One of the most important tasks today is to increase the strength characteristics of structures. A fairly popular and common material for construction can be called concrete. But this building material and its strength characteristics directly depend on its raw material composition, the method of mixing and other factors that arise at the stage of mixing and laying the concrete mixture. Many scientists from all over the world have been looking for solutions to the problem of selecting a mixture that can have the best properties and could be used in critical structures, or a way to strengthen critical reinforced concrete structures.
Speaking about the reinforcement of structural elements, at this stage, reinforcement with composite reinforcement (FAP) is used, which increases the strength characteristics of the structure.
FAP reinforcement is a composite material based on carbon, aramid, glass and basalt fibers in the form of canvases, lamellas, rods.
Keywords: FAP, concrete, composite material, construction.
В настоящее время в связи с техническим перевооружением множества предприятий промышленного комплекса и зданий гражданского назначения необходимо усиление элементов конструкций.
Для нахождения механических характеристик арматуры опытных образцов были изготовлены и испытаны на растяжение образцы стержней арматуры. Испытания образцов были проведены в соответствии с требованиями по [1].
С целью этого исследования отобрали 5 стержней с рабочей длинной 200мм, на которые делительной машиной наносятся метки через каждые 10мм.
Испытания проводились в разрывной гидравлической машине WEW-500 с максимальной нагрузкой 500кН (50тс).
В ходе эксперимента были определены некоторые характеристики стали: относительное удлинение, предел текучести, временное сопротивление и модуль упругости. Общий вид испытания арматурных стержней показан на рисунке 1.
Рис. 1. Общий вид испытаний арматурной стали
Механические характеристики арматурной стали в таблице 1
Таблица 1
Механические характеристики арматурной стали
|
Диаметр арматуры |
Площадь поперечного сечения, см 2 |
<ут , МПа |
|
E s , МПа |
8 , % |
|
d8 А400 |
0.503 |
382 |
628 |
1.96105 |
12.5 |
|
d6 А400 |
0.283 |
370 |
670 |
1.93105 |
12.57 |
Таблица 2
Состав бетонной смеси
|
Класс бетона по прочности на сжатие |
Расход материалов на 1м 3 бетона, кг |
В/Ц |
|||
|
Цемент |
Щебень |
Песок |
Вода |
||
|
В20 |
320 |
1040 |
860 |
165 |
0.51 |
Рис. 2. Общий вид проведения испытаний композитного материала
Для испытаний возьмем образцы железобетонных балок серии: Б1, Б2. В Б1 вошли балки Б1.1, Б1.2.
Б2 в свою очередь содержал балки Б2.1, Б2.2. Данные балочные элементы были усилены внешним композитным армированием на основе углеродных волокон, приклеенной к нижней грани шириной 90мм.
На балке Б2.2 были выполнены торцевые хомуты шириной 120мм из такого же композитного материала. Балка Б2.1-без хомутов. Образцы серии Б.2 до испытаний представлен на рисунке 3.
Рис. 3
Балки нагружаются кратковременной нагрузкой до разрушения.
Рис. 4. Расчетная схема при испытании образцов
Методом загружения стало загружение с помощью гидравлических домкратов, т.к. данная методика даёт возможность с более высокой точностью определять прилагаемую нагрузку.
Рис. 5. Испытательный стенд для нагружения образцов:
1 — основная траверса, 2 — опытный образец, 3 — гидравлический домкрат, 4 — распределительная траверса, 5 — тяжи из арматуры d25 А400, 6 — опорная траверса, 7 —пакет пластин, 8 — установочный винт, 9 — шарнирно-неподвижная опора, 10— шарнирно-подвижная опора, 11 — насосная станция, 12 — манометр, 13 — шланг
В момент испытания в лаборатории температура воздуха составляла 22°С, влажность — 60...65 %. Величина нагружения мониторилась по показаниям манометра, а затем пересчитывалось по тарировочной таблице. Тарировочная таблица была разработана совместно с испытательным стендом путем сопоставления показаний манометра и прогиба контрольной металлической балки прокатного профиля.
Результаты экспериментальных исследований композитных материалов на отрыв от поверхности бетона указаны в таблице 3.
Таблица 3
Значения предельных нагрузок при испытании образцов на прочность при отрыве от поверхности бетона
|
Маркировка образца |
Предельная внешняя нагрузка на образец Per , кН |
Предельное усилие растяжения в композитном элементе Тег, кН |
Характер разрушения |
|
ОК-1–1 |
10.50 |
21.00 |
Отрыв бетона вблизи склеиваемой поверхности до нижней арматуры при отсутствии разрушения композитного элемента и его отслоения |
|
ОК-1–2 |
10.66 |
21.32 |
|
|
ОК-2–1 |
21.58 |
31.11 |
|
|
ОК-2–2 |
22.26 |
32.05 |
Результаты испытаний железобетонных балок, доведенных до разрушения представлены в таблице 4.
Таблица 4
Результаты испытаний образцов на прочность
|
Серия испытаний |
Маркировка образца |
Мразр. кНм |
М f разр, кНм |
М f разр, |
Характер разрушения |
|
Мразр. |
|||||
|
Б-1 |
Б-1–1 |
7.12 |
- |
- |
По нормальным сечениям в зоне чистого изгиба |
|
Б-1–2 |
7.19 |
- |
- |
||
|
Б-2 |
Б-2–1 |
- |
10.02 |
140 % |
Отслоение композита с разрушением защитного слоя бетона |
|
Б-2–2 |
- |
11.63 |
163 % |
Разрыв композита в приопорной зоне, раздробление бетона сжатой зоны |
Литература:
1. ГОСТ 10180–2012 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам. — М.: Стандартинформ, 2013. — 30 с.
2. ГОСТ 25.601–80 Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей. Метод испытания плоских образцов на растяжение при нормальной, повышенной и пониженной температурах /,-М.: Стандартинформ, — 2005. — 15 с.
3. Есипов С. М. Влияние скорости и режима нагружения на прочность и жесткость армированных углепластиков / С. М. Есипов, С. И. Меркулов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова.-2017.-№ Г-С. 52–56.
