Экспериментальные исследования деформирования бетонной балки армированной стеклопластиковой арматурой Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Экспериментальные исследования деформирования бетонной балки армированной стеклопластиковой арматурой

О)

о

см

О!

О Ш

т

X

<

т о х

X

Моргунов Михаил Валерьевич

кандидат технических наук, доцент кафедры строительных конструкций, ФГБОУ ВО «Брянский государственный инженерно-технологический университет», [email protected]

Копелиович Дмитрий Игоревич

кандидат технических наук, доцент кафедры Информатика и программное обеспечение, ФГБОУ ВО «Брянский государственный технический университет», [email protected]

В статье рассматриваются экспериментальные исследования деформирования бетонной конструкции армированной стеклопластиковой арматурой и работающей на изгиб. Изготовлены четыре бетонных образца. При изготовлении и проведении испытаний учитывались требования ГОСТ. Перед бетонированием в зоне чистого изгиба на арматуру наклеивался тензорезистор. Для измерения деформаций сжатой и растянутой зоны балки использовались константано-вые проволочные тензорезисторы. Измерения средних деформаций в сжатой и растянутой зоне балки осуществлялось индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм. В ходе экспериментального исследования были измерены: внешняя нагрузка, прогиб в середине пролета, ширина раскрытия трещин, относительные деформации сжатого и растянутого бетона. Нагружение балок проводилось до разрушения. Экспериментальные данные позволяют уточнить проанализировать существующие методики расчета бетонных конструкций армированных стеклопластиковой арматурой.

Ключевые слова: эксперимент, стеклопластиковая арматура, бетонный элемент, изгибаемый элемент, деформации.

В последнее время стеклопластиковая арматура находит все большое применение в строительной отрасли. Важным для широкого ее распространения является совершенствование методов расчета бетонных элементов, армированных композитной арматурой [1,2]. Данные методы расчета, применяемые в отечественных нормативных документах, базируются на основе расчета железобетонных конструкций [4,3]. Работа стеклопластиковой арматуры в составе бетона имеет свои особенности в отличие от стальной арматуры (меньшая адгезия и изгиб-ная жесткость). Проведение экспериментальных исследований позволит усовершенствовать методы расчета бетонных конструкций армированных стеклопластиковой арматурой.

Цель экспериментальных исследований -изучение деформирования и разрушения конструкций армированных стеклопластиковой арматурой, работающих на изгиб.

Для этого было изготовлено 4 бетонных образца армированных стеклопластиковой арматурой. При изготовлении опытных образцов и проведении испытаний в соответствии с ГОСТ 10180-2012, ГОСТ 8829-94 [5] применялись:

деревянные формы для изготовления контрольных образцов бетона;

универсальная испытательная машина УММ-5; гидравлический испытательный пресс С040Ы;

константановые проволочные тензорезисторы;

индикаторы часового типа; Размеры сечений опытных образцов представлены в таблице 1.

Рисунок 1 - Схема армирования образцов

Схема армирования балок показана на рисунке 1.

Таблица 1

после момента бетонирования, после чего оснащались измерительными приборами по единой схеме рисунок 3.

Шифр балки Нижняя арматура Верхняя арматура Кол-во в балке, шт

Тип арматуры Диаметр, мм Тип арматуры Диаметр, мм

1 2 3 4 5 6

БК-2 стеклокомпозит 9 стеклокомпозит 8 1

БК-3 стеклокомпозит 9 стеклокомпозит 8 1

БК-4 стеклокомпозит 9 стеклокомпозит 8 1

БК-5 стеклокомпозит 8 стеклокомпозит 8 1

Для определения характеристик совместно с испытываемым образцом были изготовлены бетонные кубики.

Кубиковая прочность бетона определялась на образцах размерами 15х15х15 см. Испыты-валось 3 кубиков. Скорость нагружения 0,001 кН/сек. Испытания производилось путем постепенного (ступенями) нагружения образцов - кубов осевой сжимающей нагрузкой до разрушения см. рисунок 2. Перед испытаниями производилось центрирование образцов по физической оси. Испытание кубов проводилось не более чем за сутки до испытания исследуемых образцов армированных композитной арматурой.

