ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ. ПРОБЛЕМЫ МЕХАНИКИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Результаты экспериментальных исследований железобетонных конструкций ГТС, имеющих межблочные строительные швы, усиленных внешним армированием из углеродного волокна

  • Рубин Олег Дмитриевич - АО «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений» (АО «НИИЭС»)
  • Лисичкин Сергей Евгеньевич - ООО «Инженерный центр сооружений, конструкций и технологий в энергетике» (ООО «ИЦ СКТЭ»)
  • Фролов Кирилл Евгеньевич - ПАО «Федеральная гидрогенерирующая компания - РусГидро» (ПАО «РусГидро»)
DOI: 10.22227/1997-0935.2018.9.1067-1079
Страницы: 1067-1079
Обосновано применение усиления железобетонных конструкций ГТС внешним армированием из углеродного волокна. Проведены экспериментальные исследования моделей характерных конструкций гидротехнических сооружений, в том числе имеющих межблочные строительные швы. Испытаны модели балочного типа из бетона класса B15 с процентом армирования 0,39 % и из бетона класса B25 с процентом армирования 0,83 % под действием изгибающего момента. Модели фрагментов железобетонных конструкций гидротехнических сооружений из бетона класса B15 с процентом армирования 0,445 % и из бетона класса B25 с процентом армирования 0,7 % испытаны на действие центрального растяжения. Железобетонные модели балочного типа усиливались внешним армированием из углеродных лент типа FibArm 530/300. Модели фрагментов ГТС усиливались внешним армированием из углеродных лент типа FibArm Tape 530/300 и из углеродных композитных ламелей типа FibArm Lamel 12/50. Железобетонные модели балочного типа усиливались углеродными лентами (продольными лентами на нижней растянутой грани и поперечными лентами в пролетной и опорной зонах). Модели фрагментов железобетонных конструкций ГТС усиливались углеродными лентами и углеродными композитными ламелями, направленными вдоль действия продольного растягивающего усилия. Результаты экспериментальных исследований показали значительное увеличение прочности железобетонных конструкций гидротехнических сооружений за счет их усиления посредством внешнего армирования из углеродного волокна, а также позволили выявить особый характер трещинообразования, обусловленный наличием межблочных строительных швов. Предмет исследования: железобетонные конструкции ГТС (при наличии в них межблочных строительных швов), усиленные внешним армированием из углеродного волокна. Цели: экспериментальное обоснование применения внешнего армирования из углеродного волокна для усиления железобетонных конструкций ГТС. Материалы и методы: железобетонные модели изготавливались из обычного тяжелого бетона классов В15 и В25 и арматуры класса А500С. Внешнее армирование выполнялось из углеродных лент типа FibArm Tape 530/300 и FibArm Lamel12/50. Экспериментальные исследования проводились на основе физического моделирования характерных железобетонных конструкций ГТС, имеющих межблочные строительные швы. При этом модели балочного типа из бетона класса В15 с процентом армирования 0,39 % и из бетона класса В25 с процентом армирования 0,83 % были испытаны на действие изгибающего момента. Модели фрагментов железобетонных конструкций ГТС из бетона класса В15 с процентом армирования 0,445 % и из бетона В25 с процентом армирования 0,7 % были испытаны на действие центрального растяжения. Опытные модели оснащались контрольно-измерительной аппаратурой для определения величин прогибов, деформаций бетона и элементов усиления моделей, ширины раскрытия трещин и межблочных швов. Результаты: получено повышение прочности железобетонных конструкций ГТС (в 1,47-2,34 раза) при действии изгибающего момента и центрального растяжения за счет их усиления внешним армированием из углеродного волокна. Выводы: на основе полученных экспериментальных данных о повышении прочности железобетонных конструкций ГТС (в 1,47-2,34 раза) за счет усиления углеродными композитными лентами и углеродными композитными ламелями обосновано применение внешнего армирования из углеродных лент и ламелей при действии изгибающего момента и центрального растяжения. Зафиксирован особый характер трещинообразования, обусловленный наличием межблочных швов, изучение которого позволяет управлять процессами реализации технических решений при усилении, ремонте, реконструкции железобетонных конструкций гидротехнических сооружений.
