Розрахунок міцності похилих перерізів залізобетонних балок, підсилених вуглепластиковими матеріалами при однократному навантаженні

 

 

 

В статті наводяться результати розрахунку міцності похилих перерізів залізобетонних балок без підсилення, а також з підсиленням вуглепластиковими матеріалами.

В статье приводятся результаты расчета прочности наклонных сечений железобетонных балок без усиления, а также с усилением углепластиковыми материалами.

The article presents the results of calculating the strength of sloping sections of reinforced concrete beams without strengthening as well as strengthened by coal plastic materials.

 

Ключові слова:

Бетон, армування, балка, підсилення.

Бетон, армирование, балка, усиление.

Concrete, reinforcement, beam, strengthening.

Стан питання та задачі дослідження. Кількість фізично застарілих споруд в Україні, які мають експлуатаційні пошкодження та дефекти, за роки незалежності постійно зростає. Крім того, зі зміною призначення і умов експлуатації будівель та споруд досить часто збільшуються експлуатаційні навантаження, які більші за прийняті при проектуванні. Внаслідок цього для продовження нормальної експлуатації конструкцій необхідне їх підсилення.

Одним із ефективних та перспективних напрямків підсилення згинальних залізобетонних конструкцій є використання композитних матеріалів, зокрема стрічок і полотен із вуглецевих волокон фірми Sika.

Для більш широкого використання в Україні вуглепластикових стрічок і полотен як додаткового зовнішнього армування для підсилення похилих перерізів згинальних залізобетонних конструкцій необхідна достатня кількість експериментально-теоретичних досліджень та створення на базі існуючих нормативних документів оптимальної методики розрахунку.

Аналіз останніх досліджень. Вивченню роботи підсилених залізобетонних конструкцій сучасними композитними матеріалами, в тому числі вуглепластиковими, присвятили свої роботи В. Кваша, І. Мельник, Р. Добрянський, А. Мурин, Я. Римар, В. Чернявський, М. Климпуш, М. Камінська, Р. Катиня, Я. Кубіцкі, Т. Бартошик та ін.

В. Кваша [1] пропонує розглядати напружено-деформований і граничний стан приопорної ділянки підсиленої вуглепластиковими елементами балки аналогічним як і для непідсиленої, оскільки наклеєні елементи підсилення розглядає як додаткову зовнішню арматуру. Такий підхід дозволяє адаптувати методику розрахунку міцності похилих перерізів непідсилених балок до аналогічного розрахунку підсилених з врахуванням наклеєних елементів підсилення як додаткового поперечного армування вертикальними або похилими стрічками або полотнами.

А. Мурин [2] пропонує розраховувати міцність нормальних перерізів згинальних залізобетонних елементів, підсилених зовнішньою композитною арматурою за формулами СНиП 2. 03. 01-84* з приведенням зовнішньої композитної арматури до відповідної кількості внутрішньої сталевої арматури за показниками деформативності та площі поперечного перерізу. При цьому умовний розрахунковий опір на розтяг зовнішньої композитної арматури визначається з умов її граничної деформації, яка прийнята рівною 0, 5%.

Мета досліджень – запропонувати методику розрахунку міцності похилих перерізів залізобетонних балок, підсилених вуглепластиковими матеріалами як додаткового зовнішнього армування.

Методика досліджень. Для експериментальних досліджень було виготовлено залізобетонні балки довжиною 2 м та розмірами поперечного перерізу 160 х 100 мм із бетону заводського замісу класу С30/35.

Армувались балки двома плоскими зварними каркасами, які потім об’єднувались у просторовий. У якості поздовжньої арматури використано 2 стержні Ø12 А500С. Поперечне армування було призначене із поперечних стержнів (хомутів) діаметром 3 мм класу Вр-I з кроком sw= 75 мм. Для випробування балок в експерименті прийнята статична схема – балка на двох опорах, прольотом 1, 8 м, завантажена двома симетричними зосередженими силами, відстань між якими становить 1200 мм.

Дві балки (марки БОП-1 і БОП-2) випробовувалися монотонним ступінчастим навантаженням до досягнення межі експлуатаційної надійності. Ознакою такого стану є розкриття нормальних тріщин в нижній розтягнутій зоні бетону, на рівні робочої арматури, або похилих тріщин шириною більшою за wk =0, 4 мм. Після досягнення такого стану балка розвантажувалася. На другому етапі досліду ми проводили підсилення похилих перерізів балок шляхом наклеювання на поверхню бетону в зоні утворення похилих тріщин композитних матеріалів – вуглепластикових стрічок Sika CarboDur S512 та полотен SikaWrap-230 C/45 фірми Sika (рис. 1). При цьому 2 балки були підсилені без попереднього випробування, а 2 підсилені балки (марки БОП-1 і БОП-2), були попередньо випробувані на однократне навантаження (табл. 1). Підсилення всіх балок виконувалося у розвантаженому стані кваліфікованими працівниками фірми Sika згідно передбаченої технології. У схемі підсилення вуглепластиковими стрічками наклеєні смужки полотна відіграють роль додаткового анкерування стрічок.

 

Рис. 1. Схеми підсилення похилих перерізів балок шляхом наклеювання на поверхню бетону: а) вуглепластикових полотен; б) вуглепластикових стрічок

 

Підсилені балки БОП-1пс1, БОП-2пс2, які були попередньо випробувані, а також підсилені балки БПС-1 і БПС-2, які до підсилення не випробовувалися, були доведені до руйнування. Позначення пс1 в маркуванні балок означає, що підсилення виконувалося полотном SikaWrap, пс2 – стрічкою SikaCarboDur.

 

Таблиця 1

Методика підсилення та випробування балок на однократне навантаження

 

Розрахунок міцності похилих перерізів підсилених і непідсилених залізобетонних балок пропонується виконувати за