Некоторые сведения об усилении железобетонных элементов композитными материалами | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 18 июля, печатный экземпляр отправим 22 июля.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №20 (310) май 2020 г.

Дата публикации: 16.05.2020

Статья просмотрена: 2 раза

Библиографическое описание:

Кракович, И. А. Некоторые сведения об усилении железобетонных элементов композитными материалами / И. А. Кракович, П. Г. Янушпольский. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 20 (310). — С. 111-115. — URL: https://moluch.ru/archive/310/70075/ (дата обращения: 10.07.2020).



В статье авторы приводят сведения об эффективности усиления углеволокном железобетонных элементов, преимущества и недостатки метода, рекомендуемые размеры пазов и композита.

Ключевые слова: углеволокно, усиление, железобетонные элементы.

Введение

Композитные материалы на основе углеродного волокна широко применяют в строительной отрасли в качестве системы внешнего армирования при усилении несущих строительных конструкций зданий и сооружений. Перспективным способом усиления является установка стержней из композитных материалов в пазы. Далее приведены статьи и работы, посвященные данной тематике.

В работе [1]проводят ряд экспериментов с целью сравнения усиливающей способности приклеиваемых и установленных в пазы полос углепластика. В качестве образцов взяты бетонные стержни длиной 90 см, поперечным сечением 20х20 см и трещиной посередине.

образцы на разрыв

Рис. 1. Образцы для испытания на разрыв

Образцы D1 и D3 имеют одинаковое поперечное сечение композитных лент, а образцы D2 и D3 одинаковую поверхность закрепления.

Как видно из рис. 2, полосы из композитного материала в пазах более чем в 3 раза пластичней.

Напр-деф-разрыв

Рис. 2. Диаграмма напряжения-деформации

Предел прочности на разрыв для пластин 2600 МПа, таким образом при установке на поверхность используется 20 %, а при установке в пазы уже 50 % от предела прочности композитного материала.

Во второй серии экспериментов на изгиб испытывались две пары балок с поперечным сечением 35х15 см и 300 см длиной (рис.3).

D:\Рабочий стол\учеба\НИР\Рисунки\образцы на изгиб.jpg

Рис. 3. Образцы для испытания на изгиб

Разрушение образцов с усилением на поверхности происходило вследствие отслоения пластин, начинаясь с появления трещины в середине балки. Образец А2 разрушился после разрыва полосы из композитного материала, а разрушение образца В2 началось со сжатой зоны бетона.

Таким образом, несущая способность при усилении в пазах более чем в два раза выше, чем при усилении на поверхности. Этот факт, несомненно, делает данный вид усиления еще более привлекательным и перспективным.

В работе [2]рассматривают основные механизмы разрушения элементов, усиленных в пазах. Первый — разрушение клеевого слоя поверх стержней. Среди решений — применение более прочного клея и увеличение защитного слоя. Второй тип — разрушение бетона вокруг пазов, происходит в случае, когда растягивающие напряжения в зоне бетон-клей превосходят напряжения в бетоне. Как вариант решения — увеличение ширины паза (рис.4).

Напряжения вокруг стержня

Рис. 4. Эпюра напряжений

В работе [3]проводится сравнение метода усиление на поверхности externally bonded reinforcement (EBR) и в пазах near-surface-mounted (NSM). В ходе эксперимента проведено 18 испытаний для поверхностного усиления и 24 для усиления в пазах, с использование таких композитных материалов как карбон, стекловолокно и базальт с разной формой поперечного сечения и разно обработкой поверхности. По результатам испытаний заключено, что композитный материал в пазах используется эффективней (36–100 %), чем при поверхностном усилении (в среднем 15 %). Таким образом метод вклеивания в пазы можно рассматривать альтернативой. При этом методе достигается большая осевая жесткость, особенно при усилении ребристых поверхностей. В то же время метод более требователен к технологии установки и заливки пазов адгезивным составом.

В работе [4]рассматриваются механизмы разрушения при усилении в пазах. На рис.5 приведены 4 варианта отказа элемента, усиленного в пазах.

