Способы усиления балочный конструкций композитными материалами

   Анализируется поведение деформированных балочных конструкций существующими методами и высказывается концепция проведения ремонтных работ. Предлагаются способы усиления конструкций композитными материалами отечественного и зарубежного производства.
  В строительной практике давно пытаются осуществить принцип облегчения и одновременного усиления несущей способности конструкций путём замены стали в железобетонных конструкциях неметаллической арматурой. Для решения этой проблемы в истории известны случаи применения деревянных реек, бамбука, камыша. Однако эти материалы недолговечны и обладают низкой прочностью.
  Раннее считалось, что наиболее перспективными материалами для использования в качестве рабочей арматуры, являлись стеклянное или каменное волокно, обладающие высокой прочностью.
  Идея применения стеклопластиковой арматуры впервые была высказана в 1941 г. архитектором А.К. Буровым. Позже разработки в этом направлении велись в Польше, Чехословакии, ГДР, Англии, Франции, США и других странах.
  Предполагалось, что замена стальной арматуры стеклопластиковой может повысить долговечность конструкций, эксплуатируемых при воздействии агрессивных сред, при наличии блуждающих токов, а также расширить область применения бетонных антимагнитных и диэлектрических армированных конструкций в разных сферах человеческой деятельности.
  Главным препятствием замены стальной арматуры стекловолокном, как ранее считалось, являлось её «старение», характеризующееся уменьшением прочности.
  В настоящее время рядом стран, в т.ч. Россией, разработаны технологии производства стеклопластиковой арматуры, обладающей физико-механическими свойствами, приближающимися к свойствам металлов и значительно превосходящими их коррозионной стойкостью.
  Результаты испытаний изгибаемых элементов подтвердили надёжную совместную работу напрягаемой композитной арматуры с бетоном.
  В последнее время исследуются возможности применения в предварительно напряженных гибких элементах эффектов деформации ползучести и релаксации напряжений стальной и стеклопластиковой арматуры.
  Относительно высокий модуль упругости стеклопластиковой арматуры предопределяет целесообразность использования её как для предварительно напряженных конструкций, так и для всевозможного рода ремонтных работ, а также для усиления железобетонных конструкций, потерявших или теряющих в процессе эксплуатации несущую способность.
  Существует мнение, что в конструкциях с ненапрягаемой арматурой, в частности, армированной стеклопластиком, может иметь место чрезмерно большое раскрытие трещин.
  Существенным преимуществом стеклопластиковой арматуры является её коррозионная стойкость, практически по отношению ко всем типам агрессивных воздействий, и, в частности, к агрессивному влиянию блуждающих токов. В связи с этим стеклопластиковые конструкции целесообразно применять в цехах химической, коксо-химической, текстильной промышленности, а также в конструкциях и их элементах, расположенных под землёй и во всевозможного рода других агрессивных средах.
  Необходимо отметить, что в настоящее время отечественными специалистами разрабатываются технологии по исключению возможных щелочных реакций, действующих на стеклопластик разрушающе.
  Настоящая работа, по мнению авторов, значительно расширяет рамки применения композитных материалов в качестве альтернативы металлам.
  Установлено, что строительные конструкции, в частности балки, нагружаемые последовательно возрастающей нагрузкой вплоть до их разрушения, подвержены трём последовательным характерным стадиям напряженно-деформированного состояния. Так, при малых нагрузках, присущих стадии I, напряжения в бетоне и арматуре имеют небольшие значения, сами деформации носят преимущественно упругий характер, а зависимости между напряжением и деформацией линейны. С увеличением нагрузки напряжения в бетоне растянутой зоны быстро приближаются к пределу прочности при растяжении sб.р.=Rр. При дальнейшем увеличении нагрузки бетон растянутой зоны разрушается и исключается из работы в местах образования трещин. Наступает новое качественное состояние – стадия II. В растянутой зоне и в местах, где образовались трещины, внутренние растягивающие усилия воспринимаются арматурой. На участках между трещинами сцепление бетона и арматуры не нарушается и бетон продолжает работать на растяжение. С увеличением нагрузки в сечении при мягкой арматуре стадия II может перейти в стадию IIа – в растянутой арматуре напряжения достигают Ra = st, тогда как в сжатой зоне напряжения в бетоне остаются ниже его предела прочности Rр. Разрушение сечения наступает, когда напряжения в растянутой арматуре достигают предела прочности Ra, и вследствие значительного прогиба элемента разрушается сжатая зона – стадия III.
