КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ДЕФОРМАЦИОННОГО ПРОЦЕССА В УСИЛЕННЫХ УГЛЕПЛАСТИКОМ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛКАХ

В  статье  исследуется  поведение  железобетонных  балок,  усиленных углепластиком,  в  условиях  статического  нагружения.  В  эксперименте  участвовали 22 крупномасштабных  образца  – железобетонные  балки  размером  120х220х1290мм.  Часть образцов  были  усилены  углепластиком  до  нагружения,  часть  в  процессе  нагружения  после получения первых трещин в бетоне и их инъектирования. Нагружение балок производилось по схеме  4-х  точечного  изгиба.  Деформационное  состояние  балок  контролировалось  с  помощью тензометрии  и  прогибомера.  Отслоение  углепластика  оценивалось  методом  инфракрасной термографии непосредственно в процессе нагружения.

Оценено влияние углепластика на несущую способность и жесткость балок, усиленных до приложения нагрузки и в ходе нагружения. Продемонстрирована способность углепластика сдерживать раскрытие трещин и способность метода усиления углепластиком в сочетании с инъектированием  трещин  восстановить  жесткость  конструкции.  Представлена  картина трещинообразования  в  образцах.  Показано  влияние  качества  подготовки  поверхности  на характер  отслоения  углепластика  и,  как  следствие,  характер  трещинообразования  и разрушения. Определены параметры и особенности отслоения углепластика в зависимости от механизма отслоения. Сопоставлены параметры и интенсивность отслоения углепластика при нагружении  для  балок,  усиленных  в  ненагруженном  состоянии  и  под  нагрузкой.  Выполнено сравнение экспериментальных значений деформаций отслоения, с теоретическими значениями, определенными по 8-ми известным методикам.

Показано,  что  фактическая  деформация  отслоения  углепластика  на  15-75%  ниже значений,  вычисленных  по  формуле  СП  164.1325800.2014,  а  факт  отслоения  углепластика  не определяет  предельное  состояние  усиленной  железобетонной  балки  при  наличии  надежной анкеровки продольной полосы композита на опорах.

1. Esfahani M.R., Kianoush M.R., Tajari A.R. Flexural behaviour of reinforced concrete beams strengthened by CFRP sheets // Engineering Structures. 2007. No. 29 (10). Рр. 2428-2444. doi:10.1016/J.ENGSTRUCT.2006.12.008

2. Ritchie P.A., Thomas D.A., Lu L.W., Conelly G.M. External reinforcement of concrete beams using fiber reinforced plastics. ATLSS Report No. 90-06. 1990. [Online]. System requirements: Adobe Acrobat Reader. URL: https://preserve.lib.lehigh.edu/islandora/object/preserve%3Abp-4308309. (date of application: 08.12.2022).

3. Saadatmanesh H., Ehsani M.R. RC beams strengthened with GFRP plates. I: Experimental study // ASCE. 1991. No. 117 (11). Рр. 3417-3455. doi:10.1061/(ASCE)0733-9445(1991)117:11(3417)

4. Triantafillou T.C., Plevris N. Strengthening of RC beams with epoxy-bonded fibre-composite materials // Materials and Structures. 1992. No. 25 (4). Рр. 201-211. doi:10.1007/BF02473064

5. Shahawy M.A., Arockiasamy M., Beitelman T., Sowrirajan R. Reinforced concrete rectangular beams strengthened with CFRP laminates // Composites Part B: Engineering. 1996. No. 27. Рр. 225-233. http://dx.doi.org/10.1016/1359-8368(95)00044-5

6. Rahimi H., Hutchinson A. Concrete beams strengthened with externally bonded FRP plates // Journal of Composites for Construction. 2001. No. 5 (1). Рр. 44-56. http://dx.doi.org/10.1061/(asce)1090-0268(2001)5:1(44)

7. Быков А.А., Третьякова А.Н., Калугин А.В. Расчет деформаций отслоения композита для усиленных изгибаемых железобетонных элементов // Вестник Томского государственного архитектурностроительного университета. 2014. № 3. С. 112-122.

8. Быков А.А., Калугин А.В., Балакирев А.А. Чистый изгиб железобетонных балок, армированных углеродным холстом // Промышленное и гражданское строительство. 2011. № 7. С. 22-25.

9. Бокарев С.А., Смердов Д.Н. Экспериментальные исследования изгибаемых железобетонных элементов, усиленных композитными материалами // Известия вузов. Строительство. 2010. № 2. С. 112–124.

10. Григорьева Я.Е. Экспериментальное исследование влияния внешнего армирования изгибаемых железобетонных балок углеволокном на прочность и жесткость конструкций // Вестник МГСУ. 2011. № 8. С. 181-185.

11. Маилян Д.Р., Польской П.П. Прочность и деформативность усиленных композитными материалами балок при различных варьируемых факторах [Электронный ресурс] // Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона». 2013. № 2. URL: http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/42R_N2y13.pdf_1676.pdf (дата обращения: 08.12.2022).

12. Шевцов Д.А. Усиление железобетонных конструкций композиционными материалами // Промышленное и гражданское строительство. 2014. № 8. С. 61-65.

