ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОК. УСИЛЕННЫХ КОМПОЗИТНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Рис.2 Изображение восстановленного Петродворца. Большой дворец и каскад.

Пригороды Ленинграда потерпели огромные разрушения, для восстановления которых понадобилось большое количество усилий и финансовый вложений. Реставрационные работы продолжаются по сегодняшний день.

Список литературы

1. О.М.Кормильцева и др., Начало деятельности по сохранению культурного наследия в Петербурге-Ленинграде. Санкт-Петербург 2008. - С 100117.

Згаир Альхуссейн Хамид УО «Гродненский государственный университет им. Я.Купалы» РР1: 10.24412/2520-6990-2021-17104-50-56 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОК. УСИЛЕННЫХ КОМПОЗИТНЫМИ

МАТЕРИАЛАМИ

Zgair Alhussein Hamid

UO "Grodnensky state university im. I. KUPALY "

EXPERIMENTAL REINFORCED CONCRETE BEAMS. REINFORCED WITH COMPOSITE

MATERIALS

Аннотация

Объектом исследования являются стеклопластиковая и техническая полиамидная (капроновая) ткань производства ПТК «Химволокно» ОАО «Гродно Азот» и железобетонные изгибаемые балки. Предмет исследования - механические характеристики стеклопластиковой и технической полиамидной (капроновой) ткани производства ПТК «Химволокно» ОАО «Гродно Азот»; несущая способность, трещино-стойкость, деформативность железобетонных изгибаемых балок.

При выполнении данной работы использовались экспериментальные методы исследования механических свойств композитных материалов, несущей способности, трещиностойкости, и деформативности железобетонных и усиленных балок.

Abstract

The object of the research is fiberglass and technical polyamide (nylon) fabric produced by PTC "Khimvo-lokno" JSC "Grodno Azot" and reinforced concrete bending beams. The subject of research is the mechanical characteristics of fiberglass and technical polyamide (nylon) fabric produced by PTC Khimvolokno, JSC Grodno Azot; bearing capacity, crack resistance, deformability of reinforced concrete bending beams.

When performing this work, experimental methods were used to study the mechanical properties of composite materials, bearing capacity, crack resistance, and deformability of reinforced concrete and reinforced beams.

Ключевые слова: балок, разрушающий момент, материал, эталонная балка

Key words: beams, breaking moment, material, reference beam

ВВЕДЕНИЕ

Композитный материал представляет собой комбинацию двух материалов с различными физическими и химическими свойствами. Комбинируя их, они создают материал, который специализируется на выполнении определенной работы, например, для того, чтобы стать более прочным, легким

или устойчивым к электричеству. Они также могут улучшить прочность и жесткость. Причина их использования по сравнению с традиционными материалами заключается в том, что они улучшают свойства своих базовых материалов и применимы во многих ситуациях.

Первые композитные материалы были созданы месопотамийцами в Ираке. Древнее общество наклеивало деревянные полосы друг на друга под разными углами для создания фанеры. После этого египтяне стали делать из льна или папируса, пропитанного штукатуркой, смертельные маски. Позже оба эти общества начали укреплять свои материалы соломой для укрепления глиняных кирпичей, керамики и лодок.

В 1200 году н.э. монголы начали создавать композитные луки, которые были невероятно эффективны в то время. Они были сделаны из дерева, бамбука, костей, сухожилий крупного рогатого скота, рога и шелка, соединенных сосновой смолой.

После промышленной революции синтетические смолы начали принимать твердую форму с помощью полимеризации. В 1900-х годах эти новые знания о химических веществах привели к созданию различных пластмасс, таких как полиэфирные, фенольные и виниловые. Затем начали развиваться синтетические материалы.

1930е годы были невероятно важным временем для продвижения композиционных материалов. Стекловолокно было представлено компанией Owens Corning, которая также начала производство первого полимера, армированного стекловолокном (FRP). Смолы, разработанные в эту эпоху, используются и по сей день, а в 1936 году были запатентованы ненасыщенные полиэфирные смолы. Два года спустя стали доступны более производительные системы смол.

Современные примеры: Первым современным композитным материалом было стеклопластик. Он и сегодня широко используется для изготовления корпусов лодок, спортивного оборудования, строительных панелей и многих кузовов автомобилей. Матрица представляет собой пластик, а армирование - стекло, которое изготавливается из тонких нитей и часто сплетается в своеобразную ткань. Само

по себе стекло очень прочное, но хрупкое и при резком изгибе разбивается. Пластиковая матрица удерживает стеклянные волокна вместе, а также защищает их от повреждений, разделяя действующие на них силы. Некоторые современные композиционные материалы теперь изготавливаются с использованием углеродных волокон вместо стекла. Эти материалы легче и прочнее стекловолокна, но их производство обходится дороже.

