Plieninio pluošto gelžbetonis (SFRC) tunelio apmušimui
Pluošto ištraukimo elgsena tiriama eksperimentiškai, atsižvelgiant į tokius veiksnius kaip pluošto forma, dydis ir polinkio kampas. Be to, tolesniuose skyriuose pateikiami eksperimentai ir atitinkami skaitmeniniai modeliai, sukurti siekiant visiškai apibūdinti plieno pluošto betono pamušalą.
1. Pluošto traukimo elgesys
Norint išanalizuoti, suprojektuoti ir optimizuoti pažeidimams atsparius tunelių apmušalus iš SFRC, pirmiausia reikia suprasti medžiagos mechaninį elgesį konstrukciniu lygmeniu. Gerai žinoma, kad SFRC mechaninės savybės yra susijusios su tilto efektu per plyšio angą. Sujungimo efektą lemia bendras visų lūžusių pluoštų indėlis. Kadangi kiekvieno atskiro pluošto sujungimo efektyvumas labai priklauso nuo pluošto ir betono matricos sukibimo savybių, atskirų plieno pluoštų, įterptų į betono matricą, ištraukimo elgsena buvo sistemingai tiriama laboratoriniais eksperimentais ir analitiniais modeliais. Tyrimo rezultatai sudaro pagrindą skaitmeniniam SFRC mechaninio proceso modeliavimui. Kita vertus, jie taip pat sudaro pagrindą tolesniems SFRC taikymo pamušalo segmentuose tyrimams, pavyzdžiui, eksploatacinių savybių tyrimams esant vietinėms regioninėms apkrovoms.
(1) Vieno plieno pluošto tempimo eksperimentas
Plieninių pluoštų sukibimo mechanizmas betono matricoje buvo tiriamas atliekant atskirų plieno pluoštų ištraukimo bandymus. Eksperimentinėje programoje analizuojama tokių parametrų kaip pluošto forma, dydis, tempiamasis stipris, pasvirimo kampas ir betono stiprumas įtaka, keičiant atitinkamus parametrus, turinčius įtakos ištraukimo elgsenai.
Ištraukimo bandymams atlikti buvo paruošti 60 mm x 60 mm matmenų cilindriniai bandiniai su pritvirtintais ir įbetonuotais plieno pluoštais.
Ištraukimo elgsenos analizė sutelkė dėmesį į ryšį tarp ištraukimo jėgos ir pluošto poslinkio. Be to, buvo atsižvelgta į pluoštų ir betono matricos gedimo būdus.
(2) Pluošto forma ir dydis
Įvairių pluoštų formų (tiesių, gofruotų, su kabliu galu, dvigubai kūgio) įtaka pluoštų, kurių ilgis yra=20 mm ir pasvirimo kampas=0 didelio stiprio betono matricoje, ištraukimo reakcijai (=84 MPa). Kaip parodyta kairėje, skirtingų formų pluoštų ištraukimo reakcija labai skiriasi. Tiesiagrūdžių pluoštų ryšį tarp pluoštų ir matricos užtikrina tik paviršinė trintis. Todėl, esant beveik labai mažoms ištraukimo apkrovoms, įvyksta visiškas atsirišimas, kartu su staigiu apkrovos kritimu. Priešingai, ištraukimo apkrova po lupimo toliau didėjo dėl mechaniškai pritvirtintų deformuotų pluoštų. Todėl tekstūruoti pluoštai suteikia žymiai didesnį atsparumą ištraukimui, palyginti su tiesiagrūdžiais pluoštais. Dėl tvirto tvirtinimo didelio stiprumo betono matricoje gofruotasis ir dvismailis pluoštas greitai nutrūksta po to, kai viršija ribinę apkrovą. Tačiau norint pasiekti, kad medžiaga būtų elastinga, reikėtų vengti pluošto lūžimo esant nedideliems ištraukimo poslinkiams. Naudingas ištraukimo elgesys buvo pastebėtas kabliuko galų pluoštams, kurių kabliukų galai buvo linkę palaipsniui pasislinkti ir ištiesinti, todėl sumažėjo ištraukimo jėga ir dar labiau padidėjo ištraukimo poslinkis.
Palyginus 60/0,75 (mm/mm) ir 35/0,55 (mm/mm) pluošto kablio galo poveikį pluošto dydžiui bandymo sąlygos. Matyti, kad abiejų pluoštų apkrovos ir poslinkio kreivės yra panašios ir beveik lygiagrečios. Tačiau didesnių matmenų pluoštai turėjo žymiai didesnę ribinę ištraukimo apkrovą (+77%). Didėjant skersmeniui ir kablio dydžiui, didėja pluošto lenkimo standumas ir sąlyčio su matrica plotas, dėl to padidėja kablio plastinei deformacijai reikalinga energija. Tačiau palyginus dviejų pluoštų ribinės ištraukimo apkrovos ir pluošto stiprumo santykį, rezultatai parodė, kad dviejų pluoštų efektyvumas skiriasi nežymiai (60,1% ir 61,0%).
