущества заводского изготовления, такие как скорость, точность, контролируемое качество поверхности и отделка, а с другой стороны, преимущества литья на месте, такие как экономичность и непрерывность. Другим большим преимуществом является сокращение ручного труда и, следовательно, затрат на заработную плату, поскольку нет необходимости связывать стальные хомуты, а также нет сборки и разборки опалубки. Эту опалубку также можно рассматривать как защиту бетона от окружающей среды, что может привести к соображениям относительно необходимого покрытия бетона при использовании стальной арматуры. Тем не менее, существуют некоторые недостатки существующих систем, в основном связанные с используемыми материалами, такими как долговечность древесины, коррозионная чувствительность стали и огнестойкость FRP. Указанные выше недостатки могут быть решены за счет применения текстильного армированного цемента (ТРК), что позволяет создать легкую, прочную и пожаробезопасную конструктивную несъемную опалубочную систему.
В некоторых исследованиях уже изучалось использование TRC в качестве внешней арматуры для бетонных балок, или в качестве опалубки [3, 4], или в качестве метода усиления и ремонта [5–9]. В частности, для применения в опалубке основное различие между существующими исследованиями и этим исследованием заключается в высоком содержании волокна (более 20%), как будет обсуждаться в разделе 2. В результате этого большого количества волокна и, следовательно, высокой способности к растяжению материал, более легкая и тонкостенная несъемная опалубка может быть спроектирована. Кроме того, очень маленькое раскрытие трещин менее 10 μм, невидимый невооруженным глазом, может представлять собой дополнительное преимущество в плане уменьшения необходимого бетонного покрытия.
Принимая во внимание потребность в легкой, прочной и пожаробезопасной комбинации опалубки и арматуры для железобетонных балок, а также принимая во внимание важные отличия от существующего уровня техники, целесообразно выполнить предварительный анализ и технико-экономическое обоснование по строительной стойкости. -установить опалубку из ТРК. В этой статье оценивается возможность использования опалубки TRC в качестве поперечной арматуры. Испытания на четырехточечный изгиб с нагрузкой в третьей точке проводятся на (i) полностью армированной сталью эталонной балке с продольной и скобовой арматурой и (ii) составной балке с продольной стальной арматурой и несъемной опалубкой TRC в качестве сдвигающей армирование. Эксперименты контролируются с помощью цифровой корреляции изображений, чтобы проследить эволюцию структуры трещин.
2. Текстильные армированные цементы
Цементные материалы являются жесткими и прочными материалами, но они характеризуются низкой прочностью на растяжение и хрупким поведением. Поэтому эти материалы необходимо армировать традиционной стальной арматурой или, в качестве альтернативы, волокнами. До сих пор большинство исследований, касающихся армирования бетона волокном, были сосредоточены на прерывистых волокнистых структурах, которые могут значительно увеличить пластичность, но почти или совсем не увеличить прочность на растяжение [10]. Композит с пластичной цементной матрицей с повышенной прочностью на растяжение может быть получен с использованием плотной и непрерывной волокнистой структуры, такой как текстильные волокна, что приводит к цементу, армированному тканью (TRC). Методы производства, а также механические свойства TRC ближе к композитам с полимерной матрицей, чем к более распространенным цементным композитам с прерывистой волокнистой структурой: с помощью таких методов, как намотка ленты, пултрузия или каландрирование, можно получить цементные композиты. с высоким содержанием волокон (более 20 % по объему [11]) и для контроля выравнивания волокон. Это приводит к стабильному развитию трещин и деформационному упрочнению со значительной жесткостью после растрескивания и высокой прочностью на растяжение. Более того, малый диаметр волокон приводит к очень мелкому рисунку трещин [12].
Экономичные волокна E-стекла часто используются в промышленности композитов. Однако важным недостатком этих волокон в сочетании с цементной матрицей является снижение характеристик волокон со временем из-за щелочной среды обычного бетона или раствора [13] и отложения портландита. Чтобы избежать деградации волокна, Свободный университет Брюсселя разработал неорганический фосфатный цемент (IPC) [14], который является кислым в свежем состоянии, но рН-нейтральным после затвердевания. Время кислотной фазы достаточно короткое, чтобы не ухудшать свойства стекловолокна. Его относительно небольшой размер зерна (от 10 до 100 μм), кроме того, позволяет пропитывать плотные ткани до высокой объемной доли волокна (более 20 % по объему [11]). В результате создается прочный цементный композит с высокими показателями прочности на растяжение (до 60 МПа для МПК, армированного хаотически ориентированным стеклотекстилем) и на сжатие (80 МПа), тепло- и огнестойкость (высший европейский класс А1). , что делает его подходящим для структурных приложений.
