Изменение относительных деформаций в композитных материалах центрально сжатых железобетонных стоек

Введение. В работе приведены экспериментальные данные изменения значений относительных деформаций композитных материалов внешнего армирования, замеренных при испытании железобетонных усиленных стоек. В экспериментальных исследованиях изучалось поперечное и продольное композитное усиление, состоящее из углеткани и углеламинатов (углестержней). Экспериментальные значения относительных деформаций в композитных материалах усиления дают возможность определить зоны наиболее и наименее напряжённых участков композитных материалов. Целью данного исследования является определение зон наиболее и наименее нагруженных участков композитного усиления внецентренно сжатых железобетонных стоек. Это необходимо для создания новых схем наиболее эффективных вариантов усиления. Для достижения поставленной цели были выполнены следующие задачи: изготовлены и испытаны пять железобетонных усиленных стоек; в процессе испытания были наклеены тензодатчики, которые позволили определять изменения относительных деформаций композитных материалов на всех уровнях нагружения; все данные относительных деформации композитных материалов были обработаны, проанализированы и представлены в виде графиков.
Материалы и методы. В процессе испытания железобетонных гибких стоек были получены данные по изменению относительных деформаций в композитных материалах. Измерения производились тензодатчиками базой 2 см, наклеенными вдоль волокон композитного усиления. Зоны измерения относительных деформаций выбирались согласно характеру работы композитного материала. Всего в работе рассматривались результаты испытания пяти железобетонных стоек, в которых углепластиковые ткани располагались в поперечном направлении, а углестержни и ламели — в продольном. Зоны расположения тензодатчиков на композитных материалах приведены на схемах для каждого образца в отдельности. Показания тензодатчиков представлены в виде графиков изменения относительных деформаций по отношению к уровням нагрузки. После каждого графика приведены численные значения максимальных относительных деформаций с определением характера работы композитных материалов в растянутых и сжатых гранях колонн.
Результаты исследования. В результате проведённого исследования были получены данные изменения относительных деформаций композитных материалов, при этом, датчики, расположенные на поперечных хомутах работают примерно одинаково с относительной деформацией не превышающей 1,8×10-3. Такие деформации существенно ниже предельных, что является доказательством несовместной работы существующей конструкции и материала усиления на предельных стадиях нагружений. При большом зазоре между композитными хомутами элементы усиления практически не работают и предельные деформации не превышают 0,6×10-3.
Обсуждение и заключения. В результате обработки изменения относительных деформаций, характеризующих уровень напряжения композитных материалов, были сделаны выводы, позволяющие утверждать, что в сжатой зоне максимальная деформация не достигает предельных значений для композитных материалов, следовательно количество слоёв поперечного усиления можно уменьшать. Для композитных материалов, расположенных в продольном направлении, было установлено преждевременное разрушение композитных ламелей, что позволило сделать вывод об отсутствии совместной работы материалов усиления и бетона конструкции на предельных разрушающих нагрузках.

1. Шилин, А. А. Внешнее армирование железобетонных конструкций композитными материалами / А. А. Шилин, В. А. Пшеничный, Д. М. Картузов // ОАО «Издательство Стройиздат». — 2007. — С. 184

2. Мухамедиев, Т. А. Проектирование усиления железобетонных конструкций композиционными материалами / Т. А. Мухамедиев // Бетон и железобетон. — 2013. — № 3. — С. 6–8.

3. Польской, П. П. Прочность и деформативность коротких усиленных стоек при малых эксцентриситетах / П. П. Польской, Д. Р. Маилян, С. В. Георгиев // Инженерный вестник Дона. — 2014. — № 4–1 (31). — С. 138.

4. Шилин, А. А. Усиление железобетонных конструкций композитными материалами / А. А. Шилин, В. А. Пшеничный, Д. М. Картузов // Стройиздат. — 2004. — С. 144.

5. Чернявский, В. А. Усиление железобетонных конструкций композитными материалами / В. А. Чернявский, Е. З. Аксельрод // Жилищное строительство. — 2003. — № 3. — С. 15–16.

6. Устинов, Б. В. Исследование физико-механических характеристик композитных материалов (КПМ) / Б. В. Устинов, В. П. Устинов // Известия вузов. Строительство. — 2009. — № 11–12. — С. 118–125.

7. Польской, П. П. О программе исследования сжатых железобетонных элементов, усиленных композитными материалами на основе углепластика / П. П. Польской, С. В. Георгиев // Научное обозрение. — 2014. — № 10–3. — С. 662–666.

8. Polskoy, P. The strength of compressed structures with cfrp materials reinforcement when exceeding the crosssection size / P. Polskoy, D. Mailyan, S. Georgiev, V. Muradyan // E3S Web of Conferences. — 2018. — С. 02060.

9. Польской, П. П. О несущей способности усиленных коротких стоек при больших эксцентриситетах / П. П. Польской, Д. Р. Маилян, С. В. Георгиев // Инженерный вестник Дона. — 2014. — № 4–1. URL: https://ivdon.ru/ru/magazine/archive/N4y2014/2631.

10. Маилян, Д. Р. Свойства материалов, используемых при исследовании работы усиленных железобетонных конструкций / Д. Р. Маилян, П. П. Польской, С. В. Георгиев // Инженерный вестник Дона. — 2013. — № 2 (25). URL: https://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1673.

11. Польской, П. П. Методики усиления композитными материалами и испытания железобетонных элементов / П. П. Польской, А. Михуб, С. В. Георгиев // Инженерный вестник Дона. — 2013. — № 2 (25). — С. 112.

12. Маилян, Д. Р. Конструкция каркасов и схемы испытания опытных стоек, усиленных углепластиком / Д. Р. Маилян, П. П. Польской, С. В. Георгиев // Научное обозрение. — 2014. — № 10–3. — С. 667–670.

13. Маилян, Д. Р. Методики усиления углепластиком и испытания коротких и гибких стоек / Д. Р. Маилян, П. П. Польской, С. В. Георгиев // Научное обозрение. — 2014. — № 10–2. — С. 415–418.

14. Польской, П. П. Вопросы исследования сжатых железобетонных элементов, усиленных различными видами композитных материалов / П. П. Польской, С. В. Георгиев // Инженерный вестник Дона. — 2013. — № 4. URL: https://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2134.