Опытные значения ширины раскрытия нормальных трещин железобетонных балок, усиленных композитными материалами

Опытные значения ширины раскрытия нормальных трещин железобетонных балок, усиленных композитными материалами

Михуб Ахмад, П.П. Польской

Исследование влияния вида стального и композитного армирования на ширину раскрытия нормальных трещин, как и при рассмотрении деформативности опытных образцов, выполнялось на основе прямого сопоставления экспериментальных данных, полученных при испытании эталонных и усиленных балок.

На основе экспериментальных данных по раскрытию трещин были построены графики (рис. 1) изменения ширины раскрытия нормальных трещин в зависимости от величины нагрузок и составлена таблица 1, в которой представлены данные о величине нагрузки при фиксированной ширине раскрытия нормальных трещин в интервале асгс=0,05-0,3 мм. Рассмотрение этих графиков показало следующее:

Ширина раскрытия трещин в балках I этапа исследования с рабочей арматурой, имеющей площадку текучести, оказалась несколько больше по сравнению с образцами II этапа, у которых рабочая арматура площадки текучести не имеет. Однако в предельном состоянии, балки с арматурой класса А500 показали более значительное приращение деформаций. Это связано, на наш взгляд, с двумя факторами - наличием площадки текучести в рабочей арматуре А500 и вдвое меньшим процентом стального армирования. Кроме того, на предельное раскрытие нормальных трещин в балках II этапа исследования, оказало влияние развитие наклонных трещин, которые появляются при более высоком уровне нагрузки. Это возможно только в балках II этапа, так как несущая способность этих балок выше.

Раскрытие трещин в балках, усиленных стеклопластиком, во всем диапазоне нагрузок незначительно отличается от ширины трещин эталонных балок. При этом увеличение в два раза площади сечения холстов усиления, практически, не сказывается на ширине раскрытия нормальных трещин.

Усиление балок холстами или ламинатами на основе углепластика на I этапе, почти вдвое снижает ширину раскрытия трещин во всем диапазоне нагрузок. Увеличение площади сечения этого же композитного материала в балках II этапа

исследования оказывает меньшее влияние, чем в балках, усиленных стеклотканью.

Наличие ^образных анкерных устройств на концах холстов из ткани или ламинатов в балках, усиленных углепластиком, практически, не сказалось на изменении ширины раскрытия нормальных трещин. В балках, усиленных стеклопластиком, влияние анкеров на ширину раскрытия трещин более заметно, только при втором, т.е. более высоком коэффициенте композитного армирования.

О йЛ OJ MS W US OJ 0JS 14 Ш и •& Oi OÍS ti О ОЛ II ais W 0Л ft» 0.K fti W5 M MI Oí Ш 0.7

Рис.1. - Сопоставление ширины раскрытия нормальных трещин для эталонных и усиленных опытных балок в зависимости от величины нагрузки при испытании на первом (а) и втором (б) этапах экспериментов Цифрами 1-12 обозначен шифр опытных образцов:

Сопоставление величины опытной нагрузки при одинаковой ширине раскрытия нормальных трещин (табл. 1) показало, что эталонные балки I этапа

Результаты испытания опытных балок по прочности и ширине раскрытия

нормальных трещин

Этапы испытан. балок по виду стальной ар-ры Серия балок по виду композита Шифр балок ы р урта ІІ й к 2 ё о о к ь ьда & о л с Нагрузка - кН, воспринимаемая балкой при ширине раскрытия нормальных трещин, а сгс, мм

0,05 0,1 0,2 0,25 0,3

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Этап I 2 01ОА5ОО А к=1,57см2 цк=О,56% А эталон Б-1-1 - 4,0 8,5 39,0 54,5 56,5

Б-1-2 - 10,0 19 39,5 56,5 60,2

Б стеклоткань БУg-1-1 0,765 13,5 19,7 51,0 60,4 64,7

БУg-1-2 1,53 15,2 21,7 53,2 65,2 72,0

В углеткань БУc-1-1 0,622 20,2 40,2 63,6 74,5 84,0

БУс-1-2 1,245 25,5 43,3 66,0 77,3 -

Г углеламинат БУL-1-1 0,7 12 31,5 58,0 66,5 76,5

БУL-1-2 1,4 24 41,5 75,5 - -

Д углеламинат +анкеры БУL*-1-1 0,7 17 30,5 59,7 71,0 79,5

БУL*-1-2 1,4 27,5 45,3 84,0 - -

Этап II 2 014А6ОО А к=3,О8см2 Цз=1,11% А эталон БУ-2-1 - 14,0 28,0 49,5 57,8 66,4