Первое углеродное волокно было запатентовано в 1961 году, а затем стало коммерчески доступным. Затем, в середине 1990-х годов, композиционные материалы начали все более широко использоваться в производстве и строительстве из-за их относительно низкой стоимости по сравнению с материалами, которые использовались ранее.

Определение прочности бетона

Для определения прочности бетона были проведены испытания кубов на сжатие на прессе типа ИП6084-1000-0 (таблица 2.1). Образцы-кубы испытывали таким образом, чтобы сжимающая сила была направлена параллельно слоям укладки бетонной смеси и формы. Для определения площади сжатия замеряли размеры образцов с помощью электронного штангенциркуля с точностью 0,1 мм. Предел прочности отдельного образца при сжатии /с МПа был определен по формуле:

где ^ - разрушающая нагрузка, Н; А - площадь образца, мм2; а - масштабный коэффициент для перевода к прочности образца базового размера с ребром 15 см, равный 0,91.

Предел прочности бетона определяется, как среднее арифметическое значение пределов прочности испытанных образцов в серии из шести образцов. Фактический класс бетона по результатам испытания - С21,01/26,26.

Таблица 1

Журнал испытания бетонных образцов на сжатие ___

№ Размеры, см Площадь сжатия, А, мм2 Разрушающая нагрузка, F, МПа Предел прочности образца, fc, МПа fcm МПа S fic.cube МПа МПа fcd МПа

а1 а2 h

К1 10.04 10.02 10.04 100.60 385.00 36.36 32.75 3.96 26.26 21.01 14.01

К2 10.18 9.96 10.38 101.39 333.00 31.20

КЗ 9.63 10.12 10.27 97.46 354.00 34.51

К4 10.09 10.02 10.21 101.10 399.00 37.49

К5 10.09 10.02 10.05 101.10 296.00 27.81

К6 10.08 10.06 10.31 101.40 311.00 29.14

Проектный класс бетона - С16/20 Фактический класс бетона -С21,01/26,26

Рисунок 1 - Образцы ж/б кубиков до проведения испытаний

Рисунок 2 - Образцы ж/б кубиков после проведения испытаний

Результаты испытаний тканей

Таблица 2

0

6. А3 5. А2 4. А1 3. С3 2. С2 1. С1

■ Длина полная. м 0,247 0,243 0,241 0,248 0,249 0,25

■ Ширина полная. мм 61,5 63,1 65,7 62,7 62 64,7

■ Ширина рабочей зоны. мм 49,1 50 48,7 50 49,7 46

■ Толщина. мм 1,23 1,22 1,04 1,48 1,27 1,44

■ Разрушающая нагрузка. кН 14,4 12,2 11,8 8 8,4 10,8

I Длина полная. м | Толщина. мм

Ширина полная. мм Разрушающая нагрузка. кН

Ширина рабочей зоны. мм

Результат

По завершению проведения испытаний были получены результаты для каждой серии балок. сведенные в таблицы. по которым были составлены графики и диаграммы.

Анализ результатов испытания балок серии I Разрушение балок серии I происходило по нормальным сечениям в зоне чистого изгиба (рисунок

2.15) в результате пластических деформаций в растянутой зоне арматуры. приводящих к раздроблению бетона сжатой зоны. Величина разрушающего момента для эталонной балки серии I равна 2.745 кНм.

Рисунок 3 - Диаграмма разрушающих моментов и моментов образования трещин для балок серии I

Рисунок4 - Развитие максимальной ширины трещины для балок серии I

Балки серии I обладают приблизительно оди- получается у балки Б5 (второй способ усиления. ма-наковой жесткостью. до определенного нагруже- териал - техническая ткань «Азот»). При разруша-ния. балки прогибаются приблизительно одина- ющем моменте для эталонной балки Б1 (М = 2.745 ково. однако при дальнейшем нагружении мини- кНм). у усиленных балок прогиб колебался от 4.68 мальный прогиб при максимальном нагружении мм. до 5.92 мм. что на 15 - 33% меньше. чем у балки

без усиления.

-51 -Е2 -БЗ -Б4 -Б5

Рисунок 5 - Развитие прогибов балок серии I

Анализ напряженно-деформированного состояния опытных балок проводился по показаниям тензорезисторов. размещенных на крайних сжатых гранях бетона и на растянутой арматуре.

Минимальные деформации сжатого бетона наблюдались у балки Б3 (2ой способ усиления. материал - стекловолоконная ткань). На графике от-0,000

сутствуют деформации по балке Б5. т.к. тензорези-сторы были неправильно закреплены и их показатели не были получены. Максимальные деформации наблюдались у балки Б4. При разрушающем моменте эталонной балки Б1. у балки Б3 деформации были в 3 раза меньше. чем у балки Б1. у балки Б2 в 1.5 раза меньше, а у балки Б4 в 1.5 раза больше.