В сжимающих напряженных состояниях можно предположить, что определяющее поведение ИПК, армированного стекловолокном, является линейно-упругим до разрушения матрицы (80 МПа [15]). При растягивающих напряжениях, напротив, он показывает сложную и нелинейную эволюцию напряжения-деформации (рис. 1).
Выявление факторов возможности использования бамбука в качестве строительных лесов и опалубочного материала в Эфиопии.
Эрмиас А. Амеде 1 Кафедра соответствующих строительных технологий, Эфиопский институт архитектуры, строительства зданий и городского развития, Аддис-Абебский университет, Аддис-Абеба, Эфиопия Переписка ermias@gmail.com
https://orcid.org/0000-0002-9671-5814View further author information
Эзра К. Хайлемариам 2 Кафедра строительных материалов и инженерного проектирования, Эфиопский институт архитектуры, строительства зданий и городского развития, Аддис-Абебский университет, Аддис-Абеба, ЭфиопияПросмотреть дополнительную информацию об авторе
Леуле М. Хайлемариам 2 Кафедра строительных материалов и инженерного проектирования, Эфиопский институт архитектуры, строительства зданий и городского развития, Аддис-Абебский университет, Аддис-Абеба, ЭфиопияПросмотреть дополнительную информацию об авторе
Денамо А. Нурамо 2 Кафедра строительных материалов и инженерного проектирования, Эфиопский институт архитектуры, строительства зданий и городского развития, Аддис-Абебский университет, Аддис-Абеба, ЭфиопияПросмотреть дополнительную информацию об авторе
Ян Филип Джонс 3 Металлургия и материалы, Бирмингемский университет, Соединенное КоролевствоПросмотреть дополнительную информацию об авторе
- Скачать цитату
- https://doi.org/10.1080/23311916.2022.2051692
- CrossMark
МАТЕРИАЛИЗАЦИЯ
Выявление факторов возможности использования бамбука в качестве строительных лесов и опалубочного материала в Эфиопии.
- Полная статья
- Цифры и данные
- Рекомендации
- Цитаты
- Метрика
- Лицензирование
- Перепечатки и разрешения
- Посмотреть PDF PDFПросмотреть EPUB EPUB
Абстрактные
Отображение формул: ? Математические формулы были закодированы как MathML и отображаются в этой версии HTML с использованием MathJax для улучшения их отображения. Снимите флажок, чтобы отключить MathJax. Для этой функции требуется Javascript. Нажмите на формулу, чтобы увеличить.
В нескольких странах трендовый бамбук использовался в качестве материала для строительных лесов. Тем не менее, Эфиопия известна высокой популяцией бамбуковой растительности, поэтому использование материала осталось неиспользованным. Целью данной статьи является выявление факторов, влияющих на конструкционную пригодность бамбука в качестве временного материала, и создание концептуальной карты для его использования в качестве альтернативного конструкционного материала. После выявления важных приложений, влияющих на параметры, с помощью анализа литературы для выявления значимых факторов использовались как качественные, так и количественные подходы. В документе также использовалась серия протоколов; сначала было отобрано несколько документов на основе критериев, чтобы дать обзор строительных систем на основе бамбука. После этого были выбраны четыре основные категории для SWOT-анализа, чтобы изучить позицию строительной отрасли Эфиопии в отношении использования бамбука в качестве материала для строительных лесов. Наконец, в качестве протокола количественного анализа была использована скоринговая модель для расчета веса факторов (безопасность, процедура и реализация, время и стоимость) на основе мнений экспертов. Расследование показало, что использование бамбука дает преимущество в экономии средств и времени, в то время как увеличение количества мусора в острых и непостоянных областях было одной из проблем. Кроме того, одной из проблем при создании бамбуковой опалубки является отсутствие дополнительных столярных технологий. Кроме того, ожидается, что содержание бамбука не будет соответствовать техническим требованиям. В AdMe.ru каждый респондент однозначно заявил, что опалубка из бамбука отвечает требованиям низкой стоимости.