D:\Рабочий стол\учеба\НИР\Рисунки\механизмы разрушения.jpg

Рис. 5. Причины отказа усиленного элемента

Вследствие передачи нагрузки с композитного стержня на бетон возможны 4 случая:

  1. Нарушение связи между композитным материалом и адгезивным составом, из-за чего стержни и усиливаемый элемент перестают работать совместно.
  2. Разрушение внутри адгезивного состава, зависит целиком от прочностных свойств самого состава.
  3. Нарушение связи между адгезивным составом и бетоном
  4. Разрушение бетона в непосредственной близости от паза. 3

В статье [5]опять же приводятся различные механизмы разрушения в двух группах:

Нарушение связи между материалами

  1. Отрыв адгезивного состава от композитного материала. Возможен при использовании гладких стрежней и при слабой пескоструйной обработке.
  2. Отрыв адгезивного состава от бетона. Происходит при машинно-выполненных пазах из-за их слишком ровной поверхности.

Разрушение по поверхности

Отрыв внешнего слоя клеевого состава. Схож с разрушением защитного слоя бетона при использовании изогнутой арматуры, но из-за большей пластичности композитных стержней разрушение происходит не так интенсивно. Причина — радиальные напряжения. Возможны варианты: отрыв по трещине в бетоне, отрыв по бетону с продольными трещинами в клеевом составе и отрыв всего объема состава (рис. 6).

Разрушение поверхности_ll

Рис. 6. Отрыв под действием радиальных напряжений

Отрыв по краям

Происходит при слишком близкой установке композитного стержня к поверхности. Необходимая глубина заделке выбирается при проектировании.

Разрыв композитных стержней

При использовании непреднапряженных стержней наблюдается редко. Этого вида разрушения стоит избегать из-за его мгновенного характера.

Таким образом в вышеупомянутых статьях рассмотрены рекомендации по проектированию усиления, механизмы отказа систем усиления и ситуации их возникновения.

Литература:

  1. Blaschko M., Zilch K. Rehabilitation of concrete structures with cfrp strips glued into slits. Munich, Germany: Technische Universität München.
  2. Sami Rizkalla T. H. A. N. H. Design recommendations for the use of FRP for reinforcement and strenghening of concrete structures. Raleigh, USA: Prog. Struct. Engng Mater/, 2003.
  3. Bilotta A., Ceroni F., Ludovico M. D., Nigro E., Pecce M., Manfredi A. G. Bond Efficiency of EBR and NSM FRP Systems for. American Society of Civil Engineers, 2011.
  4. F. M.R., Coelho, Sena-Cruz J. M., LuísA. C. N. A review on the bond behavior of frp nsm systems in concrete. Guimarães, Portugal: ISISE, University of Minho.
  5. Szabó Z. K., Balázs G. L. Near surface mounted FRP reinforcement for strengthening of concrete. Budapest: Periodica Polytechnica Civil Engineeri, 2007.
Основные термины (генерируются автоматически): композитный материал, паз, поперечное сечение, нарушение связи, отрыв, усиление, клеевой состав, композитный стержень, поверхностное усиление, EBR.


Ключевые слова

усиление, углеволокно, железобетонные элементы

Похожие статьи

Усиление металлических конструкций композитными...

Бикбаева, К. А. Усиление металлических конструкций композитными материалами / К. А. Бикбаева, К. С. Савинкова.

Усиление композиционными материалами, как метод восстановления и увеличения несущей способности конструкций, успешно используется по...

Реконструкция мостов с использованием композитных...

Ключевые слова: грузоподъемность, железобетонный мост, усиление, композитные материалы. Железобетонные мосты повсеместно возводятся при строительстве развязок автомагистралей.

Усиление композиционными материалами, как метод...

Ключевые слова: FRP, усиление, стекловолокно. Усиление колонн представляет собой инженерную проблему, которая наряду с другими техническими проблемами имеет конкретное решение для каждой из задач. Каждое из этих решений имеет свои преимущества и недостатки...

Усиления железобетонных балок перекрытия углепластиком

Ключевые слова: композитный материал, углепластика, железобетон, балка, усиление.

Выбор типа композиционного материала для усиления определяется условиями

А для восприятия поперечной нагрузки и для закрепления арматуры (анкеровки) устанавливаются...

Усиление тканевыми полимерными композитами...

