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

Аннотация

Михуб Ахмад, П.П. Польской

Дата поступления статьи: 09.06.2013

приводятся сведения об опытных значениях ширины раскрытия трещин железобетонных балок, усиленных тремя видами стекло и углепластиков. Установлено, что с увеличением прочности и модуля упругости композитных материалов, ширина раскрытия нормальных трещин уменьшается. Наличие U- образных хомутов-анкеров на торцах композита в ещё большей степени уменьшает их развитие. Перечисленные факторы должны учитываться при теоретических вопросах.

Ключевые слова: Бетон, железобетон, эталонные балки, опытные образцы, трещины, ширина трещин, уровень композитного армирования.

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 а_crc=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 U-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.

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

Таблица № 1

Результаты испытания опытных балок по прочности и ширине раскрытия

нормальных трещин

исследования при величине а_crc=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 а_crc>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 0,05-0,2мм. Раскрытие трещин более 0,2мм показывают только балки I этапа при втором варианте композитного армирования. Балки II этапа – имеют трещины с раскрытием  а_crc<0,2 мм.

Балки одинаково усиленные и имеющие U-образные хомуты, показывают при величине а_crc=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.