vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2018-20-5-92-100vestniktgasu-475Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯBUILDING AND CONSTRUCTIONК ВОПРОСУ УСИЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ВНЕШНИМ АРМИРОВАНИЕМ КОМПОЗИТНЫМ МАТЕРИАЛОМEXTERNAL REINFORCEMENT OF CONCRETE STRUCTURES USING COMPOSITE MATERIALSРимшинВ. И.RimshinV. I.

докт. техн. наук, профессор, чл.-корр. РААСН

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26

DSc, Professor

26, Yaroslavskoe Road, 129337, Moscow, Russia

v.rimshin@niisf.ruМеркуловС. И.MerkulovS. I.

докт. техн. наук, профессор, чл.-корр. РААСН

305000, г. Курск, ул. Радищева, 33

DSc, Professor

33, Radishchev Str., 305000, Kursk, Russia

mersi.dom@yandex.ruНациональный исследовательский Московский государственный строительный университетРоссияThe National Research Moscow State University of Civil EngineeringRussian FederationКурский государственный университетРоссияKursk State UniversityRussian Federation2018281020180592100Copyright © Римшин В.И., Меркулов С.И., 20182018Римшин В.И., Меркулов С.И.Rimshin V.I., Merkulov S.I.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/475

Рассмотрены основные направления применения неметаллической композитной арматуры при усилении эксплуатируемых железобетонных конструкций. Сформулированы основные направления развития теории расчета конструкций с композитной арматурой. Усиленная железобетонная конструкция представляет собой сложную систему, в которой упругий элемент усиления объединяется с железобетонной конструкцией клеевой композицией, обладающей неупругими свойствами. Показано, что основным фактором, обеспечивающим надежность конструкции, является сцепление композитной стержневой арматуры с бетоном. При выполнении усиления внешним армированием композитными материалами необходимо обеспечить совместную работу элемента усиления и основной усиливаемой конструкции. Сегодня методики проектирования усиления железобетонных конструкций композитными материалами не учитывают деформации сдвига в контактном шве, сцепление композитного материала с бетоном косвенно оценивается введением коэффициента условий работы композитного материала при назначении его расчетного сопротивления.В работе проведены экспериментальные исследования железобетонных конструкций усиленных изгибаемых элементов внешним армированием из композитных материалов различных видов. Использовались железобетонные балки с арматурой класса А500 и с арматурой класса А600. Опытные образцы балок были усилены холстами из стеклоткани и углеткани, углеламинатами. Часть образцов на торцах имели U-образные анкеры из композитного материала. Усиленные балки имели различные схемы разрушения: отслоение композита вследствие разрушения клея в зоне образования нормальных и наклонных трещин, отслоение композита с разрушением бетона защитного слоя, разрыв композита. Часть железобетонных балок до усиления имели трещины в растянутой зоне. Наличие трещин не оказало влияния на несущую способность усиленных балок.

The paper describes the main directions of non-metallic composite application in concrete reinforcement. The development routes of the structural analysis with composite reinforcement are formulated. The reinforced concrete structure combines the elastic reinforcement element with an adhesive composition having inelastic properties. It is shown that the structural reliability is ensured by adhesion of composite core reinforcement to the concrete. When performing external reinforcement of composite materials, it is necessary to ensure the joint operation of reinforcing elements and the main structure. Today, design methods of concrete structure reinforcement with composite materials do not take into account shear strains in the contact seam. Adhesion of composite material to concrete is indirectly assessed by introducing the service factor of composite material when its design resistance is assigned.

 Experimental studies concern concrete structures  reinforced by bent elements with external reinforcement made of various composite materials. Reinforced concrete beams with A500 and A600 class reinforcement are considered. Test beams are reinforced with fiberglass, coal and carbonates canvases. Some of test beams have U-shaped anchors at the ends and are made of composite materials. Reinforced beams fracture by different schemes: composite peeling due to the adhesive destruction in the area of formation of normal and inclined cracks, compositepeeling with the destruction of protective layer, composite rupture. A part of reinforced concrete beams before the reinforcement are cracked in the stretched zone. Cracks do not affect the load-bearing capacity of reinforced beams. 

