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

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.

Этапы испытан. балок по виду стальной ар-ры.	Серия балок по виду композита.	Шифр балок.	Площадь композитной арматуры Аf , см2	Нагрузка — кН, воспринимаемая балкой при ширине раскрытия нормальных трещин, аcrc, мм.
				0,05.	0,1.	0,2.	0,25.	0,3.
Этап. I. 2 Ш10A500. Аs=1,57 см2 µs=0,56%.	А эталон.	Б-1−1.	;	4,0.	8,5.	39,0.	54,5.	56,5.
		Б-1−2.	;	10,0.		39,5.	56,5.	60,2.
	Б стеклоткань.	БУg-1−1.	0,765.	13,5.	19,7.	51,0.	60,4.	64,7.
		БУg-1−2.	1,53.	15,2.	21,7.	53,2.	65,2.	72,0.
	В углеткань.	БУc-1−1.	0,622.	20,2.	40,2.	63,6.	74,5.	84,0.
		БУс-1−2.	1,245.	25,5.	43,3.	66,0.	77,3.	;
	Г углеламинат.	БУL-1−1.	0,7.		31,5.	58,0.	66,5.	76,5.
		БУL-1−2.	1,4.		41,5.	75,5.	;	;
	Д углеламинат +анкеры.	БУL*-1−1.	0,7.		30,5.	59,7.	71,0.	79,5.
		БУL*-1−2.	1,4.	27,5.	45,3.	84,0.	;	;
Этап. II. 2 Ш14A600. Аs=3,08 см2 µs=1,11%.	А эталон.	БУ-2−1.	;	14,0.	28,0.	49,5.	57,8.	66,4.
		БУ-2−2.	;	12,5.	32,5.	51,0.	59,2.	68,5.
	Б стеклоткань.	БУg-2−1.	0,765.	14,0.	33,0.	56,0.	68,1.	79,0.
		БУg-2−2.	1,53.	15,0.	35,0.	60,0.	74,0.	92,0.
		БУg-2−3.	1,53.	15,0.	35,0.	62,7.	73,1.	86,3.
	Тоже + полуанкеры.	БУg*-2−4.	1,53.	15,0.	36,6.	64,5.	98,5.	;
	В углеткань.	БУc-2−1.	0,622.	25,0.	44,5.	90,0.	;	;
		БУc-2−2.	1,245.	27,8.	45,5.	133,5.	;	;
	Г углеламинат.	БУL-2−1.	0,7.	23,6.	43,0.	107,5.	;	;
		БУL-2−2.	1,4.	24,5.	45,0.	;	;	;
	Д углеламинат +анкеры.	БУL*-2−1.	0,7.	27,5.	50,5.	120,0.	;	;
		БУL*-2−2.	1,4.	30,5.	51,0.	;	;	;

исследования при величине а_crc=0,05 и 0,1 мм показывают вдвое меньшую нагрузку, чем балки II этапа. Однако при раскрытии трещин в интервале 0,2−0,3 мм 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 0,2 мм 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 0,05−0,2 мм. Раскрытие трещин более 0,2 мм 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=0,2 мм 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 .
• 7

армирование трещина балка.

• 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. СП63.13 330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52−01−2003.М.:ФАУ"ФЦС", 2012.С.155.
• 4. ГОСТ 10 180–90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.-Введ.1991;01−01.-М.:Изд-во стандартов, 1990. с.36
• 5. ГОСТ 12 004;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.