CC BY
86
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 8, №5 (сентябрь - октябрь 2016)
http://naukovedenie.ru [email protected]
Интернет-журнал «Науковедение» ISSN 2223-5167 http ://naukovedenie.ru/ Том 8, №5 (2016) http ://naukovedenie. ru/index.php?p=vol8-5 URL статьи: http://naukovedenie.ru/PDF/45TVN516.pdf Статья опубликована 25.10.2016. Ссылка для цитирования этой статьи:
Овчинников И.И., Овчинников И.Г., Чесноков Г.В., Михалдыкин Е.С., Мандрик-Котов Б.Б. Анализ экспериментальных исследований по усилению железобетонных конструкций полимерными композитными материалами. Часть 3. Влияние циклического нагружения // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 8, №5 (2016) http://naukovedenie.ru/PDF/45TVN516.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.
УДК 624.042
Овчинников Илья Игоревич
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», Россия, Саратов1 ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)»
Филиал в г. Сочи, Россия, Сочи Кандидат технических наук, доцент E-mail: [email protected]
Овчинников Игорь Георгиевич
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», Россия, Пенза ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», Россия, Саратов ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», Россия, Пермь
Доктор технических наук, профессор E-mail: [email protected]
Чесноков Георгий Владимирович
АО «НИИграфит» предприятие Госкорпорации «Росатом», Россия, Москва
Отдел строительных проектов Руководитель проекта E-mail: [email protected]
Михалдыкин Евгений Сергеевич
«НИИграфит» предприятие Госкорпорации «Росатом», Россия, Москва
Отдел строительных проектов Главный инженер по строительству E-mail: [email protected]
Мандрик-Котов Борис Борисович
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», Россия, Пенза
Соискатель E-mail: [email protected]
Анализ экспериментальных исследований по усилению железобетонных конструкций полимерными композитными материалами. Часть 3. Влияние циклического нагружения
1 410054, Саратов, Политехническая 77
Аннотация. Экспериментальных исследований, посвященных анализу поведения усиленных полимерными композиционными материалами железобетонных конструкций, недостаточно, их описание разбросано по различным статьям, диссертационным работам, что затрудняет их сопоставление и анализ. Авторы данной работы поставили задачу собрать и проанализировать доступные отечественные экспериментальные данные, причем рассмотрение ограничить только работами, в которых не просто приведены результаты экспериментальных исследований, но и описаны испытываемые образцы, применяемые материалы, режимы и условия проведения испытаний. В первой части работы были рассмотрены эксперименты при статическом нагружении. Во второй части работы было рассмотрено влиянию температурного фактора на усиливающие элементы (клей, холсты их углеродных волокон), а также на поведение железобетонных балок, усиленных полимерными композиционными материалами. В настоящей статье рассматривается влияние длительного и циклического действия нагрузки на поведение железобетонных балок прямоугольного поперечного сечения, усиленных по нижней грани полимерными композиционными материалами. Анализ результатов испытаний показывает, что усиление железобетонных балок даже тканевыми полимерными композиционными материалами позволяет значительно увеличить их несущую способность и усталостный ресурс, то есть долговечность. Краткий анализ иностранных публикаций показал, что усталостное вибрационное нагружение железобетонных мостовых конструкций приводит к значительному снижению их ресурса, потому исследованию возможностей увеличения их долговечности с помощью композиционных материалов следует уделять особое внимание.
Ключевые слова: железобетон; усиление; полимерные композиционные материалы; эксперименты; влияние температуры
Введение
В части 1 данной работы [1] обсуждалась проблема анализа экспериментальных данных по усилению железобетонных конструкций полимерными композиционными материалами и отмечалось, что в подавляющем большинстве публикаций излагаются общие представления об усилении железобетонных конструкций с помощью полимерных композитных материалов, излагается с некоторыми нюансами технология наклеивания композитов, в ряде работ приводится описание методики расчета усиливаемых композитными материалами железобетонных конструкций по методу предельных состояний.
