В статье рассматривается тема усиления железобетонных конструкций при использовании композитных материалов.
В настоящее время в мире наблюдается устойчивая тенденция возрастания объемов капитального строительства, что ведет за собой возрастание объемов строительных и строительно-восстановительных работ.
Необходимость строительно-восстановительных работ возникает из-за различных причин, это может быть неправильная эксплуатация, изменение технологических процессов, аварийные ситуации, просадка фундаментов в результате воздействия агрессивной среды и многие другие.
Нередко причиной возникновения дефектов на разных этапах строительства могут быть нарушение технологии производства и изготовления конструкций или ошибки при проектировании. В таком случае возникает необходимость усиления уже собранных железобетонных конструкций.
В настоящий момент в отечественной практике существует множество способов и конструктивных приемов усиления железобетонных конструкций.
Первые работы по усилению железобетонных конструкций проводились с 1912 года. Тогда для усиления конструкций применялось нанесение растворов обычных или армированных бетонов. В 1919 году инженер В. А. Струве применил и описал метод усиления железобетонных колон обоймой. В 30-е годы широкое применение имел метод усиления путем возведения разгружающих конструкций. В 1933–1935 гг. метод усиления обоймами получил новое развитие, чему способствовали исследования А. А. Гвоздева в области сцепления старого и нового бетона. А в свою очередь И. М. Литвинов предложил метод усиления односторонним наращиванием железобетона. В 1937–1938 гг. И. С. Шаров исследовал метод торкретирования рубашек и накладок с добавлением горизонтальной арматуры и хомутов.
Все методы усиления конструкций можно разделить на две группы:
- Устройство дополнительных конструкций, воспринимающих полную или частичную нагрузку (Разгружение);
- Усиление несущей способности существующих конструкций.
Разгружение подразделяется на полное (замена конструкций) и частичное (передача части нагрузки на новые конструкции).
Увеличение несущей способности конструкций:
— без изменения расчетной схемы (железобетонные обоймы, железобетонные рубашки, одностороннее наращивание, металлические обоймы);
— с изменением расчетной схемы (дополнительные жесткие опоры, дополнительные упругие опоры, металлические кронштейны, предварительно напряженные шарнирно-стержневые цепи, увеличение статистической неопределимости системы введением предварительно напряженных связей);
— с изменением напряженного состояния (дополнительная горизонтальная или шпренгельная напряженная арматура, предварительно напряженные распорки, предварительно напряженные затяжки, специальные случаи усиления отдельных элементов конструкции).
Многие годы усиление железобетонных конструкций осуществлялось с помощью железобетона и металла.
Надежность этих методов усиления подтверждена многолетними исследованиями и огромной практикой. Но они имеют ряд существенных недостатков.
Для удаленных объектов, таких как мосты, эстакады, путепроводы, — высокая технологичность, трудоемкость и материалоемкость. Материалоемкость является причиной дополнительных затрат на транспортировку и, в некоторых случаях, на применение особенных подъемно-транспортных механизмов. При усилении железобетонных конструкций методом применения металлических изделий так же не стоит забывать о мероприятиях по антикоррозийные обработки. Все перечисленные выше недостатки ведут к удорожанию работ и увеличению сроков выполнения.
Научно-технический прогресс, как известно, не стоит на месте и появление на рынке композитных материалов на основе углепластика открывают новые возможности для усиления железобетонных конструкций.
Прежде всего это связанно с особенностью физико-механических свойств этих материалов: высокая прочность, деформативность, а также схожий с металлом модуль упругости. К тому же изделия из углепластика не подвержены коррозии при воздействии агрессивной среды, а использование углеткани позволяет усиливать конструкции практически любой формы поперечного сечения.
К тому же усиление железобетонных конструкций композитными материалами имеет целый ряд преимуществ перед традиционными методами.
Это сокращение штата специалистов, необходимых для выполнения работ, сокращение количества необходимой техники и материальных ресурсов.
Это в свою очередь делает данный метод усиления мобильными менее трудоемким, что позволяет существенно сэкономить транспортных расходах и грузоподъемных механизмах.
Необходимо отметить простоту процесса усиления композитными материалами, представляющими собой наклеивание на подготовленную железобетонную поверхность.
Разработка и внедрение композитных материалов в строительстве имеет большие перспективы в виду высокой эффективности и надежности.
В 2014 году в Российской Федерации вышел Свод правил по усилению железобетонных конструкций композитными материалами. Это открывает новые возможности для дополнительного использования композитных материалов в строительстве.
Поскольку композитные материалы это все еще развивающаяся отрасль, в вышеуказанном Своде правил, есть ряд недоработок и недостатков:
— сильно сужена ограничениями область усиления сжатых элементов;
— отсутствует методика расчета для конструкций, усиленных композитными материалами одновременно в продольном и поперечном направлении, что не позволяет максимально эффективно использовать материалы усиления;
— необходимость проведения дополнительных исследований, так как имеющиеся нормативные формулы построены в основном на иностранных результатах и исследованиях, что требует подтверждения их в России.
Несмотря на новизну использования композитных материалов в строительстве, они прочно заняли свое место в технологии производства и усиления железобетонных конструкций.
Литература:
- А. А. Быков, В. Н. Снигирева, А. А. Корягин «Экспериментальное исследование железобетонных балок, усиленных углепластиком», 2016 г.
- Э. И. Батяновский, А. И. Бондаревич «Вибропресованный бетон: технология и свойства», 2018 г.
- А. Н. Малахова «Рассчет железобетонных конструкций многоэтажных зданий», 2017 г.
- Д. Г. Неволин, Д. Н. Смердов, М. Н. Смердов «Усиление железобетонных конструкций многоэтажных зданий и сооружений различного назначения полимерными композитными материалами», 2017 г.
- М. В. Смолина, А. Е. Прохорова «Опыт применения внешнего армирования железобетонных пролетов», 2016 г.
- В. М. Степанова, А.Ю. Степанов, Е. П. Жирков «Арматура композитная, полимерная», 2014 г.
- С. Д. Семенюк, Ю. Г. Москалькова «Прочность и деформативность изгибаемых и железобетонных элементов», 2017 г.
- Тиханов И. Н., Мешков В. З., Расторгуев Б. С. «Проектирование армирования железобетона», Москва 2016 г.
