CC BY
94
https://doi.org/10.21122/2227-1031-2019-18-2-155-163 УДК 691.618.92
Сравнительная оценка результатов испытаний бетонных балок с композитной арматурой и расчетных данных
Н. В. Бегунова1), докт. экон. наук, проф. В. П. Грахов1), В. Н. Возмищев2), канд. пед. наук, доц. Ю. Г. Кислякова1)
^Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова (Ижевск, Российская Федерация),
2)ООО «КомАР» (г. Сарапул, Российская Федерация)
© Белорусский национальный технический университет, 2019 Belarusian National Technical University, 2019
Реферат. Приведены результаты исследования образцов бетонных балок, армированных полимерной композитной арматурой производства ООО «КомАР». Цель исследований - определение прочности, жесткости и трещиностойко-сти балок с полимерной композитной арматурой, различными схемами армирования и их сравнение с расчетными данными. Испытания выполнялись в соответствии с требованиями нормативных документов по расчетной схеме с двумя точками приложения нагрузки Р\ = Р2. Принятая схема чистого изгиба применяется в лабораторных условиях для информативности вычисленных результатов и получения максимальных усилий в растянутой зоне изгибаемых элементов. Приведено сравнение данных, полученных в результате испытаний, с расчетными по документу СП 295.1325800.2017 «Конструкции бетонные, армированные полимерной композитной арматурой. Правила проектирования», в основу которого заложен принцип проектирования бетонных конструкций, армированных металлической арматурой. В связи с тем, что композитная арматура по ряду показателей заметно отличается от металлической, ранее были проведены сравнительные испытания бетонных балок, армированных металлической и композитной арматурами. Данные исследования необходимы для понимания работы конструкций и возможности их применения в объектах капитального строительства. При расчете балок по I группе предельных состояний выявлено превышение прочности по наклонным сечениям на действия поперечных сил над фактической, по II группе - необходимость внесения изменений в порядок расчета ширины раскрытия трещин для приближения расчетных данных к показателям, полученным в результате испытаний, и порядок расчета прогибов.
Ключевые слова: полимерная композитная арматура, изгибающий момент, трещиностойкость, прогиб, ширина раскрытия трещин, расчет по нормам
Для цитирования: Сравнительная оценка результатов испытаний бетонных балок с композитной арматурой и расчетных данных / Н. В. Бегунова [и др.] // Наука и техника. 2019. Т. 18, № 2. С. 155-163. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2019-18-2-155-163
Comparative Evaluation of Results on Test of Concrete Beams with Fiberglass Rebar and Calculated Data
N. V. Begunova1), V. P. Grahov1), V. N. Vozmishchev2), J. G. Kislyakova1)
^Kalashnikov Izhevsk State Technical University (Izhevsk, Russian Federation), 2)LLC "KomAR" (Sarapul, Russian Federation)
Abstract. The paper presents results of the study for samples of concrete beams reinforced with fiberglass rebar produced by LLC "KomAR". The aim of the study is to determine strength, stiffness and crack resistance of beams with fiberglass rebar,
Адрес для переписки
Бегунова Наталья Васильевна
Ижевский государственный технический университет
имени М. Т. Калашникова
ул. Студенческая, 42,
426069, г. Ижевск, Российская Федерация
Тел.: +79 127 68-49-95
tysiakia@gmail. com
Address for correspondence
Begunova Natalia V. Kalashnikov Izhevsk State Technical University 42 Studencheskaya str., 426069, Izhevsk, Russian Federation Tel.: +79 127 68-49-95 [email protected]
Наука
итехника. Т. 18, № 2 (2019)
various reinforcement schemes and their comparison with calculated data. Tests have been carried out in accordance with the regulatory requirements for a design scheme with two points of load application Pl = P2. The adopted scheme of pure bending is used in the laboratory for informativeness of the obtained results and getting maximum efforts in a stretched zone of bent elements. A comparison has been made of the data obtained as a result of tests with the ones which have been calculated according to the document SP (Construction Rules) 295.1325800.2017 "Concrete structures reinforced with polymer composite reinforcement. Design rules", this document is based on the design principle of concrete structures reinforced with metal reinforcement. Due to the fact that composite fittings significantly differ from metal fittings in a number of indicators, comparative tests of concrete beams reinforced with metal and composite fittings have been carried out earlier. Data of the investigations are necessary for understanding behavior of structures and possibility of their application in the objects of capital construction. An excess of inclined section strength on the action of transverse forces over an actual one has been revealed when calculating concrete beams according to the I group of limiting states. While making calculations for the II group of limiting states, the need has been revealed to make changes in the procedure for calculating width of crack opening in order to approximate the calculated data to the data obtained as a result of tests and a procedure for calculating deflections.