  • железобетонные конструкции ГТС;
  • межблочные строительные швы;
  • внешнее армирование из углеродного волокна;
  • экспериментальные исследования;
  • изгибающий момент;
  • центральное растяжение;
Литература
  1. Сердюк А.И., Чернявский В.Л. Опыт усиления строительных конструкций композиционными материалами при реконструкции Баксанской ГЭС // Гидротехника. 2013. № 3 (32). C. 115-117
  2. Чернявский В.Л. Система ремонта и усиления строительных конструкций // Гидротехника. 2010. № 4 (21) - 2011. № 1 (22). С. 60-63
  3. Козырев Д.В., Симохин А.С., Чернявский В.Л., Осьмак П.П. Ремонт участков напорного коллектора композитными материалами // Монтажные и специальные работы в строительстве. 2009. № 9. С. 2-5
  4. Рубин О.Д., Лисичкин С.Е., Балагуров В.Б., Александров А.В. Новая технология ремонта ГТС посредством армирования композитными материалами // Известия Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им. Б.Е. Веденеева. 2016. Т. 280. C. 3-9
  5. Александров А.В., Рубин О.Д., Лисичкин С.Е., Балагуров В.Б. Расчетное обоснование и технические решения по усилению железобетонных конструкций ГЭС (ГАЭС), имеющих трещины различного направления, при действии комплекса нагрузок // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2014. № 6. С. 50-54
  6. Рубин О.Д., Лисичкин С.Е., Фролов К.Е. Результаты экспериментальных исследований железобетонных конструкций гидротехнических сооружений, усиленных углеродными лентами, при действии изгибающего момента // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2016. № 6. C. 58-63
  7. Рубин О.Д., Лисичкин С.Е., Фролов К.Е. Методика расчета на прочность нормальных сечений железобетонных конструкций гидротехнических сооружений, усиленных внешним армированием на основе углеродных материалов // Вестник Российского университета дружбы народов. Сер. : Инженерные исследования. 2017. Т. 18. № 1. С. 20-28. DOI: 10.22363/2312-8143-2017-18-1-20-28
  8. Zhou Y., Gou M., Zhang F., Zhang S., Wang D. Reinforced concrete beams strengthened with carbon fiber reinforced polymer by friction hybrid bond technique: Experimental investigation // Materials and Design. 2013. Vol. 50. Pp. 130-139. DOI: 10.1016/j.matdes.2013.02.089
  9. Akbarzadeh H., Maghsoudi A.A. Experimental and analytical investigation of reinforced high strength concrete continuous beams strengthened with fiber reinforced polymer // Materials and Design. 2010. Vol. 31. Issue 3, pp. 1130-1147. DOI: 10.1016/j.matdes.2009.09.041
  10. Wu Y.-F., Lu J. Preventing debonding at the steel to concrete interface through strain localization // Composites Part B: Engineering. 2013. Vol. 45. Issue 1. Pp. 1061-1070. DOI: 10.1016/j.compositesb.2012.08.020
  11. Duell J.M., Wilson J.M., Kessler M.R. Analysis of carbon composite overwrap pipeline repair system // International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2008. Vol. 85. Issue 11, рр. 782-788. DOI: 10.1016/j.ijpvp.2008.08.001
  12. Van Den Einde L., Zhao L., Seible F. Use of FRP composites in civil structural applications // Construction and Building Materials. 2003. Vol. 17. Issue 6-7. Pp. 389-403. DOI: 10.1016/s0950-0618(03)00040-0
  13. Chajes M.J., Thomson T.A., Farschman C.A. Durability of concrete beams externally reinforced with composite fabrics // Construction and Building Materials. 1995. Vol. 9, no. 3. Pp. 141-148. DOI: 10.1016/0950-0618(95)00006-2
  14. Shahawy M.A., Beitelman T., Arockiasamy M., Sowrirajan R. Experimental investigation on structural repair and strengthening of damaged prestressed concrete stabs utilizing externally bonded carbon laminates // Composites Part B: Engineering. 1996. Vol. 27. Issue 3-4. Pp. 217-224. DOI: 10.1016/1359-8368(95)00043-7
  15. Saafi M., Toutanji H. Flexural capacity of prestressed concrete beams reinforced with aramid fiber reinforced polymer (AFRP) rectangular tendons // Construction and Building Materials. 1998. Vol. 12. Issue 5. Pp. 245-249. DOI: 10.1016/s0950-0618(98)00016-6
  16. Xie J., Hu R.-L. Experimental study on rehabilitation of corrosion-damaged reinforced concrete beams with carbon fiber reinforced polymer // Construction and Building Materials. 2012. Vol. 38. Pp. 708-716. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2012.09.023
  17. Zhou Y., Gou M., Zhang F., Zhang S., Wang D. Reinforced concrete beams strengthened with carbon fiber reinforced polymer by friction hybrid bond technique: Experimental investigation // Materials and Design. 2013. Vol. 50. Pp. 130-139. DOI: 10.1016/j.matdes.2013.02.089
  18. Hamed E., Bradford M.A. Flexural time-dependent cracking and post-cracking behaviour of FRP strengthened concrete beams // International Journal of Solids and Structures. 2012. Vol. 49. Issue 13. Pp. 1595-1607. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2012.03.001
  19. Kotynia R. Bond between FRP and concrete in reinforced concrete beams strengthened with near surface mounted and externally bonded reinforcement // Construction and Building Materials. 2012. Vol. 32. Pp. 41-54. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2010.11.104
  20. Esfahani M.R., Kianoush M.R., Moradi A.R. Punching shear strength of interior slab-column connections strengthened with carbon fiber reinforced polymer sheets // Engineering Structures. 2009. Vol. 31. Issue 7. Pp. 1535-1542. DOI: 10.1016/j.engstruct.2009.02.021
  21. Liu Y.W., Cho S.W. Study on application of fiber-reinforced concrete in sluice gates //Construction and Building Materials. 2018. Vol. 176. Pp. 737-746. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.05.004
  22. Gholampour A., Ozbakkaloglu T. Behavior of steel fiber-reinforced concrete-filled FRP tube columns: Experimental results and a finite element model // Composite Structures. 2018. Vol. 194. Pp. 252-262. DOI: 10.1016/j.compstruct.2018.03.094
  23. Elgabbas F., Vincent P., Ahmed E.A., Benmokrane B. Experimental testing of basalt-fiber-reinforced polymer bars in concrete beams // Composites Part B: Engineering. 2016. Vol. 91. Pp. 205-218. DOI: 10.1016/j.compositesb.2016.01.045
  24. Zhang F., Chen H., Li X., Li H., Lv T., Zhang W. et al. Experimental study of the mechanical behavior of FRP-reinforced concrete canvas panels // Composite Structures. 2017. Vol. 176. Pp. 608-616. DOI: 10.1016/j.compstruct.2017.05.072
  25. Raoof S.M., Koutas L.N., Bournas D.A. Textile-reinforced mortar (TRM) versus fibre-reinforced polymers (FRP) in flexural strengthening of RC beams // Construction and Building Materials. 2017. Vol. 151. Pp. 279-291. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.05.023
  26. Kustikova Yu.O. Application FRP-rebar in the manufacture of reinforced concrete structures // Procedia Engineering. 2016. Vol. 153. Pp. 361-365. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.08.128
СКАЧАТЬ (RUS)