Композитная конструкция – это общий термин, обозначающий любую строительную конструкцию, состоящую из нескольких разнородных материалов. Композитные конструкции часто используются при строительстве самолетов , плавсредств и строительства зданий . Есть несколько причин использовать композитные материалы, включая повышенную прочность, эстетику и экологическую устойчивость .
В строительном проектировании композитная конструкция существует, когда два разных материала связаны друг с другом настолько прочно, что с конструктивной точки зрения они действуют вместе как единое целое. Когда это происходит, это называется составным действием . Одним из распространенных примеров являются стальные балки, поддерживающие бетонные плиты перекрытия. [1] Если балка не прочно соединена с плитой, то плита передает весь свой вес на балку, и плита не влияет на несущую способность балки. Однако если плита соединена с балкой с помощью шпилек, то можно предположить, что часть плиты действует совместно с балкой. Фактически, этот композит создает более крупную и прочную балку, чем можно было бы получить, используя только стальную балку. Инженер-строитель может рассчитать преобразованное сечение как один из этапов анализа несущей способности композитной балки.
В судостроении XIX века композитная конструкция заключалась в использовании железного каркаса корпуса, покрытого деревянными обшивками для обеспечения водонепроницаемости корпуса. Если бы на древесине использовались должным образом изолированные крепления, подводный корпус можно было бы покрыть медной обшивкой без проблем гальванической коррозии . Медная обшивка предотвращала обрастание и червя тередо , но ее нельзя было использовать на железных корпусах. Железный каркас композитных кораблей был менее громоздким и легким, чем деревянный, что позволяло разместить больше груза в корпусе той же внешней формы. Экономия веса была особенно значительной. Прочность и жесткость позволяли вести парусные суда с большой силой, поскольку накопленные напряжения корпуса не приводили к утечкам, которые возникали на старых деревянных кораблях. [2] : 84–88.
Композитные корпуса использовались для большинства клиперов, построенных с середины 1860-х годов. Первые эксперименты с системой начались с патента, выданного в 1839 году, по которому был построен пароход «Ассам» . Затем последовали другие патенты с различными методами электрической изоляции железных рам и креплений от медной обшивки. [2] : 84–88.
Сохранившимися примерами являются HMS Gannet (1878 г.) , военный корабль с паровым и парусным приводом, а также клипер Cutty Sark .
Передвижная балка — это простая форма составной конструкции, иногда используемая в строительстве легких каркасов в Северной Америке . [3] Это происходит, когда стальная пластина зажата между двумя деревянными балками и скреплена болтами. Передвижная балка обычно может выдерживать более тяжелые нагрузки на более длинном пролете , чем цельнодеревянная балка того же сечения .
Традиционный материал для настила – обработанная под давлением древесина. В настоящее время многие подрядчики предпочитают использовать композитный настил . Этот материал обычно изготавливается из древесно-пластикового композита или пластика, армированного стекловолокном (FRP). Такие материалы не деформируются, не трескаются и не раскалываются и столь же универсальны, как и традиционная древесина, обработанная давлением. Композитный настил изготавливается с помощью нескольких различных процессов, и существует множество размеров, форм и прочности. В зависимости от выбранного типа композита материалы для настила можно использовать для ряда других строительных проектов, включая заборы и навесы. [4] [5]
В композитной стальной палубе речь идет о разнородных материалах — стали и бетоне. Композитный стальной настил сочетает в себе прочность стали на растяжение с прочностью бетона на сжатие, что позволяет повысить эффективность конструкции и сократить количество материала, необходимого для покрытия определенной площади. Кроме того, композитные стальные настилы, поддерживаемые композитными стальными балками, могут охватывать большие расстояния между опорными элементами и уменьшать прогиб под временной нагрузкой по сравнению с предыдущими методами строительства. [6] [7] [8]
Разрабатываются и испытываются цементно-полимерные композиты в качестве замены традиционному цементу. Традиционный цемент, используемый в качестве штукатурки, быстро портится. Из-за разрушения материал легко трескается из-за термопроцессов, он становится проницаемым для воды и теряет структурную прочность. Агентство по охране окружающей среды США совместно с Корпорацией материалов и электрохимических исследований провело испытания цементно-полимерного композитного материала, состоящего из резиновой крошки, изготовленной из переработанных резиновых шин и цемента . Установлено, что в цементную смесь можно добавлять 20% резиновой крошки без ухудшения внешнего вида цемента. Этот новый материал был протестирован на прочность и долговечность в соответствии со стандартами Американского общества испытаний и материалов ( ASTM International ). [9]