Keywords: fiberglass rebar, bending moment, crack resistance, deflection, width of crack opening, standard-based calculation
For citation: Begunova N. V., Grahov V. P., Vozmishchev V. N., Kislyakova J. G. (2019) Comparative Evaluation of Test Results of Concrete Beams with Fiberglass Rebar and Calculated Data. Science and Technique. 18 (2), 155-163. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2019-18-2-155-163 (in Russian)
Введение
Недостатком стальной арматуры является ее подверженность коррозии при взаимодействии с солями во влажных и агрессивных средах. В процессе коррозии стальная арматура, увеличиваясь в объеме, повышает растягивающие напряжения на бетон, что приводит к появлению трещин, пустот и, как следствие, к дальнейшему и ускоренному ухудшению свойств стали и бетона. Сталь не устойчива к коррозии и очень быстро ржавеет. Поэтому требуются дорогостоящий ремонт и обслуживание железобетонных конструкций. Кроме того, поскольку стальная арматура является проводником электрических и магнитных полей, ее использование в бетонных конструкциях электроэнергетики, медицинских учреждений, а также в ядерной энергетике нежелательно. Стеклопла-стиковая арматура все чаще находит применение в бетонных конструкциях благодаря высокой устойчивости к коррозии, высокому пределу прочности, устойчивости к электрическим и магнитным полям, хорошей усталостной прочности, легкости обработки, незначительным затратам на обслуживание, более низкой стоимости транспортировки, простой резке и достаточному сцеплению с бетоном [1].
Для сравнения прочностных характеристик балок, армированных композитной арматурой, с балками, армированными металлической арматурой, были проведены испытания. Разрушение балок, армированных композитной арматурой, произошло по наклонным сечениям ввиду их повышенной деформативности и больших прогибов.
Подробные результаты испытаний балок, армированных композитной арматурой (БК1), и их сравнение с результатами испытаний железобетонных балок (БЖ) с аналогичным армированием металлической арматурой приведены в [2-4]. Для исключения разрушений балок по наклонным сечениям созданы образцы с другим видом армирования и проведены дополнительные исследования.
В 2018 г. введен нормативный документ по проектированию конструкций, армированных композитной арматурой СП 295.1325800.2017 «Конструкции бетонные, армированные полимерной композитной арматурой. Правила проектирования» [5]. В основу документа заложен принцип проектирования бетонных конструкций, армированных металлической арматурой. В связи с тем, что композитная арматура по ряду показателей значительно отличается от металлической, были проведены сравнительные испытания бетонных балок, армированных металлической и композитной арматурами. Кроме того, выполнено сравнение полученных данных в результате испытаний с расчетными, согласно нормативному документу. Данные исследования необходимы для понимания работы конструкций и возможности их применения в объектах капитального строительства.
Основные положения
Для проведения опытов изготовлены семь балок идентичной длины и сечения с четырьмя видами армирования. Длина образцов 2980 мм, размеры сечения прямоугольной формы 250x220 мм.
Наука
итехника. Т. 18, № 2 (2019)
Балки изготовлены в ООО «Завод железобетонных изделий» (г. Ижевск) из тяжелого бетона марки В20 (фактически по результатам испытаний контрольных образцов - бетон марки В25) и армировали композитной арматурой (АСК) производства ООО «КомАР» (г. Са-
рапул). Испытания проводили в лаборатории «Мосты и другие искусственные сооружения» («МиДИС») Казанского государственного архитектурно-строительного университета. Схемы армирования образцов бетонных балок представлены в табл. 1.
Таблица 1
Схемы армирования образцов бетонных балок Reinforcement scheme for concrete beam specimen
Схема армирования балки БК (образцы № 1, 2, 3)
4
25
.100
ПОР
шаг 90 \ 25
(tiir lira
2950
U
шаг 90
Схема армирования балки БВ (образцы № 4, 5)
Схема армирования балки БА (образец № 6)
Схема армирования балки БГ (образец № 7)
Наука
итехника. Т. 18, № 2 (2019)
Образцы № 1, 2, 3 (балки БК) армированы стержнями: 012 мм - нижняя продольная арматура; 010 мм - верхняя продольная и поперечная арматура. Коэффициент армирования продольной растянутой арматурой Ц/ = 1,16 %.
