Modeling of reinforcement of reinforced concrete elements with composite materials
Authors: Leonovich Sergey N. , Lazousky Dmitry N. , Glukhov Dmitry O. , Lazousky Egor D. 
Published: October 2024

One of the effective types of additional reinforcement of reinforced concrete elements is external with the use of composite materials. Known methods for calculating the parameters of the stress-strain state of reinforced elements are based on the general deformation and block models, which are applied separately without their interaction. For bending reinforced concrete elements reinforced under load in the tension zone, a method has been developed for calculating the parameters of their stress-strain state, taking into account the peculiarities of crack formation and the redistribution of forces between the main rod and additional external composite reinforcement at all stages of work up to failure. For bending reinforced concrete elements reinforced in the tension zone with external composite reinforcement, a model is proposed for taking into account tension concrete between cracks due to the application of additional stress in the reinforcement. Additional stresses are caused by the appearance of a difference in the relative deformations of the tensile reinforcement and concrete during the formation of a crack of normal separation. After strengthening the bending element in the absence of cracks of normal separation at the moment when the composite reinforcement is included in the joint work, additional external composite reinforcement takes part in the redistribution of forces between the concrete of the tension zone and the reinforcement. The degree of its participation is determined by the geometric parameters, the modulus of deformation and the law of adhesion to concrete. After reinforcement of bent reinforced concrete in the presence of cracks of normal separation (without injection during reinforcement), existing cracks continue to develop similarly to the first and second stages of cracking.

Одним из эффективных видов дополнительного армирования железобетонных элементов является наружное армирование с применением композиционных материалов. Известные методы расчета параметров напряженно-деформированного состояния армированных элементов основаны на общих деформационных и блочных моделях, которые применяются отдельно, без их взаимодействия. Для изгиба железобетонных элементов, армированных под нагрузкой в растянутой зоне, разработана методика расчета параметров их напряженно-деформированного состояния с учетом особенностей трещинообразования и перераспределения усилий между основным стержнем и дополнительной внешней композитной арматурой на всех этапах работ вплоть до разрушения. Для изгиба железобетонных элементов, армированных в зоне растяжения внешней композитной арматурой, предложена модель учета растяжения бетона между трещинами за счет приложения дополнительных напряжений в арматуре. Дополнительные напряжения вызваны появлением разницы относительных деформаций растянутой арматуры и бетона при образовании трещины нормального отрыва. После усиления изгибаемого элемента при отсутствии трещин нормального отрыва в момент включения составной арматуры в стыковочную работу в перераспределении усилий между бетоном растянутой зоны и арматурой принимает участие дополнительная внешняя составная арматура. Степень ее участия определяется геометрическими параметрами, модулем деформации и законом сцепления с бетоном. После армирования изогнутого железобетона при наличии трещин нормального отрыва (без инъекций при армировании) существующие трещины продолжают развиваться аналогично первой и второй стадиям растрескивания.