1. Введение
В последнее время предприятия строительной отрасли Эфиопии осуществляются государственными и частными фирмами, которые потребляют большое количество невозобновляемых ресурсов (Дурдыев и Исмаил, 2012 г.). В большинстве этих строительных работ используется эвкалиптовое дерево, невозобновляемый природный ресурс, в качестве материала для строительных лесов и опалубки. В результате запасы древесины быстро истощаются, а добыча древесины становится все труднее. Кроме того, стоимость изделий из дерева завышена и труднодоступна. Этот спрос создает значительный разрыв между спросом и предложением, угрожая оставшимся скудным лесным ресурсам Эфиопии. Наоборот, использование экологически чистых и устойчивых строительных материалов способствует сохранению сокращающихся ресурсов древесины на местном уровне.
Бамбук растет во влажных тропических лесах африканских и азиатских стран с обильной растительностью (Gatóo et al., 2014). Из-за своего легкого веса, большой гибкости, скорости и экономической эффективности бамбук использовался в качестве материала для строительных лесов и мелкомасштабного строительства в некоторых регионах (Bambhava et al., 2013; Fang et al., 2004). Тем не менее, некоторые страны использовали такой материал для строительных лесов, его применение ограничено из-за отсутствия кодификации и стандартизации (Amede et al., 2021; Gatóo et al., 2014). Кроме того, в большинстве этих развивающихся тропических стран отсутствие государственного регулирования, правовой базы для торговли и квалифицированных кадров для строительства бамбуковых лесов открыло двери для частых несчастных случаев со смертельным исходом и безудержного разрушения строящихся сооружений (Ede et al. , 2018). Несмотря на обильную популяцию бамбука в Эфиопии, такие ресурсы оставались неиспользованными и ограничивались использованием небольших домов, заборов, некоторой обычной мебели и домашней утвари. Следовательно, это исследование было направлено на разработку концептуальной дорожной карты для использования материала в качестве альтернативного строительного материала после выявления факторов, влияющих на применимость и адаптируемость использования бамбука в качестве материала для строительных лесов.
2. Обзор литературы
2.1. Строительные леса
Строительные леса — это временная конструкция, используемая для поддержки людей, материалов и систем в процессе строительства и обслуживания. Он необходим для различных процессов в строительном проекте (Р. Вонг, 2015 г.). Он представляет собой неотъемлемую часть строительства, особенно строительных работ на высоте. Он используется в новом строительстве, переделке, текущем техническом обслуживании, ремонте, покраске, ремонте и демонтаже. Строительные леса предлагают более безопасное и удобное расположение для работы, чем перегибание через края, вытягивание над головой и работа с лестницы. Леса обеспечивают сотрудникам безопасный доступ к рабочим местам, уровням, устойчивым рабочим платформам и временным хранилищам инструментов и материалов для выполнения неотложных задач (Министерство труда США, 2016 г.).
Как правило, строительные леса классифицируются в зависимости от того, как конструкция взаимодействует со зданием, против которого она стоит, как она построена и какой вес она может выдержать. В зависимости от того, как устроены строительные леса, их можно классифицировать следующим образом (таблица 1):
Выявление факторов возможности использования бамбука в качестве строительных лесов и опалубочного материала в Эфиопии.
Опубликован онлайн:
Таблица 1. Типы систем строительных лесов в зависимости от конструкции
2.1.1. Бамбук как материал для строительных лесов
В Юго-Восточной Азии, особенно в Гонконге, бамбук уже много лет используется в качестве материала для строительных лесов. Из-за их высокой универсальности и приспособляемости использование бамбука в качестве строительных лесов в нестандартных архитектурных формах было достигнуто за сравнительно короткий период времени (Chung & Chan, 2002). Бамбуковые леса также дешевле в регионах, поскольку они недороги, требуют полуквалифицированной рабочей силы и обильного бамбукового материала, если растение доступно на месте.
Согласно нескольким литературным произведениям, бамбук считается подходящей заменой древесине из-за его приспособляемости к различным экологическим средам 1 , его способности восстанавливать разрушенную почву, его спелости, которую можно собирать через 3–5 лет после посадки (Amede et al. al., 2021), его способность производить экономичную высококачественную бамбуковую стебель, подходящую для использования в качестве добавки к древесине, и ее универсальность, обладающая высоким соотношением прочности к весу, что значительно облегчает работу с более простыми инструментами. Кроме того, несколько исследований доказали и показали, что бамбук можно использовать не только для строительства жилья. Его также можно использовать для мостов, 2 лесов, железобетона из бамбука, 3 панелей на основе бамбука и в эстетических целях в современных строительных конструкциях (Amede et al., 2021; Fang et al., 2004; Gatóo et al., 2014; Шарма и др., 2015).