Указанные кубы при испытании на прочность (рисунок 2) после нормативного срока твердения показали среднею кубиковую прочность 7,53 МПа. При переводе средней кубиковой прочности в призменную Rв =5,73 МПа.

Рисунок 2 - Испытание бетонного куба на прочность разрушающими методами

Перед бетонированием на несущую арматуру в зоне чистого изгиба балки наклеен электро-тензорезистр с базой 20 мм, для измерения средних деформаций арматуры в растянутой зоне бетона. Балки распалубивались на 28 сутки

Рисунок 3- Схема размещения измерительных приборов: 1-тензорезистр; 2,3,4,5- индикатор часового типа.

Для измерения средних деформаций в сжатой и растянутой зоне балки установлены индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм. Для определения прогибов были установлены индикаторы часового типа с делением 0,01 мм в середине пролета балки и у опор, для учета возможных не равномерных осадок опор. Для измерения деформаций сжатой и растянутой зоны балки использовались константановые проволочные тен-зорезисторы с базой 50 мм и номинальным сопротивлением 401,4±2 Ом. Тензорезисторы располагались на соседних плечах моста каждого канала, что позволяло компенсировать температурные деформации бетона и величины разбаланса каждого моста. Крепление датчиков к поверхности плиты и компенсационного фрагмента бетона осуществлялось с помощью однокомпонентного этилцианокрилатного клея холодного отверждения. Подключение датчиков производилось с помощью 8-ми канальной внешней полумостовой схемы, в каждом канале соединялись 2 тензомет-рических датчика, компенсационный и измерительный, и 2 пассивных сопротивления.

Балка свободно оперта по двум сторонам и нагружена сосредоточенными нагрузками на расстояниях Ь/3 с каждой стороны от опор (Ь -расстояние между опорами) рисунок 4. Стенд изготовлен на базе универсальной испытательной машины УММ-5, предназначенной для статических испытаний образцов и элементов конструкций на растяжение, сжатие и изгиб с максимальной нагрузкой 50 кН рисунок 5.

х

X

о

го А с.

X

го т

о

ю 4

М О

7^

Рисунок 4 - Принципиальная схема размещения опор и на-гружения балок

редине пролета, ширина раскрытия трещин, относительные деформации сжатого и растянутого бетона .

Нагружение балки проводилось до разрушения. Нагрузка каждого этапа загружения выдерживалась в течении 1 минуты, после чего производилось снятие показаний прогибов.

Корректные результаты тензометрии получены только по данным тензорезисторов, расположенных на верхней грани балки (рисунок 5). Показания тензорезисторов нижней грани носят во многом случайный характер из-за случайного образования трещин в растянутой зоне.

По результатам показаний индикаторов часового типа расположенных в растянутой зоне бетона построен график зависимости относительных деформаций от нагрузки (рисунок 6).

О)

о

см

О!

О Ш

т

X

3

<

т о х

X

Рисунок 5 - Экспериментальная установка

Рисунок 5 - Показания тензорезистора, расположенного на верхней грани балки БК-3

В ходе экспериментального исследования были измерены: внешняя нагрузка, прогиб в се-

2500

2000

в? 1500

Г 1000

500

0,0042 о,ии 0.0077

0.( 0,00 1.00 о:? г/. 0.00 ш

0 «ими' 1ИНН ~ / 1Л 4

1 6.6Е 5 ХЗЕ-и: 0.1

0 0,002 0.004 0.006 0,008 0.01 0,012 0.014

Относительны* .1сфО|>Мй11М11

->-ШС-2 -О-БК-4 -п-БК-5

Рисунок 6 - Относительные деформации растянутой зоны бетона балок

На рисунке 7 представлены показания тензорезисторов для балки БК-4 в сжатой зоне бетона и арматуре.

