Increasing the Strength and Rigidity of Reinforced Concrete Eccentrically Compressed Elements with Carbon Fiber Reinforcement

Introduction. Existing methods of reinforced concrete structures strengthening are very expensive and time-consuming. The development of new strengthening systems allowing to reduce time and cost of works is perspective and relevant task. Modern methods of strengthening with composite materials are insufficiently studied in Russia. Particularly if the behavior of composite materials in the reinforced concrete structures is concerned. The lack of research in this area leads to the overrun of materials and increase in the cost of structures’ strengthening. The aim of this work is to study the relative deformations of composite materials in the longitudinal and transverse directions during the operation of eccentrically compressed flexible reinforced concrete poles.

Materials and methods. The factual basis for the research are the results of experimental studies of the strength and deformability of eccentrically compressed reinforced concrete poles, strengthened with various types of composite external reinforcement. In the most loaded zones of the composite reinforcement, the 2 cm-long strain gauges were glued, capable of detecting changes in relative deformations up to 0.001 mm. In total, the results of operation of 5 poles were used in the analysis. During the experiment, deflections and relative deformations of concrete and composite materials were determined.

Results. In the result of experimental studies, relative deformations of composite materials in the longitudinal and transverse directions were obtained. The measurements were carried out at a stepwise increasing load equal to 10 % of the breaking load. Based on the data obtained, graphs of the dependence of the change in relative deformations on the load levels were plotted for each tested sample. In addition to the readings of strain gauges, deflections of tested samples were obtained during testing and graphically presented.

Discussion and Conclusions. The obtained experimental data on deflections and relative deformations in composite materials made it possible to determine the zones of the most and least strained sections of the composite reinforcement. Based on the analysis of these data, conclusions were drawn about the development of new strengthening systems that can significantly save the amount of composite materials used without reducing their efficiency.

1. Черемных, С. В. Модель механики разрушения железобетона / С. В. Черемных // Вестник Тверского государственного технического университета. Серия: Строительство. Электротехника и химические технологии. — 2022. — № 1 (13). — С. 28–38.

2. Клочкова, З. Ю. Применение железобетона и его преимущества, сравнительно с другими строительными материалами / З. Ю. Клочкова, А. Е. Суслова // Комплексное изучение и освоение недр Европейского Севера России : мат-лы всеросс. научно-технической конференции. — Ухта, 2021. — С. 110–112.

3. Тамразян, А. Г. Бетон и железобетон: проблемы и перспективы / А. Г. Тамразян // Промышленное и гражданское строительство. — 2014. — № 7. — С. 51–54.

4. Аль Каради, Али. Основные физико-механические свойства железобетона / Али Аль Каради // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. — 2013. — № 5. — С. 39–42.

5. Исследование свойств бетона железобетонных конструкций сооружений, эксплуатируемых в прибрежной зоне Черноморского побережья / В. Т. Ерофеев, Т. Ф. Ельчищева, А. И. Родин [и др.] // Транспортные сооружения. — 2018. — Т. 5, № 2. — 5 с.

6. Доломанюк, Р. Ю. Оценка состояния железобетонных конструкций для регрессивной зависимости коррозийных повреждений стальной арматуры от толщины защитного слоя бетона в условиях открытой атмосферы / Р. Ю. Доломанюк // Образование. Транспорт. Инновации. Строительство : сб. мат-лов III Нац. науч.- практ. конф. — Омск, 2020. — С. 524–528.

7. Курбанов, З. А. Усиление сборной железобетонной колоны методом железобетонной обоймы / З. А. Курбанов, К. Е. Грушевский // Инновационное развитие: потенциал науки и современного образования : сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф. В 3-х ч. — Ч. 1. — 2018. — С. 169–171.

8. Хаютин, Ю. Г. Ремонт и усиление железобетонных конструкций в зданиях из монолитного железобетона / Ю. Г. Хаютин, В. Л. Чернявский, Е. З. Аксельрод // Проектирование и строительство монолитных многоэтажных жилых и общественных зданий, мостов и тоннелей : сб. док-в. — Москва, 2000. — С. 195–198.

9. Данилов, С. В. Усиление железобетонных колонн стальными обоймами / С. В. Данилов, Л. М. Фомичева // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии : мат-ы Междунар. науч.-техн. конф. — Могилев, 2017. — С. 240–241.

10. Муленкова, В. И. Проектирование усиления железобетонных и каменных несущих конструкций многоэтажных промышленных зданий / В. И. Муленкова, Д. В. Артюшин. — Пенза : ПГУАС, 201. — 90 с.

11. Гроздов, В. Т. Усиление строительных конструкций при реставрации зданий и сооружений / В. Т. Гроздов. — Санкт-Петербург : ООФ «ЦСК», 2005. — 114 с.

12. Яковлева, М. В. Восстановление и усиление железобетонных и каменных конструкций / М. В. Яковлева, О. Н. Коткова, В. С. Широков. — Москва : Форум : Инфра-М, 2015. — 190 с.

13. Polskoy P., Georgiev S., Muradyan V., Shilov A. The deformability of short pillars in various loading options and external composite reinforcement // Web of Conferences 2018. С. 02026.

14. Польской, П. П. Прочность и деформативность коротких усиленных стоек при малых эксцентриситетах / П. П. Польской, Д. Р. Маилян, С. В. Георгиев // Инженерный вестник Дона : [сайт]. — 2014. — № 4–1. — С. 138. — URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N4y2014/2734 (дата обращения: 06.12.2022).

15. Mander J.B., Priestly Park R. Theoretical stress-strain model for confined concrete // ASCE Journal of Structural Engineering, Vol. 114 No. 8. 1988, pp. 1804-1826.

16. Польской, П. П. О влиянии гибкости стоек на эффективность композитного усиления / П. П. Польской, Д. Р. Маилян, С. В. Георгиев // Инженерный вестник Дона : [сайт]. — 2015. — № 4 (38). — С. 81. — URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2015/3374 (дата обращения: 06.12.2022).

17. Евстифеев, В. Г. Проектирование железобетонных конструкций одноэтажного промышленного здания с мостовыми кранами / В. Г. Евстифеев. — Санкт-Петербург : ПГУПС, 2016. — 63 с.