Однако экспериментальных исследований, посвященных анализу поведения усиленных полимерными композиционными материалами железобетонных конструкций, недостаточно, их описание разбросано по различным статьям, диссертационным работам, что затрудняет их сопоставление и анализ. Поэтому авторы данной работы поставили задачу собрать и проанализировать доступные отечественные экспериментальные данные по усилению железобетонных конструкций полимерными композиционными материалами, причем рассмотрение ограничить только работами, в которых не просто приведены результаты экспериментальных исследований, но и описаны испытываемые образцы, применяемые материалы, режимы и условия проведения испытаний. С нашей точки зрения только такие результаты представляют ценность, ибо они могут быть подвергнуты проверке. Мы также полагаем, что ценность корректно поставленных и описанных экспериментальных исследований непреходяща, ибо на их основе можно разрабатывать и предлагать модели деформирования и разрушения различной сложности и точности и тем самым стимулировать развитие теорий деформирования и разрушения конструкций, армированных различными материалами.
При изложении основного материала был принят следующий порядок изложения:
• эксперименты при статическом нагружении;
• экспериментальные исследования влияния температуры;
• экспериментальные исследования влияния агрессивных сред, физических полей;
• длительные экспериментальные исследования (выносливость, ползучесть, длительная прочность);
• экспериментальные исследования при режимном или динамическом нагружении.
В первой части работы [1] были рассмотрены результаты отечественных испытаний при статическом нагружении.
Во второй части работы [2] рассмотрены публикации по исследованию влиянию температурного фактора на усиливающие элементы (клей, холсты их углеродных волокон), а также на поведение железобетонных балок, усиленных полимерными композиционными материалами.
1. Экспериментальные исследования влияния длительного действия нагрузки на системы внешнего армирования полимерными композиционными материалами
Эти испытания проводились на базе Московского государственного университета путей сообщения. Их целью было исследование релаксации напряжений, ползучести и длительной прочности клеевого соединения и системы внешнего армирования полимерными композиционными материалами.
Испытания образцов на длительное действие нагрузок проводилось на испытательной машине фирмы Ллойд марки LR5K при нескольких уровнях температуры образцов: -60оС, -30оС, 0оС, +30оС, +60оС, +90оС. На рисунках 1 приведена испытательная установка, а на рисунке 2 процесс испытания образца, помещенного в температурную камеру.
Рисунок 1. Испытательная машина фирмы Ллойд марки ЬЯ5К [3]
Рисунок 2. Испытания образца в температурной камере [3] Результаты испытаний в виде кривой релаксации напряжений приведены на рисунке 3.
Рисунок 3. Кривая релаксации напряжений, полученная в процессе длительных испытаний [3]
В результате испытаний установлено, что длительная прочность углепластика и клея значительно снижается при температуре выше +60оС и потому при необходимости эксплуатировать изделия при таких температурах необходимо предусматривать дополнительную защиту систем внешнего армирования из полимерных композиционных
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 8, №5 (сентябрь - октябрь 2016)
http://naukovedenie.ru [email protected]
материалов от прямых солнечных лучей. Ползучесть в испытанных образцах развивается незначительно, причем величина деформации ползучести на порядок меньше величины упругой деформации.
2. Экспериментальные исследования выносливости железобетонных балок, усиленных полимерными композиционными материалами
Сначала рассмотрим результаты экспериментальных исследований, проведенных Д.Н. Смердовым на базе Сибирского государственного университета путей сообщения [4, 5].
В качестве образцов для испытаний использовались железобетонные балки прямоугольного поперечного сечения размерами 1650*220*160 мм из бетона класса В30, с морозостойкостью F30 и водонепроницаемостью W6. Схема армирования не усиливаемых испытываемых балок (серия А) показана на рисунке 4.
