vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2022-24-1-150-163vestniktgasu-1157Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯBUILDING AND CONSTRUCTIONЭкспериментальные исследования влияния температурной релаксации и напряжения полимерных композиционных материалов, работающих в составе изгибаемых железобетонных элементов, при длительном воздействии нагрузокEksperimental'nye issledovaniya vliyaniya temperaturnoi relaksatsii i napryazheniya polimernykh kompozitsionnykh materialov, rabotayushchikh v sostave izgibaemykh zhelezobetonnykh elementov, pri dlitel'nom vozdeistvii nagruzok [Temperature and stress relaxation of polymer composites operating in bending concrete elements under constant load]СмердовД. Н.SmerdovD. N.

Смердов Дмитрий Николаевич, канд. техн. наук, ст. научный сотрудник

630049, г. Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук 191

Dmitriy N. Smerdov, PhD, Senior Research Assistant

191, Dusi Koval'chuk Str., 630049, Novosibirsk

DNSmerdov@mail.ruСибирский государственный университет путей сообщенияРоссияSiberian State Transport UniversityRussian Federation202222022022241150163Copyright © Смердов Д.Н., 20222022Смердов Д.Н.Smerdov D.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/1157

Представлены результаты экспериментальных исследований влияния перепада температур на работу изгибаемых железобетонных конструкций, внешне армированных полимерными композиционными материалами, на основе углеродных волокон, длительно находящихся под воздействием статических нагрузок.Построены кривые релаксации и напряжений полимерных композиционных материалов для испытанных серий образцов.На основе полученных экспериментальных данных сделан вывод о влиянии перепада температур на работу длительно нагруженных изгибаемых железобетонных конструкций с внешним армированием полимерными композиционными материалами на основе углеродных волокон.

Purpose

Purpose: The temperature and stress effects on the operation of concrete elements made of polymer composites and evaluation of their temperature and stress relaxation. Design/methodology/approach: Modern approach to bridge structure design and mathematical statistics of the experimental data processing. Research findings: Temperature relaxation and stress-strain curves are suggested for carbon fiber polymer composites in reinforced concrete elements under constant load. Practical implications: Initial data for adjusting the formulas of the ultimate limited stress for calculating reinforced concrete structures strengthening with polymer composite materials. Originality/value: The temperature drop effect must be considered in the operation of polymer composites in bending concrete elements.

 