Образцы № 4, 5 (балки БВ) армированы стержнями: 08 мм - нижняя продольная арматура; 08 мм - верхняя продольная и 08 мм -поперечная арматура. Коэффициент армирования продольной растянутой арматурой Ц/ = 0,27 %.
Образец № 6 (балка БА) армирован стержнями: 06 мм - нижняя продольная арматура; 06 мм - верхняя продольная; 06 мм - поперечная арматура. Коэффициент армирования продольной растянутой арматурой Ц/ = 0,44 %.
Образец № 7 (балка БГ) армирован в растянутой зоне стержнями: 08 и 06 мм - нижняя продольная арматура; 06 мм - верхняя продольная; 06 мм - поперечная арматура. Коэффициент армирования продольной растянутой арматурой Ц/ = 0,29 %.
Соединение арматурных стержней произведено при помощи вязальной проволоки 02 мм по ГОСТ 3282-74 [6].
Испытания выполнялись в соответствии с требованиями ГОСТ 8829-94 [7] по расчетной схеме (рис. 1) с двумя точками приложения нагрузки Рх = Р2. Принятая схема чистого изгиба применяется в лабораторных условиях для информативности полученных результатов
и определения максимальных усилий в растянутой зоне изгибаемых элементов [8].
Р1 Р2
_1_
Pi = Р2, кг
100
f, мм
925
925 2780
925
т
100
Рис. 1. Расчетная схема Fig. 1. Reinforcement scheme
Каждый образец устанавливали на металлическую пластину (250x80x10 мм), опирающуюся на цилиндрические шарниры (d = 40 мм) опорной части. Неподвижная опора жестко соединена с основанием силового пола. Нагрузка на образцы прикладывалась на расстоянии 1/3L0 длины расчетного пролета (2780 мм).
Нагружение балок осуществлялось гидравлическими домкратами ДГ-50 с контролем нагрузки динамометрами Д0СМ-3-50У (5 т) согласно расчетной схеме. Прогибы замеряли штангенрейсмасом ШР-250/4 повышенного качества с допускаемой погрешностью (± 0,05) мм. Ширину раскрытия трещин определяли с помощью микроскопа Elcometer 900 (0-2,5 мм) с ценой деления 0,02 мм.
Максимально допустимый прогиб f для балок в соответствии с [9] принят равным L0/150 = 18,5 мм.
Результаты испытаний балок БК1 представлены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты испытаний балок БК1 Test results for beams БК1
№ п/п Нагрузка, кг Момент, кг-м Прогиб f и ширина раскрытия трещин а, мм Примечание
Р1 = Р 2 Y.P БК1-1 БК1-2 БК1-3 Лср, мм
/ a f a f a
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 500 1000 660,0 2,00 0,02 1,30 0,02 0,80 - 1,37
2 1000 2000 1123,4 8,50 0,04 7,30 0,04 7,70 0,04 7,83
3 1500 3000 1586,7 12,80 0,04 11,40 0,10 14,30 0,10 12,83
4 2000 4000 2050,0 21,00 0,10 18,20 0,20 20,40 0,20 19,87 / > 18,5 мм
5 2500 5000 2513,4 27,20 0,25 23,00 0,30 26,50 0,30 25,57
6 3000 6000 2976,7 33,80 0,50 30,00 0,40 32,00 0,35 31,93
7 3500 7000 3440,0 40,50 0,60 35,30 0,50 36,60 0,40 37,47 аср = 0,7 мм
8 4000 8000 3903,4 48,00 0,70 46,20 0,60 53,20 0,60 49,13
9 4500 9000 4366,7 56,50 0,80 52,10 0,90 60,40 0,70 56,33
10 5000 10000 5096,7 72,70 1,20 57,90* 1,00 67,50* 1,80 66,03 'Разрушение по сжатому бетону. Разрушение по сжатому бетону и наклонной трещине
11 5000+ 10000 5096,7 74,0* 70** 75**
Примечание. Значения ширины раскрытия трещин приняты по максимальной трещине.
Наука
итехника. Т. 18, № 2 (2019)
По результатам испытаний балок БК1 момент трещинообразования с шириной раскрытия трещин а = 0,025 мм составил 660 кг-м, что соответствует нагрузке ЕР = 1,0 т. Изгибающий момент, соответствующий предельно допустимому прогибу /= 18,5 мм, составил 2050 кг-м. Изгибающий момент, соответствующий раскрытию трещин до предельно допустимого
значения аср = 0,7 мм по II группе предельных состояний, составил 3903,4 кг-м. Разрушающая нагрузка при трехточечном изгибе ЕР =10 т. Предельный изгибающий момент 4830 кг-м.
