ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ БЕТОННЫХ КОЛОНН С УГЛЕКОМПОЗИТНЫМ СТЕРЖНЕВЫМ, ДИСПЕРСНЫМ И ВНЕШНИМ АРМИРОВАНИЕМ НА ОСНОВЕ УГЛЕВОЛОКНА ПРИ КРАТКОВРЕМЕННОМ ДИНАМИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

Значимая часть новых разработок в области создания перспективных строительных материалов относится к полимерным композитам на основе волокон для стержневого армирования строительных бетонных конструкций. Наибольшая эффективность применения таких композитов достигается с использованием углеволокна в качестве их армирующего наполнителя. Вопросы, связанные с проектированием, расчетом и внедрением в строительное производство армированных углекомпозитной арматурой бетонных конструкций при кратковременном динамическом характере сжимающей нагрузки, изучены недостаточно. Целью исследования являлось определение прочности армированных углекомпозитной арматурой динамически нагруженных бетонных конструкций при различных методах модификации деформационных свойств бетона углеродным дисперсным и внешним углекомпозитным армированием. Экспериментальные исследования заключались в испытании 2 железобетонных, а также 6 бетонных колонн с углекомпозитным стержневым, дисперсным и внешним армированием на основе углеволокна осевой статической и кратковременной динамической сжимающей нагрузкой. Анализ результатов испытаний позволил выявить значения возникающих продольных деформаций бетона и углекомпозитной арматуры, установить величины предельного сжимающего усилия. Получены новые опытные данные, характеризующие прочность бетонных колонн, армированных углекомпозитными стержнями, которые свидетельствуют об эффективном включении в работу сжатой арматуры при углеродном дисперсном и внешнем углекомпозитном армировании бетона сжатых конструкций при кратковременном динамическом характере внешнего воздействия. Установлено, что сопротивление углекомпозитной арматуры сжатию в динамически нагруженных сжатых бетонных конструкциях оказывает влияние на их прочность, особенно при модификации деформационных свойств бетона фибровым и внешним армированием на основе углеволокна. Выявленные особенности могут быть учтены при расчетах прочности таких конструкций при кратковременном динамическом нагружении.

1. Степанова В.Ф., Степанов А.Ю., Жирков Е.П. Арматура композитная полимерная. М.: АСВ, 2013. 200 с.

2. Кузеванов Д.В. Конструкции с композитной неметаллической арматурой. Обзор и анализ зарубежных и отечественных нормативных документов: научно-технический отчет. М.: НИИЖБ им. А.А. Гвоздева, 2012. 66 с.

3. Плевков В.С., Балдин И.В., Кудяков К.Л., Невский А.В. Прочность и деформативность арматуры композитной полимерной при статическом и кратковременном динамическом растяжении и сжатии // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2016. № 5 (58). С. 91–101.

4. Лапшинов А.Е. Перспективы применения неметаллической композитной арматуры в качестве рабочей ненапрягаемой в сжатых элементах // Вестник Московского государственного строительного университета. 2015. № 10. С. 96–105.

5. Уманский А.М. Совершенствование методов расчета конструкций морских гидротехнических сооружений из композитбетона с использованием базальтопластиковой арматуры: дис. … канд. техн. наук. Владивосток, 2017. 173 с.

6. Fillmore B., Sadeghian P. Compressive Behaviour of Concrete Cylinders Reinforced with Glass Fiber Reinforced Polymer Bars // Canadian Society for Civil Engineering, 2017. P. 1-8.

7. Tobbi H., Farghaly A.S., Benmokrane B. Concrete columns reinforced longitudinally and transversally with glass fiber-reinforced polymer bars // ACI Structural Journal. 2012. V. 109. № 4. P. 551–558.

8. Плевков В.С. Прочность и трещиностойкость эксплуатируемых железобетонных конструкций зданий и сооружений при статическом и кратковременном динамическом нагружении: дис. … докт. техн. наук. Томск, 2003. 536 с.