Объемы реконструкции и усиления конструкций сооружений ежегодно неуклонно возрастают. Одной из главных задач при этом является обеспечение работоспособности железобетонных конструкций, полностью или частично сохраняемых при реконструкции сооружений.

Применение композиционных материалов в конструкции БПЛА

Композитные материалы представляют собой металлические и неметаллические матрицы (основы) с заданным распределением в них упрочнителей (волокон, дисперсных частиц и др.); при этом композитные материалы позволяют эффективно использовать индивидуальные...

Влияние состава наполнителей на свойства полимерных...

В статье рассматривается влияние наполнителей на свойства композиционных материалов.

В связи с этим возникает проблема переработки отходов полимерных материалов, и она обретает актуальное значение не только с позиций охраны окружающей...

Cовременные проблемы применения композиционных...

В статье описаны преимущества технологии усиления железобетонных конструкций с применением композиционных материалов, армированных волокнами. Автор рассказывает о системе усиления и представляет различные свойства материалов.

Регулирование свойств полимерных композиционных...

Зубова, Н. Г. Регулирование свойств полимерных композиционных материалов на основе углеродных волокон / Н. Г. Зубова.

В связи с этим целью настоящей работы являлось изучение эксплуатационных свойств эпоксидных композитов на основе модифицированных УВ.

Сдерживающие факторы использования композитной арматуры

В статье представлена информация о свойствах композитной арматуры, основных ее достоинствах и недостатках по сравнению с традиционной стальной арматурой. Рассмотрены области применения композитной арматуры, приведены примеры...

Похожие статьи

Усиление металлических конструкций композитными...

Бикбаева, К. А. Усиление металлических конструкций композитными материалами / К. А. Бикбаева, К. С. Савинкова.

Усиление композиционными материалами, как метод восстановления и увеличения несущей способности конструкций, успешно используется по...

Реконструкция мостов с использованием композитных...

Ключевые слова: грузоподъемность, железобетонный мост, усиление, композитные материалы. Железобетонные мосты повсеместно возводятся при строительстве развязок автомагистралей.

Усиление композиционными материалами, как метод...

Ключевые слова: FRP, усиление, стекловолокно. Усиление колонн представляет собой инженерную проблему, которая наряду с другими техническими проблемами имеет конкретное решение для каждой из задач. Каждое из этих решений имеет свои преимущества и недостатки...

Усиления железобетонных балок перекрытия углепластиком

Ключевые слова: композитный материал, углепластика, железобетон, балка, усиление.

Выбор типа композиционного материала для усиления определяется условиями

А для восприятия поперечной нагрузки и для закрепления арматуры (анкеровки) устанавливаются...

Усиление тканевыми полимерными композитами...

Объемы реконструкции и усиления конструкций сооружений ежегодно неуклонно возрастают. Одной из главных задач при этом является обеспечение работоспособности железобетонных конструкций, полностью или частично сохраняемых при реконструкции сооружений.

Применение композиционных материалов в конструкции БПЛА

Композитные материалы представляют собой металлические и неметаллические матрицы (основы) с заданным распределением в них упрочнителей (волокон, дисперсных частиц и др.); при этом композитные материалы позволяют эффективно использовать индивидуальные...

Влияние состава наполнителей на свойства полимерных...

В статье рассматривается влияние наполнителей на свойства композиционных материалов.

В связи с этим возникает проблема переработки отходов полимерных материалов, и она обретает актуальное значение не только с позиций охраны окружающей...

Cовременные проблемы применения композиционных...

В статье описаны преимущества технологии усиления железобетонных конструкций с применением композиционных материалов, армированных волокнами. Автор рассказывает о системе усиления и представляет различные свойства материалов.

Регулирование свойств полимерных композиционных...

Зубова, Н. Г. Регулирование свойств полимерных композиционных материалов на основе углеродных волокон / Н. Г. Зубова.

В связи с этим целью настоящей работы являлось изучение эксплуатационных свойств эпоксидных композитов на основе модифицированных УВ.

Сдерживающие факторы использования композитной арматуры

В статье представлена информация о свойствах композитной арматуры, основных ее достоинствах и недостатках по сравнению с традиционной стальной арматурой. Рассмотрены области применения композитной арматуры, приведены примеры...

Задать вопрос