Рисунок 4. Схема армирования балок серии А. 1 - рабочая арматура класса АШ диаметром 12 мм, 2 - рабочая арматура класса АШ диаметром 6 мм, поперечная арматура класса А1
диаметром 6 мм [5]
Усиление балок производилось путем наклейки тканевых полотен из углеродных волокон SikaWrapR530C(VP), технические характеристики которых приведены в таблице 1.
Таблица 1
Технические характеристики тканевых полотен из углеродных волокон
81ка,^арК530С(УР) [5]
Характеристика Нормативное значение
цвет черный
Ширина холста 300 мм
толщина ткани, не пропитанной клеем 0,293 мм
Направление волокон Однонаправленные, 0о
Прочность волокон на растяжение 3500 МПа
Модуль упругости 230000 МПа
Долговечность неограниченная
Тканевые полотна приклеивались на поверхность бетона балок эпоксидным двухкомпонентным клеем марки SikadurR-330, технические характеристики которого приведены в таблице 2.
Таблица 2
Технические характеристики клея 81ка^гЯ-330 [5]
Характеристика Нормативное значение
Цвет: компонент А компонент В белый серый
Пропорции смешивания (весовые) А:В 4:1
Характеристика Нормативное значение
Плотность компонента (А+В) в отвержденном состоянии 1,31 кг/дм3
Прочность на растяжение через 7 суток при температуре +23оС, не менее 30 МПа
Модуль упругости компонента (А+В) через 7 суток при температуре +23 оС 3800 МПа
Температура бетона и воздуха при наклейке от +10оС до +35оС
Срок годности к применению после смешивания компонентов (А+В) при температуре +23оС 30 минут
Температура хранения составляющих от +5оС до +25оС
Адгезия к бетону Не менее 2,5 МПа
Усиление железобетонных балок (серия Б) производилось путем наклейки одного слоя полотна шириной 150 мм на нижнюю грань балок и четырех полос полотна шириной 300 мм по боковым граням балок под углом 60о к продольной оси балок (рисунок 5).
Рисунок 5. Схема усиления балок (серия Б) тканевыми полотнами из углеродных волокон [5]
Для испытаний не усиленных и усиленных балок на выносливость применялся пресс-пульсатор ГРМ-2А (рисунок 6), причем опирание балок производилось на металлические цилиндры, а нагружение через металлическую пластину в середине пролета (рисунок 7). Величина динамической нагрузки фиксировалась двояко: и по шкале пресса-пульсатора ГРМ-2А и мессдозой (тензодинамометром). Прогиб в середине пролета контролировался с помощью тензометрического датчика перемещения. Коэффициент асимметрии, характеризуюший асимметрию цикла нагружения и представляющий собой отношение минимального уровня нагружения к максимальному, принимался равным р = 0,37.
Рисунок 6. Пресс-пульсатор ГРМ-2А в процессе испытания не усиленного образца [5]
Рисунок 7. Схема опирания и нагружения железобетонных балок. Также на схеме показано размещение мессдозы и датчика перемещения [5]
В начале эксперимента было проведено определение несущей способности не усиленной и усиленной железобетонной балки путем статического нагружения до разрушения. На рисунке 8 показан момент разрушения не усиленной балки (серия А), а на рисунке 9 - момент разрушения усиленной балки (серия Б). Не усиленная железобетонная балка разрушилась в середине пролета от действия изгибающего момента по сжатой зоне при нагрузке, равной 12,2 тс. Усиленная железобетонная балка разрушилась также в середине пролета, но уже вследствие разрыва полимерного композиционного материала, наклеенного на нижнюю грань балки, причем разрушающая нагрузка в этом случае оказалась равной 16,98 тс.
Рисунок 8. Разрушение не усиленной балки (серия А) при статическом
трехточечном изгибе [5]
Рисунок 9. Разрушение усиленной балки (серия Б) при статическом трехточечном изгибе [5]
При испытаниях на выносливость определялась циклическая долговечность, то есть количество циклов до наступления полного усталостного разрушения, а также схема разрушения испытываемой конструкции. При нагружении реализовывался синусоидальный цикл нагружения с частотой 8,38 Гц. Результаты испытаний не усиленных и усиленных железобетонных балок на выносливость приведены в таблице 3.