13. Леонова А.Н., Чагина А.С. Сравнение особенностей U-образного анкерного крепления с другими видами креплений при усилении конструкций композитным материалом // Научные труды КубГТУ. 2021. № 5. C. 40-50.

14. Римшин В.И., Меркулов С.И. К вопросу усиления железобетонных конструкций внешним армированием композитным материалом // Вестник томского государственного архитектурно-строительного университета. 2018. № 5. C. 92-100. doi: 10.31675/1607-1859-2018-20-5-92-100

15. Yao J., Teng J.G., Chen J.F. Experimental study on FRP-to-concrete bonded joints // Composites Part B: Engineering. 2005. No. 36 (2). Рр. 99–113. doi:10.1016/j.compositesb.2004.06.001

16. Taljsten B. Defining anchor lengths of steel and CFRP plates bonded to concrete // International Journal of Adhesion and Adhesives. 1997. No. 17 (4). Рр. 319–327.

17. Woo S.K., Kim J.H.J., Byun K.J., Song Y.C. Bond-slip parameter determination procedure of RC flexure member strengthened with prestressed CFRP plates // KSCE Journal of Civil Engineering. 2013. No. 17 (1). Рр.179 - 191. doi:10.1007/s12205-013-1592-2

18. Gravina R.J., Hadigheh S.A., Setunge S. Bond and force transfer of FRP materials bonded to concrete using sitecure system // APFIS 2012. Hokkaido Univ. Japan. 2012.

19. Pellegrino C., Tinazzi D., Modena C. Experimental Study on Bond Behavior between Concrete and FRP Reinforcement // Journal of Composites for Construction. 2008. No. 12 (2). Рр. 180-189.

20. Teng J.G., Chen J.F. Debonding failures of RC beams strengthened with externally bonded FRP reinforcement: behaviour and modeling // APFIS 2007. 2007. Рр. 33-42.

21. Бокарев С.А., Костенко А.Н., Смердов Д.Н., Неровных А.А. Экспериментальные исследования при пониженных и повышенных температурах железобетонных образцов, усиленных полимерными композиционными материалами [Электронный ресурс] // Интернет-журнал «Науковедение». 2013. № 3. URL: https://naukovedenie.ru/PDF/94tvn313.pdf (дата обращения: 08.12.2022).

22. Польской П.П., Василенко Н.В., Меретуков З.А. О влиянии модуля упругости композитных материалов на прочность и деформативные свойства усиленных конструкций [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона. 2019. № 8. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/o-vliyanii-modulya-uprugostikompozitnyh-materialov-na-prochnost-i-deformativnye-svoystva-usilennyh-konstruktsiy/viewer (дата обращения: 08.12.2022).

23. Смердов Д.Н., Ящук М.О. Экспериментальные исследования несущей способности изгибаемых железобетонных элементов, усиленных преднапряженными полимерными композиционными материалами // Научный журнал строительства и архитектуры. 2019. № 3 (55). C. 72-83. doi: 10.25987/VSTU.2019.55.3.008

24. Zhang Ah., Jin Wl., Li Gb. Behavior of preloaded RC beams strengthened with CFRP laminates. J. Zhejiang Univ. - Sci. 2006. No. 7 (3). Рр. 436-444. https://doi.org/10.1631/jzus.2006.A0436

25. Parikh K. Modhera C.D. Application of GFRP on preloaded retrofitted beam for enhancement in flexural strength // International journal of civil and structural engineering. 2012. No. 2 (4). Рр.1070-1080.

26. Римшин В.И., Меркулов С.И., Есипов С.М.. Бетонные конструкции, усиленные композитным материалом // Вестник инженерной школы ДВФУ. 2018. № 2 (35). C. 93-100. doi.org/10.5281/zenodo.1286034

27. Bykov A., Shardakov I., Shestakov A.Determination of thermography modes for recording delamination between composite material and reinforced concrete structures // Diffusion and Defect Data Pt.B: Solid State Phenomena. 2015. No. 243. Рр. 97-104. doi:10.4028/www.scientific.net/SSP.243.97

28. ACI 440.2R-08. Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures. ACI. 2008.

29. CNR-DT 200/2004. Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Existing Structures. Rome. 2004.

30. Recommendations for Upgrading of Concrete Structures with Use of Continuous Fiber Sheet // Concrete Engineering Series 41. Japan Society of Civil Engineers. 2001.

31. Teng J.G., Smith S.T., Yao J., Chen J.F. Intermediate crack-induced debonding in RC beams and slabs // Construction and Building Materials. 2003. No. 17 (6-7). Рр. 447-462.

32. Lu X.Z., Teng J.G., Ye L.P., Jiang J.J. Intermediate crack debonding in FRP-strengthened RC beams: FE analysis and strength model // Journal of Composites for Construction. 2007. No. 11(2). Рр.161-174. doi:10.1061/(ASCE)1090-0268(2007)11:2(161)

33. Said H., Wu Z. Evaluating and proposing models of predicting IC debonding failure // Journal of Composites for Construction. 2008. No. 12 (3). Рр. 284-299. doi:10.1061/(ASCE)1090-0268(2008)12:3(284)

34. СП 164.1325800.2014. Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования. 35. Неровных А.А. Автореферат. Совершенствование методики оценки грузоподъемности железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов, усиленных композиционными материалами. Новосибирск. 2013.