СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ РАЗРУШЕНИЯ ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОК ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ МОСТОВ ОТ ОТСЛОЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ УСИЛЕНИЯ ТКАННЫМИ ХОЛСТАМИ НА ПРИОПОРНЫХ УЧАСТКАХ
METHOD FOR PREVENTION OF DESTRUCTION OF BENT REINFORCED CONCRETE GIRDERS OF SUPERSTRUCTURE OF BRIDGES FROM DETACHMENT OF REINFORCING ELEMENTS BY WOVEN LINENS ON NEAR-SUPPORT SECTIONS

Изобретение относится к сфере строительства и может быть использовано при возведении автодорожных, железнодорожных и пешеходных мостов, эстакад, галерей, при их реконструкции, в строительстве зданий и сооружений жилого и производственного назначения, в строительстве сельскохозяйственных объектов, в оборонной и в нефтеперерабатывающей промышленности.
Одной из все более расширяющихся областей применения композиционных материалов является мостостроение.
Известны способы усиления железобетонных балок углеродной лентой, в которых расположение композитного материала выполняется по действующим нормативным документам (Свод правил (СП) 164.1325800.2014, Стандарт организации (СТО) 13623997-001-2011, СТО 2256-002-2011, СП 63.13330.2012, СП 52-101-2003, Отраслевой дорожный методический документ (ОДМ) 218.3.027-2013) [1].
Известен способ усиления изгибаемых железобетонных балок, при котором выполняются следующие работы: углеродная лента наклеивается на горизонтальные поверхности снизу (потолок), далее прижимается (фиксируется) с одного конца и затем постепенно разглаживается и фиксируется по всей длине (Отчет о научно-исследовательской работе «Исследование возможности и области рационального применения гибких лент и тканей из композитных материалов при ремонте железобетонных конструкций мостовых сооружений с разработкой ОДМ», исполнителем которого является ФГУП «РОСДОРНИИ», УДК 625.745.1/2 № госрегистрации 01201178834).
Недостатком известного способа усиления является четвертый вид разрушения от отслоения фиброармированных систем (ФАС) на приопорных участках балок [2]. Преждевременное их отслоение, до наступления предельных напряжений в бетоне в сжатой зоне, понижает несущую способность элементов конструкции.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является устройство для усиления железобетонных балок, выполненное в виде наклонных хомутов, из углеродного волокна, пропитанного полимерным связующим, наклеенных под острым углом к продольной оси балки и фиксирующих наклеенный на нижний пояс балки композиционный материал усиления в виде корытообразного профиля (RU 141981, МПК E04G 23/00, опубл. 20.06.2014).
Недостаток известного устройства для усиления железобетонных балок с помощью дополнительного приклеивания ФАС под углом на приопорных участках балок стяжными хомутами состоит в том, что полного предотвращения проскальзывания ФАС к моменту достижения бетоном сжатой зоны предельных значений достичь невозможно и несущую способность изгибаемых элементов до максимально возможных значений указанным способом повысить невозможно.
Технический результат заключается в предотвращении разрушения изгибаемых железобетонных балок пролетного строения мостов от отслоения элементов усиления тканными холстами на приопорных участках за счет удержания ленты от скольжения по бетону при действии нагрузки, повышении срока службы железобетонных балок.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе предотвращения разрушения изгибаемых железобетонных балок пролетного строения мостов от отслоения элементов усиления тканными холстами на приопорных участках углеродную ленту наклеивают на горизонтальную поверхность железобетонных балок снизу (потолок), фиксируют с одного конца и постепенно разглаживают и фиксируют по всей длине, при этом в продольном направлении конструкции на ее наружных углах устраивают фаски катетом 1-2 см и закрепляют хомуты из углеродной ленты на предварительно напряженной балке, а высокопрочную углеродную ленту продлевают за опоры не более чем на 15 см и заворачивают за торцы балки и устанавливают прижимные планки на торцах балок с помощью дюбелей 8 мм (по аналогии с СП), удерживающих ленту от скольжения по бетону при действии нагрузок, с возможностью применения дюбелей другого диаметра.
