Портал освітньо-інформаційних послуг «Студентська консультація»

  
Телефон +3 8(066) 185-39-18
Телефон +3 8(093) 202-63-01
 (066) 185-39-18
Вконтакте Студентська консультація
 studscon@gmail.com
 facebook.com/studcons

<script>

  (function(i,s,o,g,r,a,m){i['GoogleAnalyticsObject']=r;i[r]=i[r]||function(){

  (i[r].q=i[r].q||[]).push(arguments)},i[r].l=1*new Date();a=s.createElement(o),

  m=s.getElementsByTagName(o)[0];a.async=1;a.src=g;m.parentNode.insertBefore(a,m)

  })(window,document,'script','//www.google-analytics.com/analytics.js','ga');

 

  ga('create', 'UA-53007750-1', 'auto');

  ga('send', 'pageview');

 

</script>

Результати експериментальних досліджень залізобетонних балок, підсилених композитними матеріалами

Предмет: 
Тип роботи: 
Стаття
К-сть сторінок: 
11
Мова: 
Українська
Оцінка: 
Результати експериментальних досліджень залізобетонних балок, підсилених композитними матеріалами
 
Результаты экспериментальных исследований железобетонных балок, усиленных композитными материалами
 
Results of experimental researches of reinforced concrete beams strengthened by composite materials
 
Конончук О. П., аспірант (Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне)
Конончук А. П., аспирант (Национальный университет водного хозяйства и природопользования, г. Ровно)
Kononchuk А. P., post-graduate student (National University of Water Management and Nature Resources Use, Rivne)
 
В статті наведені результати експериментальних досліджень згинальних залізобетонних балок підсилених композитними матеріалами на основі вуглепластиків, за дії на них однократних та малоциклових навантажень різних режимів.
В статье приведены результаты экспериментальных исследований изгибаемых железобетонных балок усиленных композитными материалами на основе углепластиков, при действии на них однократных и малоцикловых нагрузок разных режимов.
The article gives the results of experimental researches of bend reinforced concrete beams strengthened by composite materials on the basis of carbon plastics under the action of single and small cyclic loadings of different modes.
Ключові слова:
Залізобетон, підсилення, композити, деформації, прогини, тріщини.
Железобетон, усиление, композиты, деформации, прогибы, трещины.
Reinforced concrete, strengthening, composites, deformations, bending, cracks.
 
Стан питання та задачі дослідження. Тривалість експлуатації будівель завжди була одним із основних критеріїв, що враховувалась при їх будівництві. Проте далеко не всі споруди надійно експлуатуються весь призначений їм термін. Часто їх конструкції, в результаті дії багатьох негативних чинників, знаходяться в аварійному стані і потребують ремонту, який в більшості випадків пов'язаний із їх підсиленням. На сьогоднішній день дуже великий відсоток існуючих будівель та споруд знаходяться в аварійному стані: одні через закінчення терміну своєї експлуатації, інші через збільшення експлуатаційних навантажень, на які вони не розраховані. Закордоном вже понад 30 років успішно використовуються у якості підсилення композитні матеріали на базі вуглецевих волокон у вигляді стрічок та полотен. В Україні вони теж набули значного поширення, проте їх застосування стримує відсутність чітких методів розрахунку даного підсилення, що були б адаптовані до наших норм та враховували всі можливі силові впливи. Тому мета даних досліджень: вивчити роботу згинальних залізобетонних елементів, що підсилені композитними матеріалами в розтягнутій зоні; дослідити вплив малоциклових навантажень різних рівнів на підсилені балки, з врахуванням історії роботи до їх підсилення; розробити методику розрахунку.
Методика досліджень. Для експериментальних досліджень було виготовлено 12 залізобетонних балок із бетону класу С 20/25, розмірами 100×160×2000 мм. Армування дослідних зразків та місце прикладення сил виконувалось таким чином, щоб запобігти виникненню похилих тріщин. Балки армувалися двома поздовжніми робочими арматурними стержнями Ø10 А 500С та поперечними стержнями Ø6 А 240С з кроком 50 мм (рис. 1).
 