композитная арматуражелезобетонные конструкцииуси- лениеповреждение конструкцийсцеплениеcomposite rebarconcrete structurestrengtheningstructural damageadhesion.ReferencesМеркулов С.И., Татаренков А.И., Стародубцев В.Г. Усиление железобетонных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений // БСТ: Бюллетень строительной техники. 2017. № 4. С. 41–43.Merkulov S.I., Tatarenkov A.I., Starodubtsev V.G. Usilenie zhele-zobetonnykh konstruktsii ekspluatiruemykh zdanii i sooruzhenii [Strengthening of reinforced concrete structures used buildings and structures]. BST: Byulleten' stroitel'noi tekhniki. 2017. No. 4. Pp. 41–43. (rus)Меркулов С.И., Дворников В.М., Татаренков А.И., Меркулов Д.С. Исследования усиленных железобетонных конструкций // Известия вузов. Строительство. 2009. № 9. С. 123–129.Merkulov S.I., Dvornikov V.M., Tatarenkov A.I., Merkulov D.S. Issledovaniya usilennykh zhelezobetonnykh konstruktsii [Research reinforced concrete structures]. Izvestiya vuzov. Stroitel'stvo. 2009. No. 9. Pp. 123–129. (rus)Шилин А.А., Пшеничный В.А., Картузов Д.В. Внешнее армирование железобетонных конструкций композиционными материалами. М.: Стройиздат, 2007, 180 с.Shilin A.A., Pshenichnyi V.A., Kartuzov D.V. Vneshnee armirovanie zhelezobetonnykh konstruktsii kompozitsionnymi materialami [External reinforcement of reinforced concrete structures with composite materials]. Moscow: Stroiizdat, 2007, 180 p. (rus)Andrae H.-P., Kusch O., Maier M. Carbon Fibre Composites, a New Generation of Rein for cement and Prestressing Tendons // Бетон и железобетон – пути развития: научные труды 2-й Всероссийской (Международной) конференции по бетону и железобетону (5–9 сентября 2005 г.). М., 2005. Т. 4. С. 535–546.Andrae H.-P., Kusch O., Maier M. Carbon fibre composites, a new generation of reinforcement and prestressing tendons. Nauchnye trudy 2-oi Vserossiiskoi (Mezhdunarodnoi) po betonu i zhelezobetonu „Beton i zhelezo-beton – puti razvitiya‟ (Proc. 2nd Int. Sci. Conf. „Concrete and Reinforced Concrete – Glance at Future‟). 2005. V. 4. Pp. 535–546.CNR-DT. 200/2004. Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP. Systems for Strengthening Existing Structures. Rome. 2004. 144 p.CNR-DT. 200/2004. Guide for the design and construction of externally bonded FRP. Systems for Strengthening Existing Structures. Rome. 2004. 144 p.Banthia N. Fiber Reinforced Polymers in Concrete Construction and Advanced Repair Tecnologies. Department of Civil Engineering University of British Columbia. 37 p.Banthia N. Fiber reinforced polymers in concrete construction and advanced repair technologies. University of British Columbia. 37 p.Cardolin A. Carbon Fibre Reinforced Polymers for Strengthening of Structural Elements. Division of Structural Engineering, Department of Civil and Mining Engineering, Lulea University of Technology, Sweden. 2003. 194 p.Cardolin A. Carbon fibre reinforced polymers for strengthening of structural elements. Lulea University of Technology, Sweden. 2003. 194 p.Hoff G.W. Strong Medicine. Fiber-reinforced Polymer Materials Can Help Cure Many Ills that beset Concrete. Concrete Construction. July 2000. P. 40–47.Hoff G.W. Strong medicine. Fiber-reinforced polymer materials can help cure many ills that beset concrete. Concrete Construction, July 2000. Pp. 40–47.Nanni A. Guides and Specifications for the Use of Composites in Concrete and Masonry Construction in North America // Composites in Construction: A Reality: Proc. Int. Workshop. Capri, Italy, 2001. July 20-2. P. 9–18.Nanni A. Guides and specifications for the use of composites in concrete and masonry construction in North America. Proc. Int. Workshop "Composites in Construction: a Reality". Capri, Italy, July 20–2, 2001. Pp. 9–18.Руководство по усилению железобетонных конструкций композитными материалами. ГУП НИИЖБ. М.: ООО «Интераква», 2006. 48 с.Rukovodstvo po usileniyu zhelezobetonnykh konstruktsii kompozitnymi materialami [Guide to reinforcement of reinforced concrete structures with composite materials]. Moscow: Interakva, 2006. 48 p. (rus)ОДМ 218.3.027–20013. Рекомендации по применению тканевых композиционных материалов при ремонте железобетонных конструкций мостовых сооружений / Росавтодор. М.: РОСДОРНИИ, 2013. 60 с.ODM 218.3.027–20013. Rekomendatsii po primeneniyu tkanevykh kompozitsionnykh materialov pri remonte zhelezobetonnykh konstruktsii mostovykh sooruzhenii. Rosavtodor [Recommendations on using fabric composite materials in repair of reinforced concrete bridge structures]. Moscow: ROSDORNII, 2013. 