Однако в большинстве этих развивающихся тропических стран отсутствие государственного регулирования, правовой базы для торговли и квалифицированной рабочей силы для строительства бамбуковых лесов открыло двери для частых несчастных случаев со смертельным исходом и безудержного разрушения строящихся сооружений (Fang et al., 2004; Гату и др., 2014). В отличие от некоторых азиатских стран с требованиями к проектированию бамбуковых лесов, например, в Гонконге (Hong Kong Institute of Construction Managers, Limited, 2003) , руководства по строительству лесов практически отсутствуют. И в большинстве случаев изготовлением занимаются люди с непроверенным опытом и без сертификатов, без четких инженерных принципов. Качество можно проверить только при визуальном осмотре, а аксессуары, необходимые для установки, обычно изобретаются на основе интуиции изготовителя.
При таком подходе становится очевидным, что риск обрушения здания из-за обрушения бамбуковых лесов неизбежен. Риски безопасности бамбуковых лесов повышаются из-за изменчивости размеров и неопределенности прочности бамбукового материала, фурнитуры, методов проектирования и процедур строительства. Он менее податлив, чем сталь, и может быть разрушен сильным ветром и перегрузкой. Этот сценарий усиливается, особенно в сезон дождей, когда ливни более склонны к перегрузке бамбуковых лесов. Где фиксируется преимущественное разрушение систем лесов (Ede et al., 2018; Fang et al., 2004). Во избежание этого строительные леса должны быть привязаны к зданию и предварительно закреплены к бетону на каждом этаже для многоэтажных конструкций. Поддержка между зданием и лесами также необходима для предотвращения наклона лесов к конструкции. Тем не менее, аксессуары для бамбуковых лесов не адаптированы, и им не хватает прочного заземления и основания для крепления на земле, что подвергает их риску нестабильности. В результате из соображений безопасности использование бамбуковых лесов сокращается.
2.1.2. Атрибуты для выбора строительных лесов
Бамбуковые леса все больше конкурируют со стальными лесами, промышленным продуктом со стандартными характеристиками, который можно быстро монтировать и демонтировать. Это натуральный материал, в отличие от стали, поэтому его прочность непостоянна. Благодаря единообразной форме, специально разработанной конструкции и более простой технологии сборки система стальных лесов заводского изготовления, состоящая из трубчатых секций и аксессуаров, имеет явное преимущество. Он также превосходит бамбуковые леса, потому что он прост в сборке, удовлетворяет требованиям единообразия, автоматизации и безопасности конструкции. Бамбук, с другой стороны, имеет естественную неравномерность в размерах. В результате металлические леса отстают от своих конкурентов (Fang et al., 2004). На рисунке 1 показаны факторы и методы, которые необходимо учитывать при выборе бамбука в качестве материала для строительных лесов, с двумя категориями, специально изготовленными продуктами и естественным образом используемыми бамбуковыми стеблями, с учетом таких основных факторов, как безопасность, стоимость, время, а также эксплуатация и применение. Прежде чем выбрать строительные леса, при расчете затрат необходимо учитывать несколько факторов, таких как использование рабочей силы, аксессуары, хранение, а также отходы и утилизация. С точки зрения времени наиболее важным соображением является продолжительность цикла пола, который включает в себя такие аспекты, как доставка, подготовка, строительство и демонтаж. Еще одним важным фактором, который следует учитывать, является безопасность; в целях безопасности важно изучить физические и механические свойства материала, прежде чем использовать его для строительных лесов переменного тока. На этапе рассмотрения вопросов безопасности следует предусмотреть класс материала и частоту аварий. Наконец, фактор эксплуатации и применения подпадает под конкретные подкатегории проектирования и подготовки нескольких перспектив применения, что означает, что эксплуатацию и применение материала необходимо рассматривать отдельно для высотных зданий неправильной формы, а также несколько факторов окружающей среды.
Выявление факторов возможности использования бамбука в качестве строительных лесов и опалубочного материала в Эфиопии.