Результаты испытаний балок БВ, БА и БГ приведены в табл. 3.
По результатам испытаний момент трещи-нообразования (а = 0,025 мм) балок БВ, БА, БГ составил 312,5-428,4 кг-м, что соответствует нагрузке ЕР = 0,2-0,5 т.
Изгибающий момент М, соответствующий предельно допустимому прогибу /= 18,5 мм, составил для балок:
• БВ - 1007,6 кг-м;
• БА - 1246,7 кг-м;
• БГ - 1016,7 кг-м.
Изгибающий момент М, соответствующий раскрытию трещин до предельно допустимого значения а = 0,7 мм по II группе предельных состояний, составил:
• БВ - 968,9 кг-м;
• БА - 2005,0 кг-м;
• БГ - 737,2 кг-м.
Разрушающая нагрузка ЕР и предельный изгибающий момент М при трехточечном изгибе для балок соответственно:
• БВ - 6,0 т, 2976,7 кг-м;
• БА - 9,0 т, 4366,7 кг-м;
• БГ - 6,0 т, 2976,7 кг-м. С 12.01.2018 введен в действие свод правил
СП 295.1325800.2017 «Конструкции бетонные, армированные полимерной композитной арматурой. Правила проектирования» [5]. Была произведена сравнительная оценка соответствия данных, определенных в результате испытаний, с данными, полученными согласно расчетам по своду правил [5].
Исходные данные, принятые для расчетов:
- размеры сечения балки 250x220 (h) мм;
- бетон тяжелый В25;
- армирование в растянутой зоне 5012АСК, Af = 565,2 мм2;
- поперечная арматура 2010АСК с шагом 90 мм, Asw = 149,3 мм2;
- армирование в сжатой зоне не учитывается согласно п. 5.2.9 [5];
Таблица 3
Результаты испытаний балок БВ, БА и БГ Test results for beams БВ, БА and БГ
№ п/п Нагрузка, кг, без учета собственного веса балки Момент, кг-м Прогиб f и ширина раскрытия т рещин а, мм Примечание
БВ БА БГ
Л = Р2 ZP
f a f a f a
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 500 1000 660,0 5,40 0,4 2,00 0,10 4,40 0,6 а > 0,7 мм
2 750 1500 891,7 14,20 0,6 7,00 0,20 13,50 0,9
3 1000 2000 1123,4 23,70 0,9 14,40 0,25 22,20 1,0 f > 18,5 мм
4 1250 2500 1355,0 31,40 1,2 20,60 0,35 30,30 1,5
5 1500 3000 1586,7 41,10 1,4 27,10 0,40 38,30 1,7
6 1750 3500 1818,4 50,40 1,5 33,20 0,50 46,70 2,0 а = 0,7 мм
7 2000 4000 2050,0 61,50 1,6 39,30 0,70 55,10 2,3
8 2250 4500 2281,7 72,20 2,0 45,70 0,80 63,60 2,6
9 2500 5000 2513,4 81,90 2,2 52,50 1,20 72,80 2,8
10 2750 5500 2745,0 92,90 2,6 59,10 1,60 82,40 3,1
11 3000 6000 2976,7 104,40* 2,9 65,90 1,80 90,42* 3,3 'Разрушение по нормальному сечению.
12 3250 6500 3208,4 73,50 2,0
13 3500 7000 3440,0 80,70 2,1
14 3750 7500 3671,7 88,50 2,2
15 4000 8000 3903,4 97,00 2,4
16 4250 8500 4135,0 105,30 2,5
17 4500 9000 4366,7 123,10* 2,6
Примечание. Значения ширины раскрытия трещин приняты по максимальной трещине.
Наука
итехника. Т. 18, № 2 (2019)
- нормативное значение предела прочности арматуры при растяжении Я/п = 1200 МПа -по результатам испытаний арматуры, производимой ООО «КомАР»;
- расчетное значение предела прочности арматуры при растяжении при расчете по предельным состояниям I группы Я/ = 800 МПа;
- расчетное значение сопротивления поперечной арматуры растяжению при расчете по предельным состояниям I группы Я6М, = 220 МПа;
- расчетное значение предела прочности арматуры при растяжении при расчете по предельным состояниям II группы Я/ = 840 МПа;
- модуль упругости арматуры при растяжении Е/ = 55 ГПа - по результатам испытаний арматуры, производимой ООО «КомАР»;
- тип нагрузки - кратковременная по [9].
