Многие внецентренно сжатые конструкции эксплуатируются в условиях воздействия различных агрессивных сред. Замена в таких конструкциях стальной арматуры на композитную полимерную (далее – АКП) позволит значительно повысить их долговечность и снизить эксплуатационные издержки.

Согласно указаниям отечественных и зарубежных нормативных документов по проектированию армированных АКП конструкций (за исключением [1]) расчеты по прочности выполняют без учета работы арматуры в сжатой зоне сечения. Это обусловлено недостаточной изученностью работы АКП в сжатой зоне сечения элемента.

Результаты исследований механических свойств АКП при осевом сжатии носят разноречивый характер, обусловленный несовершенствами методов испытаний, а также неоднородностью свойств АКП, зависящих от ее состава, характеристик сырьевых компонентов и технологии изготовления АКП. В связи с этим установленные испытаниями механические характеристики АКП при сжатии [2–13] значительно различаются: прочность АКП при сжатии составляла от 20 до 95 % от прочности при растяжении, а модуль упругости при сжатии – от 30 до 80 % его значения при растяжении.

В [9][10] установлена повышенная несущая способность армированных АКП сжатых бетонных образцов по сравнению с образцами без армирования. Отмечается влияние на несущую способность шага поперечных хомутов (стальных или из АКП).

В большинстве выполненных исследований сделан вывод о необходимости дальнейшего исследования влияния работы композитной арматуры в сжатой зоне сечения на прочность сжатых элементов.

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

Объектом исследований являлись бетонные образцы в виде призм с геометрическими размерами 150 × 150 × 600 мм (b × h × l). Испытания проведены на 39 (13 серий по 3 образца) бетонных образцах с различными параметрами продольного и поперечного армирования (табл. 1). Принципиальные схемы армирования образцов приведены на рис. 1.

При изготовлении образцов в качестве продольной арматуры использованы пять видов АСК, соответствующей требованиям ГОСТ 31938 [14] (табл. 2), и поперечные гнутые хомуты, выполненные из стальной арматуры Ø 6 А240 по ГОСТ 5781-82. Механические характеристики бетона определялись по результатам испытаний контрольных образцов по ГОСТ 24452 [15].

Для использованных видов АСК определены номинальный диаметр и плотность по методам ГОСТ 31938 [14] (табл. 2), предел прочности Rf, n и модуль упругости Еf при растяжении (по методам ГОСТ 32492 [16]); предел прочности Rfc и модуль упругости Еfc при сжатии (по ГОСТ 32492 [16] с учетом ГОСТ 4651) (табл. 3).

Испытания бетонных образцов с АСК выполнены на центральное сжатие с применением испытательной гидравлической машины Instron 1000HDX с поэтапным приложением статической нагрузки до разрушения образца.

Для всех образцов выявлен схожий характер деформирования и разрушения: деформирование образцов происходило линейно до достижения уровня нагрузки ≈ 0,9 от разрушающей (рис. 2, а), далее происходил резкий прирост деформаций с последующим хрупким разрушением образцов и «отстрелом» защитного слоя бетона по их периметру (рис. 2, б).

Разрушение опытных образцов сопровождалось потерей устойчивости АСК в результате ее «выпучивания» или ее срезом в местах примыкания к поперечным хомутам (рис. 3).

В таблице 4 приведены усредненные по сериям опытные значения прочности образцов с различными параметрами армирования АСК, отнесенные к среднему значению прочности образцов Б.0.0 без армирования (778 кН).

Полученные опытные данные указывают на прирост прочности бетонных образцов при сжатии с увеличением продольного армирования АСК. Наибольший прирост прочности зафиксирован для образцов с учащенным шагом (75 мм) поперечной арматуры. Их разрушение сопровождалось срезом продольной АСК. При разрушении образцов с шагом поперечной арматуры 150 мм наблюдалась потеря устойчивости арматуры на участке между хомутами.

Зависимость прочности сжатых бетонных элементов от вида анкеровочного слоя рассматриваемой АСК и значений ее сопротивления сжатию в рамках настоящих исследований не обнаружена.

Прочность сжатых бетонных элементов при их армировании стеклокомпозитной арматурой повышается. Степень повышения прочности таких элементов зависит от количества продольной арматуры и шага поперечной арматуры. Для испытанных опытных образцов повышение прочности достигало 19 %.

Влияние вида анкеровочного слоя АСК и значений ее сопротивления сжатию на прочность сжатых бетонных элементов в выполненных исследованиях не установлено.