Заявленное изобретение поясняется графически (фиг. 1-6). На фиг. 1 представлена схема разрушения изгибаемой балки по сжатой зоне бетона, на фиг. 2 - диаграмма зависимости между напряжениями и деформациями растянутой стержневой арматуры и углеродной ленты, на фиг. 3 представлена схема предлагаемого способа усиления балки углеродной лентой для предотвращения четвертого вида ее разрушения, узел А, с устройством фаски катетом 1-2 см, узел Б с указанной схемой закрепления углеродной ленты на торцах предварительно напряженных балках, сечение 1-1 железобетонной балки, где 1 - углеродная лента, 2 - вертикальные хомуты, 3 - прижимная планка, 4 - дюбель, на фиг. 4 показана существующая схема закрепления хомутов из углеродной ленты на предварительно напряженных балках, где 1 - углеродная лента, 2 - вертикальные хомуты, 3 - прижимная планка, 4 - шпилька крепления планки, на фиг.5 представлена существующая схема подготовки углов конструкции перед наклейкой холстов, на фиг. 6 дана 3D модель заявленного способа усиления железобетонных балок углеродной лентой для предотвращения разрушения изгибаемых железобетонных балок пролетного строения мостов от отслоения элементов усиления тканными холстами на приопорных участках.
Изобретение реализуется следующим образом. Поверхность конструкции подготавливают к наклейке углеродной ленты: выравнивают поверхность конструкции ремонтными составами, в продольном направлении на торцевой поверхности выполняют снятие фаски катетом 1-2 см, аналогично снятию фаски при устройстве обойм и хомутов из холстов в поперечном направлении конструкции (фиг. 5) [1], зачищают поверхность путем абразивоструйной обработки или обработки металлическими щетками с последующей высоконапорной промывкой водой, очищают от продуктов коррозии и восстанавливают защитный слой (при необходимости), обезпыливают, обезжиривают, размечают в соответствии с проектом. В заявленном способе высокопрочную углеродную ленту 1 наклеивают на подготовленную горизонтальную поверхность, фиксируют с одного конца и постепенно разглаживают и фиксируют по всей длине, затем углеродную ленту продлевают за опоры (предел 10-15 см) и заворачивают за торцы балок (фиг. 3, узел А, сечение 1-1) и устанавливают прижимные планки 3 (фиг. 3, узел Б, сечение 1-1) на торцах балок с помощью дюбелей 4 (фиг. 3, узел Б, сечение 1-1), удерживающих ленту от скольжения по бетону при действии нагрузок.
Принцип закрепления углеродной ленты на торцах балки выполняется по существующей схеме (фиг. 4). В крайних предварительно напряженных балках пролетного строения концы хомутов 2 могут быть прижаты планкой 3 к бетону для исключения их отслаивания в случае попадания на балку воды, стекающей через водоотводные трубки или с консоли тротуара. Крепление пластин осуществляют с помощью шпильки 4, вклеенной в отверстие, которое просверлено в бетоне. При устройстве обойм и хомутов из холстов в поперечном направлении конструкции на ее наружных углах устраивают фаски с катетом 1-2 см (фиг. 5) [1].
s
у
s
y
b
b
После усиления балки, на начальных этапах увеличения нагрузки, напряжение в стержневой арматуре σ и в ФАС σ не достигало предельных значений R и R. Напряжение в бетоне сжатой зоны при незначительных нагрузках также не достигало предельных значений, то есть σ<R-Но, с дальнейшим увеличением нагрузки, силы сцепления ФАС с балками пролетного строения на приопорных участках уменьшаются из-за того, что контакт клея с бетоном нарушается. Начинается проскальзывание углеродной ленты у опор балок, где с увеличением нагрузки, существенно возрастают касательные напряжения, которые нарушают силы сцепления углеродной ленты усиления с бетоном балки. Такое преждевременное разрушение балки от проскальзывания углеродной ленты может происходить либо по нормальным сечениям, либо по наклонным сечениям у приопорных участков в зоне действия максимальных поперечных сил.
s
s
y
y
Из фиг. 2 видно появление трещин на балке. Балка разрушается по бетону сжатой зоны (фиг. 1) при неиспользованной прочности углеродной ленты и стержневой арматуры, то есть σ<R, σ<R.
По сравнению с известным устройством представленное изобретение позволяет предотвратить разрушение изгибаемых железобетонных балок пролетного строения мостов от отслоения элементов усиления тканными холстами на приопорных участках за счет удержания ленты от скольжения по бетону при действии нагрузки, увеличить сроки службы железобетонных балок.
Источники информации
1. Отраслевой дорожный методический документ. Рекомендации по применению тканевых композиционных материалов при ремонте железобетонных конструкций мостовых сооружений: ОДМ 218.3.027-2013: Введ. 01.04.2013. - М: РОСДОРНИИ, 2013. - 52 с.
2. Руководство по усилению железобетонных конструкций композитными материалами // В развитие СП 52-101-2003. - Екатеринбург.: Интераква и НИИЖБ, 2010. - 66 с.