Повышение прочности и жесткости железобетонных внецентренно сжатых элементов углепластиковым армированием

Введение. Существующие методы усиления железобетонных конструкций очень дорогостоящие и трудоёмкие. Разработка новых систем усиления, позволяющих снизить сроки производства работ и их стоимость, является делом перспективным и актуальным. Современные методы усиления, в основе которых лежат композитные материалы, являются недостаточно изученными в России. Особенно это касается поведения композитных материалов в железобетонных конструкциях. Отсутствие таких исследований приводит к перерасходу материалов и увеличению стоимости работ по усилению конструкций. Целью данной работы является изучение относительных деформаций композитных материалов, расположенных в продольном и поперечном направлении, при работе внецентренно сжатых гибких железобетонных стоек.

Материалы и методы. В качестве материальной базы выступают результаты экспериментальных исследований прочности и деформативности внецентренно сжатых железобетонных стоек, усиленных различными вариантами композитного внешнего армирования. В наиболее нагруженных зонах композитного усиления наклеивались тензодатчики с базой 2 см, улавливающие изменение относительных деформаций до 0,001 мм. Всего в анализе были использованы результаты работы пяти стоек. В процессе эксперимента определялись прогибы и относительные деформации бетона и композитных материалов.

Результаты исследования. В результате проведённых экспериментальных исследований были получены относительные деформации композитных материалов в продольном и поперечном направлении. Измерения проводились при ступенчато возрастающей нагрузке, равной 10 % от разрушающей. На основании полученных данных были построены графики зависимости изменения относительных деформаций от уровней нагрузки для каждого испытанного образца. Помимо показаний тензодатчиков, получены и графически представлены прогибы опытных образцов в процессе испытаний.

Обсуждение и заключения. Полученные экспериментальные данные по прогибам и относительным деформациям в композитных материалах позволили определить зоны наиболее и наименее напряжённых участков композитного усиления. На основе анализа этих данных были сделаны выводы о разработке новых схем усиления, позволяющих существенно сэкономить объём используемых композитных материалов без уменьшения их эффективности.

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.