  За последнее время сформировалось и активно развивается новое направление в механике деформирования твердых тел, получившее название механика разрушения.
  Под этим термином понимается изучение условий равновесия и распространения макротрещин внутри нагруженных элементов конструкций, вплоть до их полного разрушения.
  Целый ряд катастроф произошел при сравнительно невысоких уровнях напряжений. Внешне они носили характер хрупкого внезапного излома и их можно было объяснить только после тщательного изучения устойчивости трещин. Такие трещины, пустоты, раковины практически всегда есть в реальных объектах, в том числе вследствие технологического брака выпускаемого материала.
  Проблема трещиностойкости строительных конструкций значительно возрастает в связи с применением современных высокопрочных материалов и повышением уровня нагруженности строительных конструкций.
  Если толщина строительной конструкции t мала по сравнению с пролётом, или t®Ґ, то и в том и в другом случае задачу можно привести к задаче о плоском деформированном состоянии.
  Известно, что обе эти задачи при заданных напряжениях на поверхности тела дают одно и то же распределение напряжений sx, sy,sxy в плоскости xy. Различие состоит в том, что во втором случае возникают напряжения sx = m(sx + sy) и точки тела испытывают объёмное напряженное состояние. Несколько различными будут перемещения u(x, y) и v(x, y) точек этих тел.
  Как известно, решение плоской задачи в напряжениях может быть сведено к определению функции напряжений, которую обозначим F = F(x, y). Эта функция является решением бигармонического уравнения.
  При этом напряжения определяются следующим образом:
  sx= ¶2F/¶y2; sy= ¶2F/¶x2; txy= t = –¶2F/¶x¶y
  С2С2F = ¶4F/¶x4 + 2¶4F/¶x2¶y2 + ¶4F/¶y4 = 0
  Для определения деформаций перемещения выведена аналитическая зависимостькак функция четырёх параметров: Е – динамического модуля упругости материала, Jх – момента инерции сечения, L – величины пролёта конструкции и F – значений действующих нагрузок.
  Схема нагружения балки представлена на рис. 1. Найденные для указанного случая внутренние напряжения поперечных сил Q=f(s) и изгибающих моментов M=f(t), как функции соответствующих касательных напряжений (t) и нормальных напряжений (s), действующие в поперечном сечении элемента, представлены на рис. 2: диаграммы напряженно-деформированного состояния.
  Как следует из рис. 1, максимальный изгибающий момент действует на 3-м интервале, в середине пролёта указанной балки, согласно приведенной схеме нагружения, полностью соответствующей схемам, приведенным в ГОСТ 10180 – 90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.
  Принимая во внимание, что нормами проектирования железобетона допускаются деформации балочных конструкций в виде прогибов в пределах (1/200 ё1/600)L, с помощью вышеприведенной аналитической зависимости можно точно определить граничные («допустимые») значения параметров данной конструкции, т.е. допустимые значения для пролёта (L), действующих нагрузок (F) и динамического модуля упругости (E) при заданном значении момента инерции сечения (Jx) (см. таблицу).
  Усиление несущей способности железобетонных конструкций возможно методом «гамака», путём приклеивания углепластиковых лент к нижней, растянутой зоне конструкции.
  Концепция ремонта и усиления железобетонных конструкций углепластиками обусловлена воздействием внешних условий, таких как наличие агрессивной среды, динамических нагрузок, температурных деформаций.
  Проблемными вопросами являются: первоначальное низкое качество бетона; глубокие трещины и повреждения бетона; недостаточная толщина защитного слоя; все виды коррозии бетона; карбонизация бетона; коррозия арматурной стали и др.
  В результате анализа существующих проблем можно сформулировать требования по замене повреждённого бетона конструкции; защите стальной арматуры от коррозии; защиты бетона конструкции от коррозии и карбонизации; минимизации сроков твердения ремонтных бетонных и шпаклёвочных составов; минимизации времени проведения ремонтных работ; обеспечению высокой адгезии нового слоя бетона к старому.
  Решение всех перечисленных выше проблем и требований осуществляется путём удаления повреждённого бетона конструкции методом гидродинамической очистки; с помощью ремонта бетона конструкции методом «мокрого» или «сухого» торкретирования; усиления конструкции композитными материалами.
  Ремонт и усиление железобетонных конструкций углепластиками (композитными материалами) может осуществляться как ручным, так и механизированным способом. Выбор способа ремонта зависит от: вида и состояния конструкций; действующих нагрузок и эксплуатационной среды; предполагаемого срока эксплуатации конструкции; сроков проведения ремонтных работ; стоимости ремонтных работ.
  