9. Балдин И.В., Невский А.В., Гребенщиков А.В. Деформационные свойства бетона, армированного углеродными волокнами // Функциональные материалы: разработка, исследование, применение: сборник тезисов докладов IV Всероссийского конкурса научных докладов студентов. 2017. С. 68.

10. Морозов В.И., Пухаренко Ю.В. Эффективность применения фибробетона в конструкциях при динамических воздействиях // Вестник Московского государственного строительного университета. 2014. № 3. С. 189–196.

11. Невский А.В. Исследование прочностных и деформационных свойств сжатых бетонных элементов с внешним армированием углекомпозитными материалами // Фундаментальные и прикладные разработки в области технических и физико-математических наук: сб. научных статей по итогам работы второго Международного круглого стола, 2018. С. 43–46.

12. Balaguru P., Nanni A., Giancaspro J. FRP composites for reinforced and prestressed concrete structures: a guide to fundamentals and design for repair and retrofit. CRC Press, 2008. 322 p.

13. Hollingshead K. The effects of fire on insulated reinforced concrete members strengthened with fibre reinforced polymers: PhD dissertation. Kingston, 2012. 250 p.

14. Wang L.M., Wu Y.F. Effect of corner radius on the performance of CFRP-confined square concrete columns: Test // Engineering structures. 2008. V. 30. № 2. P. 493–505.

15. Плевков В.С. Динамическая прочность бетона и арматуры железобетонных конструкций. Томск: Изд-во Томского ЦНТИ, 1996. 65 с.

16. Кумпяк О.Г., Галяутдинов З.Р., Кокорин Д.Н. Прочность и деформативность железобетонных конструкций на податливых опорах при кратковременном динамическом нагружении. Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2016. 272 с.

17. Однокопылов Г.И., Саркисов Д.Ю. Оценка параметров разрушающей нагрузки при удар-но-волновом нагружении для ответственных строительных конструкций сооружений нефтегазового комплекса // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2017. Т. 328. № 3. С. 85–95. Условия доступа: http://earchive.tpu.ru/ handle/11683/37589 (дата обращения: 30.06.2018).

18. Кудяков А.И., Плевков В.С., Белов В.В., Невский А.В., Кудяков К.Л. Технология и состав углеродофибробетона с повышенной однородностью прочностных показателей // Вопросы материаловедения. 2016. № 1 (85). С. 66–72.

19. Невский А.В., Гребенщиков А.В. Прочность полимерного углекомпозита для усиления строительных конструкций // Молодѐжь, наука, технологии: новые идеи и перспективы: избранные доклады IV Международной научной конференции студентов и молодых ученых. 2017. С. 285–287.

20. Пат. 027933. ЕАПВ. Стенд для испытания строительных конструкций на действие кратковременной динамической сжимающей нагрузки / В.С. Плевков, Г.И. Однокопылов, И.В. Балдин, А.В. Невский, К.Л. Кудяков, М.Е. Гончаров. № 201500807; заявл. 25.08.2015; опубл. 29.09.2017, Бюл. № 9.

21. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017616438 (RU). Расчет прочности нормальных сечений элементов армобетонных конструкций с углеродным стержневым, фибровым и внешним армированием на основе деформационной модели (JBK-NM-CF) / В.С. Плевков, И.В. Балдин, А.В. Невский. № 2017613497; заявл. 19.04.2017; опубл. 07.06.2017.

22. Колмогоров А.Г., Плевков В.С. Расчет железобетонных конструкций по российским и зарубежным нормам. М.: Изд-во АСВ, 2014. 512 с.

23. Плевков В.С., Белов В.В., Балдин И.В., Невский А.В. Модели нелинейного деформирования углеродофибробетона при статическом и кратковременном динамическом воздействиях // Вестник гражданских инженеров. 2016. № 3 (56). С. 72–82.