Таблица 3
Результаты испытаний не усиленных (серия А) и усиленных (серия Б) железобетонных
балок на выносливость [5]
серия Р, тс Рmax/Р Р Рmax, тс Рmin, тс Количество циклов N
А-1 12,20 1,0 0,00 12,20 0,00 1
А-2 12.20 0,88 0,37 10,74 3,97 15974
А-3 12,20 0,70 0,37 8,54 3,16 148975
А-4 12,20 0,60 0,37 7,32 2,71 520238
А-5 12,20 0,55 0,37 6,71 2,48 545035
Б-1 16,98 1,0 0,37 16,98 0,00 1
Б-2 16,98 0,80 0,37 13,58 5,03 120672
Б-3 16,98 0,70 0,37 11,89 4,40 173968
Б-4 16,98 0,60 0,37 10,19 3,77 333356
Б-5 16,98 0,55 0,37 9,34 3,46 515872
Б-6 16,98 0,50 0,37 8,49 3,14 1599407
В таблице обозначено Р max — максимальный уровень нагружения, Рmin — минимальный уровень нагружения.
Анализ результатов испытаний показал, что все не усиленные железобетонные балки в процессе циклического нагружения разрушались вследствие разрыва растянутой арматуры при соответствующем числе циклов нагружения. Для примера на рисунке 10 приведен вид балки серии А-3 после испытаний, а на рисунке 11 показана деталь с разорванным арматурным стержнем.
Рисунок 10. Разрушение не усиленной балки А-3 после испытаний на выносливость
(после 148495 циклов нагружения) [5]
Рисунок 11. Обрыв растянутой арматуры балки А-3 после испытаний на выносливость
(после 148495 циклов нагружения) [5]
При испытаниях железобетонных усиленных балок на выносливость обнаружилось, что процесс их разрушения происходит в следующей последовательности:
• обрыв одного из стержней растянутой арматуры при 0,8К циклов нагружения, приводящий к уменьшению жесткости балок и увеличению прогиба;
• постепенное нарастание прогиба балки, сопровождаемое потрескиванием клеевого слоя между тканью усиления и поверхностью бетона балки;
• открывание и закрывание трещин при циклическом нагружении с наибольшим раскрытием до 2 мм;
• окончательное усталостное разрушение путем разрыва тканевого материала усиления в середине пролета.
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 8, №5 (сентябрь - октябрь 2016)
http://naukovedenie.ru [email protected]
Для примера на рисунке 12 приведен вид балки серии Б-4 после испытаний, а на рисунке 13 показана середина балки с разорванным тканевым усилением.
Рисунок 12. Разрушение усиленной балки Б-4 после испытаний на выносливость
(после 333356 циклов нагружения) [5]
Рисунок 13. Середина пролета усиленной балки Б-4 с разорванным тканевым усилением после испытаний на выносливость (после 333356 циклов нагружения) [5]
Характер изменения циклического и полного прогиба в процессе испытания усиленной балки Б-5 показан на рисунке 14.
Рисунок 14. Кинетика изменения циклического и полного прогиба балки Б-5 во времени [5]
С использованием результатов испытаний, приведенных в таблице 3 на рисунке 15 построены кривые выносливости (усталости) не усиленных и усиленных железобетонных балок в полулогарифмических координатах. Анализ этих кривых показывает, что усиление железобетонных балок даже тканевыми полимерными композиционными материалами по предложенной схеме позволяет значительно увеличить их усталостный ресурс. Например, если усталостный ресурс не усиленной железобетонной балки А-3 при максимальном уровне нагружения 8,54 тс составляет 148975 циклов, то усталостный ресурс усиленной железобетонной балки Б-6 при максимальном уровне нагружения 8,49 тс составляет уже 1599407 циклов, то есть больше в 10,7 раза.