Исходные данные для балок:
• БК1:
- толщина защитного слоя а = 26 мм;
- армирование в растянутой зоне 5012АСК, Ау = 565,2 мм2;
- поперечная арматура 2010АСК с шагом 90 мм, А6.„ = 149,3 мм2;
• БВ:
- толщина защитного слоя а = 24 мм;
- армирование в растянутой зоне 308АСК, Ау = 134,25 мм2;
- поперечная арматура 208АСК с шагом 90 мм, = 100,48 мм2;
- отогнутые стержни 608АСК с шагом 90 мм, А™, = 301,44 мм2;
• БА:
- толщина защитного слоя а = 38 мм;
- армирование в растянутой зоне 806АСК, А/ = 197,0 мм2;
- поперечная арматура 206АСК с шагом 90 мм, А6.„ = 56,52 мм2;
- отогнутые стержни 606АСК с шагом 90 мм,
= 169,56 мм2;
• БГ:
- толщина защитного слоя а = 23 мм;
- армирование в растянутой зоне 208 + + 206АСК, Ау = 138,7 мм2;
- поперечная арматура 406АСК с шагом 90 мм, = 113,04 мм2;
- отогнутые стержни 1206АСК с шагом 90 мм, А6.„ = 339,12 мм2.
Расчет по I группе предельных состояний
Расчет прочности по нормальным сечениям. Предельный изгибающий момент определяем по формуле [5]
Мик = ЯъЬх(к0 - 0,5х). (1)
Подставляем в (1) значение высоты сжатой зоны бетона, вычисленное по формуле [5]
х = 0,5^/0/^) +Ц/а/Л02ю -0,5ц/а/Л0. (2)
Для балок БК1 Миц = 3411 кг-м. По данным испытаний, разрушение балок произошло при моменте 4830 кг-м. Превышение фактического значения над расчетным в 1,4 раза.
Для балок БВ Миц = 1963 кг-м. По данным испытаний, разрушение балок произошло при моменте 2976,7 кг-м. Превышение фактического значения над расчетным в 1,5 раза.
Для балки БА Миц = 2266 кг-м. По данным испытаний, разрушение балки произошло при моменте 4366,7 кг-м. Превышение фактического значения над расчетным в 1,9 раза.
Для балки БВ Миц = 2263 кг-м. По данным испытаний, разрушение балки произошло при моменте 2976,7 кг-м. Превышение фактического значения над расчетным в 1,3 раза.
Расчет прочности по наклонным сечениям на действие поперечных сил. Расчет производим согласно п. 8.1.33, 8.1.34 [10] в соответствии с п. 6.1.23 [5].
Поперечная сила Q, воспринимаемая балками БК1, равна 12864 кг. Разрушение балок произошло по наклонным сечениям при нагрузке Q = 10380 кг. Расчетное значение больше фактического в 1,24 раза.
Расчет балок БВ, БА, БГ на восприятие поперечных сил не производился, так как их разрушение произошло по нормальным сечениям. Наклонные сечения балок были усилены отогнутыми стержнями [11].
Расчет по II группе предельных состояний
Момент образования трещин, нормальных к продольной оси элемента, определяем по формуле [5]
Мсгс = Яы^Жр1 ± Мвх. (3)
Для балок БК1 Мсгс = 435,5 кг-м. По результатам испытаний, момент трещинообразования с а = 0,025 мм составил 660 кг-м. Превышение фактического значения над расчетным в 1,5 раза.
Для балок БВ Мсгс = 419,5 кг-м. По результатам испытаний, момент трещинообразования с а = 0,025 мм составил 389,0 кг-м. Расчетное значение больше фактического в 1,08 раза.
Для балки БА Мсгс = 419,8 кг-м. По результатам испытаний, момент трещинообразования
Наука
итехника. Т. 18, № 2 (2019)
с а = 0,025 мм составил 428,4 кг-м. Превышение фактического значения над расчетным в 1,02 раза.
Для балок БГ Мсгс = 420,0 кг-м. По результатам испытаний, момент трещинообразования с а = 0,025 мм составил 312,5 кг-м. Расчетное значение больше фактического в 1,34 раза.
Расчет по ширине раскрытия трещин
Ширину раскрытия трещин определяем по формуле [5]
ö„„ , =
Ф1Ф2 ФзУ f
Ef
f
(4)
Сравнение расчетных данных по ширине раскрытия трещин с данными, полученными в результате испытаний, приведено в табл. 4.