БУ-2-2 - 12,5 32,5 51,0 59,2 68,5

Б стеклоткань БУg-2-1 0,765 14,0 33,0 56,0 68,1 79,0

БУg-2-2 1,53 15,0 35,0 60,0 74,0 92,0

БУg-2-3 1,53 15,0 35,0 62,7 73,1 86,3

Тоже + полу-анкеры БУg*-2-4 1,53 15,0 36,6 64,5 98,5 -

В углеткань БУc-2-1 0,622 25,0 44,5 90,0 - -

БУc-2-2 1,245 27,8 45,5 133,5 - -

Г углеламинат БУЬ-2-1 0,7 23,6 43,0 107,5 - -

БУL-2-2 1,4 24,5 45,0 - - -

Д углеламинат +анкеры БУL-2-1 0,7 27,5 50,5 120,0 - -

БУL-2-2 1,4 30,5 51,0 - - -

исследования при величине а сгс=0,05 и 0,1мм показывают вдвое меньшую нагрузку, чем балки II этапа. Однако при раскрытии трещин в интервале 0,2-0,3мм величина опытных нагрузок между этапами отличается в пределах 10%.

Балки I этапа исследования, усиленные стеклопластиком, показывают примерно в 1,5-2,0 раза более высокий уровень нагрузки, чем эталонные во всем диапазоне раскрытия трещин от 0,05 до 0,3 мм. Аналогично усиленные балки II этапа показывают практически одинаковую с эталонными балками нагрузку при раскрытии трещин до 0,2мм и только на 10-15% выше при асгс>0,2 мм. Но это при условии, что площадь стеклопластика увеличивается вдвое.

Балки, усиленные углепластиком, показывают более высокие по сравнению со стеклопластиком, уровни нагрузок при одинаковой ширине трещин в пределах

О,О5-0,2мм. Раскрытие трещин более 0,2мм показывают только балки I этапа при втором варианте композитного армирования. Балки II этапа - имеют трещины с раскрытием асгс <0,2 мм.

Балки одинаково усиленные и имеющие ^образные хомуты, показывают при величине асгс=0,2мм наибольшие нагрузки, превышающие в 2,14 раза эталонные балки I этапа исследования и в 2, 39 раза - второго.

Отмеченное, показало зависимость ширины раскрытия нормальных трещин от различных варьируемых факторов, что должно учитываться в теоретических расчётах.

С учётом выше изложенного можно отметить следующие выводы:

1. Характер развития нормальных и наклонных трещин, а так же вид разрушения опытных образцов и их деформативность, находятся в прямой зависимости от вида и процентов армирования стальной и композитной арматуры. С увеличением прочности обеих видов арматуры и модуля упругости композитных материалов, количество трещин возрастает, а их средняя ширина раскрытия - уменьшается.

2. приведенные данные свидетельствуют о том, что влияние композитного усиления необходимо учитывать и при теоритических расчётах ширины раскрытия нормальных трещин .

Литература

1. П.П. Польской, Д.Р. Маилян «Композитные материалы - как основа эффективности в строительстве и реконструкции зданий и сооружений» : Эл. журнал «Инженерный вестник дона», № 4,Ростов-на-дону,2012.

2. П.П. Польской, Мерват Хишмах, Михуб Ахмад. «О влиянии стеклопластиковой арматуры на прочность нормальных сечений изгибаемых элементов из тяжелого бетона». : Эл. Журнал «Инженерный вестник Дона» №4, Ростов-на-Дону, 2012.

3. СП63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003.М.:ФАУ«ФЦС»,2012.С.155.

4. ГОСТ 10180-90 Бетоны . Методы определения прочности по контрольным образцам.-Введ.1991-01-01.-М.:Изд-во стандартов,1990. с.36

5. ГОСТ 12004-81: Сталь арматурная. Методы испытания на растяжение. -Введ.01.07.1983.-М.:Изд-во стандартов, 1981.

6. ГОСТ 25.601-80 «Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов) Метод испытания плоских образцов на растяжение при нормальной, повышенной и пониженной температурах».

7. Руководство по усилению железобетонных конструкций композитными материалами. Под руководством д.т.н., проф. В.А. Клевцова. - М.: НИИЖБ, 2006 -48с.

8. ГОСТ 8829-94 Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытаний загружением. Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости. - Взамен ГОСТ 8829-85;введ. 01.01.1998. -М.: Госстрой России ГУП ЦПП, 1997 - 33с.

9. Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures. ACI 440.2R-02. American Concrete Institute.

10. Guide for the design and construction of externally bonded FRP systems for strengthening concrete tructures. ACI 440.2R-08. American Concrete Institute.

11. Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings, 2004.