Рисунок 15. Кривые усталости (выносливости) не усиленных и усиленных железобетонных балок
Рассмотрим теперь результаты испытаний, проведенных А.А. Неровных также на базе Сибирского государственного университета путей сообщения [6, 7, 3]. Испытания проводились на железобетонных балках размерами 1680*220*160 мм, изготовленных из бетона класса В30, морозостойкостью Б300 и водонепроницаемостью W6. Схема армирования
испытываемых образцов приведена на рисунке 16. Для армирования применялись стержни класса АШ (А400) диаметров 14, 10 и 8 мм.
2JJJS
м. isi-'TTe
-
/ * 3
лют
3
л Ж S1 .5!
/ 0
(мнут)
с □
мя=ш ияняи
m
№!2
2 « S M J I № Ml
m
Рисунок 16. Схема армирования железобетонных балок [3]
Усиления железобетонных балок проводилось с использованием ламелей FibARM Lamel 14/100 и холстов FibARM Tape 530/300. Железобетонные испытываемые балки разбивались на 4 группы: А0 - не усиленные железобетонные балки; А1 - железобетонные балки, усиленные наклейкой только холста на нижнюю грань; А2 - железобетонные балки, усиленные наклейкой U - образной обоймы с вертикальными хомутами из холста; А3 -железобетонные балки, усиленные наклейкой ламели с наклонными хомутами. Схемы усиления балок А1, А2, А3 приведены на рисунке 17.
Рисунок 17. Схемы усиления балок с использованием различных схем армирования [3] Схема нагружения образцов во время испытания приведена на рисунке 18.
Р/2 1 1 Р/2
100.! 1680 1
Рисунок 18. Схема нагружения железобетонных балок во время испытаний [3]
В каждой группе испытывалось 7 балок, 3 из которых при статическом нагружении до разрушения, и 4 при динамическом нагружении нагрузкой, составляющей 45%, 55%, 65%, 75% от нагрузки, вызывающей разрушение при статическом нагружении, при коэффициенте асимметрии р = 0,3.
Для измерения деформаций на поверхности бетона балок и полимерного композиционного материала использовались съемные деформометры, установленные на базе 500 мм, с ценой деления электронных индикаторов 0,001 мм, а также тензометрические датчики деформаций, установленные на базе 62 мм. Для измерения прогибов балок в середине пролета использовался электронный индикатор с ценой деления 0,01 мм. При испытаниях балок на выносливость использовался тензометрический датчик перемещений и тензодинамометр. Статическое нагружение балок производилось шагами по 1 т., причем скорость нагружения составляла в среднем 500 кг/мин. Для испытания балок на выносливость использовалась универсальная испытательная машина ГРМ-2А, причем частота приложения нагрузки равна V = 8,38 Гц, при коэффициенте асимметрии р = 0,3.
На рисунке 19 показана испытательная машина ГРМ-2А с установленной в ней испытываемой балкой.
Рисунок 19. Испытательная машина ГРМ-2А [4] В результате испытаний установлено следующее.
А) Железобетонные балки серии А0 - не усиленные при статическом нагружении разрушались по нормальному сечению вследствие раскрытия нормальных трещин, а при динамическом нагружении разрушались вследствие обрыва стержней рабочей арматуры. Вид железобетонных балок без усиления после проведения испытаний показан на рисунке 20.
Рисунок 20. Не усиленные железобетонные балки после испытания [3]
Б) Железобетонные балки серии А1, усиленные наклейкой только холста на нижнюю грань при статических испытаниях разрушались путем отслоения материала усиления и разрушения защитного слоя бетона, а при динамических испытаниях - из-за разрыва стержней рабочей арматуры с последующим отслоением полимерного композиционного материала усиления. Причем разрывы арматуры начинались после достижения 85% от общего числа циклов нагружения.