Предельная ширина раскрытия трещин в соответствии с п. 6.2.6 [5] составляет 0,7 мм при непродолжительном раскрытии трещин и 0,5 мм - при продолжительном. В связи с этим ширина раскрытия трещин, значительно превышающая данные значения, не определялась [12-14].
Расчет конструкций по прогибам
Прогиб балок рассчитываем в соответствии с п. 6.2.20 [5]. Кривизну элемента определяем по формуле
1 = М. (5)
г D
При определении прогибов балок использовалась формула (4.36) из [15] с дальнейшим пересчетом на загружение в двух точках
f = Sl I7
(6)
где - коэффициент для каждой схемы загру-жения балки; I - пролет элемента; | 1 | -
V Г / тах
полная кривизна в сечении с наибольшим изгибающим моментом от нагрузки, при которой определяется прогиб.
Сравнение расчетных данных по прогибам балок с данными, полученными в результате испытаний, приведено в табл. 5.
Таблица 4
Сравнение расчетных данных по ширине раскрытия трещин с данными, полученными в результате испытаний
Comparison of calculated and test data across width of crack opening
№ п/п Нагрузка, кг, без учета собственного веса балки Момент, кг-м Ширина раскрытия трещин а, мм
БВ БА БГ БК1
Р1 = Р2 ZP
По расчету По данным испытаний По расчету По данным испытаний По расчету По данным испытаний По расчету По данным испытаний
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 500 1000 660,0 0,62 0,4 0,35 0,10 0,54 0,6 0,14 0,02
2 750 1500 891,7 0,84 0,6 0,47 0,20 0,71 0,9 - -
3 1000 2000 1123,4 1,05 0,9 0,59 0,25 0,90 1,0 0,23 0,04
4 1250 2500 1355,0 1,2 0,73 0,35 1,5 - -
5 1500 3000 1586,7 1,4 0,84 0,40 1,7 0,33 0,08
6 1750 3500 1818,4 1,5 0,50 2,0 - -
7 2000 4000 2050,0 1,6 0,70 2,3 0,43 0,18
8 2250 4500 2281,7 2,0 0,80 2,6 - -
9 2500 5000 2513,4 2,2 1,20 2,8 0,52 0,29
10 2750 5500 2745,0 2,6 1,60 3,1 - -
11 3000 6000 2976,7 2,9 1,80 3,3 0,62 0,42
12 3250 6500 3208,4 2,00 - -
13 3500 7000 3440,0 2,10 0,71 0,50
14 3750 7500 3671,7 2,20 - -
15 4000 8000 3903,4 2,40 0,81 0,64
16 4250 8500 4135,0 2,50
17 4500 9000 4366,7 2,60
Наука
итехника. Т. 18, № 2 (2019)
Таблица 5
Сравнение расчетных данных по прогибам балок с данными, полученными в результате испытаний Comparison of calculated and test data according to beam deflection
№ п/п Нагрузка, кг, без учета собствевенного веса балки Момент, кг-м Прогиб балки, мм
БВ БА БГ БК1
Р1 = Р2 ZP По расчету По данным испытаний По расчету По данным испытаний По расчету По данным испытаний По расчету По данным испытаний
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 500 1000 660,0 2,61 5,44 2,59 2,00 2,59 4,40 2,53 1,35
2 750 1500 891,7 3,50 14,20 3,50 7,00 3,50 13,50 - -
3 1000 2000 1123,4 4,41 23,70 4,40 14,40 4,40 22,20 4,30 2,77
4 1250 2500 1355,0 5,32 31,40 5,32 20,60 5,29 30,30 - -
5 1500 3000 1586,7 6,07 4,73
6 1750 3500 1818,4 - -
7 2000 4000 2050,0 7,85 6,53
8 2250 4500 2281,7 - -
9 2500 5000 2513,4 9,62 8,97
10 2750 5500 2745,0 - -
11 3000 6000 2976,7 11,40 11,43
12 3250 6500 3208,4 - -
13 3500 7000 3440,0 13,17 12,70
14 3750 7500 3671,7 - -
15 4000 8000 3903,4 14,95 14,77
16 4250 8500 4135,0 - -
17 4500 9000 4366,7 16,72 17,30
18 5000 10000 4830,0 20,18 20,77
Расчет прогибов выполнялся для балок в соответствии с [9] с учетом максимально допустимого прогиба /, принятого равным 18,5 мм.