Рисунок 7- Показания тензорезистора, расположенного на верхней грани балки БК-4, и тензорезистора расположенного на растнутой арматуре

Полученные данные позволяют проанализировать реальное поведение изгибаемых бетонных конструкций армированных стеклопласти-ковой арматурой. А также проанализировать и уточнить существующие методики расчета по несущей способности, трещинообразованию и прогибам балочных конструкций армированных стеклопластиковой арматурой [6].

Литература

1. Астахов Ю.В. Экспериментально-расчетная оценка взаимодействия стальной канатной и стеклопластиковой арматуры с бетоном: диссертация кандидата технических наук / Ю.В. Астахов - Новосибирск, 2002. - 139 с.

2. Беккер А.Т. Study of Stress and Strain State of Flexible Concrete Elements Strengthened by Basalt-Plastic Reinforcement ANK-BM/ Беккер А.Т., Уманский А.М., Завгороднев А.В., Иванов Е.С. // Proceedings of the Twenty-fourth (2014) International Ocean and Polar Engineering Conference Busan, Korea, June 15-20, 2014 - p.211-214ISBN 978-1 880653 91-3 (Set); ISSN 10986189 (Set).

3. Кодыш Э.Н., Никитин И.К., Трекин Н.Н. Расчет железобетонных конструкций из тяжелого бетона по прочности, трещиностойкости и деформациям. Монография.- М.: АСВ, 2010.-352с.

4. СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения (актуализированная редакция СНиП 52-01-2003). -М.: Минстрой России, 2015. - 161 с.

5. ГОСТ 8829-94. Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытаний нагружением. Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости. - М., 1996.

6. Конструкции бетонные, армированные полимерной композитной арматурой. Правила проектирования. Свод правил: СП 295.1325800.2017 / ТК 465 "Строительство". -Введ. 2017-08-21.

Experimental studies of the deformation of the concrete beam by glass plastic reinforcement

Morgunov M.V., Kopeliovich D.I.

Bryansk State Technological University of Engineering

The article deals with experimental studies of the deformation of the concrete structure reinforced with fiberglass reinforcement and bending. Four concrete samples were made. In the manufacture and testing took into account the requirements of GOST. Before concreting, a strain gauge was glued to the reinforcement in the zone of pure bending. To measure the deformations of the compressed and stretched zone of the beam, constantan wire strain gauges were used. Measurements of the average deformations in the compressed and stretched zone of the beam were carried out by hour-type indicators with a division value of 0.01 mm. During the experimental study were measured: external load, deflection in the middle of the span, the width of the crack opening, the relative deformation of compressed and stretched concrete. Beam loading was carried out before destruction. Experimental data allow us to clarify the analysis of existing methods for calculating concrete structures reinforced with fiberglass reinforcement.

Key words: experiment, fiberglass reinforcement, concrete element, flexible element, breaking load.

Reference

1. Astakhov Yu.V. Experimental and calculated evaluation of the

interaction of steel cable and fiberglass reinforcement with concrete: dissertation of the Kandidate of technical sciences / Yu.V. Astakhov - Novosibirsk, 2002. - 139 p.

2. A.T. Becker Bekker AT, Umansky AM, Zavgorodnev AV,

Ivanov Ye.S. // Proceedings of the Twenty-fourth (2014) International Ocean and Polar Engineering Conference, Busan, Korea, June 15-20, 2014 - p.211-214ISBN 978-1 880653 91-3 (Set); ISSN 1098-6189 (Set).

3. Kodysh E.N., Nikitin I.K., Trekin N.N. Calculation of reinforced

concrete structures made of heavy concrete for strength, crack resistance and deformations. Monograph. - M .: DIA, 2010.- 352^

4. SP 63.13330.2012. Concrete and reinforced concrete structures. The main provisions (updated edition of SNiP 5201-2003). - M .: Ministry of Roy of Russia, 2015. - 161 p.

5. GOST 8829-94. Construction products reinforced concrete and concrete factory production. Test methods for loading. Rules for assessing strength, stiffness and crack resistance. - M., 1996.

6. Concrete structures reinforced with polymer composite armature. Design rules. Set of rules: SP 295.1325800.2017 / TK 465 "Construction". - Enter 2017-08-21.

X X О го А С.

X

го m

о

ю 4

M О

to