60 p. (rus)Римшин В.И., Галубка А.И., Синютин А.В. Инженерный метод расчета усиления железобетонных плит покрытия композитной арматурой // Научно-технический вестник Поволжья. 2014. № 3. С. 218–220.Rimshin V.I., Galubka A.I., Sinyutin A.V. Inzhenernyi metod rascheta usileniya zhelezobetonnykh plit pokrytiya kompozitnoi armaturoi [Engineering method for calculating reinforcement of reinforced concrete slabs]. Nauchno-tekhnicheskii vestnik Povolzh'ya. 2014. No. 3. Pp. 218–220. (rus)Кустикова Ю.О., Римшин В.И., Шубин Л.И. Практические рекомендации и технико-Kustikova Yu.O., Rimshin V.I., Shubin L.I. Prakticheskie reko-mendatsii i tekhnikoekonomicheskoe obosnovanie primeneniya kompozitnoi armatury v zhelezobetonnykh konstruktsiyakh zdanii i sooruzhenii [Practical recommendations and feasibility study of the use of composite reinforcement in reinforced concrete structures of buildings]. Zhilishchnoe stroitel'stvo. 2014. No. 7. Pp. 14–18. (rus)экономическое обоснование применения композитной арматуры в железобетонных конструкциях зданий и сооружений // Жилищное строительство. 2014. № 7. С. 14–18.Yushin A.V., Morozov V.I. Eksperimental'nye issledovaniya dvukh proletnykh zhelezobetonnykh balok, usilennykh kompozitnymi materialami po naklonnomu secheniyu [Experimental studies of two span reinforced concrete beams reinforced with composite materials]. Vestnik grazhdanskikh inzhenerov. 2014. No. 5 (46). Pp. 77–84. (rus)Юшин А.В., Морозов В.И. Экспериментальные исследования двух пролѐтных железобетонных балок, усиленных композитными материалами по наклонному сечению // Вестник гражданских инженеров. 2014. № 5 (46). С. 77–84.Podol'skii P.P., Mihub Ahmad. O programme issledovanii izgi-baemykh zhelezobetonnykh elementov, usilennykh razlichnymi vidami kompozitnykh materialov [Research program for bending reinforced concrete elements reinforced with various types of composite materials]. Rostov-on-Don, 2012. Pp. 51–52. (rus)Подольский П.П., Михуб Ахмад. О программе исследований изгибаемых железобетонных элементов, усиленных различными видами композитных материалов // Строительство-2012: сб. научн. трудов. Ростов н/Д, 2012. С. 51–52.Kustikova Yu.O., Rimshin V.I. Napryazhenno-deformirovannoe so-stoyanie bazal'toplastikovoi armatury v zhelezobetonnykh konstruktsiyakh [Stress-strain state of basalt plastic reinforcement in reinforced concrete structures]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2014. No. 6. Pp. 6–9. (rus)Кустикова Ю.О., Римшин В.И. Напряженно-деформированное состояние базальтопластиковой арматуры в железобетонных конструкциях // Промышленное и гражданское строительство. 2014. № 6. С. 6–9.Rimshin V.I., Merkulov S.I. O normirovanii kharakteristik sterzhnevoi nemetallicheskoi kompozitnoi armatury [Performance valuation of non-metallic composite reinforcement rod]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2016. No. 5. Pp. 22–26. (rus)Римшин В.И., Меркулов С.И. О нормировании характеристик стержневой неметаллической композитной арматуры // Промышленное и гражданское строительство. 2016. № 5. С. 22–26.Merkulov S.I. Analiz i perspektivy razvitiya usileniya betonnykh konstruktsii kompozitnoi armaturoi [Analysis and prospects for the development of concrete structure reinforcement with composite materials]. Bezopasnost' stroitel'nogo fonda Rossii. Problemy i resheniya: materialy mezhdunarodnykh akademicheskikh chtenii (Safety of Russian building fund. Proc. Int. Acad. Readings „Problems and Solutions'). Kursk, 2015. Pp. 170–175. (rus)Меркулов С.И. Анализ и перспективы развития усиления бетонных конструкций композитной арматурой // Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения: материалы международных академических чтений. Курск: Курский государственный ун-т. 2015. С. 170–175.Stepanov A.Yu., Rimshin V.I. Napryazhenno-deformirovannoe so-stoyanie konstruktsii zdanii i sooruzhenii, armirovannykh kompozitnoi polimernoi armaturoi pri seismicheskom vozdeistvii [Stress-strain state of buildings reinforced with composite polymers under seismic load]. Stroitel'stvo i rekonstruktsiya. 2015. No. 1 (57). Pp. 57–61. (rus)Степанов А.Ю., Римшин В.И. Напряженно-деформированное состояние конструкций зданий и сооружений, армированных композитной полимерной арматурой при сейсмическом воздействии // Строительство и реконструкция. 