ВЫВОД
По результатам проведенных исследований на определение прочностных характеристик балок с композитной арматурой и их сравнений с расчетными данными установлено, что величина поперечной силы, воспринимаемой сечением без отогнутых стержней, больше значения, которое было получено в процессе испытаний. Из этого следует, что необходима корректировка расчетных формул в нормативном документе. При расчете по II группе предельных состояний выявлена надобность внесения изменений в порядок расчета ширины раскрытия трещин и расчета прогибов для приближения расчетных данных к данным, полученным в результате испытаний.
ЛИТЕРАТУРА
1. Nandini Devi, Dr. G. Flexural Behaviour of Concrete Beams Reinforced with GFRP Reinforcements / Dr. G. Nandini Devi // International Journal of Advanced Information Science and Technology. 2015. Vol. 39, No 39. P. 32-38.
2. Бегунова, Н. В. Сравнительная оценка прочности, жесткости и трещиностойкости бетонных конструкций, армированных полимеркомпозитной и стальной арматурами / Н. В. Бегунова, В. Н. Возмищев // Интеллектуальные системы в производстве. 2017. Т. 15, № 4. С. 69-74.
3. Бегунова, Н. В. Сравнительная оценка огнестойкости бетонных балок, армированных стеклокомпозитной и стальной арматурами / Н. В. Бегунова, В. Н. Возми-щев // Вестник гражданских инженеров. 2018. Т. 67, № 2. С. 48-53.
4. Бегунова, Н. В. Прочностные и деформативные характеристики бетонных балок, армированных полимер-композитной арматурой / Н. В. Бегунова // Фотинские чтения, 2018: сб. материалов Пятой ежегодной между-нар. науч.-практ. конф. Ижевск: Проект, 2018. Т. 9, № 1. С. 207-209.
5. Конструкции бетонные, армированные полимерной композитной арматурой. Правила проектирования: СП 295.1325800.2017. М.: Изд-во стандартов, 2017. 42 с.
Наука
итехника. Т. 18, № 2 (2019)
6. Проволока стальная низкоуглеродистая общего назначения. Технические условия: ГОСТ 3282-74. Взамен ГОСТ 3282-46; введ. 01.07.1975 до 01.01.1995. М.: Издательство стандартов, 1992. 13 с.
7. Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытаний нагруже-нием. Правила оценки прочности, жесткости и трещи-ностойкости: ГОСТ 8829-94. Взамен ГОСТ 8829-85; введ. 01.01.1998. Минск: МНТКС, 1997. 26 с.
8. Нанни, А. Армированный бетон с арматурными стержнями из пластмассы, армированной волокном. Механика и конструкция / А. Нанни, А. Де Лука, Х. Дж. Задех. Нью-Йорк: Taylor&FrancisGroup, 2014. 479 с.
9. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*: СП 20.13330.2016. М.: Мин-регион России, 2010. 96 с.
10. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52.01-2003: СП 63.13330.2012. М.: Минрегион России, 2011. 152 с.
11. Степанова, В. Ф. Исследование особенности работы бетонных конструкций с комбинированным армированием (арматурой композитной полимерной и неметаллической фиброй) / В. Ф. Степанова, А. Н. Бучкин, Д. А. Ильин // Academia. Архитектура и строительство. 2017. № 1. С. 124-128.
12. Falikman, V. R. New Russian Norms and Codes on Protection of Building Structures against Corrosion / V. R. Falikman, N. K. Rozentahl, V. F. Stepanova // High Tech Concrete: Where Technology and Engineering Meet: Proceedings of the 2017 Fib Symposium, Maastricht, the Netherlands, 12-14 June, 2017. P. 2135-2143. https://doi.org/10.1007/978-3-319-59471-2_244
13. Composite Nonmetallic Reinforcement for Construction Structures / V. F. Stepanova [et al.] // Protection of Metals. 2007. Vol. 43, No 7. P. 701-704.
14. Yoo, D.-Y. A Review on Structural Behavior, Design, and Application of Ultra-High-Performance Fiberreinforced Concrete / D.-Y. Yoo, Y.-S. Yoon // International Journal of Concrete Structures and Materials. 2016. Vol. 10, No 2. P. 125-142.
15. Методическое пособие. Расчет железобетонных конструкций без предварительно напряженной арматуры: Пособие к СП 63.13330.2012 (II). М., 2015. 294 с.
Поступила 20.10.2018 Подписана в печать 26.12.2018 Опубликована онлайн 29.03.2019
REFERENCES
1. Nandini Devi Dr. G. (2015) Flexural Behaviour of Concrete Beams Reinforced with GFRP Reinforcements. International Journal of Advanced Information Science and Technology, 39 (39), 32-38.