-1,000

5

1,525 1,83 2,135 2,44 2,745 3,05 3,355 3,66 3,955

Момент, кНм

-Б1 -Б2 -БЗ -Б4

Рисунокб- Развитие деформаций сжатого бетона балок серии

Анализ результатов испытания балок серии II

Разрушение эталонных балок серии II происходило по наклонным сечениям (рисунок 2.21).

Значение разрушающего момента для эталонной балки серии II (разрушение по наклонному сечению) равна 3.355 кНм.

Рисунок 7- Характер разрушения балки БЭ2

Б1 Е2 ЕЗ Е4 Б5

Рисунок 8- Диаграмма разрушающих моментов и моментов образования трещин для балок серии II

Как видно из диаграммы выше. усиленные балки имеют на 18 - 36% более высокие разрушающие моменты. однако момент начала образования трещин происходит несколько раньше у балок Б3 и Б4. однако у балки Б2 момент начала образования трещин возникает при более высокой нагрузке. нежели у эталонной балки Б1. Средний момент тре-щинообразования в усиленных балках составляет

0.915 кНм. Раскрытие трещин происходило постепенно. без резких скачков. все трещины до момента разрушения не превысили допустимую ширину раскрытия трещины. равную 0.4 мм. за исключением балки Б4. у которой образовалась большая трещина на поздних этапах нагружени

s-

A

У ЛА 'AC У

f \s у

И v A

у

/// у

г 4 6 В 10 12 14 16 18 20 22 24 26

Нагрузка, кН

Рисунок 9 - Развитие максимальной ширины трещины для балок серии

ССЫЛКА

1. Ovchinnikov I.G., Valiev Sh.N., Ovchinnikov I.I., Zinov'ev V.S., Umirov A.D. Voprosy usileniya zhelezobetonnykh konstruktsiy kompozitami:

2. 2. Naturnye issledovaniya usileniya zhelezobetonnykh konstruktsiy kompozitami, voznikayush-chie problemy i puti ikh resheniya // Internet-zhurnal «Naukovedenie» 2012, № 4, http://nau-kovedenie.ru/PDF/14tvn412.pdf. - M. s. 1 - 37.

3. Ovchinnikov I.G., Valiev Sh.N., Ovchinnikov I.I., Zinov'ev V.S., Umirov A.D. Analiz problem usileniya zhelezobetonnykh konstruktsiy kompozitnymi materialami // Razvitie transporta v re-gionakh Rossii: problemy i perspektivy. Materialy II Vserossiyskoy konferentsii s mezhdunarodnym uchas-tiem. Kirov. 2012. s. 49-52.

4. Zinov'ev V.S., Ovchinnikov I.G. Vozmozhnost' primeneniya kompozitnykh materialov pri izgotovlenii i montazhe peshekhodnykh mostov // Novye idei no-vogo veka - 2013: materialy Trinadtsatoy Mezhdu-narodnoy nauchnoy konferentsii = The new Ideas of New Century-2013: The Thirteen International Scientific Conference Proceedings: v 3 t. / Tikhookean. Gos. Un-t. - Khabarovsk. Izd-vo Tikhookean. gos. un-ta. 2013. - 3 t. C. 278-284.

5. Ovchinnikov I.G., Ovchinnikov I.I., Chesnokov G.V., Pokulaev K.V., Tatiev D.A. Osobennosti

rascheta metallicheskikh konstruktsiy, usilivaemykh fi-broarmirovannymi plastikami // Innovatsii i issledo-vaniya v transportnom komplekse: Materialy II Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. Kurgan. 2014. 456 s. s. 141-151.

6. Ovchinnikov I.G., Ovchinnikov I.I., Chesnokov G.V., Pokulaev K.V., Tatiev D.A. O razrabotke norma-tivnykh dokumentov po usileniyu metallicheskikh stroitel'nykh konstruktsiy kompozitsionnymi materialami // Innovatsii i issledovaniya v transportnom kom-plekse: Materialy II Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. Kurgan. 2014. 456 s. s. 151157.

7. Ovchinnikov I.I., Ovchinnikov I.G., Chesnokov G.V., Tatiev D.A., Pokulaev K.V. Usilenie metallicheskikh konstruktsiy fibroarmirovannymi plastikami: chast' 1. sostoyanie problemy // Internet-zhurnal "Nau-kovedenie" № 3, 2014. May-iyun'. s. 1-27. Identif-ikatsionnyy nomer stat'i v zhurnale 19TVN314.

8. Ovchinnikov I.I., Ovchinnikov I.G., Chesnokov G.V., Tatiev D.A., Pokulaev K.V. Usilenie metallicheskikh konstruktsiy fibroarmirovannymi plastikami: chast' 2. Primenenie metoda predel'nykh sostoyaniy k raschetu rastyagivaemykh i izgibaemykh konstruktsiy // Internet-zhurnal "Naukovedenie" №3, 2014. May-iyun'. s. 1-23. Identifikatsionnyy nomer stat'i v zhurnale 20TVN314.