+7 (495) 787-90-38, доб. 105

Экспериментальная оценка эффективности усиления железобетонных конструкций элементами внешнего армирования из углеволокна


В настоящее время в России практически не разрабатываются новые методы усиления существующих зданий и сооружений, в которых бы использовались современные материалы и технологии. Однако в практике обследования зданий и сооружений неоднократно приходилось сталкиваться с конструкциями, усиленными по западным технологиям-элементами внешнего армирования из высокопрочных волокон–углеродных лент и холстов. Эти методы усиления привлекательны для заказчика и удобны в исполнении. Однако широкое внедрение композитов на основе угольных волокон, в том числе и для сейсмоусиления, столкнулось с проблемой отсутствия данных экспериментальных исследований по поведению элементов внешнего армирования при значительных статических деформациях и при действии знакопеременных сейсмических нагрузок.

Приведенные ниже результаты являются первым этапом в программе исследований, разработанной специалистами НИЦ 26 ЦНИИ и ВНИИЖБ.

Целью исследований, проведенных на статическом силовом стенде, была оценка влияния элементов внешнего армирования на несущую способность объемного блока, см. рис. 1 и 2, и на перераспределение усилий в элементах исследуемой конструкции.

Объемный железобетонный блок, предназначенный для испытаний

Рис. 1. Объемный железобетонный блок, предназначенный для испытаний

Объемный железобетонный блок, предназначенный для испытаний

Рис. 2. Размещение моделей в силовом стенде для создания горизонтальной статической нагрузки.

Испытания проводились в два этапа. На первом этапе объемный железобетонный блок нагружался горизонтальный нагрузкой, создаваемой домкратами, в уровне верхней грани, до появления трещин в бетоне конструкции и достижения максимальных значений усилий на домкратах. Схема нагружения условно представлена на рис. 3, а на рис. 4 – характерное разрушение в виде трещины объемного железобетонного блока после снятия нагрузки.

Размещение моделей в силовом стенде для создания горизонтальной статической нагрузки

Рис. 3. Схема нагружения статической нагрузкой объемного железобетонного блока Σ

Схема нагружения статической нагрузкой объемного железобетонного блока Σ

Рис. 4. Характерные повреждения железобетонного блока после достижения максимальных усилий.

На втором этапе, после усиления моделей с использованием ремонтных растворов и приклейки элементов внешнего армирования из углеродной ткани, нагружение повторялось, см. рис. 5. При этом фиксировались перемещения в выбранных точках блоков и максимальные усилия на домкратах, см. рис. 6.

Характерные повреждения железобетонного блока после достижения максимальных усилий

Рис. 5.Блоки, усиленные углепластиками, после повторного нагружения

Блоки, усиленные углепластиками, после повторного нагружения

Рис. 6. Диаграмма нагружения. По оси ординат–усилия на домкратах, в тоннах, по оси абсцисс–горизонтальные перемещения, в миллиметрах.

В результате испытаний было установлено, что использование углепластиковых полотен в качестве элементов усиления является эффективным и позволяет восстанавливать несущую способность поврежденных конструкций практически до первоначальных значений. Кроме того, было выявлено ряд особенностей, связанных с работой углепластиковых полотен в условиях сложных деформаций. Так, при смятии железобетонных блоков в области дверных перемычек, отмечалось отслоение полотен, см. рис. 7, вместе с частью защитного слоя бетона.

Диаграмма нагружения. По оси ординат–усилия на домкратах, в тоннах, по оси абсцисс–горизонтальные перемещения, в миллиметрах

Рис. 7. Участок отслоения углепластикового полотна на поверхности объемного блока при смятии бетона.

Кроме того, полотна теряли связь с конструкцией в местах существенных сдвиговых деформаций на поверхности модели. При этом не было выявлено ни одного случая разрыва полотна или разрушения железобетона на участках, где имели место деформации растяжения. Не наблюдалось также разрушения защитного слоя бетона в местах предполагаемой концентрации напряжений – вблизи концов полотен.

На втором этапе будет исследована работа объемных блоков с элементами внешнего армирования в условиях интенсивной сейсмической нагрузки (на оригинальных сейсмовзрывных стендах НИЦ 26 ЦНИИ). В случае получения положительного результата, предполагается дальнейшее исследование работы конструкций с элементами внешнего армирования и разработка рекомендации по конкретным решениям сейсмоусиления зданий и сооружений.

В целом полученные результаты по оценке эффективности восстановления и усиления железобетонных конструкций с использованием композитных материалов свидетельствует о перспективности дальнейших исследований в этом направлении. По мере расширения номенклатуры отечественных углеродных тканей и эпоксидных компаундов, отвечающих особенностям строительного производства, а также расширения исследований по возможности их применения, эта технология имеет все шансы занять ведущее место на российском рынке и потеснить традиционные методы усиления строительных конструкций.

Савин С.Н., Мочалов А.Л., Беляев В.С., Демишин С.В., Савина М.В., Ковалев А.А.

Новости