2015. № 1 (57). С. 57–61.Vincenzo Bianco, Joaquim A.O. Barros, Giorgio Monti. Bond model of NSM-FRP strips in the context strengthening of RC beams. Journal of Structural Engineering. 2003. No. 6. Pp 619–630.Vincenzo Bianco, Joaquim A.O. Barros, Giorgio Monti. Bond Model of NSM-FRP Strips inMihub Ahmad, Pol'skoi P.P., Mailyan D.R., Blyagoz A.M. Sopostavlenie opytnoi i teoreticheskoi prochnosti zhelezobetonnykh balok, usilennykh kompozitnymi materialami, s ispol'zovaniem raznykh metodov rascheta [Comparison of experimental and theoretical strength of concrete beams reinforced with composite materials using various calculation methods]. Novye tekhnologii. 2012. No. 4. Pp. 101–110. (rus)the Context Strengthening of RC Beams // Journal of Structural Engineering. 2003. June. P. 619–630.Grigor'eva Ya.E. Eksperimental'noe issledovanie vliyaniya vnesh-nego armirovaniya izgibaemykh zhelezobetonnykh balok uglevoloknom na prochnost' i zhestkost' konstruktsii [Strength and rigidity analysis of external reinforcement of bending reinforced concrete beams with carbon fiber].Vestnik MGSU. 2011. No. 8. Pp. 181–185. (rus)Михуб Ахмад, Польской П.П., Маилян Д.Р., Блягоз А.М. Сопоставление опытной и теоретической прочности железобетонных балок, усиленных композитными материалами, с использованием разных методов расчѐта // Новые технологии, МГТУ. Майкоп, 2012. Вып. 4. С. 101–110.Badalova E.N. Eksperimental'nye issledovaniya izgibaemykh zhe-lezobetonnykh konstruktsii, usilennykh prikleivaniem ugleplastikovykh plastin [Experimental studies of bending reinforced concrete structures reinforced by gluing carbon fiber plates]. Vestnik Polotskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya F. Prikladnye nauki. 2009. No. 12. Pp. 45–50. (rus)Григорьева Я.Е. Экспериментальное исследование влияния внешнего армирования изгибаемых железобетонных балок углеволокном на прочность и жесткость конструкций // Вестник МГСУ. 2011. № 8. С. 181–185.Badalova E.N. Usilenie izgibaemykh zhelezobetonnykh konstruktsii ugleplastikovoi armaturoi [Strengthening of flexible concrete structures with carbon fiber reinforced plastic]. Vestnik Polotskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya F. Prikladnye nauki. 2007. No. 6. Pp. 54–59. (rus)Бадалова Е.Н. Экспериментальные исследования изгибаемых железобетонных конструкций, усиленных приклеиванием углепластиковых пластин // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. Прикладные науки. 2009. № 12. С. 45–50.Paranicheva N.V., Nazmeeva T.V. Usilenie stroitel'nykh konstruktsii s pomoshch'yu uglerodnykh kompozitsionnykh materialov [Strengthening building structures using carbon composite materials]. Inzhenerno-stroitel'nyi zhurnal. 2010. No. 2. Pp. 19–22. (rus)Бадалова Е.Н. Усиление изгибаемых железобетонных конструкций углепластиковой арматурой // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия. F. Прикладные науки. 2007. № 6. С. 54–59.Rimshin V.I., Merkulov S.I. Elementy teorii razvitiya betonnykh konstruktsii s nemetallicheskoi kompozitnoi armaturoi [Elements of the theory of development of concrete structures with non-metallic composite reinforcement]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2015. No. 5. Pp. 38–42. (rus)Параничева Н.В., Назмеева Т.В. Усиление строительных конструкций с помощью углеродных композиционных материалов // Инженерно-строительный журнал. 2010. № 2. С. 19–22.Merkulov S.I., Esipov S.M. Prochnost' i deformativnost' kompozitnogo materiala na osnove uglerodnoi fibry pri odnoosnom rastyazhenii [Strength and deformability of carbon fiber composite material under uniaxial tension]. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. Shukhova. 2016. No. 11. Pp. 69–73. (rus)Римшин В.И., Меркулов С.И. Элементы теории развития бетонных конструкций с неметаллической композитной арматурой // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 5. С. 38–42.Римшин В.И., Меркулов С.И. Элементы теории развития бетонных конструкций с неметаллической композитной арматурой // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 5. С. 38–42.Меркулов С.И., Есипов С.М. Прочность и деформативность композитного материала на основе углеродной фибры при одноосном растяжении // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 11. С. 69–73.Меркулов С.И., Есипов С.М. Прочность и деформативность композитного материала на основе углеродной фибры при одноосном растяжении // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 11. С. 69–73.

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