ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЕ КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

АННОТАЦИЯ

Одним из методов усиления или восстановления несущих свойств железобетонных конструкций является применением предварительно напряженных композитных материалов. Этот способ более трудоемкий, ресурсозатратный и дороже, по отношению к усилению без предварительного напряжения композита, но, в свою очередь, улучшаются эксплуатационные свойства, увеличивается допустимая нагрузка на конструкцию, уменьшается трещинообразования, даже при условии применения меньшего количества композитного материала.

Ключевые слова: предварительно напряженные композитные материалы, железобетонная конструкция, усиление композитными материалами.

Усиление железобетонной конструкции: Комплекс конструктивных мероприятий и технологических работ, направленных на повышение несущей способности и эксплуатационных свойств конструкции.[1]

В определённых случаях для усиления железобетонных конструкций можно использовать предварительно напряженные композитные материалы. Теоретическая основа применения этого способа усиления была разработана T.C. Triantafillou, M. Deuring и еще несколькими иностранными учеными. Использование предварительно напряженных ламелей композитных материалов обладает следующими достоинствами:[2]

-их применение обеспечивает жесткость поведение бетона в сжатой зоне сечения сразу после усиления, повышая момент сопротивления сечения усиленной железобетонной конструкции;

-вследствие усиления замедляется  формирование наклонных трещин в приопорной области усиленной железобетонной конструкции, а при образовании трещин сокращает величину раскрытия. Следовательно, это оказывает положительное действие в обеспечении крепкого сцепления композита с железобетонной конструкцией;

-улучшаются эксплуатационные характеристики  конструкции благодаря значительному снижению  образований трещин;

-необходимое усиление железобетонных конструкции достигается использованием ламелей композитного материала гораздо меньшей площадью поперечного сечения, чем при усиление без напряжения композитных материалов;

-соблюдении условия жесткой анкеровки крайних участков приклеенного преднапряженного композита, дает возможность избежать отслоения от усиливаемой железобетонной конструкции;

-при использовании композитных материалов с предварительным напряжением  нейтральная ось сечения конструкции будет расположена ниже, в свою очередь, положительно влияет на эффективность работы сечения железобетонной конструкции;

-композитные материалы с предварительным напряжением на основе фибры (КМФ) существенно увеличивает допустимую нагрузку на конструкцию, при  которой внутренняя рабочая арматура начинает испытывать пластические деформации.

К отрицательным факторам применения композитных материалов с предварительным напряжением относятся:

-повышение стоимости и трудоемкости работ по усилению вследствие усложнения технологичности работ и использования специального оборудования;

-увеличенный срок работ по усилению железобетонных конструкций;

-натяжка ламелей (полос) из композитных материалов осуществляться до момента, когда клеящий состав наберет достаточную прочность.

Принцип усиление железобетонных конструкций композитными материалами с предварительный напряжением показаны на рисунке.

Рисунок 1. Схема применения преднапряженных полос КМФ а) преднапряженное состояние; б) приклеивание; в) анкеровка

Немаловажно выделить, что значительная степень преднапряжения приклеиваемых композитных материалов может повлечь за собой  значительные сдвиговые напряжения в бетоне, особенно на участках, расположенных над концами полос из композитных материалов. Данное факт следует принимать во внимание при проектировании системы по усиления конструкций.

В результате проводимых испытаний  выявили, что разрушение бетона под концевыми участками КМФ начинается уже при уровне преднапряжения 5 – 6 % от прочности композитных материалов на растяжение.  С технической и с финансовой точки зрения для извлечения преимуществ, связанных с применением композитных материалов с предварительным напряжением,  уровень их натяжения должен быть приблизительно 50% от прочности на растяжение, а именно на порядок выше. Такая степень преднапряжения КМФ с отсутствием разрушения бетона над концевыми участками композитных материалов достигается в случае использования специальных способов анкеровки, которые заключаются в вертикальном креплении приклеенной полосы КМФ холстовыми композитными материалами.

Применением композитных материалов с предварительным напряжением для усиления железобетонных конструкций  снижает  прогибы железобетонных конструкции и увеличивает их стойкость к трещинообразованию. Применение композитных материалов с предварительным напряжением крайне эффективно для усиления большепролетных мостовых конструкций при увеличении интенсивности движения или проявлении коррозии  бетона или арматуры.

Предварительное напряжение композитных материалов при усилении колонн добиваются путем натяжения их на упоры в момент обматывания колонны или использованием обычных обойм композитных материалов в комбинации с применением расширяющегося строительного раствора или эпоксида, нагнетенного в пустоты между колонной и обоймой.

Список литературы:

1. СП 164.1325800.2014 Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования.
2. Пособие по усилению железобетонных конструкций с использованием композитных материалов.