Рис. 1. Конструкція та схема армування дослідних балок
 
Після попереднього випробовування восьми дослідних зразків, вони були підсилені за двома схемами (рис. 2) [1]. Ще чотири балки підсилювались без попереднього випробовування. За першою схемою, балки підсилені стрічкою, яка приклеювалась в нижній розтягнутій зоні по всій довжині прольоту та анкетувалась на приопорних ділянках однонаправленим полотном. За другою схемою – однонаправленим полотном, яке наклеювалось по всій довжині прольоту балки у вигляді П-подібної обойми.
 
Рис. 2. Схеми підсилення дослідних балок: а) – підсилення стрічкою Sika Carbodur
S-512; б) – підсилення полотном Sika Wrap;
1 – дослідна балка; 2 – полотно Sika Wrap; 3 – стрічка Sika Carbodur S-512;
4 – анкеровка із полотна Sika Wrap
В процесі випробувань замірялись деформації стиснутої зони бетону, розтягнутої робочої арматури, підсилюючого елементу, зміну деформацій по висоті перерізу у нормальних та у похилих площинах, зміщення підсилюючої стрічки відносно бетону, прогини балок та ширина розкриття тріщин. Схему розташування приладів на дослідній балці можна побачити на рисунку 3.
 
Рис. 3. Схеми розташування приладів на дослідній балці 1 – дослідна балка; 2 – електротензодатчики; 3 – прогиномір; 4 – індикатор годинникового типу; 5 – тензометр Гугенбергера
 
В програмі експериментальних досліджень прийняті такі умовні позначення маркування балок: Б – балка; друга буква вказує на вид навантаження (О – однократне; Ц – циклове) ; цифра після букви «Ц» вказує на вид циклового навантаження; цифра після «-» вказує номер балки випробуваної при даному виді навантаження; П1 – балка підсилена композитною стрічкою Sika Carbodur S-512; П2 – балка підсилена композитним полотном Sika Wrap (див. табл. 1). Дослідні зразки П1 та П2 підсилювались без попереднього випробовування.
 
Таблиця 1
Методика експериментальних досліджень
 
Результати досліджень. Дослідні балки, що були підсилені стрічкою руйнувались за наступною схемою: при досягненні граничного навантаження, із різким потріскуючим звуком відбувався відрив стрічки на ділянці між силою та опорою (рис. 4, а). В результаті чого стрімко ріс прогин та розвивались тріщини під силою, що супроводжувалось виколюванням стиснутої зони бетону. При цьому, анкеровка продовжувала утримувати стрічку. При подальшому завантаженні, відбувався розрив волокон анкеровки по грані стрічки.
Балки що були підсилені полотном руйнувались дещо по іншому: при граничному завантаженні почали рватись найбільш розтягнуті волокна підсилення, що знаходились на нижній грані по середині балки. Це супроводжувалось виколюванням стиснутої зони бетону (рис. 4, б). При подальшому завантаженні почали розриватись волокна, що знаходились на бічній поверхні. При цьому з’являлись горизонтальні тріщини на рівні розтягнутої арматури, що в кінцевому випадку приводило до відшарування бетону.
Рис. 4. Загальний вигляд зруйнованих балок:
а) – балка підсилена стрічкою Sika Carbodur S-512;
б) – балка підсилена полотном Sika Wrap
 
Випробовування дослідних балок на однократне навантаження, показали збільшення несучої здатності: зразків підсилених стрічкою в 1, 7 – 1, 8 рази; зразків підсилених полотном в 1, 5 – 1, 6 рази. На рис. 5 показано графік деформування внутрішньої розтягнутої сталевої арматури в балці випробуваній на однократне навантаження до (БО-2) та після (БО-2 (П1)) її підсилення. Також на даному графіку показано як змінювались деформації зовнішньої композитної арматури (стрічки) в процесі завантаження. Як ми бачимо, практично при одній і тій же величині моменту, деформування внутрішньої сталевої арматури підсиленого зразка приблизно в 1, 7 рази менше. Для прикладу, при моменті 9, 07 кН×м відносні деформації внутрішньої сталевої арматури підсиленої балки становили 155 • 10-5, а непідсиленої – 264 • 10-5.
Випробовування підсилених балок на циклові навантаження відбувалось в два етапи. Спочатку прикладені ті ж сили, що і в непідсилених балках, повторюючи всю схему циклів. Після цього за ”одиницю” бралось граничне експлуатаційне навантаження, визначене за результатами випробування підсилених балок однократним завантаженням, і знову повторювалась вся схема циклів. Результати експериментальних досліджень балки БЦ2-2 до та після підсилення, за дії на неї малоциклових навантажень по двом етапам досліджень можна побачити на рис. 6 та 7. З рис. 6 видно, що в балках випробуваних на циклове навантаження, при тих же величинах, що і до підсилення, зберігається та сама ситуація, що і при однократному завантаженні: деформації підсиленої балки менші на певну величину. Варто зазначити, що лінія деформування стрічки підсилення, на окремих ділянках, практично збігається з лінією деформування арматури до підсилення. Якщо розглянути рис. 7, де показано результати випробовувань балки до та після підсилення, при однакових рівнях навантаження, то побачимо, що лінії деформацій практично співпадають, а деформування стрічки є значно більшим за деформування арматури.
 