2. Begunova N. V., Vozmishchev V. N. (2017) Comparative Evaluation of Strength, Rigidity and Crack Resistance of Concrete Structures Reinforced with Fiberglass Rebar and Steel Rebar. Intellektualnye Systemy v Proizvodstve = Intelligent Systems in Manufacturing, 15 (4), 69-74 (in Russian). https://doi.org/10.22213/2410-9304-2017-4-69-74.
3. Begunova N. V., Vozmishchev V. N. (2018) Comparative Evaluation of Fire Resistance of Concrete Structures Reinforced with Fiber-Glass Composite and Steel Rebars. Vestnik Grazhdanskikh Inzhenerov = Bulletin of Civil En-
gineers, 67 (2), 48-53 (in Russian). https://doi.org/10. 23968/1999-5571-2018-15-2-48-53.
4. Begunova N. V. (2018) Strength and Deformation Characteristics of Concrete Beams Reinforced with Polymer-Composite Reinforcement. Fotinskie Chteniya, 2018: Sbornik Materialov Pyatoi Ezhegodnoi Mezhdu-narodnoi Nauchno-Prakticheskoi Konferentsii [Fotin Readings, 2018: Collection of Materials of 5th Annual International Scientific and Practical Conference]. Izhevsk, Publishing House "Proekt" [Project], 2018, 9 (1), 207-209 (in Russian).
5. SP - Construction Rules 295.1325800.2017. Concrete Structures Reinforced with Polymer Composite Reinforcement. Design Rules. Moscow, Standards Publishing House, 2017. 42 (in Russian).
6. State Standard 3282-74. Low-Carbon Steel wire for General Use. Technical Conditions. Moscow, Standards Publishing House, 1992. 13 (in Russian).
7. State Standard 8829-94. Construction Products of Reinforced Concrete and Factory-Made Concrete. Load Test Methods. Rules for Evaluation of Strength, Rigidity and Crack Resistance. Minsk, MNTKS, 1997. 26 (in Russian).
8. Nanni A., De Luca A., Zadeh H. J. (2014) Reinforced Concrete with FRP Bars. Mechanics and Design. New New York, Taylor & Francis Group. 479. https://doi.org/ 10.1201/b16669.
9. Loads and Impacts. Revised SNiP [Construction Rules and Regulations] 2.01.07-85 : SP - Construction Rules 20.13330.2016. Moscow, Ministry of Regional Development of Russia, 2010. 96 (in Russian).
10. Concrete and Reinforced Concrete Structures. Fundamental Principles. Revised SNiP [Construction Rules and Regulations] edi 52.01-2003: SP - Construction Rules 63.13330.2012. Moscow, Ministry of Regional Development of Russia, 2011. 152 (in Russian).
11. Stepanova V. F., Buchkin A. N., Ilyin D. A. (2017) Research for Specific Features in Operation of Concrete Structures with Combined Reinforcement (Composite Poly Mer and Non-Metallic Fiber Reinforcement). Academia. Arkhitektura i Stroitelstvo = Academia. Architecture and Construction, (1), 124-128 (in Russian).
12. Falikman V. R., Rozentahl N. K., Stepanova V. F. (2017) New Russian Norms and Codes on Protection of Building Structures against Corrosion. High Tech Concrete: Where Technology and Engineering Meet. Proceedings of the 2017 Fib Symposium, Maastricht, the Netherlands, 12-14 June, 2017. 2135-2143. https://doi.org/10.1007/978-3-319-59471-2_244.
13. Stepanova V. F., Krasovskaya G. M., Shakhov S. V., Belenchuk V. V. (2007) Composite Nonmetallic Reinforcement for Construction Structures. Protection of Metals, 43 (7), 701-704. https://doi.org/10.1134/s00331732 07070144.
14. Yoo D.-Y., Yoon Y.-S. (2016) A Review on Structural Behavior, Design, and Application of Ultra-High-Performance Fiberreinforced Concrete. International Journal of Concrete Structures and Materials, 10 (2), 125-142. https://doi.org/10.1007/s40069-016-0143-x.
15. Methodological Book. Calculation of Reinforced Concrete Structures Without Pre-Stressed Reinforcement: Textbook for SP - Construction Rules 63.13330.2012 (II). Moscow, 2015. 294.
Received: 20.10.2018 Accepted: 26.12.2018 Published online: 29.03.2019
Наука
итехника. Т. 18, № 2 (2019)
