Wäre ein mit Beton gefülltes PE-Rohr eine gute Säule?

Eine Idee, die immer wieder in meinem Kopf auftaucht, dass ich nicht genug Bau- / Tiefbau weiß, um zu wissen, ob es aus technischer Sicht gut ist.

Nehmen Sie ein Stück Polyethylen (PE), füllen Sie es mit Beton und lassen Sie den Beton binden. Mein Verständnis ist, dass eine Beton- (oder andere) Säule unter Kompression in einer Ebene von 45 ° zur Kompressionsrichtung „auseinander scheren“ möchte (vorausgesetzt, wir biegen unsere Säule nicht). Dies ist eine Bewegung nach außen. Diese Scherkraft könnte im umgebenden Rohr enthalten sein, da PE eine recht gute Spannung aufweist. Andere Materialien für das Rohr könnten gleich funktionieren, ich sage PE, weil es ziemlich korrosionsbeständig ist.

Ich weiß, dass jeder Betonsäulen mit Bewehrungsstäben baut. Ich behaupte nicht, dass meine Idee überlegen ist. Ich bin nicht daran interessiert zu verstehen, warum jeder Säulen so baut, wie jeder sie baut. Ich möchte die Mängel und Einschränkungen meiner Idee verstehen. Einige Gedanken:

Ich denke, es ist nützlich, als Druck im Rohr zu denken, da wir diese Daten leicht verfügbar haben - wenn wir PN10 verwenden, kann es 10 bar usw. dauern, und wir müssen nicht über die Dicke des Rohrs nachdenken und es ist Streckgrenze. Aber wie würde sich die Druckkraft in Druck auf das Rohr umwandeln? Der Beton ist keine Flüssigkeit, daher ist der Druck geringer als die Druckbelastung / Rohrfläche. Wie viel? Ich denke, dies zu verstehen wird uns sagen, wie viel oder wenig unsere Säule tragen wird.

Ein weiteres mögliches Problem ist, dass PE ziemlich glatt ist. Das Rohr kann keine Kräfte durch Reibung aufnehmen und meiner Meinung nach bedeutet dies Punktlasten an den Stellen, an denen sich der Beton am meisten verformt.

Ihre Idee könnte in Ordnung sein, hat aber je nach Situation einen großen Fehler.

Das PE-Rohr wäre im Grunde genommen dazu da, den nassen Beton aufzunehmen, während wir darauf warten, dass der Beton aushärtet (dh aushärtet und fest wird). Dies ist die Situation, in der wir uns um den Druck des Betons auf das Rohr sorgen müssen. Sobald der Beton ausgehärtet ist, kann der Beton allein eine Menge vertikaler Kräfte aufnehmen. Wir konstruieren Betonsäulen basierend auf der Druckfestigkeit von Beton. Wir müssen nichts weiter hinzufügen, um den von Ihnen beschriebenen Scherfehler zu stoppen. Und die horizontale Kraft auf das Rohr, die durch die vertikale Kraft auf den Beton verursacht wird, ist wahrscheinlich kein Problem.

Warum setzen wir Verstärkung in Betonsäulen? Die Antwort ist, dass eine Säule nicht nur vertikale Belastung, sondern normalerweise auch horizontale Kräfte und Biegemomente aufnimmt. Und diese Kräfte erzeugen Spannung. Beton ist nicht sehr spannungsreich. Also fügen wir Stahl hinzu, da Stahl eine gute Spannung hat.

Können wir das PE-Rohr verwenden, um die Spannung aufzunehmen? Ich habe das nicht im Detail untersucht. Theoretisch ja. Aber Sie würden a) ausreichend dickes PE benötigen und b) eine Möglichkeit benötigen, um die Spannung zwischen dem PE und dem Beton zu übertragen. Wie Sie sagen, ist PE glatt, und ohne die Reibung zur Übertragung der Spannung werden wir Punkt b) wahrscheinlich nicht erfüllen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Ihr PE-Rohr gut geeignet ist, um eine Betonsäule zu konstruieren, die nur vertikale Druckbelastungen aufnimmt. Wie derzeit vorgeschlagen, wird die Tragfähigkeit der Säule jedoch nicht erhöht.

Polyethylen (PE) ist im Vergleich zu Stahl ein schwaches Material. Stahl ist eine Größenordnung stärker als PE.

Diese Stelle aus den USA ergibt eine Streckgrenze für PE von 3800 bis 4800 psi, was 26 bis 33 MPa beträgt, und diese andere Stelle aus Südafrika ergibt eine Streckgrenze von 26 MPa ( ist dieselbe als ). Auf dieser Website sind die Zugfestigkeiten verschiedener Stähle aufgeführt, die bei der Herstellung von Rohren verwendet werden, und zwar im Bereich von 48 bis 90 ksi oder 311 bis 620 MPa, die erheblich stärker als PE sind.$N/{mm}^2$$MPa$

Vor der Verwendung von PE als Form für eine Säule muss festgestellt werden, ob das PE-Rohr stark genug ist, um das Gewicht und den resultierenden Druck des nassen Betons unmittelbar nach dem Befüllen des Rohrs zu tragen, ohne dass sich das Rohr verformt, normalerweise durch Ausbeulen unten. Sobald der Beton ausgehärtet ist, ist das Rohr überflüssig. In einigen Situationen kann es schädlich sein, wenn sich das Rohr löst und sich Feuchtigkeit im Spalt zwischen dem abgebundenen Beton und dem Rohr ansammelt. PE ist sehr anfällig für Verformungen durch Hitze.

Das andere Problem bei PE-Rohren ist, dass die meisten nicht so gerade sind, wie sie sein müssen, um als Formen für wichtige Betonsäulen zu fungieren.

Um einer Betonsäule Zugfestigkeit zu verleihen, wird ein speziell konstruierter Stahlkäfig über die gesamte Länge der Säule in die Mitte der Form eingesetzt, bevor die Form mit Beton gefüllt wird.

Dieser Ansatz wurde in vielen, vielen wissenschaftlichen Studien verwendet und ist ein aktives Forschungsgebiet in der Materialtechnik, jedoch mit einem anderen Material. FRP ( Fiber Reinforced Plastic ) wird verwendet, um eine vorhandene Betonsäule (oder ein mit Beton gefülltes FRP-Rohr) zu umwickeln, mit sehr guten Ergebnissen.

Quellen: 1 2 3 4