углеродное волокнополимерный композиционный материалуглеродные лентынетканые полотна из площеных волоконкомпозитные углепластиковые ламелисетки с пропиткой стирол-бутадиеновой композициейуглеродные анкерные жгутыдвухкомпонентные эпоксидные связующиенесущая способностьмодуль упругостиили модуль Юнгавнешнее армированиепрогибыжелезобетонный элементпрочностьжесткостьдеформациянапряженно-деформированное состояниерелаксацияпредел прочностибалкаарматура.carbon fiberpolymer compositecarbon ribbonbonded fabriccomposite carbon fiber lamellastwo-component epoxy binderload bearing capacityYoung's modulusreinforcementbendingconcrete elementstrengthstiffnessstress-strain staterelaxationstrength limitbeamReferencesБелуцкий И.Ю., Сим А.Д. Специфика проектирования, изготовления конструкций, напряженно-армированных низкомодульной композитной арматурой // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2020. № 54. С. 38–45.Belutskii I.Yu., Sim A.D. Spetsifika proektirovaniya, izgotovleniya konstruktsii, napryazhennoarmirovannykh nizkomodul'noi kompozitnoi armaturoi [Design and fabrication of structures reinforced by low-modulus composite]. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo universiteta putei soobshcheniya. 2020. No. 54. Pp. 38–45. (rus)Смердов Д.Н., Ящук М.О. Экспериментальные исследования несущей способности изгибаемых железобетонных элементов, усиленных преднапряженными полимерными композиционными материалами // Научный журнал строительства и архитектуры. 2019. № 3 (55). С. 72–83.Smerdov D.N., Yashchuk M.O. Eksperimental'nye issledovaniya nesushchei sposobnosti izgibaemykh zhelezobetonnykh elementov, usilennykh prednapryazhennymi polimernymi kompozitsionnymi materialami [Load-bearing capacity of bending concrete elements reinforced with pre-stressed polymer composites]. Nauchnyi zhurnal stroitel'stva i arkhitektury. 2019. No. 3 (55). Pp. 72–83. (rus)Селиванова Е.О., Смердов Д.Н. Экспериментальные исследования ползучести в композиционных материалах, усиливающих изгибаемые железобетонные элементы // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. 2017. № 2 (33). С. 95–99.Selivanova E.O., Smerdov D.N. Eksperimental'nye issledovaniya polzuchesti v kompozitsionnykh materialakh, usilivayushchikh izgibaemye zhelezobetonnye elementy [Creep in composite materials reinforcing bending concrete elements]. Akademicheskii vestnik UralNIIproekt RAASN. 2017. No. 2 (33). Pp. 95–99. (rus)Смердов Д.Н., Клементьев А.О. Расчет по прочности сечений, нормальных к продольной оси изгибаемых железобетонных элементов с комбинированным армированием металлической и полимерной композиционной арматурой, с использованием нелинейной деформационной модели материалов // Науковедение : интернет-журнал. 2017. Т. 9. № 1. С. 34.Smerdov D.N., Klement'ev A.O. Raschet po prochnosti sechenii, normal'nykh k prodol'noi osi izgibaemykh zhelezobetonnykh elementov s kombinirovannym armirovaniem metallicheskoi i polimernoi kompozitsionnoi armaturoi, s ispol'zovaniem nelineinoi deformatsionnoi modeli materialov [Strength analysis of cross-sections normal to longitudinal axis of bending concrete elements with combined metal and polymer composite reinforcement using non-linear deformation model]. Naukovedenie. 2017. V. 9. No. 1. P. 34. (rus)Плевков В.С., Балдин И.В., Невский А.В. К определению расчетных напряжений в стальной и углекомпозитной арматуре нормальных сечений железобетонных элементов // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2017. № 1 (60). С. 96–113.Plevkov V.S., Baldin I.V., Nevskii A.V. K opredeleniyu raschetnykh napryazhenii v stal'noi i uglekompozitnoi armature normal'nykh sechenii zhelezobetonnykh elementov [Estimated stresses in steel and carbon reinforced composite rebar of normal sections in concrete structures]. Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. 2017. No. 1 (60). Pp. 96–113. (rus)Бокарев С.А., Смердов Д.Н. Полимерные композиционные материалы в транспортном строительстве // Транспорт Урала. 2016. № 1 (48). С. 24–30.Bokarev S.A., Smerdov D.N. Polimernye kompozitsionnye materialy v transportnom stroitel'stve [Polymer composites in transport construction]. Transport Urala. 2016. No. 1 (48). Pp. 24–30. (rus)Неволин Д.Г., Смердов М.Н., Смердов Д.Н. Экспериментальные исследования несущей способности железобетонных конструкций горнотехнических зданий и сооружений // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2015. № 8. С. 138–142.Nevolin D.G., Smerdov M.N., Smerdov D.N. Eksperimental'nye issledovaniya nesushchei sposobnosti zhelezobetonnykh konstruktsii gornotekhnicheskikh zdanii i sooruzhenii [Bearing capacity of reinforced concrete structures in mining buildings]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Gornyi zhurnal. 2015. No. 8. Pp. 138–142. (rus)Неволин Д.Г., Клементьев А.О., Смердов Д.Н., Смердов М.Н. Методика расчета изгибаемых бетонных элементов, армированных полимерными композиционными материалами // Транспорт Урала. 2015. № 3 (46). С. 98–101.Nevolin D.G., Klement'ev A.O., Smerdov D.N., Smerdov M.N. Metodika rascheta izgibaemykh betonnykh elementov, armirovannykh polimernymi kompozitsionnymi materialami [Calculation methodology for bending concrete elements reinforced with polymer composites]. Transport Urala. 2015. No. 3 (46). Pp. 98–101. (rus)Клементьев А.О., Смердов Д.Н., Смердов М.Н. Экспериментальные исследования прочности и деформативности изгибаемых железобетонных элементов, армированных в сжатой и растянутой зоне неметаллической композиционной арматурой // Транспорт Урала. 