Использование пултрузионных композиционных профилей из композиционных материалов при возведении строительных конструкций: перспективы развития

В течение последних пятнадцати лет производство строительных профилей из пултрузионного стеклопластика стремительно набирает обороты, однако внедрение их в качестве несущих конструкций для сооружений сдерживается в связи с отсутствием опыта реализации.

В настоящее время в мире насчитывается более 300 предприятий http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=4581, освоивших технологию производства пултрузионного стеклопластика. Основными производимыми изделиями перечисленных компаний являются решетчатые настилы, оконные и дверные профиля, поручни и ограждения, лестницы, люки, шумозащитные экраны, фонарные столбы, кабельные лотки и антенны

Помимо приведенной номенклатуры из пултрузионного стеклопластика производят также строительные профили различного поперечного сечения (замкнутого, уголкового, швеллерного, таврового, двутаврового сечений и т.д.). Известен опыт возведения подвесных галерей, пешеходных мостов и переходов с несущими конструкциями из пултрузионных стеклопластиковых профилей (ПСП). В России ПСП производят такие предприятия как: ООО Татнефтьпресскомпозит, АО Флотенк, ГК Армпласт, Ernste, Апатек, Геонор и пр.

ПСП имеют ряд конкурентных преимуществ:

• прочность (нормативное значение предела прочности при растяжении – 380МПа);

• устойчивость к коррозии и агрессивной химической среде;

• легкость (плотность материала – 1850 кг/м3);

• диэлектричность;

• не требуют затрат на обслуживание поверхности.

Технология изготовления ПС профилей отличаются от изготовления традиционных композиционных элементов методом инфузии( накладывание волокон в перекрестных направлениях под разными углами в специально заготовленную для этого форму). ПС профили изготавливаются путем выдавливания спрессованных вместе с матрицей волокон через фильеру. По своей структуре и поведению под нагрузкой как элемент конструкции ПСП берут аналогии с поведением дерева.

Если применение инфузионных композиционных материалов сейчас довольно распространенно, то применение ПСП в качестве несущих конструкций сдерживается в связи с отсутствием достаточной нормативной базы и опыта их реализации. Нормативная база как правило ограничивается либо стандартом организации (СТО) или Рекомендациями по расчету, содержащими механические свойства материала и методики расчета элементов конструкций от различных силовых факторов или их сочетания. Свод правил СП регламентирующий методики расчета несущих элементов из ПСП и их соединений на федеральном уровне пока не выпущен. Существующие нормы рассматривают, например пешеходные переходы и в целом требования к выпускаемым профилям.

На практике осуществлены лишь первые шаги по направлению внедрения строительных профилей из пултрузионного стеклопластика в строительный сектор.

Одним из самых успешных примеров использования ПСП в транспортной инфраструктуре является строительство автомобильного моста полетом 18м в Новосибирской области.

Конструирование и исследования, лежавшими в основе реализации данного моста осуществлялись на базе СГУПС под руководством доцента А.Н. Иванова.

Примерами реализации конструкций не относящимися к транспортной инфраструктуре являются небольшие трибуны в детских оздоровительных лагерях.

Данный тип конструкций соответствует принципам постепенного освоения ПСП в строительных конструкциях и позволяющий максимально раскрыть их потенциал и конкурентоспособность. На ряду с достоинствами нового материала такими как устойчивость к агрессивным средам, высокое отношение прочности материала к его плотности, стойкость к гниению и паразитам и пониженной стоимости эксплуатации существуют и трудности которые необходимо решить. К таким трудностями относятся повышенная деформативность конструкций из ПСП, связанная с модулем упругости не превышающим 26000 МПа и возможность использования только болтовых соединений. Для преодоления данных трудностей на базе кафедры металлических конструкций и испытания сооружений Казанского ГАСУ Д.Н. Ариповым под руководством Кузнецова И.Л. и Саллахутдинов М.А., проводятся исследования в области узлов решетчатых конструкций из ПСП.

Решетчатые конструкции являются наиболее рациональными конструктивным формами по критерию материалоёмкости. При этом ортотропия материала ПСП и различные углы примыкания в элементах этих конструкций приводят к тому, что используются не максимальные прочностные характеристики материала, а редуцированные с учётом угла действия основного силового фактора под углом к волокнам. Уменьшение расчетных характеристик материала по различным нормативным документам с учётом временного фактора , температурного фактора и ползучести может уменьшать эффективную расчетную прочность материала дополнительно на 70%. Исследования в этой области, а также в направлении клеемеханических соединений ПСП проводятся на кафедре строительных материалов Казанского ГАСУ профессором Сулейманова А.М.

Основным путем реализации несущих конструкций из ПСП остается метод натурных испытаний, которые проводятся для апробации той или иной новой конструктивной формы.

Учитывая все вышесказанное наиболее рациональной областью применения ПСП на сегодняшний момент являются строительные конструкции с большим отношением суммарной величины временных нагрузок к суммарной величине постоянных нагрузок. Также видятся обоснованными пути использования композитного действия нескольких материалов, как было реализовано, к примеру, в конструкциях моста в Новосибирской области, где совместно с ПСП использовался железобетон. Результаты испытаний клеемеханические соединения тоже выглядят многообещающе, но требуют дальнейшего изучения с точки зрения фактора длительности нагрузки и воздействия циклики на их прочность.