Рис. 5. Деформування внутрішньої сталевої та зовнішньої композитної арматури балки випробуваної однократним навантаженням
 
Рис. 6. Деформування внутрішньої сталевої та зовнішньої композитної арматури балки випробуваної при однакових величинах малоциклових навантажень
 
В таблицях 2 та 3 наведено порівняння деформацій, прогинів та ширини розкриття тріщин в балках випробуваних на однократне та малоциклове навантаження, що були підсилені стрічкою та полотном відповідно. Проаналізувавши дані результати, можна побачити, що в результаті дії малоциклових навантажень відбувається накопичення деформацій, прогинів та ширини розкриття тріщин, яке затухає вже до 5-того циклу. Проте після завантаження підсилених балок на наступному циклі вищим рівнем, відбувається незначний приріст деформацій. При всіх наступних циклах завантаження, якщо не збільшувати верхній рівень, приросту деформацій не спостерігається.
 
Рис. 7. Деформування внутрішньої сталевої та зовнішньої композитної арматури балки випробуваної при однакових рівнях малоциклових навантажень
 
Таблиця 2
Порівняння деформацій, прогинів та ширини розкриття тріщин в балках підсилених стрічкою при однаковій величині моменту: М = 8, 06 кН×м
 
Таблиця 3
Порівняння деформацій та прогинів в балках підсилених полотном при однаковій величині моменту: М = 7, 05 кН×м
 
Висновок. Підсилення залізобетонних конструкцій композитними матеріалами у вигляді стрічок та полотен, є ефективним, надійним та перспективним методом, який добре працює в умовах однократних та малоциклових навантажень. Малоциклові навантаження, зокрема високих рівнів, впливають на роботу підсилених в розтягнутій зоні згинальних залізобетонних елементів. Це відбувається за рахунок того, що бетон стиснутої зони перерізу, після дії перших циклів завантаження, практично перестає пластично деформуватися. Як наслідок, зростає пружність конструкції, про що свідчить відсутність будь-якого приросту відносних деформацій бетону, арматури, елементу підсилення, прогину та ширини розкриття тріщин на подальших циклах.
 
1. Борисюк О. П. Методика випробовування підсилених згинальних залізобетонних елементів при малоциклових навантаженнях / Борисюк О. П., Конончук О. П. // Будівельні конструкції: Міжвідомчий науково-технічний збірник наукових праць (будівництво). Випуск 74: В 2-х книгах: Книга 2. Київ, ДП НДІБК, 2011, С. 709-718
2. Кваша В. Г. Розрахунок міцності нормальних перерізів залізобетонних балок, підсилених зовнішнім наклеєним композитним армуванням, на основі деформаційної моделі / Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. – Рівне, 2008. – Вип. 16. Ч. 1. – С. 363-371.
3. Мурин А. Я. Міцність, жорсткість і тріщиностійкість залізобетонних балок, підсилених зовнішньою композитною арматурою: дис. канд. техн. наук: 05. 23. 01 / А. Я. Мурин. – Львів, 2011. – 163 с.
4. ДБН В. 2. 6-98: 2009 Конструкції будинків і споруд. Бетонні та залізобетонні конструкції. Основні положення. – Київ: Мінрегіонбуд України, 2011. – 71 с.
5. ДСТУ Б В. 2. 6-156: 2010. Конструкції будинків і споруд. Бетонні та залізобетонні конструкції з важкого бетону. Правила проектування. – Київ: Міністерство регіонального розвитку та будівництва України, 2010. – 166 с.
Фото Капча