ПРИМЕРЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ РЕМОНТА И УСИЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПУТЕМ ВНЕШНЕГО ПОЛИМЕРКОМПОЗИТНОГО АРМИРОВАНИЯ

EXAMPLES OF PRACTICAL IMPLEMENTATION OF REPAIR AND STRENGTHENING OF REINFORCED CONCRETE STRUCTURES BY EXTERNAL POLYMER COMPOSITE REINFORCEMENT

Igor​ Maslovskij

Masters student, Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov,

Russia, Belgorod

Nikolaj​ Frolov

Candidate of Science, assistant professor, Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov,

Russia, Belgorod

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены примеры практической реализации усиления несущих железобетонных конструкций внешним полимеркомпозитным армированием. Накопленный мировой и отечественный опыт применения данного усиления является положительным, то есть во всех случаях усиленные железобетонные конструкции находятся в эксплуатационном состоянии, и отказа внешней арматуры из полимеркомпозитных материалов не наблюдается.

ABSTRACT

Examples of practical implementation of strengthening load-bearing reinforced concrete structures with external polymer-composite reinforcement are considered. The accumulated global and domestic experience in using this reinforcement is positive, that is, in all cases, reinforced concrete structures are in operational condition, and failure of external reinforcement made of polymer composite materials is not observed.

Ключевые слова: железобетонная конструкция; ремонт и усиление; внешнее полимеркомпозитное армирование.

Keywords: reinforced concrete structure; repair and strengthening; external polymer composite reinforcement.

Железобетонные конструкции занимают ведущее место в мировом строительстве и с увеличением количества промышленных и гражданских зданий растут и объемы работ, которые связаны с ремонтом, усилением, а также восстановлением этих конструкций.

В России ремонт сооружений с использованием полимеркомпозитных материалов имеет узкую распространенность. В настоящее время проведены и ведутся экспериментальные исследования работы под нагрузкой железобетонных конструкций, усиленных внешним полимеркомпозитным армированием, разработано несколько методик расчета на основе метода предельного равновесия и утверждены основные нормативные документы по проектированию таких конструкций с некоторыми нюансами технология наклеивания полимеркомпозитов.

Исторически применение технологии внешнего армирования связано с железобетонными конструкциями мостов [1, 2].

В 2009 г. под руководством профессора С.А. Бокарева было проведено натурное обследование и испытание усиленного композитными материалами железобетонного пролетного строения автодорожного моста через реку Тишковка, расположенного на 93 км автомобильной дороги Кукуштан-Чайковский в Осиновском районе Пермского края, после четырех лет эксплуатации. Продольная схема моста 4х11.36 (в полных длинах пролетных строений). В соответствии с рабочим проектом была выполнена наклейка композитных материалов в виде двух полос углепластика сечением 1.2х80 мм с модулем упругости 165 ГПа (рисунок 1).

Рисунок 1. Балка моста через реку Тишковка, усиленная двумя полосами углепластика

Сразу после открытия движения по мосту был организован мониторинг его технического состояния, по результатам которого на усиленных балках пролетных строений дефектов в конструкциях усиления, снижающих грузоподъемность балок, обнаружено не было.

В 2011 году были проведены работы по усилению автодорожного моста через ручей на км 0+385 автоподъезда к р.п. Татищево от автомобильной дороги Тамбов-Ртищево-Саратов. Необходимость ремонта и усиления пролетного строения моста была вызвана его неудовлетворительным техническим состоянием, так как мост был возведен еще в 1954 г., а последний ремонт проводился в 2003 г. Мост выполнен в монолитном железобетоне. Длина сооружения – 15,65 м, мостовой пролет – один (средний), длиной 8,75 м. Поперечный размер 8,29 м.

Ремонт и усиление продольных балок пролетного строения моста выполнялось путем наклейки в растянутой зоне, в зоне опирания и в центре углеродных лент УОЛ-300 эпоксидным двухкомпонентным компаундом АЭ-1. Суть этого метода заключается в устройстве на поверхности конструкции высокопрочного внешнего армирования из композитных материалов – углепластиковых накладок. Накладки устраиваются в продольном направлении на действие изгибающего момента; в поперечном (хомуты) – на действие поперечной силы. После полимеризации накладки должны работать совместно с бетоном, воспринимая действующие усилия, что должно повысить несущую способность, жесткость и трещиностойкость конструкции. После наклейки, поверхность накладок покрывалась защитным полимерцементным составом. Пример схемы и вида усиления приведены ниже (рисунки 2 и 3).