Вид железобетонных балок серии А1 после проведения статических испытаний показан на рисунке 21, а после проведения динамических испытаний - на рисунке 22.
а
Рисунок 21. Вид балки из серии А1 после статического нагружения [3]
Рисунок 22. Вид балки из серии А1 после динамического нагружения [3]
В) Железобетонные балки серии А2, усиленные наклейкой U - образной обоймы с вертикальными хомутами из холста при статических испытаниях разрушались путем разрыва и отслоения материала усиления в середине пролета (рисунок 23), а при динамических испытаниях - из-за разрыва стержней рабочей арматуры с последующим отслоением полимерного композиционного материала усиления (рисунок 24). Причем разрывы арматуры, как и в предыдущей группе железобетонных усиленных балок начинались после достижения 85% от общего числа циклов нагружения.
Рисунок 23. Вид балки из серии А2 после статического нагружения [3]
Рисунок 24. Вид балки из серии А2 после динамического нагружения [3]
Г) Железобетонные балки серии А3, усиленные наклейкой ламели с наклонными хомутами при статических испытаниях разрушались вследствие отслоения материала усиления в середине пролета (рисунок 25), а при динамических испытаниях - из-за разрыва стержней рабочей арматуры с последующим отслоением полимерного композиционного материала усиления (рисунок 26). Причем разрывы арматуры, как и в предыдущих группах железобетонных усиленных балок, начинались после достижения 85% от общего числа циклов нагружения.
Рисунок 26. Вид балки из серии А3 после динамического нагружения [3]
Анализ результатов испытаний железобетонных не усиленных и усиленных балок на выносливость показал, что усиление полимерными композиционными материалами приводит к увеличению и несущей способности балок и их долговечности. Экспериментальные результаты по испытаниям на усталость растянутой рабочей арматуры не усиленных и усиленных железобетонных балок приведены на рисунке 27 точками.
14,00 12,00 10,00
8,00
о
1>
б,оо
4,00
2,00
0,00
lgN
♦ Серия АО ■ Серия А1 А Серия А2 X Серия АЗ
Рисунок 27. Кривые усталости в полулогарифмической системе координат [6]
Испытания показали, что количество циклов до полного разрушения, которое выдерживает железобетонная балка, усиленная и-образной обоймой с устройством вертикальных хомутов в приопорных зонах, - в 14,26 раза больше, а железобетонных балок, усиленных ламелью с устройством наклонных хомутов - в 6,32 раза больше, чем количество циклов до разрушения не усиленной железобетонной балки.
Причем процесс разрушения железобетонных усиленных балок обычно происходил по следующей схеме: после достижения величины порядка 85% циклов нагружения от их общего числа N происходил обрыв или одного или нескольких стержней рабочей арматуры, в результате прогибы балок резко увеличивались, при этом полимерные композиционные усиливающие элементы еще работали. И только после достижения полного количества циклов величиной N происходило полное разрушение железобетонной усиленной балки путем разрыва или отслоения полимерного композиционного материала.
Заключение
Проблема усиления железобетонных конструкций полимерными композиционными материалами интересует исследователей не только в России, но и за рубежом. Например, в статье [8], опубликованной в 2014 году, отмечается, что исследование поведения железобетонных конструкций, усиленных фиброармированными пластиками в последнее десятилетие стало очень важной областью исследования. В этой статье проведен обзор и анализ литературы, посвященной экспериментальным исследованиям усиленных полимерными композиционными материалами железобетонных конструкций с целью изучения их поведения и влияния различных параметров на их поведение. Анализ публикаций, выполненный в работе [8], позволяет сделать следующие интересные выводы. Разрушение усиленных фибропластиком железобетонных конструкций от сдвига обычно происходит без предварительного предупреждения, поэтому желательно, чтобы балки разрушались от изгиба, чем от сдвига. Сдвиг может оказаться превалирующим в достаточно
1 1 1
1 1 1
х и \\\ 1 1 1
1
\ |\\
N 1
\ 1 1
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10.00 12,00
коротких балках. Причем оказалось, что многие существующие железобетонные элементы обладают недостаточной прочностью при работе на сдвиг и потому нуждаются в соответствующем ремонте и усилении. Причиной недостаточной прочности при работе на сдвиг может быть недостаточное количество арматуры, предназначенной для восприятия сдвига, или же уменьшение сечения существующей арматуры вследствие коррозии, или же увеличение нагрузки выше проектного уровня, или же другие повреждения, влияние которых не удается компенсировать существующей арматурой. Применение внешней фибропластиковой арматуры для усиления конструкций может быть эффективным решением в такой ситуации.