2014. № 4 (43). С. 50–55.Klement'ev A.O., Smerdov D.N., Smerdov M.N. Eksperimental'nye issledovaniya prochnosti i deformativnosti izgibaemykh zhelezobetonnykh elementov, armirovannykh v szhatoi i rastyanutoi zone nemetallicheskoi kompozitsionnoi armaturoi [Strength and deformability of bending concrete elements reinforced in compressed and stretched zones by non-metallic composite]. Transport Urala. 2014. No. 4 (43). Pp. 50–55. (rus)Бокарев С.А., Костенко А.Н., Смердов Д.Н., Неровных А.А. Экспериментальные исследования при пониженных и повышенных температурах железобетонных образцов, усиленных полимерными композиционными материалами // Науковедение : интернетжурнал. 2013. № 3 (16). С. 168.Bokarev S.A., Kostenko A.N., Smerdov D.N., Nerovnykh A.A. Eksperimental'nye issledovaniya pri ponizhennykh i povyshennykh temperaturakh zhelezobetonnykh obraztsov, usilennykh polimernymi kompozitsionnymi materialami [Experimental investigation at low and elevated temperatures of concrete elements reinforced with polymer composites]. Naukovedenie. 2013. No. 3 (16). 168 p. (rus)Бокарев С.А., Власов Г.М., Неровных А.А., Смердов Д.Н. Коэффициенты надежности для композиционных материалов, применяемых для усиления железобетонных элементов мостовых конструкций // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2012. № 2 (35). С. 222–229.Bokarev S.A., Vlasov G.M., Nerovnykh A.A., Smerdov D.N. Koeffitsienty nadezhnosti dlya kompozitsionnykh materialov, primenyaemykh dlya usileniya zhelezobetonnykh elementov mostovykh konstruktsii [Safety factor of composite materials reinforcing concrete elements of bridges]. Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. 2012. No. 2 (35). Pp. 222–229. (rus)Бокарев С.А., Смердов Д.Н., Неровных А.А. Методика расчета по прочности сечений эксплуатируемых железобетонных пролетных строений, усиленных композитными материалами // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2010. № 10 (622). С. 63–74.Bokarev S.A., Smerdov D.N., Nerovnykh A.A. Metodika rascheta po prochnosti sechenii ekspluatiruemykh zhelezobetonnykh proletnykh stroenii, usilennykh kompozitnymi materialami [Strength analysis of operating concrete superstructures reinforced with composite materials]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Stroitel'stvo. 2010. No. 10 (622). Pp. 63–74. (rus)Бокарев С.А., Смердов Д.Н. Экспериментальные исследования изгибаемых железобетонных элементов, усиленных композитными материалами // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2010. № 2 (614). С. 112–124.Bokarev S.A., Smerdov D.N. Eksperimental'nye issledovaniya izgibaemykh zhelezobetonnykh elementov, usilennykh kompozitnymi materialami [Experimental studies of composite bending concrete elements]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Stroitel'stvo. 2010. No. 2 (614). Pp. 112–124. (rus)Бокарев С.А., Смердов Д.Н. Нелинейный анализ железобетонных изгибаемых конструкций, усиленных композитными материалами // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2010. № 2 (27). С. 113–125.Bokarev S.A., Smerdov D.N. Nelineinyi analiz zhelezobetonnykh izgibaemykh konstruktsii, usilennykh kompozitnymi materialami [Non-linear analysis of bending concrete structures reinforced with composite materials]. Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. 2010. No. 2 (27). Pp. 113–125. (rus)Бокарев С.А., Смердов Д.Н. Исследование влияния многократного замораживания и оттаивания на изменение несущей способности и деформативности изгибаемых железобетонных элементов, усиленных композитными материалами // Транспорт Урала. 2010. № 3 (26). С. 98–104.Bokarev S.A., Smerdov D.N. Issledovanie vliyaniya mnogokratnogo zamorazhivaniya i ottaivaniya na izmenenie nesushchei sposobnosti i deformativnosti izgibaemykh zhelezobetonnykh elementov, usilennykh kompozitnymi materialami [Effect of repeated freezing and thawing on bearing capacity and deformability of bending concrete elements reinforced with composite materials]. Transport Urala. 2010. No. 3 (26). Pp. 98–104. (rus)Бокарев С.А., Устинов В.П., Яшнов А.Н., Смердов Д.Н. Усиление пролетных строений с использованием композитных материалов // Путь и путевое хозяйство. 2008. № 6. С. 30–31.Bokarev S.A., Ustinov V.P., Yashnov A.N., Smerdov D.N. Usilenie proletnykh stroenii s ispol'zovaniem kompozitnykh materialov [Span reinforcement by composite materials]. Put' i putevoe khozyaistvo. 2008. No. 6. Pp. 30–31. (rus)Klementev A.O., Smerdov D.N. Indicators of Reliability of Artificial Structures with Elements Made of Polymer Composite Materials at all Stages of their Life Cycle on the Basis of Risk Assessment/ // Transportation Research Procedia. 2017. V. 20. P. 624–629.Klementev A.O., Smerdov D.N. Indicators of reliability of artificial structures with elements made of polymer composite materials at all stages of their life cycle on the basis of risk assessment. Transportation Research Procedia. 2017. V. 20. Pp. 624–629.Smerdov D.N., Yashchuk M.O. Reinforced Concrete Elements Strengthened by Pre-stressed Fibre-reinforced Polymer (FRP) // Transportation Research Procedia. 2021. V. 54. P. 157–165.Smerdov D.N., Yashchuk M.O. Reinforced concrete elements strengthened by pre-stressed fibre-reinforced polymer. Transportation Research Procedia. 2021. V. 54. Pp. 157–165.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.