  
  Библиографический список:
  1. Гусев Б.В. Материалы, технологии, конструкции. Их ремонтопригодность и повторное использование // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. – №7, 2000, с.8–9.
  2. Гусев Б.В. Новые решения в создании конструкций, их ремонтопригодность и эффективные материалы/Материалы конференции «Строительство и эксплуатация транспортных сооружений в районах развития опасных геологических процессов. – М., 2003, с.7–10.


Б.В. ГУСЕВ, доктор техн. наук, проф., чл.-корр. РАН, лауреат Государственных премий СССР и РФ (МИИТ)
В.Г. КУЛИКОВ, канд. техн. наук, доцент (НИИЖБ)



Для вас, снабженцы!
Керамическая плитка в казахстане купить kirpich.by.
Поиск по сайту

Везде   В статьях   В материалах  
Если поиск не дал результата, попробуйте изменить текст запроса.
Примеры поиска по запросу "Потолки Armstrong": "Потолки Armstrong", "Потолок Armstrong", "Потол Arms", "Потолки Армстронг", и т. п.
Полезное для строителей...
Читайте также у нас на сайте:


Информация для строителей.

Новости строительной индустрии

Транспортный коллапс взвинтил цены на цемент

  Компания «СМПро» опубликовала статистику по росту цен на цемент, согласно которой с начала 2011 г. цены на российский цемент выросли на 35%. В частности, по итогам сентября средние цены от ...

Россия прирастет дорогами

Как недавно заявил премьер-министр Российской Федерации Владимир Владимирович Путин, в ближайшие 3 года на автомобильные дороги страны будет потрачено 1,3 трлн руб. Из этих денег 678 млрд руб. планиру ...

«ОБЪЕДИНЕНИЕ 45-М» поставит бетон для реконструкции здания университета им. Плеханова

   Московское предприятие группы ЛСР ООО «Объединение 45-М» стало основным поставщиком бетона для реконструкции старейшего корпуса РЭУ им. Плеханова. Предприятие поставит около 5 тыс. ...

Kerneos объявляет о запуске новых продуктов

  Компания Kerneos, входящая в группу компаний Materis, выводит на рынок продукты, предлагающие новые технические решения для производителей готовых к использованию строительных смесей:< ...

Ярославская область: переселение граждан из аварийного жилья

  Фондом содействия реформированию жилищно-коммунального хозяйства принята к заявка Ярославской области на предоставление финансовой поддержки для переселения граждан из аварийного жилищно ...

«Бецема»: в Красногорске выпустили «Истру»

  В рамках выставки СТТ-2011 машиностроительный завод "Бецема" совместно со своим партнером "Мерседес Бенц Тракс Восток" организовали Дни "Бецемы". Журналисты ...

Лифтовая отрасль в России: быть или не быть?

В Москве состоялся I съезд Национального союза лифтовых саморегулируемых организаций (НСЛ СРО), на котором специалисты пришли к выводу о необходимости перехода к обязательному саморегулированию и заро ...

В Думе решили обязать использовать новые материалы при ремонте дорог

На заседании Госдумы России представителями комитета по транспорту принято решение о внесении поправок в действующий техрегламент строительства дорог. В частности, в них предлагается сделать обязатель ...
 
 Архив строительных новостей

 Архив строительных новостей (продолжение)

Строителям на заметку.

Новости сайта

Строительные материалы в Интернете