Применяемый углепластиковый композит обладает следующими механическими характеристиками (при одном слое лент УОЛ-300): нормативная прочность при растяжении – 3 155 МПа; приведенная толщина – 0,1044 мм; модуль упругости – 240 ГПа; ширина ленты – 300 мм.

После проведения усиления было проведено испытание пролетного строения нагрузкой в виде двух камазов, показавшее работоспособное состояние конструкции после усиления.

Рисунок 2. Схемы усиление продольных балок моста у р.п. Татищево

Рисунок 3. Фотографии усиливаемого моста у р.п. Татищево

В процессе строительства стадиона ВТБ Арена Динамо проект менялся несколько раз, поэтому требовалось много переделок. Перед строителями стояла задача усилить конструкции и перекрытия, чтобы прорезать отверстия под инженерные коммуникации. (рисунок 4).

Рисунок 4. Усиление плиты перекрытия ВТБ Арена, г. Москва углеволоконными листами

В результате работ удалось добиться поставленной задачи и уложиться в сроки для проведения чемпионата мира по футболу 2018 г.

В процессе эксплуатации стадиона Лужники в г. Москва было принято решение о его реконструкции для восстановления несущей способности конструктива здания (рисунок 5).

В связи с перепланировкой в ТРЦ Рио в г. Тула и увеличения полезной нагрузки на перекрытие с целью размещения над ним продуктового магазина было принято усилить железобетонную плиту перекрытия полимер-композитными лентами (рисунок 6).

Рисунок 5. Усиление колонн стадиона Лужники г. Москва

Рисунок 6. Усиление железобетонной плиты полимеркомпозитными лентами в ТРЦ Рио г. Тула

Элементами из углеволокна были также усилены практически одновременно эстакада, входящая в состав третьего транспортного кольца Москвы, и железнодорожный мост в г. Домодедово Московской области.

Полученный опыт выполнения усиления несущих железобетонных конструкций внешним полимеркомпозитным армированием и их последующей эксплуатации позволил выявить недостатки такого способа усиления, к которым можно отнести [3]: высокую ползучесть полимеркомпозитных материалов, что приводит с течением времени к снижению прочности на растяжение; необходимость высококачественной очистки поверхности бетона для обеспечения адгезии; низкую огнестойкость системы усиления, необходимость защиты элементов усиления от огня; старение углеволокна под действием ультрафиолетового излучения; высокую ранимость углепластиковых элементов усиления от механических повреждений; необходимость в дополнительной анкеровке элементов усиления большого сечения относительно высокую стоимость материалов, составляющих элементы системы.

В заключении следует отметить, что во многих проведенных исследованиях ремонт и усиление железобетонных конструкций рассматриваются в основном с технической стороны проблемы, не затрагивая детально при этом технологическую составляющую и сложности, которых нет при новом строительстве. Из-за малого количества специализированной литературы по технологии внешнего усиления железобетонных конструкций полимеркомпозитными материалами требуются дополнительные исследования и разработка соответствующих проектов производства работ и организации строительства, поскольку здесь нет типовых технологических решений для любого вида объекта усиления.

Список литературы:

1. Овчинников И.И., Овчинников И.Г., Чесноков Г.В., Михалдыкин Е.С. Анализ экспериментальных исследований по усилению железобетонных конструкций полимерными композитными материалами. Часть 1. Отечественные эксперименты при статическом нагружении // Интернет-журнал Науковедение. 2016. Т. 8. № 3 (34). С. 131.
2. Овчинников И.Г., Валиев Ш.Н., Овчинников И.И., Зиновьев В.С., Умиров А.Д. Вопросы усиления железобетонных конструкций композитами: 2. Натурные исследования усиления железобетонных конструкций композитами, возникающие проблемы и пути их решения // Интернет-журнал Науковедение. 2012. № 4 (13). С. 90.
3. Шилин А.А., Зайцев М.В., Картузов Д.В. Пшеничный В.А. Ремонт и усиление железобетонных конструкций. Методическое пособие. М.2016. 160 с.