Исследованию проблемы выносливости железобетонных конструкций, усиленных полимерными композиционными материалами, посвящены работы [9-14]. В них справедливо отмечается, что эффективная работа железобетонных конструкций, усиленных полимерными композиционными материалами, возможна только при совместной работе всех трех конструкционных материалов, составляющих усиленную конструкцию, то есть бетона, стальной арматуры и полимерной композиционной арматуры. При этом несущая способность такой системы будет зависеть от окружающей среды, то есть от температуры эксплуатации и режима ее изменения, от воздействия агрессивных химических сред, а также от ультрафиолетового излучения, если ему будут подвержены усиливающие элементы из полимерного композиционного материала. Кроме того, большое значение может иметь и характер приложения внешней нагрузки, так как усталостное вибрационное нагружение может привести к ухудшению работы компонентов всей системы, то есть и бетона, и металлической и композитной арматуры. В этом случае вибрационное нагружение даже усиленной полимерными композиционными материалами железобетонной конструкции может привести к значительному сокращению срока ее безопасной эксплуатации. А так как железобетонные мосты и, в частности, железобетонные плиты проезжей части мостов, в процессе эксплуатации подвергаются миллионным циклам нагружения проходящими автомобилями, то возможность усиления их полимерными композиционными материалами должна быть исследована с особым вниманием.
ЛИТЕРАТУРА
1. Овчинников И.И., Овчинников И.Г., Чесноков Г.В., Михалдыкин Е.С. Анализ экспериментальных исследований по усилению железобетонных конструкций полимерными композитными материалами. Часть 1. Отечественные эксперименты при статическом нагружении // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 8, №3 (2016) http://naukovedenie.ru/PDF/24TVN316.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.
2. Овчинников И.И., Овчинников И.Г., Чесноков Г.В., Михалдыкин Е.С. Анализ экспериментальных исследований по усилению железобетонных конструкций полимерными композитными материалами. Часть 2. Влияние температуры // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 8, №4 (2016) http://naukovedenie.ru/ PDF/01TVN416.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.
3. Лягуша Т.К. Испытания на долговечность железобетонных конструкций, усиленных системой FibARM. ЗАО «ХК «Композит». 2016. 35 с.
4. Смердов Д.Н. Оценка несущей способности железобетонных пролетных строений мостов, усиленных композитными материалами. Автореф. дисс. к.т.н. Новосибирск. 2010. 24 с.
5. Смердов Д.Н. Оценка несущей способности железобетонных пролетных строений мостов, усиленных композитными материалами. Дисс. к.т.н. Новосибирск. 2010. 158 с.
6. Неровных А.А. Совершенствование методики оценки грузоподъемности железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов, усиленных композиционными материалами. Автореф. дисс. к.т.н. Новосибирск. 2013. 24 с.
7. Бокарев, С.А. Оценка выносливости изгибаемых железобетонных конструкций, усиленных композитными материалами / С.А. Бокарев, Д.Н. Смердов, А.А. Неровных // Дальний Восток. Автомобильные дороги и безопасность движения: международный сборник научных трудов. - 2010. - №10. - С. 287 - 294.
8. Ratan Kharatmol, Pankaj Sananse, Rohit Tambe, Ms. Raksha, J. Khare. Strengthening of Beams Using Carbon Fibre Reinforced Polymer //I nternational Journal of Emerging Engineering Research and Technology. Volume 2, Issue 3, June 2014, pp. 119-125.
