Экспериментальные исследования прочности сжатых бетонных элементов, армированных композитной полимерной арматурой

Введение. Многие железобетонные конструкции, подвергающиеся воздействиям различных агрессивных сред, работают в условиях внецентренного сжатия. Замена в таких конструкциях стальной арматуры на композитную полимерную (АКП) позволит значительно повысить их долговечность и снизить эксплуатационные издержки, однако ее применение сдерживается недостаточной изученностью вопросов, касающихся методов их проектирования. Большинство мировых нормативно-технических документов по проектированию бетонных конструкций, армированных АКП указывают о необходимости проведения детальных исследований напряженно-деформированного состояния подобных конструкций при сжатии.

Целью исследования являлось изучение влияния продольного и поперечного армирования на несущую способность сжатых бетонных образцов с продольным армированием стеклокомпозитными полимерными стержнями (АСК).

Материалы и методы. Исследования выполнены на бетонных образцах-призмах с различными параметрами продольного и поперечного армирования. Рассмотрены пять видов стеклокомпозитной арматуры, отличающихся физико-механическими характеристиками и параметрами анкеровочного слоя. Поперечное армирование образцов выполнено из металлических хомутов при их различном шаге. Испытания опытных образцов выполняли на центральное сжатие статической нагрузкой.

Результаты. Получены показатели прочности сжатых бетонных образцов, армированных стеклокомпозитной арматурой. Установлено увеличение до 19 % прочности армированных АСК сжатых бетонных элементов в сравнении с образцами без армирования.

Выводы. Прочность сжатых бетонных элементов при их армировании стеклокомпозитной арматурой повышается. Степень повышения прочности таких элементов зависит от количества продольной и шага поперечной арматуры. Влияние вида анкеровочного слоя АСК и значений ее сопротивления сжатию на прочность сжатых бетонных элементов в выполненных исследованиях не установлено. 

1. Минрегион Украины. ДСТУ-Н Б В.2.6-185:2012. Руководство по проектированию и изготовлению бетонных конструкций с неметаллической композитной арматурой на основе базальтового и стеклянного ровингов. Украина, Киев: Укрархбудінформ; 2011.

2. Степанова В.Ф., Степанов А.Ю., Жирков Е.П. Арматура композитная полимерная. Москва: АСВ; 2013.

3. ACI 440.1R-06. Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRP Bars. USA: American Concrete Institute; 2006. 4. ACI 440.1R-15. Guide for the design and construction of structural concrete reinforced with FRP Bars. USA: American Concrete Institute; 2015.

4. Лапшинов А.Е. Исследование работы СПА и БПА на сжатие. Вестник МГСУ. 2014;(1):52–57.

5. Лапшинов А.Е. Перспективы применения неметаллической композитной арматуры в качестве рабочей ненапрягаемой в сжатых элементах. Вестник МГСУ. 2015;(10):96–105.

6. Невский А.В. Прочность сжатых углеродофибробетонных элементов с углекомпозитным стержневым и внешним армированием при кратковременном динамическом нагружении [диссертация]. Томск; 2018.

7. Блазнов А.Н., Савин В.Ф., Волков Ю.П., Тихонов В.Б. Исследование прочности и устойчивости однонаправленных стеклопластиковых стержней при осевом сжатии. Механика композиционных материалов и конструкций. 2007;13(3):426–440.

8. Bondarenko Y., Spirande K., Iakymenko M., Mol'skii M., Oreshkin D. Study of the stress-strain state of compressed concrete elements with composite reinforcement. MATEC Web of Conferences. 2017;116: 02008. https://doi.org/10.1051/matecconf/201711602008

9. Орешкин Д.А., Бондаренко Ю.В., Спиранде К.В., Мольский М.М. Экспериментальные исследования прочности и деформативности стеклопластиковой арматуры при сжатии и сжатых стеклопластбетонных элементов. Науковий вісник будівництва. 2016;(2):250–258.

10. 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 ТГАСУ. 2016;(5):91–101.

11. Плевков В.С., Тамразян А.Г., Кудяков К.Л. Прочность и трещиностойкость изгибаемых фибробетонных элементов с преднапряженной стеклокомпозитной арматурой при статическом и кратковременном динамическом нагружении. Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та; 2021.

12. Лапшинов А.Е., Мадатян С.А. Колонны, армированные стеклопластиковой и базальтопластиковой арматурой. В: Бетон и железобетон — взгляд в будущее: сб. тр. II Междунар., III Всеросс. конф. по бетону и железобетону; г. Москва, 12—16 мая 2014 г. Т. III. Москва; 2014. с. 67–77.

13. ГОСТ 31938–2012. Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Общие технические условия. Москва: Стандартинформ; 2014.

14. ГОСТ 24452-80. Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона. Москва: Стандартинформ; 2005.

15. ГОСТ 32492–2015. Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Методы определения физико-механических характеристик. – Москва: Стандартинформ; 2016.