Исследование эффективности композитного продольного и поперечного усиления при увеличении прочности и жесткости гибких внецентренно сжатых железобетонных стоек

Введение. Использование композитных материалов для повышения эксплуатационных характеристик строительных конструкций при реконструкции в последние годы постепенно вытесняет методы, разработанные еще в середине ХХ века и основанные на использовании для этих целей железобетона и металла. Однако нормативная база, регламентирующая процесс усиления несущих конструкций зданий и сооружений, разработана на основе недостаточного количества экспериментальных данных. Это привело к тому, что большой объем конструкций, выходящих за нормативные ограничения, невозможно усиливать композитными материалами или это приводит к существенным экономическим затратам. Таким образом, экспериментальные исследования в области усиления композитными материалами железобетонных конструкций являются перспективными и актуальными на сегодняшний день. Целью настоящей работы стал анализ результатов ряда экспериментов, проведенных для исследования применения композитных материалов в строительстве и их эффективности.

Материалы и методы. Для определения напряжения в композитных углеродных материалах внешнего армирования внецентренно сжатых железобетонных стоек были проведены испытания четырех опытных образцов. Все образцы имели разные схемы усиления. В наиболее характерных зонах работы композитных материалов были наклеены тензодатчики с базой 2 см, которые считывали изменения относительных деформаций на каждом уровне нагрузки в процессе испытания образцов. На каждую конструкцию наклеивалось от 10 до 16 тензодатчиков в зависимости от важности зон определения деформаций.

Результаты исследования. В работе приведены результаты исследований определения эффективности композитного продольного и поперечного усиления на увеличение жесткости и прочности гибких внецентренно сжатых железобетонных стоек. Приведены экспериментальные данные прочности, прогибов и относительных деформаций композитных материалов, полученных при испытании четырех железобетонных стоек. Выполнена оценка эффективности композитного усиления при 3предельной прочности и допустимых прогибах. Определены относительные деформации в композитных материалах и произведена оценка включения системы усиления в работу железобетонных усиленных образцов.

Обсуждение и заключение. На основании полученных результатов выполнен анализ эффективности композитного усиления и разработаны предложения по проектированию систем усиления гибких внецентренно сжатых железобетонных стоек, работающих с большими эксцентриситетами приложения нагрузки.

1. Корсаков Н.В. Анализ повреждений и видов усилений сжатых железобетонных конструкций. В: Тезисы докладов конкурса научно-исследовательских работ студентов Волгоградского государственного технического университета. Волгоград; 2021. С. 468-469.

2. Гроздов В.Т. Усиление строительных конструкций при реставрации зданий и сооружений. СПб; 2005. 114 с. URL: https://dwg.ru/dnl/11364 (дата обращения 16.09.2023).

3. Онуфриев Н.М. Усиление железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений. Москва Стройиздат; 1965. 342 с. URL: https://dwg.ru/dnl/7364 (дата обращения 12.08.2023).

4. Семенюк-Ситников В.В. Количественная оценка влияния устройства глубокого котлована на близлежащие здания в стесненных условиях городской застройки. Дис. канд. техн. наук. Москва, 2005. URL: https://www.dissercat.com/content/kolichestvennaya-otsenka-vliyaniya-ustroistva-glubokogo-kotlovana-na-blizlezhashchiezdaniya (дата обращения 12.08.2023).

5. Мареева О.В., Кловский А.В. Оценка эффективности способов усиления железобетонных колонн при реконструкции. Природообустройство. 2017;(2):33–41. URL: http://elib.timacad.ru/dl/full/gmgup-05-201702.pdf/download/gmgup-05-2017-02.pdf (дата обращения 18.08.2023).

6. Теряник В.В., Бирюков А.Ю. Результаты экспериментальных исследований прочности и деформативности сжатых усиленных элементов реконструируемых зданий. Вестник ЮУрГУ: Строительство и архитектура. 2009;35(168). URL: https://dspace.susu.ru/handle/0001.74/831 (дата обращения 18.09.2023).

7. Иванов Ю.В. Реконструкция зданий и сооружений: Усиление, восстановление, ремонт; 2012. 312 с. https://elima.ru/books/?id=928 (дата обращения 10.09.2023).

8. Залесов А.С. Развитие методов расчета железобетонных конструкций в России. В: Сборник научных статей к 80-летию НИИЖБ им. А.А. Гвоздева; 2007. С. 5–10.