9. Shahawy, M., and Beitelman, T., Static and Fatigue Performance of RC Beams Strengthened with CFRP Laminates // ASCE Journal of Structural Engineering, 125, 6, 1999, pp. 613-621.
10. Barnes, R.A., and Mays, G.C., Fatigue Performance of Concrete Beams Strengthened with CFRP Plates // ASCE Journal of Structural Engineering, 3, 2, 1999, pp. 63-71.
11. Aidoo, J., Harries, K.A., and Petrou, M.F., Fatigue Behavior of Carbon Fiber Reinforced Polymer-Strengthened Reinforced Concrete Bridge Girders // ASCE Journal of Composites for Construction, 8, 6, 2004, pp. 501-509.
12. Heffernan, P.J., and Erki, M.A., Fatigue Behavior of Reinforced Concrete Beams Strengthened with Carbon Fiber Reinforced Plastic Laminates // ASCE Journal of Composites for Construction, 8, 2, 2004, pp. 132-140.
13. Ekenel, M, Rizzo, A., Myers, J.J., and Nanni, A., "Effects of Fatigue Loading on Flexural Performance of Reinforced Concrete Beams Strengthened with FRP Fabirc and Pre-Cured Laminate Systems // Third International Conference on Composites in Construction 2005, CCC 2005, Lyon, France, 2005, pp. 405-412.
14. Joseph Robert Yost, Shawn P. Gross, Michael J. Deitch. Fatigue behavior of concrete beams strengthened in Flexure with near surface mounted CFRP // FRPRCS-8 University of Patras, Patras, Greece, July 16-18, 2007. pp. 1-8.
Ovchinnikov Ilya Igorevich
Yuri Gagarin state technical university of Saratov, Russia, Saratov Moscow state automobile & road technical university Sochi branch, Russia, Sochi E-mail: [email protected]
Ovchinnikov Igor Georgievich.
Penza state university of architecture and construction, Russia, Penza Yuri Gagarin state technical university of Saratov, Russia, Saratov Perm national research polytechnic university, Saratov, Perm
E-mail: [email protected]
Chesnokov Georgiy Vladimirovich
«Research institute Grafit», Russia, Moscow E-mail: [email protected]
Mikhaldykin Eugeny Sergeevich
«Research institute Grafit», Russia, Moscow E-mail: [email protected]
Mandrik - Kotov Boris Borisovich
Penza state university of architecture and construction, Russia, Penza
E-mail: [email protected]
Analysis of experimental studies on strengthening of reinforced concrete structures with polymer composite materials. Part 3.
Influence of cyclic loading
Abstract. Experimental studies on the analysis of the behavior of reinforced polymer composite materials reinforced concrete structures, insufficient description of them are scattered in various articles, dissertations, making them difficult to compare and analyze. The authors of this work have set the task to collect and analyze the available native experimental data, with consideration of limit only works in which not just the results of experimental studies, but also describes the test samples, the materials used, modes and test conditions. In the first part we were considered experiments under static loading. This second part deals with work on the study of the influence of temperature on the reinforcing elements (glue, canvases of carbon fibers), as well as on the behavior of concrete beams reinforced polymer composites. This part discusses the effect of prolonged and cyclic loading effects on the behavior of reinforced concrete beams of rectangular cross-section, reinforced by the lower edge of polymer composite materials. Analysis of test results shows that the strengthening of reinforced concrete beams even fabric polymer composite materials can significantly increase their load-bearing capacity and fatigue life, that is durability. A brief analysis of foreign publications has shown that vibrational fatigue loading of reinforced concrete bridge structures leads to a significant reduction in their life, because the study of feasibilities to increase their longevity by using composite materials should pay particular attention.
Keywords: reinforced concrete; reinforcement; polymer composite materials; experiments; effect of cyclic loading