Betone, kurio pluošto kiekis yra toks pat, trumpų/smulkių pluoštų skaičius kelis kartus viršija ilgųjų/stambiųjų pluoštų skaičių, todėl mažesnių/smulkių pluoštų pluoštų, sulaikančių galimus įtrūkimus, skaičius yra santykinai didesnis. Taigi, nors rezultatai rodo, kad ilgi / šiurkštūs pluoštai turi didesnį atsparumą ištraukimui, palyginti su mažesniais / plonais pluoštais, paprastai nereikėtų manyti, kad mažesni / ploni pluoštai turi prastesnę apkrovą, priešingai, galima daryti išvadą rezultatai Teigiama sinergija. Pluošto mišiniuose galima derinti skirtingų dydžių pluoštų (ilgesnio/storesnio ir trumpesnio/plonesnio pluošto) privalumus. Visų pirma, tokių pluoštų mišinių naudojimas vamzdžių segmentų kraštinėse srityse gali turėti teigiamą poveikį siekiant išvengti įtrūkimų ir skilimo.
(3) Pluošto ir betono stiprumas
Pluošto stiprumo (ft=1225 MPa, 2600 MPa) ir betono stiprumo (fc=44 MPa, 84 MPa) įtaka. Abiejų betono stiprumų atveju didelio stiprumo pluoštų atsparumas ištraukimui prieš trinties ir slydimo fazę buvo beveik dvigubai didesnis nei normalaus stiprumo pluoštų. Kaip ir tikėtasi, pluoštai, įterpti į didelio stiprumo betoną, turėjo didesnį atsparumą ištraukimui nei pluoštai, įterpti į normalaus stiprumo betoną. Tačiau šis poveikis yra ryškesnis didelio stiprumo pluoštams.
Nors dviejų betonų didelio stiprumo pluoštų apkrovos poslinkio kreivės labai skiriasi, normalaus stiprumo pluoštų apkrovos poslinkio elgsena yra panaši, nepaisant betono stiprumo. Didelio stiprumo pluoštų, išbandytų normalaus stiprumo betone, kreivės mažėja gana lėtai, pasiekus didžiausią ištraukimo apkrovą. Tai rodo, kad dėl mažo betono stiprumo kablio (kablio galo) mechaninis inkaravimo poveikis nėra veiksmingas. Todėl didelio stiprumo pluoštų, išbandytų normalaus stiprumo betone, efektyvumas buvo palyginti mažas (42,7 proc.). Tačiau svarbu pažymėti, kad šie pluoštai yra žymiai efektyvesni (61,6%) didelio stiprumo betone. Todėl, norint pasiekti optimalų pluošto efektyvumą, plieno pluošto atsparumas tempimui turėtų būti pritaikytas prie betono stiprumo.
(4) Pluošto pasvirimo kampas
Įprasto ir didelio stiprumo kablio galų pluošto, įterpto į didelio stiprumo betoną, ištraukimo bandymai skirtingais pasvirimo kampais (0 laipsniais, 15 laipsnių, 30 laipsnių, 45 laipsnių ir 60 laipsnių). Kaip ir tikėtasi, didžiausia didelio stiprumo pluoštų ištraukimo apkrova yra žymiai didesnė nei įprasto stiprumo pluoštų, atsižvelgiant į visus svarstomus pasvirimo kampus. Kai įprasti tvirtumo pluoštai ištraukiami be gedimų, ribinės ištraukimo apkrovos yra labai panašios, nepaisant pasvirimo kampo. Priešingai, didelio stiprumo pluoštai žymiai padidino galutinę ištraukimo apkrovą tarp 30 laipsnių ir 45 laipsnių pasvirimo kampų.
Paprastai kalbant, padidėjus pasvirimo kampui, ištraukimo poslinkis esant ribinei apkrovai didėja, o priekinės smailės šakos nuolydis mažėja, ypač kai pasvirimo kampai yra didesni nei 30 laipsnių. Didėjant pakreipimo kampui, taip pat buvo pastebėtas matricos gniuždymo ir skilimo padidėjimas prie pluošto išėjimo. Šis reiškinys yra akivaizdesnis didelio stiprumo pluoštų atveju. Be to, didėjant pasvirimo kampui, pluoštas lūžta dažniau, ypač įprasto stiprumo pluoštams.