9. Тамразян А.Г. Бетон и железобетон: проблемы и перспективы. Промышленное и гражданское строительство. 2014;(7):51–54.

10. Клочкова З.Ю., Суслова А.Е. Применение железобетона и его преимущества, сравнительно с другими строительными материалами. В: Материалы всероссийской научно-технической конференции «Комплексное изучение и освоение недр Европейского Севера России». Ухта; 2021. С. 110–112.

11. Аль Каради Али. Основные физико-механические свойства железобетона. Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2013;(5):39–42.

12. Гарибов Р.Б. Сопротивление железобетонных несущих конструкций при агрессивных воздействиях окружающей среды. Дис. док. техн. наук. Саратов, 2008. URL: https://www.dissercat.com/content/soprotivleniezhelezobetonnykh-nesushchikh-konstruktsii-pri-agressivnykh-vozdeistviyakh-okru (дата обращения 12.09.2023).

13. Доломанюк Р.Ю. Оценка состояния железобетонных конструкций для регрессивной зависимости коррозийных повреждений стальной арматуры от толщины защитного слоя бетона в условиях открытой атмосферы. В: Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции «Образование. Транспорт. Инновации. Строительство»; 2020. С. 524–528.

14. Курбанов З.А., Грушевский К.Е. Усиление сборной железобетонной колоны методом железобетонной обоймы. В: Сборник статей Международной научно-практической конференции «Инновационное развитие: потенциал науки и современного образования»: в 3 частях; 2018. С. 169–171.

15. Хаютин Ю.Г., Чернявский В.Л., Аксельрод Е.З. Ремонт и усиление железобетонных конструкций в зданиях из монолитного железобетона. В: Сборник докладов «Проектирование и строительство монолитных многоэтажных жилых и общественных зданий, мостов и тоннелей»; 2004. С. 195–199. URL: https://in-teraqua.biz/stati/30-remont-i-usilenie-zhelezobetonnykh-konstruktsij-v-zdaniyakh-iz-monolitnogo-zhelezobetona (дата обращения 22.08.2023).

16. Данилов С.В., Фомичева Л.М. Усиление железобетонных колонн стальными обоймами. В: Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии. материалы международной научно-технической конференции. 2017. С. 240–241.

17. Теряник В.В. Прочность и устойчивость внецентренно-сжатых элементов, усиленных железобетонными и металлическими обоймами. Автореф. дис. докт. техн. наук. Челябинск; 2007. 24 с. URL: http://www.dslib.net/stroj-konstrukcii/prochnost-i-ustojchivost-vnecentrenno-szhatyh-jelementov-usilennyh-zhelezobetonnymi.html (дата обращения 22.08.2023).

18. Polskoy P., Georgiev S., Muradyan V., Shilov A. The Deformability of Short Pillars in Various Loading Options and External Composite Reinforcement. MATEC Web of Conferences. 2018;(196):02026. URL: https://doi.org/10.1051/matecconf/201819602026

19. Польской П.П., Маилян Д.Р., Георгиев С.В. О влиянии гибкости стоек на эффективность композитного усиления. Инженерный вестник Дона. 2015;(4). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/o-vliyanii-gibkosti-stoek-naeffektivnost-kompozitnogo-usileniya (дата обращения 29.08.2023).

20. Польской П.П., Маилян Д.Р., Георгиев С.В. Прочность и деформативность коротких усиленных стоек при малых эксцентриситетах. Инженерный вестник Дона. 2014;(4). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/prochnost-i-deformativnost-korotkih-usilennyh-stoek-pri-malyh-ekstsentrisitetah (дата обращения 02.09.2023).

21. Георгиев С.В., Меретуков З.А., Соловьева А. И. Сравнение методик усиления внешним армированием композитных материалов. Инженерный вестник Дона. 2021;(10). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sravneniemetodik-usileniya-vneshnim-armirovaniem-kompozitnyh-materialov (дата обращения 06.09.2023).

22. Georgiev S, Mailyan D, Blyagoz A. Proposals for Determining the Relative Deformations Design Value of εb3 Con- crete in Volumetric Deformation Conditions. Materials Science Forum. 2021;(1043):155-162. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1043.155

23. Mander JB, Priestly MJN, Park R. Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete. Journal of Structural Engineering. 1988;114(8):1804-1826. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1988)114:8(1804)